컴퓨터와 인터넷 기술의 비약적인 발전으로 인해 인터넷상에서의 실시간 멀티미디어 서비스가 가능해짐에 따라 주문형 비디오(Video on Demand ; VOD)서비스나 GVA기술을 이용한 원격 교육이 시도되고 있다. 그러나 현재 VOD나 GVA서비스는 양질의 비디오화면을 실시간으로 서비스하는 서버의 연구나 효율적인 교육내용에만 집중되어 있을 뿐 사용자를 위한 서비스 형태에 대한 개발은 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 VOD나 GVA 서비스를 이용하여 원격교육을 받고자 하는 사용자 측면의 정보 서비스를 위한 서비스 시스템을 설계하고 구현하였다. 본 논문에서 설계한 주문형 멀티미디어 서비스 시스템은 E-mail올 이용한 오프라인 검색 서비스, PUSH 기술을 이용한 주기적인 최신정보 서비스, SDI서비스를 이용한 고객 맞춤 예약정보서비스와 피드백 서비스를 제공함으로서 사용자가 원하는 교육 자료를 선별하고 검색하는데 있어 걸리는 노력과 시간을 최대한 단축시키고, 서버에 접속하는 횟수를 최대한 줄여서 보다 고차원적인 정보 서비스를 받을 수 있도록 하였다.
본 논문은 동일 비디오를 저장하고 있는 n개의 단말노드에서 생성되는 전송채널들을 병합하여 네트워크 대역폭을 n배 줄일 수 있는 멀티캐스트 전송 기법을 제안한다 클라이언트는 패칭 기법을 사용하여 전송중인 멀티캐스트 전송 트리에 가입함으로서 지연 없는 서비스를 제공받을 수 있으며 패칭과 멀티캐스트 채널을 통하여 전송되는 데이터들을 동시에 수신하여 재생한다. 비디오에 대한 요청빈도수가 증가할수록 요청된 비디오가 단말노드 사이에 저장될 확률은 증가하기 때문에 이를 이용하여 서비스를 제공함으로서 서버의 필요 전송채널수를 감소시킬 수 있다. 서버는 비디오 재생이 HEN 사이에 저장된 데이터의 양을 초과하여 지속되는 경우에만 새로운 멀티캐스트를 생성하여 전송한다. 제안된 기술은 비디오의 인기도에 따라 멀티캐스트 그룹 간격이 동적으로 변화되기 때문에 서버의 부하 및 네트워크 대역폭을 크게 감소시킬 수 있다 시뮬레이션 결과로부터 제안된 멀티캐스트 전송 기법은 서버의 부하 및 필요 전송 채널의 수를 감소시켜 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고 있음을 확인하였다.
주문형 비디오 서버에서 동시에 서비스 될 수 있는 사용자의 수는 서버의 단위 시간당 처리량에 의해 결정되는데, 서버의 처리량은 대부분 디스크의 처리량에 의해 제약을 받는다. 따라서, 디스크의 처리량은 서버 설계에 있어서 매우 중요한 요소가 되며, 대부분의 서버의 경우, 이를 높이기 위해 디스크 배열을 이용한다. 본 논문에서는 디스크 배열에서 디스크들의 탐색 시간을 줄여 전반적으로 디스크의 처리량을 증대시킬 수 있는 효율적인 주기적 요철 묶음 기법을 제안한다. 제안된 기법에서는 디스크 내 인접 영역에 저장된 데이터를 요청하는 주기적 요청들을 하나의 묶음으로 만들고, 각 묶음들이 동일 디스크를 순차적으로 접근할 수 있도록 좌대칭 혹은 우대칭 형식으로 정렬하여 각 디스크에서 요청들이 겪게되는 탐색 시간을 줄인다. 이는 단일 데이터 스트림에 의해 요구되는 디스크 대역폭을 줄일 수 있으므로, 서버는 주어진 시스템 자원 하에서 보다 많은 사용자들을 서비스 할 수 있다. 모의 실험 결과, 제안된 기법은 기존의 기법들에 비해 보다 많은 사용자들을 서비스 할 수 있음이 확인되었다. 일반적인 192KB의 블록 크기를 이용할 경우, 일반 디스크 배열에 비해 평균 20%의 사용자 대기 시간 감소와 평균 8%의 동시 이용자 증가를 보였다. 또한, 본 논문에서는 비디오 스트림들에 대한 사용자 선호도 변화에 맞추어 묶음들을 재구성하는 적응 기법을 제시한다.
