본 논문에서는 기존의 VOD 시스템에서 예상되는 보안상의 취약 요소와 이를 해결할 수 있는 방안을 기술하고, 보안상의 안전한 VOD(Secure-VOD) 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안한 Secure-VOD 시스템에서는 사용자인증, 비디오 서버 정보에 대한 메시지 인증, 비디오 서버 정보의 메시지 암호화 등의 암호기술을 적용하였다. 본 Secure-VOD 시스템은 일회용 패스워드 기법을 이용하여 기존의 고정 패스워드 체계를 보강하여 안전성을 향상시켰으며, HMAC-HAS160 알고리즘을 이용한 메시지 코드 생성 및 검증으로 비디오 서버 정보에 대한 무결성을 제공하며, 비디오 서버 정보에 대한 비밀성을 보장하기 위해서, RC5 암호 알고리즘을 사용하였다.
Linux cluster Server makes a high performance PC cluster system, and provides scalablity and availability as compared with an expensive single server. In this paper, we design and implement a VOD streaming service system to serve video and audio streaming services on the Linux cluster server. Our Streaming server supports the MS Window Media Format based on the RTSP streaming protocol.
It is strongly believed that Video on Demand(VOD) will become one of the most promising services for Broadband Integrated Services Digital Network(B-ISDN). VOD service can be classified into two types of services: Near VOD(NVOD) and Interactive VOD(IVOD). Although VOD network requires many kinds of resources, we only consider video servers, programs. and storages. In the network. some video servers should be installed at some nodes(especially, at the root node for NVOD service). so that each node with video server stores video programs and distributes stored programs to customers. We take into account three kinds of costs related with the above resources: a program transmission cost, a program storage cost, and a video server installation cost. There exists a trade-off relationship among those three costs according to the locations of video servers and the kinds of programs stored at each video server. Given a multi-level VOD network and the total number of programs being served in the network. the resource. optimization problem for providing both IVOD and NVOD services is to determine where to install video servers, and which and how many programs should be stored at each video server, in order to minimize the total cost. In this paper we develop an efficient dynamic programming algorithm to solve the problem. We also implement the algorithm based on two different service policies assumed in this paper.
대용량 VOD 서비스를 위한 서버로 높은 성능과 낮은 가격의 클러스터 서버가 주목받고 있다. 일반적으로 클러스터 서버는 하나의 front-end 노드와 여러 back-end 노드로 구성된다. back-end 노드 수를 증가시키면 더 많은 클라이언트들에게 QoS를 보장하는 스트리밍 서비스를 할 수 있지만, back-end 노드의 오류 가능성도 이와 비례하여 증가한다. 서버의 장애는 모든 스트리밍 서비스를 중단시킬 뿐 아니라 현재 재생 위치 정보도 잃어버린다. 본 논문에서는 back-end 노드가 오류 상태가 될 때, 끊이지 않는 스트리밍 서비스를 지원하기 위한 복구 방법을 제안한다. 실제 VOD 서비스 환경을 위해, 일반 PC로 구성된 클러스터 기반의 VOD 서버를 구현하였으며, MPEG 영화를 위한 병렬 처리 기법을 사용하였다. 구현된 VOD 서버에 패리티 연산을 이용한 비디오 블록 복구 방법을 설계하였다. 하지만, 클러스터 기반의 VOD 서버 구조를 고려하지 않으면 복구를 위한 내부 네트워크 성능의 병목현상과 back-end 노드들의 비효율적인 CPU 사용을 야기시킨다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 파이프라인 개념을 이용한 새로운 장애 복구 방법을 제안한다.
