클라이언트-서버 구조의 스트리밍 시스템은 서버의 가용 능력에 따라 클라이언트의 개수가 제한되는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 인터넷 방송 시스템의 확장성과 안정성을 지원하기 위해 P2P에 기반한 모델을 제시한 후, 프로토타입 시스템을 구현한 사례를 소개한다. 본 논문에서 구현한 시스템인 OmniCast264는 실시간으로 H.264 비디오 스트림을 제공하는 인코딩 서버, 스트림을 네트워크에 분배하는 스트리ald 서버, 비디오의 재생 및 분배를 담당하는 피어 노드, 그리고 P2P 네트워크에 노드를 동적으로 배치시키는 프록시 서버로 구성된다. P2P에기반한 OmniCast264은 스트리밍 부하의 분산화, 실시간 재생, 에러 발생에 따른 강건함, 계층의 모듈화 등의 개념을 가지고 있기 때문에 대용량의 인터넷 방송에 적합하다고 할 수 있다. 마지막으로 12 대의 PC들을 병렬 및 직렬 구조의 P2P로 구성한 후, OmniCast264의 성능을 평가하여 실시간 재생이 가능함을 검증하였다.
클라이언트-서버 구조의 스트리밍 시스템은 서버의 가용 능력에 따라 클라이언트의 개수가 제한되는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 인터넷 방송 시스템의 확장성과 안정성을 지원하기 위해 P2P에 기반한 모델을 제시한 후, 프로토타입 시스템을 구현한 사례를 소개한다. 본 논문에서 구현한 시스템인 OmniCast264는 실시간으로 H.264 비디오 스트림을 제공하는 인코딩 서버, 스트림을 네트워크에 분배하는 스트리ald 서버, 비디오의 재생 및 분배를 담당하는 피어 노드, 그리고 P2P 네트워크에 노드를 동적으로 배치시키는 프록시 서버로 구성된다. P2P에기반한 OmniCast264은 스트리밍 부하의 분산화, 실시간 재생, 에러 발생에 따른 강건함, 계층의 모듈화 등의 개념을 가지고 있기 때문에 대용량의 인터넷 방송에 적합하다고 할 수 있다. 마지막으로 12 대의 PC들을 병렬 및 직렬 구조의 P2P로 구성한 후, OmniCast264의 성능을 평가하여 실시간 재생이 가능함을 검증하였다.
IStreaming services with a client-server architecture have scalability problem because a server cannot accomodate clients more than its processing capability. This paper introduces a case study for implementing H.264 streaming system based on P2P architecture in order to provide scalable and stable ...
IStreaming services with a client-server architecture have scalability problem because a server cannot accomodate clients more than its processing capability. This paper introduces a case study for implementing H.264 streaming system based on P2P architecture in order to provide scalable and stable broadcast streaming services over the internet. The prototype system called OmniCast264 consists of the H.264 encoding server, the streaming server, the proxy server, and peer nodes. The proxy server dynamically manages placement of the peer nodes on the P2P network. Omnicast264 has the concepts of distributed streaming loads, real-time playback, error-robustness and modularity. Thus, it can provide large-scale broadcast streaming services. Finally, we have built P2P streaming systems with 12 PCs connected serially or in parallel. The experiment shows that OmniCast264 can provide real-time playback.
IStreaming services with a client-server architecture have scalability problem because a server cannot accomodate clients more than its processing capability. This paper introduces a case study for implementing H.264 streaming system based on P2P architecture in order to provide scalable and stable broadcast streaming services over the internet. The prototype system called OmniCast264 consists of the H.264 encoding server, the streaming server, the proxy server, and peer nodes. The proxy server dynamically manages placement of the peer nodes on the P2P network. Omnicast264 has the concepts of distributed streaming loads, real-time playback, error-robustness and modularity. Thus, it can provide large-scale broadcast streaming services. Finally, we have built P2P streaming systems with 12 PCs connected serially or in parallel. The experiment shows that OmniCast264 can provide real-time playback.
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문제 정의
왔다. NICE。〕와 ZIGZAG^〕는 P2P의 네트워크 토폴로지를 트리 구조로 구성하여 노드 이탈 시 하위 노드들의 스트림 끊김 현상을 최소화하려는 연구를 수행하였으며, Coolstreaming'"은 네트워크 토폴로지를 메쉬(Mesh) 구조로 구성하여 트리 구조보다 좀 더 안정적 네트워크를 구축하고자 연구하였다. GnuStream圆은 Gnutella図 프로토콜을 기반으로 하여 시스템을 구현한 사례들이다 그러나 기존 연구들은 주로 토폴로지 구성을 바탕으로 노드의 참여와 이탈에 따른 프로토콜에 주안점을 두었으며 많은 경우 시뮬레이션에 의존한 연구들이다 P2P 스트리밍 시스템은 네트워크 토폴로지를 구성하는 방식, 응용의 요구 조건, 멀티미디어 데이터 포맷 등에 따라서 시스템의 구조가 달라진다.
