[논문]비 공유 저장장치를 가지는 클러스터 기반 서버에서 다중 디스크립션 코딩을 이용한 스트리밍 방법

박유현; 김학영; 김명준; 김경석

doi:10.3745/kipsta.2006.13a.3.211

비 공유 저장장치를 가지는 클러스터 기반 서버에서 다중 디스크립션 코딩을 이용한 스트리밍 방법
The Streaming Method using Multiple Description Coding for cluster-based server with shared-nothing storage 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part A. Part A, v.13A no.3 = no.100, 2006년, pp.211 - 222

박유현 (한국전자통신연구원 디지털홈연구단 인터넷서버그룹) , 김학영 (한국전자통신연구원 디지털홈연구단 인터넷서버그룹) , 김명준 (한국전자통신연구원 디지털홈연구단 인터넷서버그룹) , 김경석 (부산대학교 전자전기정보컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

일반적인 비 공유 저장장치를 가진 시스템에서는 특정 컨텐츠에 대한 편향된(skewed) 요청 문제를 피할 수 없다. 본 논문에서는 비 공유 저장장치 모델로 설계/구현된 클러스터 기반의 스트리밍 서버에서 사용자의 편향된 컨텐츠 요청에 대처할 수 있고 스트리밍 서비스 중인 서버 또는 NS 카드에 문제가 생기더라도 스트리밍 서비스가 중단되지 않도록 다중 스트리밍 방법인 MDC(Multiple Description Coding)를 적용한 스트리밍 전송방법을 제안한다. 제안하는 방법은 클러스터 시스템에서 단일 세션으로 스트리밍 서비스를 제공하는 것이 아니라 MDC를 활용하여 다중 세션을 통한 스트리밍 서비스를 제공함으로써 모든 서버의 부하가 같아지고, 특정 서버에 문제가 발생하더라도 스트리밍 서비스가 끊어지지 않으면서 MDC의 특성인 적응형 서비스도 가능하게 되는 장점이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The cluster system with shared-nothing storage cannot escape from the problem of skewed request toward specific contents. This paper, therefore, suggests streaming method using MDC (Multiple Description Coding) instead of using single original content; this method is able to cope with skewed request in shared-nothing storage server as well as to continue to provide services in case of the system failure. Also, the system can support adaptive streaming service according to user player type, network status, the load of server, and client.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

부하 불균형을 해결하기 위해서 컨텐츠 복제를 사용할 수 있지만 복제로 인한 저장장치의 낭비되고 이를 위한 오버헤드가 존재한다. 따라서 본 논문에서는 MDC를 이용하여 비 공유 저장장치 구조를 가지는 시스템에서 부하분산을 효율적으로 수행하면서도 적응적으로 스트리밍 서비스를 제공할 수 있는 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 차세대 인터넷 서버에서 MDC를 활용했을 경우의 성능 측정을 위해서 아리조나 대학의 MDC 자료[23]를 참조하여 시뮬레이션 하였다. 참조한 비디오의 이름은 mobile이며, 파일 크기는 약 12.
본 논문에서는 클러스터 기반의 비 공유 저장장치를 가지는 스트리밍 서버에서 사용자의 편향된 데이터 요청에도 모든 서버의 부하를 동일하게 하면서, 특정 서버에서 에러가 발생하는 경우에도 스트리밍 서비스가 끊어지는 현상을 방지하기 위하여 MDC(Multiple Description Coding)를 활용하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 또한 사용자 단말 및 네트워크 상황에도 동적으로 적응할 수 있는 장점을 가진다.

가설 설정

2) 사용자의 요청은 디스패처 서버로 전송된다.
Pipelined I/O : 비디오/오디오 스트림 데이터가 저장된 디스크 어레이가 쉬고 있는 상태에서 읽기 명령이 발생하면, 첫 번째 블록 조각 읽기 명령과 두 번째 블록 조각 읽기 명령들은 순서대로 디스크 어레이의 각 디스크에 전달된다. 그러면, 읽기 명령을 받은 디스크 어레이의 각각의 디스크들은 첫 번째 블록조각의 위치까지 헤드를 움직인 후 읽어 들여 내부전송하고, 이를 디스크어레이 저장 장치에 외부 전송하게 된다.
큰 블록 사이즈 : 일반적인 리눅스 시스템은 페이지 크기의 한계 때문에 4K byte 이상의 블록을 지원하지 않는다. 따라서 스트리밍 데이터와 같이 매우 큰 데이터는 4K byte 이하의 블록 단위로 나누어져 관리하게 되고 이는 큰 블록으로 관리하는 것에 비해서 성능이 떨어지게 된다.