본 논문에서는 VIA(Virtual Interface Architecture) 통신 프로토콜과 인터벌 캐쉬 기법을 적용하여 서버 내부 통신망의 부하를 감소시킨 PC 클러스터 기반 분산 VOD 서버를 제안한다. 분산 VOD 서버의 각 노드는 클러스터상에 분산 저장된 비디오 데이타를 서버 내부 통신망을 사용하여 전송받아 사용자에게 제공한다. 이 때, 대량의 비디오 데이타가 서버 내부 통신망을 통하여 전송됨으로 서버 내부 통신망에 부하가 증가한다. 본 논문에서는 TCP/IP의 통신 오버헤드를 제거한 사용자 수준 통신 프로토콜인 VIA에 기반한 분산 VOD 파일 시스템을 개발함으로써, 원격 디스크를 접근하는데 소요되는 내부 통신망 비용을 최소화하려고 하였다. 또한, VIA의 최대 전송 크기를 VOD 시스템에 맞게 확장함으로써 내부 통신망의 성능을 향상시키려고 하였다. 추가로 본 논문은 인터벌 캐쉬 기법을 적용하여 원격 서버 노드에서 전송 받은 비디오 데이타를 지역 노드의 메인 메모리에 캐쉬함으로써, 서버 내부 통신망에 발생하는 통신량을 감소시켰다. 실험을 통하여 분산 VOD 서버의 성능을 측정하였으며, TCP/IP에 기반하고 인터벌 캐쉬를 지원하지 않는 기존의 분산 VOD 서버와 성능을 비교하였다. 실험결과, VIA 적용으로 약 11.3%의 성능 향상, 그리고 인터벌 캐쉬 기법을 적용하여 추가로 약 10%의 성능 향상이 생겨 총 21.3%의 성능 향상을 얻을 수 있었다.
병렬 VOD 시스템에서 스트라이핑 정책은 비디오 데이터를 분할 하여 각 노드에 잘 정의된 순서로 분배함으로서 노드간에 부하 균등을 통한 시스템의 성능을 높일 수 있는 중요한 기법이다. 본 논문운 노드를 추가할 경우 노드간의 부하 균등을 고려한 데이터 스트라이핑 기법을 제시한다. 병렬 VOD 서버의 추가된 노드에 새 비디오 파일을 저장할 경우 그 노드에 부하가 집중되어 시스템의 성능이 떨어질수 있기 때문에 적절한 새 노드에 이동시켜 배치시키고 새 비디오 파일을 각 노드에 분배시키는 3 가지 스트라이핑 기법들을 제시한후 실험 분석을 통하여 이 기법들을 비교 평가하였다. 그 결과 FSM 양방향 기법이 가장 좋은 성능을 보였다.
본 논문은 멀티캐스트 전송을 이용한 사용자 기반의 VOD 서비스를 구현하였다. 기존의 서버 기반의 멀티캐스트 시스템을 제공하였지만 구현된 시스템은 사용자 요구 기반의 멀티캐스트 시스템을 제공한다. 멀티캐스트 에이전트 스케줄러(Multicast Agent Scheduler: MAS)는 사용자의 요구를 수집하고 요구된 비디오 아이템과 서비스 시간에 따라서 멀티캐스트 그룹과 포트 번호를 발생한다. 그러면 그것은 VOD서버와 서비스를 요구한 사용자에게 즉시 멀티캐스트 주소와 포트 번호를 전송한다. 그리고 VOD서버는 멀티캐스트 그룹 주소로 요구한 스트림을 전송하고, 사용자는 자동으로 그룹 주소에 가입한다. 멀티캐스트 에이전트 스케줄러는 같은 스케줄링 시간 안에 있는 다른 사용자들이 동일한 비디오를 요구하였을 때 같은 멀티캐스트 그룹 주소를 할당한다. 제안된 VOD 시스템은 동시에 많은 사용자에게 서비스할 뿐 아니라 서버의 부하를 크게 줄일 수 있음을 확인하였고, 이것을 마이크로 소프트의 WMT(Windows Media Technology)에 적용하였다.