264 압축 기술에 기반한 시스템의 구조를 설계하였다. 그리고 프로토타입 시스템 OmniCast264를 구축한 후, 실험을 통해 시스템을 검증하였다 본 논문은 인터넷 환경에서 확장가능한 스트리밍 시스템을 설계 구현한 사례를 소개함으로써 향후 대용량 스트리밍 시스템개발의 초석을 제공하는데 목적이 있다.
본 논문에서는 높은 확장성과 안정성을 가진 인터넷 방송 시스템을 개발하기 위해 혼합 P2P 네트워크 구조에 기반한 방송 시스템 Omni Cast 264를 설계 및 구현하였다. 그리고 PC 들을 병려직렬로구성한 후 재생율, 연결 지연 시간, 노드 이탈에 따른 복구 지연 시간을 측정하여 시스템의 성능을 분석하였다.
본 논문에서는 인터넷 환경에서 P2P 스트리밍을 위해 요구되는 사항을 파악하여 아래와 같은 개념적 모델을 정의하였다.
가설 설정
. 계층의 모듈화(Modularity): 프록시 서버의 네트워크 토폴로지 알고리즘이나 인코더는 응용 분야에 따라 결정된다. 따라서 시스템에서는 모듈화를 통해 적응성과 확장성을 높일 수 있어야 한다.
여기서 프로토콜 헤더 첨가에 따른 오버헤드를 5%로 계산하였다. 즉 H.264 영상과 AAC 오디오를 RTP를 통해 전송할 경우, Codec/RTP/UDP/IP 헤더가 필요한데, 패이로드에 비해 약 5% 된다고 가정하였다. 만약 전송하는 동영상의 영상이 300kbps, 오디오가" 64kbps일 경우, (300+64) * 1.
제안 방법
USCP 모듈은 요청/응답 방식으로 동작하며, 표 1은 프록시 서버와 노드 사이에 전송되는 USCP 요청/응답 메시지의 종류이고 메시지들은 XML로 설계하였다.
및 구현하였다. 그리고 PC 들을 병려직렬로구성한 후 재생율, 연결 지연 시간, 노드 이탈에 따른 복구 지연 시간을 측정하여 시스템의 성능을 분석하였다. 실험 결과, 인터넷 방송의 초기 프로토타입으로 충분한 성능을 나타냄을 알 수 있었다.
그림 8과 같이 연결 지연 시간은 프록시 서버와의 USCP 세션을 설정하고 서버 노드를 할당받는 시간 Tproxyconnection, 서버 노드와 RTSP 세션 설정 시간 T rtspconnection> '그리고 RTP를 통하여 비디오 첫 프레임을 받는 시간 Tinitialframe으로 구분된다. 네트워크 구성은 그림 6과같이 직렬로 노드를 구성한 후 홉 수에 따른 연결지연 시간을 측정하였다.
노드 2가 이탈하였을 때 노드 3의 스트리밍 서비스 복구 지연 시간 Trggy를 측정하였다. 노드 1부터 이탈하지 않은 이유는 노드 1이 이탈할 시에는 노드 2가 다윈 스트리밍 서버로 접속하기 때문이다.
0을 이용하여 C++로 구축되어 Windows 환경에서 실험을 수행하였다. 본 논문에서 구현한 노드 소프트웨어의 구성요소 중 재생 스레드(Player)는 아직 개발단계 이므로 구현한 노드가 H.264 비디오 스트리밍을 올바르게 수신하여 중계하는 지를 검증하기 위하여 VideoLAN Project의 VLC Player를 이용하여 재생하였다. 표 2는 실험에 사용된 각 구성요소의 하드웨어 사양을 보여주고 있다 노드의 처리 역량에 따라 프레임의 재생율을 실험하기 위해 두 종류의 노드(펜티엄 4의 1.
본 논문에서는 인터넷 방송 시스템의 요구 조건을 (1) P2P 노드의 부하 분산화, ⑵ 실시간 재생, (3) 에러 발생에 따른 강건함, (4) 모듈의 계층화로 분류하고 혼합 P2P 토폴로지와 H.264 압축 기술에 기반한 시스템의 구조를 설계하였다. 그리고 프로토타입 시스템 OmniCast264를 구축한 후, 실험을 통해 시스템을 검증하였다 본 논문은 인터넷 환경에서 확장가능한 스트리밍 시스템을 설계 구현한 사례를 소개함으로써 향후 대용량 스트리밍 시스템개발의 초석을 제공하는데 목적이 있다.
및 동기화 기능을 수행한다. 본 논문에서는 표준 RTSP 버전 1.0을 기반으로 모듈을 구현하였으며, RTP 모듈은 오픈 소스인 JRTPLIB 3.6.0 버전을 수정하여 구현하였다“丄
서버 노드의 CPU 성능에 따른 프레임 재생율을측정하여 실시간 재생이 가능한지를 검증하였다. 네트워크 구성은 그림 5와 같이 노드 1에서 8개의 다른 노드로 중계하였다.
연결 서비스 스레드는 노드와 통신하기 위한 스레드로서 본 논문에서 제안한 XML 기반 USCP 모듈 계층을 이용한다.
