인터넷 전송계층 프로토콜에는 TCP와 UDP가 있다. TCP는 연결형 프로토콜로서 에러 제어 및 흐름 제어를 제공하여 신뢰성있는 데이터 전송은 보장하지만 그에 따른 전송 지연이 발생한다. 반면에 UDP는 비연결형 프로토콜로서 에러 제어 및 흐름 제어를 수행하지 않으므로 데이터 전송에 있어 지연이 발생되지 않아 실시간 전송은 보장하나 신뢰성있는 데이터 전송을 보장할 수 없다. 따라서 현재의 인터넷 전송계층 프로토콜에서는 실시간 전송기능을 제공하는 동시에 높은 수준의 신뢰성을 보장하여야 하는 데이터의 전송에 적당한 프로토콜이 없다. 본 논문에서는 리눅스(Linux) 커널(Kernel)의 TCP의 에러제어 및 흐름제어를 수정하여 실시간 전송기능을 제공하는 동시에 높은 수준의 신뢰성을 보장하는 새로운 프로토콜을 설계, 구현하였다. 본 연구에서 설계된 실시간 전송기능을 지원하는 TCP 프로토콜은 기존의 TCP에 새로운 옵션을 추가함으로써, 기존 TCP와의 호환성을 유지할 수 있도록 하였다.
인터넷 폰 시스템은 네트워크 트래픽 문제로 인한 지연, 지터 그리고 패킷 손실을 경험하고 이로 인한 통화품질의 저하가 문제가 되어 통화품질 (QoS) 향상 기술이 필요하게 되었다. 본 논문에서는 인터넷상에서 통화품질을 저해하는 요소들을 분석하고 실시간 전송 프로토콜/실시간 전송제어 프로토콜 (RTP/RTCP)을 이용하여 네트워크 상태를 진단하여 송, 수신 단말기간 네트워크 트래픽에 알맞은 방식으로 인코딩된 패킷을 송,수신하는 동적인 손실 복구 알고리즘을 제안한다. 실험결과 제안한 부가정보를 이용한 동적인 손실 복구 알고리즘은 연속 패킷손실인 경우 63%의 손실패킷 복원률을 보여주며, 비연속 패킷손실인 경우 42%의 패킷손실 복원률을 보여준다.
본 논문은 이동 컴퓨팅 환경에서 실시간 데이터의 전송시 발생하는 패킷 손실에 관한 문제를 다룬다. 현재 인터넷 상에서의 실시간 데이터 전송은 주로 RTP/RTCP 프로토콜[1]을 이용하는데, 이 프로토콜은 안정된 전송을 보장받지 못하며, 따라서 패킷 손실을 피할 수 없다[2,3]. 특히, 제한된 무선 대역폭과 높은 BER(bit error rate) 특성을 갖는 이동 컴퓨팅 환경에서는 기존의 인터넷보다도 더 많은 패킷들이 손실될 수 있다. 본 논문에서는, 이동 컴퓨팅 환경에서 실시간 데이터 전송시 발생되는 패킷 손실 특성을, 길버트 모델에 기초하여 확률적으로 분석하고, 이를 기반으로 새로운 복구 방법을 제안한다. 제안하는 실시간 데이터의 복구 방법에서는 패킷에 부가하는 잉여 데이터의 개수를 가변적으로 조절함으로써, 사용 중인 네트워크의 패킷 손실 특성을 반영할 수 있다. 특히, 잉여 데이터들의 오프셋 값들을 비연속적으로 설정함으로써, 간헐적이거나 연속적인 패킷 손실 모두에 대처할 수 있는 특징이 있다.
기존의 오류 제어 방법들은 실시간 특성과 신축적인 신뢰성을 갖는 멀티미디어 통신 응용에 적합하지 못한다. 본 연구에서는 실시간 데이터의 마감시간을 고려한 적시 오류 복구를 위해 오류 복구가 가능한 시점을 예측하여 재전송을 시행하는 예측 재전송을 제안한다. 예측재전송은 오류 발생이 확인될때까지 기다리지 않고 평균 전송시간을 고려하여 미리 재전송을 실시하는 사전 재전송 방법과, 재전송을 하여도 오류 복구가 불가능하다고 판단될 재전송을 실시하지 않고 데이터 전송을 계속 진행되는 재전송 포기 방법으로 적용된다. 이와같은 예측 재전송 기법을 적용한 새로운 오류 제어 프로토콜 x-kernel상에서 구현하였다. 실험 결과, 새로운 프로토콜은 다양한 통신 환경에서 기존의 오류 제어 방법에 비해 종단간 오류 복구율을 높이고 무의미한 오류 처리를 줄이며, 추가되는 부하는 매우 작다는 점을 확인하였다.
MQTT 프로토콜은 저전력 대비 고성능으로 모바일 디바이스의 실시간 메시지 전송 시스템에 사용한다. 실시간 메시지 시스템을 구축하기 위해서는 신뢰적인 메시지 전송과 메시지간 순서 보장이 반드시 이루어져야 한다. 기존 연구에서는 MQTT 프로토콜의 QoS 2 레벨을 이용하여 메시지 순서를 보장하는 신뢰적인 메시지 시스템을 설계 및 구현하였으나, QoS 1 레벨보다 성능이 낮아진다. 따라서 본 논문에서는 MQTT 프로토콜의 QoS 1 레벨을 사용하고, Publish Queue를 이용하여 순서 보장과 함께 성능 향상을 고려한 메시지 전송 기법을 제안한다.
