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문제 정의
- 본 논문에서는 라이브 멀티미디어 스트리밍의 서비스 품질을 지원할 수 있는 P4P 기반의 P2P 시스템을 제안하였다. 제안하는 방안에서는 네트워크 제공자 측 서버인 iTracker로부터 네트워크 자원 활용 정보와 더불어 지연 및 혼잡 링크에 관한 네트워크 상태 정보를 획득하여 이 정보를 기반으로 피어링 제의를 수행하도록 하였다.
- 가령 MLU를 만족하는 피어링이 경우에 따라서는 라이브 멀티미디어 스트리밍의 지연(10초 이하의 종단간 지연) 혹은 손실율(1% 미만의 손실율) 요구를 만족시키지는 못할 수 있기 때문이다. 이에 본 논문에서는 서비스 품질에 미치는 지연과 손실율의 영향이 일반적인 데이터보다 훨씬 민감한 라이브 멀티미디어 스트리밍을 위해, P4P가 링크 활용율과 PoP 간의 지연을 명시적으로 제공하도록 하고 이를 P2P 시스템의 피어링 결정에 반영하도록 함으로써 P4P의 기본 목적인 네트워크 자원활용 향상과 더불어 라이브 멀티미디어 스트리밍 P2P 시스템을 효과적으로 지원할 수 있도록 하는 방안을 제안하였다. 또한, 동일 PoP 내에서 피어링이 이루어지는 경우, 각 피어 별 업로드 다운로드 용량 제약을 반영함으로써 지연 측면에서 가장 유리한 PoP 내 피어링이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하였으며, 지속적인 스트리밍 서비스를 위해 피어의 스트림 가용성을 반영함으로써 스트림을 많이 확보하고 있는 피어를 우선적으로 피어링에 활용하도록 하였다.
- 스포츠 생중계와 같은 동시성을 요구하는 서비스는 서비스를 이용하는 피어들 간 서로 동일하지 않는 화면을 보면서 사용자간 인터랙션에 문제가 발생할 수 있기 때문에 재생 지점 편차 증가는 서비스의 실시간성을 저해하는 요건이다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 스트림을 주고받는 인접 피어들간의 상대적인 재생 동기화가 아닌 소스 피어와 피어들 간 재생 지점의 차를 일정한 범위내로 제어할 수 있는 재생 동기화 메커니즘을 제안하였다.
가설 설정
- 라우터간 대역폭은 200Mbyte로 설정하였으며, 소스 피어, iTracker, 부트스트랩 서버의 대역폭은 100Mbyte로 설정하였다. P2P 시스템은 100Mbyte, 10Mbyte, 1Mbyte의 업로드 대역폭을 가진 피어들과 그리고 전혀 업로드를 하지 않는 피어들로 구성된다고 가정하였고, 100Mbyte 업로드 대역폭을 가진 피어 10%, 10Mbyte 업로드 대역폭을 가진 피어 20%, 1Mbyte 업로드 대역폭을 가지는 피어 20%, 업로드 대역폭을 제공하지 않는 피어 50%로 설정하였다. 이 설정은[4]와 [10]에서 측정한 사용자의 접속 위치에 대한 타입(직접 연결, UPnP, NAT, Firewall)별 피어 분포와 피어별 대역폭 분포를 따른 것이다.
- 이 설정은[4]와 [10]에서 측정한 사용자의 접속 위치에 대한 타입(직접 연결, UPnP, NAT, Firewall)별 피어 분포와 피어별 대역폭 분포를 따른 것이다. 또한, [11]의 연구결과에 따라 피어들의 조인이 포아송 분포를 따른다고 가정하였다.
- 시뮬레이션 네트워크는 세 개의 AS로 구성되어 있으며, 각 AS내의 대표 라우터를 다른 AS 내의 대표 라우터와 연결하였고(그림 6의 오른쪽), 각 AS내의 토폴로지는 KT-VPN 토폴로지로 구성하였다(그림 6의 왼쪽). 부트스트랩 서버는 시스템 내 하나만 존재하며, iTracker는 각 AS별로 하나씩 둔다고 가정하였다. 한 AS내에 라우터의 개수는 36개이며, 각 라우터를 PoP로 간주하고, 각 라우터에 피어가 연결된다.