본 논문은 멀티캐스트 전송을 이용한 MOD 시스템을 구현하였다. 기존의 시스템은 서버 지향적인 멀티캐스트 시스템을 제공하였지만 구현된 시스템은 사용자 요구 지향적인 멀티캐스트 시스템을 제공한다. 스케줄러는 사용자의 요구를 수집하고 요구된 비디오 아이템과 서비스 시간에 따라서 멀티캐스트 그룹 주소와 포트 번호를 발생한다. 그러면 스케줄러는 MOD 서버와 서비스를 요구한 사용자에게 즉시 멀티캐스트 주소와 포트 번호를 전송한다. .그리고 MOD 서버는 멀티캐스트 그룹 주소로 요구한 스트림을 전송하고, 사용자는 자동으로 그룹 주소에 가입한다. 스케줄러는 같은 스케줄링 시간 안에 있는 다른 사용자들이 동일한 비디오를 요구하였을 때 같은 멀티캐스트 그룹 주소를 할당한다. 구현된 MOD 시스템은 동시에 많은 사용자에게 서비스할 뿐 아니라 서버의 부하를 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 주문형 비디오 서버가 필요로 하는 운영체제의 실시간 스케쥴링 기능을 분석 및 구현하였다. 실시간 스케쥴링 요구 조건은 비디오 데이타 전달 경로에 대한 모델 분석을 통하여 수집되었다. 특히, 병목 현상을 일으키는 하부 시스템이 전체 시스템의 실시간 스케쥴링에 미치는 영향을 분석함으로써 비디오 데이타 처리에 적합한 실시간 스케쥴러 및 프리미티브를 구현하였다. 성능 측정에서는 구현된 실시간 스케쥴러의 보장성을 실험하였다. 측정된 데이타는 프로세스가 가진 대부분의 시간 제약 조건이 만족됨을 보였다. 그러나 인터럽터 방식의 네트워크 프로토콜 처리는 실시간 스케쥴링의 가장 큰 장애 요소이다. 또한, 프로세스 수행 시간 간격을 측정함으로써 비실시간 스케쥴러와 실시간 스케쥴러의 차이점을 비교하였다. 측정된 결과에 의하면 비실시간 스케쥴러을 사용하면 프로세스에 할당되는 프로세서 시간을 예측하기 어렵기 때문에 효율적인 비디오 서비스를 위해서는 반드시 실시간 스케쥴러가 사용되어야 함을 보였다.
실시간 주문형 비디오 서비스를 수용하는 멀티미디어 셋탑 박스와 서비스 서버간의 서비스 연결의 연속성을 제공하면서 사용자 단말의 추가적인 부담을 줄이기 위해 ATM 액세스 노드 내에 연결성 연동 에이젼트 기능을 구현하였다. 이를 통하여 망 내의 SVC와의 연결성을 사용자 단말에게 제공하는 방안을 제시하고 이를 MPEG-1 VOD 서비스의 연결 설정 및 해제에 적용한다.
VOD 서비스는 멀티미디어의 특성인 높은 대역폭과 긴 재생시간으로 인해 서버와 네트워크의 자원 소비가 높다. 패칭과 채널 예약 패칭 같은 여러 가지 기법들이 네트워크 입출력 대역폭 요구를 감소시키기 위해 제안되었다. 패칭은 True VOD의 실현을 위하여 새로운 클라이언트들을 기존의 멀티캐스트와 결합하는 것을 허용하고, 채널 예약 패칭은 사용자들의 요청이 집중되어 있는 인기 비디오 요청을 서비스하기 위하여 비디오 서버의 전체 채널 용량의 일부를 예약한다. 본 논문에서는 채널 예약 패칭의 성능을 개선시키기 위하여 비디오 서버의 예약 채널 용량을 결정하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법의 성능은 시뮬레이션을 통해 평균 서비스 지연시간, 이탈율 그리고 공평성으로 평가하고, 패칭과 다른 채널 예약 패칭의 성능과 비교한다.