비디오 정보를 사용자에게 서비스하기 위해서는 기존의 범용 파일 서버와는 다른 새로운 개념의 서버가 요구된다. 본 논문에서는 실시간 재생 서비스를 제공하는 개인용 VOD(Video-On-Demand) 서버를 설계하고 이를 Windows NT환경에서 구현하였음을 보인다. 제안하는 개인용 VOD 시스템은 VCR(Video Cassette Recorder) 연산의 지연시간, 사용자 접속 승인 지연시간을 줄였으며 빠른 VCR 연산으로 VOD 시스템에 접속하는 사용자에게 좀더 빠른 데이타를 전송할 수 있도록 하였다. 또한 사용자들의 접속을 원활히 하기 위하여 대화 형태의 인터페이스를 제공한다.
주문형 비디오 서비스는 컴퓨터 데이타 통신에 관련한 기반 기술의 발전으로 가능해진 멀티미디어 서비스 로써 비디오 서버가 저장.관리하고 있는 디지탈 동영상 데이타를 사용자의 요구에 따라 온라인으로 전상하여 단말장치에서 실시간으로 재생하는 서비스 이다.특히 대용량의 데이타를 효율적으로 저장해야 하는 서버는 주문형 비디오 서비스를 위한 필수적인 요건이며 현재 활발한 연구가 진행되고 있는 분야이다. 기존의 비디오서버에 대한 연구는 동영상 데이타를 하드디스크에 저정 하는방식에 집중되어 왔으나, 하드디스크는 대용량 저장장치에 비하여 안정성이 낮고 고가의 저장비용량이 든다. 복합 다단계 주문형 비디오 서버는 대용량 저장 장치인 광자기 디스크 쥬크박스를비디오 데이타의 주저장 매체로 사용하며, 데이타의 저장 방법 및 전상스케쥴링을 최적화함으로써 대용량 저장 장치가 갖는 단점을 보완하도록 제안된 주문형 비디오 서버 시스템이다. 본 논문에서는 복합 다단계 서버의 프로토타입을 설계 및구현에 있어서 필요한 다양한 소포트웨어 모듈 및 구성을 설명하고 주문형 비디오서비스를 위한 서버와 클라이언트의 프로토콜을 제안한다.
본 논문에서는 분산 VOD 서버의 내부 통신망에 발생하는 부하를 줄이기 위해 channel bonding 기반 M-VIA 및 인터벌 캐쉬를 적용하는 방법을 제안한다. 분산 VOD 서버의 각 노드는 클러스터상에 분산 저장된 비디오 데이터를 서버 내부 통신망을 사용하여 전송받아 사용자에게 제공한다. 이 때, 대량의 비디오 데이터가 서버 내부 통신망을 통하여 전송됨으로 서버 내부 통신망에 부하가 증가한다. 본 논문에서는 서버 내부 통신망의 부하를 감소시키기 위해서 두 가지 기법을 적용하였다. 첫째, channel bonding을 지원하는 M-VIA를 개발하여 Gigabit Ethernet기반 서버 내부 통신망에 적용하였다. M-VIA는 TCP/IP의 통신 오버헤드를 제거한 사용자 수준 통신 프로토콜로 통신에 소요되는 시간을 감소시켜준다. 이러한 M-VIA에 복수개의 네트워크 카드를 사용하여 통신이 가능하게 하는 channel bonding 기법을 적용함으로써 서버 내부 통신망 자체의 대역폭을 증가시켰다. 두번째, 인터벌 캐쉬 기법을 적용하여 원격 서버 노드에서 전송 받은 비디오 데이터를 지역 노드의 메인 메모리에 캐쉬함으로써, 서버 내부 통신망에 발생하는 통신량을 감소시켰다. 실험을 통하여 분산 VOD 서버의 성능을 측정하였으며, TCP/IP에 기반하고 인터벌 캐쉬를 지원하지 않는 기존의 분산 VOD 서버와 성능을 비교하였다. 실험결과, channel bonding 기반 M-VIA의 적용으로 약$20\%$의 성능 향상, 그리고 인터벌 캐쉬 기법을 적용하여 추가로 약 $10\%$의 성능 향상이 생겨 총 $30\%$의 성능 향상을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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