제안 방법
- 자식 피어는 각 부모 피어로부터 해당 서브스트림을 풀 (pull)하며, 부모 피어는 자식 피어에 의해서 요청된 서브스트림의 모든 세그먼트를 푸시(push)한다. CoolStreaming과 다르게, 제안하는 방안에서는 한 피어가 해당 부모 피어로부터 서브스트림의 일부 세그먼트를 전달받지 못했다면 그 피어는 파트너 피어들 중 한 피어에게 그 세그먼트를 요청한다. 따라서 제안하는 시스템은 각각의 서브스트림이 지정된 부모 피어를 통해 푸시 메커니즘으로 전달되는, 각 서브 스트림 별 트리인 멀티플 트리 오버레이와 임의의 파트너 피어를 통해 긴급 세그먼트를 요청하여 받는 보조의 메시 오버레이를 혼합한 하이브리드 구조를 띠고 있다.
- 그러나 (그림 8)에서1000개의 피어에 대해 각 피어별 스트림 지속성 분포를 살펴보면 제안하는 방안은 거의 모든 피어들이 1% 미만의 전체 세그먼트 손실을 가진데 반해, CoolStreaming에서는 약 18% 정도의 피어가 1% 이상의 패킷 손실을 경험하는 것을 볼 수 있다. CoolStreaming에서는 부트스트랩 서버가 피어 정보나 네트워크 정보 없이 랜덤으로 시스템에 들어와 있는 피어들의 리스트를 알려주는 반면, 제안하는 방안에서는 iTracker 로 부터 받은 네트워크 상태 정보와 함께 피어의 스트림 가용성 가중치와 피어의 업로드/다운로드 링크 용량 등을 모두 이용하여 피어링을 제의한다. 따라서 제안 방안의 피어는 최적의 피어와 통신할 가능성이 더 높고, 더 안정적으로 서비스를 받을 수 있게 된다.
- P2P 시스템 차원의 성능을 평가하기 위해 제어 메시지 오버헤드, 피어들 간 재생 지점의 편차를 측정해보았다. (그림 12)는 시스템 규모에 대한 피어에서의 제어 오버헤드를 보인 것이다.
- P2P 어플리케이션의 성능을 평가하기 위해 시스템 규모 (P2P 시스템에 참여하는 피어의 수)를 변경해 보면서 평균 스트림 지속성과 재생 시작 지연을 측정해 보았다. (그림 7) 은 시스템 규모에 대한 평균 스트림 지속성을 보인 것이다.
- 제안하는 방안에서는 네트워크 제공자 측 서버인 iTracker로부터 네트워크 자원 활용 정보와 더불어 지연 및 혼잡 링크에 관한 네트워크 상태 정보를 획득하여 이 정보를 기반으로 피어링 제의를 수행하도록 하였다. 그리고 피어의 업로드/다운로드 링크 용량과 피어의 스트림 가용성 가중치를 피어링 시에 적용하도록 함으로서 지속적인 스트리밍을 지원할 수 있는 피어를 우선적으로 선택하도록 하였다. 또한 모든 피어들이 소스 피어의 재생 지점을 기준으로 일정 범위 내에서 재생을 시작하도록 하는 라이브 멀티미디어 스트리밍 재생 동기화 방안을 제안하였다.
- 기존의 P4P 연구에서는 네트워크상에 병목 영역이 발생되지 않도록 하고, 네트워크 내 유통되는 P2P 트래픽 양을 최소화하기 위해 최대 링크 활용율 (MLU: Maximum Link Utilization) 혹은 링크의 트래픽 양과 피어링이 이루어지는 PoP(Point of Presence)간 홉수의 곱 (BDP: Bandwidth- Distance Product)을 최소화하도록 유도하는 비용을 P2P 시스템에 제공하는 방안을 제시하였다. 그리고, 이와 같은 피어링 비용이 주어졌을 때 각 PoP 별 업로드와 다운로드 용량 (capacity) 제약 하에 서로 다른 AS(Autonomous System) 간의 피어링 비율을 줄일 수 있도록 하는 방안을 제안함으로써 네트워크 자원 활용 효율을 높일 수 있도록 하였다.
- 네트워크 자원 활용 측면에서 성능을 평가하기 위해 각 네트워크 링크 상의 트래픽의 양과 편차를 측정해보았다. (그림 14)는 피어 1000개를 조인시켰을 때 네트워크 링크상의 트래픽 양의 합을 보인 것이다.