대상 데이터
OmniCast264는 Visual Studio 6.0을 이용하여 C++로 구축되어 Windows 환경에서 실험을 수행하였다. 본 논문에서 구현한 노드 소프트웨어의 구성요소 중 재생 스레드(Player)는 아직 개발단계 이므로 구현한 노드가 H.
서버에게 전송하는 장치이다. 본 논문에서는 실시간으로 인코딩하기 위해 하드웨어 오디一오/비디오 인코더를 사용하였다. 하드웨어 인코더는 SD 급 H.
264 비디오 스트리밍을 올바르게 수신하여 중계하는 지를 검증하기 위하여 VideoLAN Project의 VLC Player를 이용하여 재생하였다. 표 2는 실험에 사용된 각 구성요소의 하드웨어 사양을 보여주고 있다 노드의 처리 역량에 따라 프레임의 재생율을 실험하기 위해 두 종류의 노드(펜티엄 4의 1.8/3.0GHZ)를 선택하였다.
이론/모형
STopologyAlgorithm^- 여러 가지 네트워크 토폴로지 알고리즘 모듈을 적용할 수 있도록 추상 클래스로서 정의되었으며, 본 논문에서는 네트워크 토폴로지 구성 알고리즘의 하나인 “홉 수 기반 순차적 검색 알고리즘”을 적용한다. 즉, 홉 수가 작은 노드를 선정한 후, 서비스 가용 능력을 고려하여 선택한다.
디렉토리서버는 노드들의 위치와 컨텐츠 정보를 메타 데이터로 유지한다. 본 논문에서는 멀티미디어 스트림을 중계하던 노드의 이탈 시에 스트리밍 중단 시간을 최소화하기 위해 메타 정보를 중앙의 디렉토리 서버에서 관리하는 혼합 P2P 방식을 적용한다.
성능/효과
한다. 복구 시간은 실험 환경에 따라 다르게 나타날 수 있지만, 본 논문에서와 같은 LAN 환경에서는 약 100~120ms로 빠르게 복구가 됨을 알 수 있다. 만약 인터넷 환경에서는 네트워크 전송 지연으로 인해 복구 시간이 다소 증가할 수 있다.
실험 결과 CPU의 성능에 관계없이 노드들은 1 초 이내에 H.264 비디오 30프레임을 수신하였으며, 이는 프로토타입 시스템의 구조의 정확성 및 효율성을 보여주고 있다.
실험 결과 노드의 연결 지연 시간은 약 100-120 ms이고재생율은 인코딩 서버의 재생율과 동일하므로 실시간 재생이 가능하다고 볼 수 있다.
Tgowy 는 이탈하기 전 최종으로 보낸 프레임을 수신한 시각과 새로운 서버 노드로부터 프레임을 수신한 시각의 차를 이용하였다. 실험 결과 모든 노드에서 연결 지연 시간(匚。皿«知)과비슷한 100~120ms의 시간이 소요되었다. 노드의 연결 지연 시간과 큰 차이가 없기 때문에 빠르게 에러 복구가 되며 사용자에게 시각적으로 불편함을 주지 않을 것으로 판단된다.
그리고 PC 들을 병려직렬로구성한 후 재생율, 연결 지연 시간, 노드 이탈에 따른 복구 지연 시간을 측정하여 시스템의 성능을 분석하였다. 실험 결과, 인터넷 방송의 초기 프로토타입으로 충분한 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 본 논문의 성능 결과는 네트워크 환경이 양호한 곳에서 실험한 것으로서, 향후 다양한 인터넷 환경에서 성능을 측정할 필요가 있다.
예를 들어 노드 2는 USCP 세션 설정 및 서버 노드 할당 시간이 5ms, RTSP 세션 설정 시간이 60 ms, 프레임 손실로 인한 지연시간이 15 ms, 첫 프레임 받기까지의 지연 시간이 30 ms 이다 첫 프레임 수신하기 전에 프레임 손실이 일어나는 이유는 하나의 프레임이 여러 개의 RTP 패킷으로 구성되어 있는 경우 프레임 중간 부분 수신시 본 논문에서 손실로 처리하였기 때문이다. 실험 결과에서 노드 1은 RTSP 세션 설정 후 첫 프레임을 수신할 때까지 449ms가 소요되었다. 다른 노드들보다 크게 나타난 이유는 노드 1이 스트리밍 서버에 직접 접속하여 스트리밍을 받기 때문이다.
후속연구
실험 결과, 인터넷 방송의 초기 프로토타입으로 충분한 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 본 논문의 성능 결과는 네트워크 환경이 양호한 곳에서 실험한 것으로서, 향후 다양한 인터넷 환경에서 성능을 측정할 필요가 있다. 또한 노드의 처리 능력에 따라 P2P 토폴로지를 효율적으로 구성하는 알고리즘의 개발 등은 향후 과제로 남겨둔다
참고문헌 (11)
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박호진, 박광로, 'P2P 기술 동향 및 홈 네트워크 응용', 2006
NICE Project, http://www.cs.umd.edu/projects/nice
Due A. Tran, Kien A. Hua, and Tai Do, 'ZIGZAG: An efficient peer-to-peer scheme for media streaming,' Proceedings of IEEE INFOCOM. 1283-1292, 2003
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