멀티미디어 데이터는 연속적이고 대용량이며 실시간 특성을 가지고 있으므로 주문형 비디오(VOD)를 서비스하는 멀티미디어 서버에서는 잦은 디스크 입출력 및 프로세서와 디스크 사이의 속도 차이로 인한 시스템 성능 저하가 발생한다. 따라서 멀티미디어 데이터에 대한 디스크 접근을 줄이는 효율적인 버퍼 관리가 필요하다. 본 논문에서는 멀티미디어 서버에서 연속적이고 실시간 특성이 있는 비디오 데이터를 대상으로 버퍼의 적중률을 높여 디스크 접근을 줄이고, 동시에 서비스 받는 사용자수를 늘리며 시스템 전반에 걸친 버퍼 이용도를 높이는 버퍼 관리 방법에 대하여 연구한다. 이를 위해 여러 가지 자원 관리 알고리즘 및 정책변화에 대한 시뮬레이션을 통하여 다양한 환경하에서의 각 알고리즘의 성능을 비교 분석한다.
오늘날 네트웍의 발달로 인하여 사용자가 원하는 영상매체를 실시간으로 요구하는 멀티미디어 서비스에 대한 사용자의 요구가 날로 증가하고 있다. 때문에 영상매체를 제공하는 서버는 여러 사용자들이 동시에 접속하였을 때 서비스를 제공 할 수 있는 능력을 가져야 한다. 본 논문에서는 멀티미디어 서비스를 위한 VOD(Video-On-Demand)시스템을 설계 및 구현한다. VOD 시스템은 미디어를 분석하여 BES(Back-End-Server)에 저장하는 영화 관리자(Movie Manager), 분산 저장된 데이터를 읽어 들여 사용자나 연결된 FES(Front-End Server)로 보내는 BES, 사용자에게 미디어 데이트를 전송하는 FES와 전송된 데이트를 받아서 재생하는 클라이언트(Client)를 구성된다. 또한 다수의 서버를 연결하기 위하여 SCI(Scalabel Coherent Interface)를 이용한 효율적인 메시지 전송방법을 구현한다.
B-ISDN(Broadband-Integrated Services Digital Network)의 출현으로 주문형 비디오(Video On Demand: VOD) 서비스는 차세대 유망한 영상 정보 서비스로 관심의 대상이 되고 있으며, 대화성의 정도에 따라 크게 IVOD(Interactive VOD)와 NVOD(Near VOD) 서비스로 분류된다. 다계층 구조 서비스망에서 VOD 서비스를 하기 위해서는 여러 자원이 필요하겠지만 본 연구에서는 비디오 서버, 프로그램, 그리고 저장창고로 두고, 프로그램 전송 비용, 프로그램 저장 비용, 그리고 비디오 서버 설치 비용을 최소화하는 자원 최적화 문제를 두 가지 형태로 나누어 그 해결 방법을 제시하였다. 첫째는 VOD를 IVOD로만 서비스 하는 경우 서비스 운용 비용을 최소화하는 비디오 서버의 위치 선정과 설치된 비디오 서버에 저장할 프로그램 종류와 그 양을 결정하는 문제로, 이를 효과적으로 해결하기 위해 동적계획법을 이용하였다. 둘째는 VOD서비스를 보다 경제적으로 제공하기 위해, VOD를 IVOD와 NVOD의 혼합 서비스로 제공하는 경우 서비스 운용 비용을 최소화 하는 NVOD프로그램의 종류와 그 양 그리고 그 때의 IVOD서비스를 위한 비디오 서버의 위치 선정 및 설치된 비디오 서버에 저장 시킬 프로그램 종류와 그 양을 결정하는 문제로 동적계획법을 확정하여 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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