- CoolStreaming과 다르게, 제안하는 방안에서는 한 피어가 해당 부모 피어로부터 서브스트림의 일부 세그먼트를 전달받지 못했다면 그 피어는 파트너 피어들 중 한 피어에게 그 세그먼트를 요청한다. 따라서 제안하는 시스템은 각각의 서브스트림이 지정된 부모 피어를 통해 푸시 메커니즘으로 전달되는, 각 서브 스트림 별 트리인 멀티플 트리 오버레이와 임의의 파트너 피어를 통해 긴급 세그먼트를 요청하여 받는 보조의 메시 오버레이를 혼합한 하이브리드 구조를 띠고 있다. (그림 2) P4P-프레임워크 기반의 P2P 오버레이 구조를 구성하기 위한 절차
- 한 스트림 파일을 4개의 서브스트림으로 나눴으며, 제안하는 방안에서 조인 시 스트림의 최초 요청 지점을 결정하기 위해 사용되는 파라미터인 Tm은 20초로 설정하였다. 또한 15초(Tb)간 재생할 수 있는 스트림이 버퍼링 되면 버퍼 검사를 시작하며, 20초간 재생할 수 있는 스트림이 버퍼링 되면 재생을 시작하는 것으로 설정하였다. 버퍼의 크기는 60초 동안 재생될 스트림을 버퍼링할 수 있는 크기이다.
- 그리고 피어의 업로드/다운로드 링크 용량과 피어의 스트림 가용성 가중치를 피어링 시에 적용하도록 함으로서 지속적인 스트리밍을 지원할 수 있는 피어를 우선적으로 선택하도록 하였다. 또한 모든 피어들이 소스 피어의 재생 지점을 기준으로 일정 범위 내에서 재생을 시작하도록 하는 라이브 멀티미디어 스트리밍 재생 동기화 방안을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 성능을 평가한 결과, 본 방안은 네트워크상의 혼잡 링크의 발생을 줄이고, 각 링크별 트래픽 부하를 균등하게 유지하는 등 P4P의 기본 목적인 네트워크 자원 활용 문제를 효과적으로 다루면서, 라이브 멀티미디어 스트리밍에서 패킷 손실 측면에서의 요구사항을 만족하는 피어의 비율을 0.
- NS-2는 TCP, UDP, FTP, HTTP 등등의 다양한 네트워크 프로토콜들을 시뮬레이션 할 수 있도록 만들어진 네트워크 시뮬레이터 툴이며, 이 시뮬레이터에 제안 방안의 프로토콜및 동작 모듈들을 구현하였다. 또한 제안하는 방안의 성능 비교를 위해 대표적인 데이터-드리븐 방안인 CoolStreaming을 구현하였다. (그림 6)은 시뮬레이션에 사용된 네트워크 토폴로지를 보이고 있다.
- 이에 제안하는 피어링 제의 메커니즘에서는 iTracker가 링크 활용율과 PoP 간의 지연을 명시적으로 부트스트랩 서버에게 제공하도록 하고 이를 P2P 시스템의 피어링 결정에 반영하도록 함으로써 P4P의 기본 목적인 네트워크 자원 활용 향상과 더불어 라이브 멀티미디어 스트리밍 P2P 시스템을 효과적으로 지원할 수 있도록 하였다. 또한, 동일 PoP 내에서 피어링이 이루어지는 경우, 각 피어 별 업로드 다운 로드 용량 제약을 반영함으로써 지연 측면에서 가장 유리한 PoP 내 피어링이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하였으며, 지속적인 스트림 제공을 위해 피어의 스트림 가용성 가중치를 피어링에 반영함으로써 스트림을 많이 확보하고 있는 피어를 우선적으로 피어링에 적용하도록 하였다.