제안 방법

또한 NS 카드의 디스크스트라이핑 단위로 결정되는 큰 블록 크기(128, 256, 512, 1024, 2048 KB)를 지원한다. EXT3NS는 기존의 EXT3가 bitmap을 모두 동일한 블록 크기(1K~4K)를표현하는 것과는 달리, 메타데이터 영역은 기존의 EXT3 와 같이 1K-4K 블록으로 표현하고 데이터 영역은 대용량 데이터를 위한 대용량 블록(128, 256, 512, 1024, 2048 KB)으로 표현하는 방식으로 구성하였다.
네트워크 경로상의 전달지연을 최소화하기 위해 스트리밍 캐싱 기법을 도입하였다.
NS 카드를 지원하는 대용량 멀티미디어 파일 관리를 위해 표준 인터페이스를 가지는 파일시스템을 개발하였다.
· 스트리밍 서비스에 최적화된 서버를 구현하기 위해 스트리밍 가속 기술을 가진 NS (Network Storage) 카드를 개발하였다.
컨텐트 스트리밍 모듈 : 실제 컨텐츠의 스트리밍 서비스를 담당하는 모듈이다. 스트리밍 컨트롤 전송 프로토콜인 RTSP를 기반으로 다양한 사용자 커넥션을 관리, 분배하는 주 프로세스와 공유메모리를 사용하여 내부 IPC 메시지를 통해 내부 컨트롤을 생성하여 실제 동영상 서비스를 수행하는 NS 프로세스로 크게 나누어 진다.

대상 데이터

참조하여 시뮬레이션 하였다. 참조한 비디오의 이름은 mobile이며, 파일 크기는 약 12.9MB이고, 상영시간은 12초, 평균 bit rate는 8.36Mbps이다.<표 2>는 mobile 비디오의 자세한 속성을 나타낸다.

이론/모형

3.5에서 언급한 시스템 제한점을 해결하기 위해 MDC(Multiple Description Coding)를 적용하여 설계하였다. MDC는 하나의 스트림을 여러 개의 스트림으로 분할하고 각 스트림에는 자신의 정보와 다른 스트림에 관한 부가 정보를 추가하여 어느 하나의 스트림을 잃더라도 나머지 스트림으로 복구할 수 있고 모두를 수신하게 되면 송신 시와 똑같은 품질의 컨텐트를 생성할 수 있는 코딩 기술이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 미리 컨텐츠를 복수 개의 NS 카드에 중복해서 저장하거나, 동적으로 컨텐츠를 복제(replication) 방법이 사용되었다. 하지만, 컨텐츠 중복으로 인한 저장공간의 낭비, 동적 복제의 경우 정확한 시점을 선택하는 오버헤드와 복제로 인한 서비스의 지연 문제와 컨텐츠를 모든 NS 카드에 복제하지 않을 경우에는 컨텐츠 배치 문제가 발생하게 된다.

성능/효과

2) 서버가 NS 카드 k의 고장을 인식하면 NS 카드 k에 저장되어 있는 디스크립션 중에서 현재 서비스 중인 디스크립션들을 선택한다.
7) NS 카드 k가 정상적으로 복구되면, ABNORMAL_CT 의 정보를 통하여 임시로 저장된 디스크립션을 삭제한다. 이때 ABNORMAL_CT의 해당 디스크립션의 Usage Count가 0이 아닌 디스크립션은 0이 될 때까지 기다렸다가 0이 되면 삭제한다.
NS 카드에서는 TCPAJDP 스택을 처리하는 TOE(TCP Offload Engine) 칩을 사용하고 있으며, 이로 인하여 불필요한 메모리 복사 없이 데이터 스트림을 저장장치에서 네트워크로 전송시킬 수 있다. 따라서 NS 카드는 저장장치와 네트워크 성능에서 기존의 I/O 가속 장치보다 적은 CPU 사용율과 높은 성능을 가진다.
방법을 제안한다. 제안하는 방법은 또한 사용자 단말 및 네트워크 상황에도 동적으로 적응할 수 있는 장점을 가진다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.

후속연구

향후 연구로는 MDC 코딩 수준을 결정하는 것과 MDC로 서비스를 받는 클라이언트의 부하를 줄이기 위한 방법이 있다. 즉, 디스크립션이 많을수록 서버 및 클라이언트에 부하를 주기 때문에 부하 분산 및 적응형 서비스를 위한 적절한 MDC 코딩 수준을 결정해야 하고, 클라이언트에서 다중 스트림으로 데이터를 전송 받아 디코딩을 해야 하기 때문에 단일 스트리밍 서비스에 비해 시스템 자원을 많이 사용하는 문제를 해결해야 한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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