실시간 시스템에서 데드라인을 보장하는 것은 가장 중요한 문제이다. 그러나 많은 신뢰성 있는 그룹 통신 시스템의 경우 여러 환경에 따라 다양한 부가적인 메시지 및 시스템 부하가 발생하기 때문에 적합하지 못한 경우가 많이 있다. 또한 메시지가 아무런 보호 없이 네트워크 상에 노출되는 것을 방지하기 위해 암호화된 메시지 전송을 하는 경우 그룹 키 관리 등의 부하로 인하여 처리 시간의 편차가 더욱 커지게 된다. 실시간 시스템 상에서는 시스템 전체의 효율성도 중요한 문제이지만 주어진 데드라인을 보장하기 위해 시간 분석이 가능하도록 균일한 전송시간을 갖는 것이 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 메시지의 데드라인을 보장하는 실시간 그룹 통신 시스템을 위한 보안 프로토콜을 제안하고, 기존의 멀티캐스트 프로토콜을 확장하여 데드라인을 어기지 않고도 그룹 멤버간의 통신을 보호하고 안전한 멀티캐스트를 제공할 수 있는 프로토콜 설계를 위해서 실험한다.
IP 멀티캐스트의 도입이 기존 인프라의 수정을 수반함으로 인해 그 실현 가능성이 희박한 가운데, 멀티캐스트의 기능을 응용계층에 둔 응용계층 멀티캐스트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 이러한 연구는 현재 표준을 거치지 못한 상태로 다양한 응용프로그램의 요구를 완벽하게 충족시키지는 못하고 있다. 본 논문에서는 확장성 있는 높은 대역폭을 요구하는 실시간 스트리밍 전송에 적합한 프로토콜을 개발하기 위해 고려해야 할 요소를 도출하여, 각 유형별 대표 프로토콜들을 비교 분석한다.
본고에서는 MPEG에서 설계하여 ISO 표준화한 실시간/저지연 미디어 전송 기술인 MMT (MPEG Media Transport) 에 대해 알아본다. MMT는 인터넷 환경과 통합된 차세대 방송 시스템에의 적용을 목표로 설계된 기술로, IP 기반 전송 프로토콜의 사용과 HTML5 기반 서비스 제공을 가정하여 MPEG2-TS의 장점을 계승하면서 이종망 및 다기기 서비스의 지원을 고려하여 설계 되었다. 따라서 MMT는 고품질의 UHD TV서비스를 안정적으로 제공함과 동시에 인터넷 활용 부가 서비스 제공을 목적으로 하는 차세대 지상파 방송에 있어 최적화된 표준 기술이라 할 수 있다.
현재까지 인터넷상에서 텍스트와 이미지를 이용하여 정보를 표현하고 전달하는 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 웹 관련 기술의 비약적인 발달과 네트워크 속도의 증가 및 인터넷의 급속한 보급으로 단순한 텍스트와 이미지 중심의 HTML 문서를 이용한 정보의 전달이 아닌 멀티미디어 데이터를 이용한 정보의 표현과 전달이 점차 증대되고 있다. 최근에는 개인용 컴퓨터의 성능 증가와 초고속 통신 서비스의 보급에 의해 멀티미디어 데이터의 전송이 가능하게 됨으로써 기존의 공중파나 CATV 방송국의 형태 지니고 인터넷상에서 실시간 방송/VOD(Video On Demand) 서비스를 제공하는 인터넷 방송국이 급속하게 생겨나고 있다. 인터넷 방송은 동영상과 오디오의 실시간 전달을 가능하게 하는 멀티미디어 스트리밍 기술과 실시간 전송 프로토콜인 RTP/RTCP를 기반으로 발전하고 있다. 본 논문은 멀티미디어 스트리밍과 실시간 전송 프로토콜을 지원하고, 자바를 기반으로 한 실시간 방송/VOD 서비스를 제공하는 멀티미디어 스트리밍 시스템을 설계하고 구현한다.
인터넷을 통한 실시간 멀티미디어 전송시 패킷손실에 따른 재생지연과 서비스 질이 낮아지는 문제가 발생한다. I-frame만을 전송하는 경우 패캣손실에 따른 에러전파를 제거할 수 있지만 네트워크의 대역폭이 작은 경우에는 압축율을 높여 I-frame을 전송하기 때문에 압축과 정에서 데이터의 손실이 발생하게 된다. 본 논문에서는 압축된 비디오 데이터를 멀티캐스트와 유니캐스트를 동시에 사용하여 I-frame을 FEC방식으로 전송하는 프로토콜을 제안한다. 기존의 단일 프로토콜을 사용하는 방식과는 달리 유니캐스트기법을 동시에 사용하여 허용범위 내에서 수신자들의 에러제어를 가능하게 한다. 유니캐스트 연결을 선별적으로 흐름제어 하여 추가적인 작업 없이 우선순위별로 QoS를 보장한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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