- 이에 본 논문에서는 서비스 품질에 미치는 지연과 손실율의 영향이 일반적인 데이터보다 훨씬 민감한 라이브 멀티미디어 스트리밍을 위해, P4P가 링크 활용율과 PoP 간의 지연을 명시적으로 제공하도록 하고 이를 P2P 시스템의 피어링 결정에 반영하도록 함으로써 P4P의 기본 목적인 네트워크 자원활용 향상과 더불어 라이브 멀티미디어 스트리밍 P2P 시스템을 효과적으로 지원할 수 있도록 하는 방안을 제안하였다. 또한, 동일 PoP 내에서 피어링이 이루어지는 경우, 각 피어 별 업로드 다운로드 용량 제약을 반영함으로써 지연 측면에서 가장 유리한 PoP 내 피어링이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하였으며, 지속적인 스트리밍 서비스를 위해 피어의 스트림 가용성을 반영함으로써 스트림을 많이 확보하고 있는 피어를 우선적으로 피어링에 활용하도록 하였다.
- 스트림 가용성이란 피어가 안정적으로 멀티미디어 스트림을 제공할 수 있는 정도를 의미한다. 본 방안에서는 스트림의 가용성을 세단계로 구분하였다. 첫 번째 단계는 피어가 조인한 이후에 부모 피어로부터 첫 번째 세그먼트를 받는 단계이다.
- (그림 6)은 시뮬레이션에 사용된 네트워크 토폴로지를 보이고 있다. 시뮬레이션 네트워크는 세 개의 AS로 구성되어 있으며, 각 AS내의 대표 라우터를 다른 AS 내의 대표 라우터와 연결하였고(그림 6의 오른쪽), 각 AS내의 토폴로지는 KT-VPN 토폴로지로 구성하였다(그림 6의 왼쪽). 부트스트랩 서버는 시스템 내 하나만 존재하며, iTracker는 각 AS별로 하나씩 둔다고 가정하였다.
- 시뮬레이션에서는 라이브 멀티미디어 스트리밍 어플리케이션 성능, P2P 시스템 성능, 네트워크 성능 등 세 가지 측면에서 성능을 평가하였다. 어플리케이션 성능에서는 평균 스트림 지속성과 재생 시작 지연, P2P 시스템 성능측면에서는 제어 오버헤드와 소스 피어와 피어간 재생 지점의 차, 네트워크 성능에서는 백본 네트워크 링크를 경유하는 트래픽의 양과 그 링크들의 트래픽 양의 편차, 인터-AS간 트래픽 양을 측정하였다.
- 시뮬레이션에서는 라이브 멀티미디어 스트리밍 어플리케이션 성능, P2P 시스템 성능, 네트워크 성능 등 세 가지 측면에서 성능을 평가하였다. 어플리케이션 성능에서는 평균 스트림 지속성과 재생 시작 지연, P2P 시스템 성능측면에서는 제어 오버헤드와 소스 피어와 피어간 재생 지점의 차, 네트워크 성능에서는 백본 네트워크 링크를 경유하는 트래픽의 양과 그 링크들의 트래픽 양의 편차, 인터-AS간 트래픽 양을 측정하였다.
- 이 장에서는 제안하는 P4P-프레임워크 기반의 P2P 오버레이 구조와 시스템 컴포넌트를 먼저 설명하고, 제안하는 방안을 구성하는 주요 메커니즘인 피어링 제의 메커니즘, 피어들간 재생 지점의 편차를 줄이기 위한 피어들 간 재생 동기화메커니즘, 부모 피어 갱신 메커니즘에 대해 차례로 기술한다.
- 이를 위해 모든 피어들 간 소스 피어의 재생 지점을 공유하고, 이에 따라 재생 시작 지점을 결정할 수 있는 메커니즘이 필요하다. 이에 제안하는 방안에서는 각 피어가 소스 피어의 재생 지점을 예측하는 방법을 이용한다. 즉, 각 피어는 조인 시점에 파트너 피어들로부터 그들이 예측하고 있는 소스 피어 재생 지점을 전달받고, 이를 기반으로 시스템에 참여하고 있는 동안 지속적으로 소스 피어의 재생 지점을 예측하면서 자신의 파트너 피어에게 예측한 재생 지점을 알려준다.
- 즉, 각 피어는 조인 시점에 파트너 피어들로부터 그들이 예측하고 있는 소스 피어 재생 지점을 전달받고, 이를 기반으로 시스템에 참여하고 있는 동안 지속적으로 소스 피어의 재생 지점을 예측하면서 자신의 파트너 피어에게 예측한 재생 지점을 알려준다. 제안하는 방안에서 각 피어는 소스 피어의 재생 지점을 스트림에서 발생하는 초당 프레임의 수로 예측하며, 세그먼트 번호로 재생 예측 지점을 명시한다. 즉, 소스의 재생 시작 시점으로부터 t초가 경과했고, 스트림의 프레임율이 f/sec이며, 프레임당 평균 세그먼트 개수가 l이라면, 그시점의 소스 재생 지점에 해당하는 세그먼트 번호는 (t*f*l) 이 된다.
- 새로 조인하는 피어는 자신의 파트너 피어들로부터 재생 예측 지점을 전달 받게 되는데, 이때 전달받은 재생 예측 지점이 소스 피어와 각 피어들 간 종단간 지연으로 인해 약간의 차이가 있을 수 있다. 제안하는 방안에서는 (그림 5)에서와 같이, 수신한 재생 예측 지점 중 가장 앞선 재생 예측 지점을 새로 조인하는 피어의 최초 재생 예측 지점으로 선택한다. 그리고 최초 재생 예측 지점으로부터 Tm 이전 지점을 스트림의 최초 요청 지점으로 결정하고, 그 지점부터 세그먼트를 보내줄 것을 부모 피어에게 요청한다.
- 본 논문에서는 라이브 멀티미디어 스트리밍의 서비스 품질을 지원할 수 있는 P4P 기반의 P2P 시스템을 제안하였다. 제안하는 방안에서는 네트워크 제공자 측 서버인 iTracker로부터 네트워크 자원 활용 정보와 더불어 지연 및 혼잡 링크에 관한 네트워크 상태 정보를 획득하여 이 정보를 기반으로 피어링 제의를 수행하도록 하였다. 그리고 피어의 업로드/다운로드 링크 용량과 피어의 스트림 가용성 가중치를 피어링 시에 적용하도록 함으로서 지속적인 스트리밍을 지원할 수 있는 피어를 우선적으로 선택하도록 하였다.
- 제안하는 방안에서는 버퍼맵을 사용하지 않는 대신 현재 수신한 서브스트림의 상태를 모니터링하여 서브스트림을 제대로 제공해주지 못하는 부모 피어를 발견한다. 피어는 부모 피어에게 스트림의 최초 요청 지점의 세그먼트를 요청한후 버퍼링되어야 할 최소 세그먼트의 양인 Tb가 버퍼링되면 그때부터 버퍼 검사를 시작하고, 그 이후로는 매 버퍼 검사 인터벌 Tinit마다 버퍼 검사를 수행한다.
- 부트스트랩 서버에서의 피어 선택 방법은 다음과 같다. 제안하는 방안에서는 피어링을 위한 시스템 파라미터로 m, s, k를 사용한다. m은 파트너 피어의 수이다.
- (그림 1)은 제안하는 P4P-프레임워크 기반의 P2P 시스템의 컴포넌트를 보이고 있다. 제안하는 시스템은 피어, 부트스트랩 서버, P4P에서 네트워크 정보를 제공하는 ISP 측의 서버인 iTracker로 구성되어 있다. 각 피어는 P2P 오버레이 네트워크의 멤버이며, 파트너 피어 및 부모, 자식 피어 정보를 가지고 있고, 이 정보는 파트너십 매니저에 의해 관리된다.
- 2절에서 설명함), 이를 새롭게 조인한 피어에게 전달한다ⓕ. 조인 요청한 피어는 부트스트랩 서버로부터 받은 피어링 제의 리스트의 부모 피어 및 파트너 피어와 커넥션을 설립하고 피어들 간 재생 동기화 메커니즘을 통해 스트림의 최초 요청 지점을 결정하여, 스트림을 요청한다ⓖ. 새롭게 조인한 피어는 부모 피어로부터 처음으로 세그먼트를 받으면 부트스트랩 서버에게 Notify-f 메시지를 보내 이를 통보한다ⓗ.
- 이에 제안하는 방안에서는 각 피어가 소스 피어의 재생 지점을 예측하는 방법을 이용한다. 즉, 각 피어는 조인 시점에 파트너 피어들로부터 그들이 예측하고 있는 소스 피어 재생 지점을 전달받고, 이를 기반으로 시스템에 참여하고 있는 동안 지속적으로 소스 피어의 재생 지점을 예측하면서 자신의 파트너 피어에게 예측한 재생 지점을 알려준다. 제안하는 방안에서 각 피어는 소스 피어의 재생 지점을 스트림에서 발생하는 초당 프레임의 수로 예측하며, 세그먼트 번호로 재생 예측 지점을 명시한다.
- 피어는 버퍼 검사를 통해 각 파트너 피어가 자신의 새로운 부모 피어로 동작 할 수 있는지 여부와 부모 피어가 지속적으로 서비스를 제공해 주고 있는지 여부를 동시에 판단한다. 파트너 피어가 자신의 새로운 부모 피어로 동작 할 수 있는지의 타당성을 판단하기 위하여 Tinit동안 그 파트너 피어에게 요청한 세그먼트 가운데 성공적으로 받은 세그먼트의 비율 h를 서브스트림별로 계산한다. 또한, 부모 피어가 지속적으로 서비스를 제공해 주고 있는지 여부를 검사하기 위하여 Ti동안 서브스트림 별 부모 피어로부터 받은 세그먼트의 수 g를 카운트한다.
- 한 AS내에 라우터의 개수는 36개이며, 각 라우터를 PoP로 간주하고, 각 라우터에 피어가 연결된다. 피어와 라우터간의 링크 지연은 0.1~0.2ms 사이의 랜덤 지연, 라우터와 라우터 간 링크 지연은 0.5~1ms 사이의 랜덤 지연으로 설정하였다. 라우터간 대역폭은 200Mbyte로 설정하였으며, 소스 피어, iTracker, 부트스트랩 서버의 대역폭은 100Mbyte로 설정하였다.
- 시뮬레이션에 사용한 멀티미디어 스트리밍 파일은 초당 30프레임, 약400Kbps 속도로 재생된다. 한 스트림 파일을 4개의 서브스트림으로 나눴으며, 제안하는 방안에서 조인 시 스트림의 최초 요청 지점을 결정하기 위해 사용되는 파라미터인 Tm은 20초로 설정하였다. 또한 15초(Tb)간 재생할 수 있는 스트림이 버퍼링 되면 버퍼 검사를 시작하며, 20초간 재생할 수 있는 스트림이 버퍼링 되면 재생을 시작하는 것으로 설정하였다.
대상 데이터
- 시뮬레이션에 사용한 멀티미디어 스트리밍 파일은 초당 30프레임, 약400Kbps 속도로 재생된다. 한 스트림 파일을 4개의 서브스트림으로 나눴으며, 제안하는 방안에서 조인 시 스트림의 최초 요청 지점을 결정하기 위해 사용되는 파라미터인 Tm은 20초로 설정하였다.
이론/모형
- CoolStreaming에 관련된 파라미터는 [4]를 따랐으며, 그 밖의 시뮬레이션에서 사용된 파라미터 설정은 과 같다.
- 제안하는 P2P 시스템은 CoolStreaming[4]에서와 같이 멀티플 서브스트림의 개념을 사용한다. 이 개념에서 피어는 자식 피어에게 하나 이상의 서브스트림을 전달해주는 부모 피어일 수 있으며, 일부 서브스트림에 있어서 부모 피어인 반면, 나머지 서브스트림에 있어서 파트너 피어 일 수 있다.
- 제안하는 방안의 성능을 평가하기 위해 NS-2[9] (Network Simulator)를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. NS-2는 TCP, UDP, FTP, HTTP 등등의 다양한 네트워크 프로토콜들을 시뮬레이션 할 수 있도록 만들어진 네트워크 시뮬레이터 툴이며, 이 시뮬레이터에 제안 방안의 프로토콜및 동작 모듈들을 구현하였다.
성능/효과
- (그림 13)은 시스템 규모에 대한 소스 피어와 피어간 재생 동기화 정도를 보인 것이다. (그림 13)에서와 같이, 제안 방안이 CoolStreaming 방안보다 소스와 피어의 재생 지점차에 대한 성능이 최대값, 평균값, 최소값 부분에서 더 좋은 성능을 보였는데, CoolStreaming 방안의 소스와 피어간 재생 지점의 차이가 제안 방안의 최악의 경우에도 최대값 1.7배, 평균값 1.02배, 최소값 1.44배에 달한다.
- 평균 스트림 지속성은 피어가 조인하여 재생을 시작한 시점부터 재생이 끝날 때까지 받아야 할 세그먼트 수 가운데 재생 데드라인을 만족시킨 세그먼트의 수에 대한 비율이다. (그림 7)에서 보는 바와 같이, 제안하는 방안의 평균 지속성은 99.9%, CoolStreaming은 98% 이상으로 두 방안 모두 높은 평균 지속성을 유지한다. 그러나 (그림 8)에서1000개의 피어에 대해 각 피어별 스트림 지속성 분포를 살펴보면 제안하는 방안은 거의 모든 피어들이 1% 미만의 전체 세그먼트 손실을 가진데 반해, CoolStreaming에서는 약 18% 정도의 피어가 1% 이상의 패킷 손실을 경험하는 것을 볼 수 있다.
- (그림 14)는 피어 1000개를 조인시켰을 때 네트워크 링크상의 트래픽 양의 합을 보인 것이다. CoolStreaming 방안에서의 트래픽 양은 평균 320MB인 반면, 제안방안에서는 평균 20MB를 보였다. 제안방안에서는 피어가 새롭게 조인했을 때 가능한한, 즉 피어별 업로드 다운로드 대역폭 제약이 허용하는 한 동일 PoP에 있는 피어들과 통신하도록 우선적으로 피어링을 제시해주기 때문에 평균적으로 AS내 또는 AS간(254~260번 링크가 AS간 링크) 트래픽 양을 Cool- Streaming의 1/16배로 줄일 수 있었다.
- (그림 11)은 피어 1000개에 대한 재생 시작 지연의 누적 그래프를 보인 것이다. CoolStreaming에서 약 28% 정도의 피어가 10초 이내에 재생을 시작하여 제안방안보다 재생 시작 지연이 짧은 반면, 10초 이상에 대해서는 재생을 더 빨리 시작하는 피어가 제안 방안에서 더 많음을 볼 수 있다.
- 45의 편차를 보였다. 결과적으로 제안하는 방안이 라이브 멀티미디어 스트리밍 서비스에서 손실률 1% 미만을 만족시키는 피어의 율을 높임으로써 ITU-T G.1010 권고안 1% 미만의 패킷 손실률에 대한 요구사항을 잘 반영하고 있음을 볼 수 있었다.
- 따라서 제안 방안의 피어는 최적의 피어와 통신할 가능성이 더 높고, 더 안정적으로 서비스를 받을 수 있게 된다. 결과적으로, 제안하는 방안의 피어링 메커니즘이 라이브 멀티미디어 스트리밍 서비스의 지속성을 높임을 알 수 있다.
- (그림 10)에서 보는 바와 같이, 재생 시작 지연의 최소값은 제안하는 방안이 Cool- Streaming 방안보다 좀 더 큼을 볼 수 있다. 그 이유는 CoolStreaming 방안이 제안하는 방안보다 더 이전의 지점을 스트림의 최초 요청 지점으로 요청하므로 CoolStreaming 방안의 부모 피어가 20초 연속적으로 재생할 수 있는 스트림 (서브스트림 차원)을 모두 가지고 있을 가능성이 크고, 재생 시작까지를 빨리 버퍼링 할 수 있다. 반면, 재생 시작 지연의 평균값과 최대값 측면에서는 제안하는 방안이 CoolStreaming 방안보다 적음을 볼 수 있다.
- 9%, CoolStreaming은 98% 이상으로 두 방안 모두 높은 평균 지속성을 유지한다. 그러나 (그림 8)에서1000개의 피어에 대해 각 피어별 스트림 지속성 분포를 살펴보면 제안하는 방안은 거의 모든 피어들이 1% 미만의 전체 세그먼트 손실을 가진데 반해, CoolStreaming에서는 약 18% 정도의 피어가 1% 이상의 패킷 손실을 경험하는 것을 볼 수 있다. CoolStreaming에서는 부트스트랩 서버가 피어 정보나 네트워크 정보 없이 랜덤으로 시스템에 들어와 있는 피어들의 리스트를 알려주는 반면, 제안하는 방안에서는 iTracker 로 부터 받은 네트워크 상태 정보와 함께 피어의 스트림 가용성 가중치와 피어의 업로드/다운로드 링크 용량 등을 모두 이용하여 피어링을 제의한다.
- (그림 9)는 시스템 규모를 변화시켜보면서 라이브 멀티미디어의 손실율 제약인 세그먼트 손실 1% 미만의 피어율을 보인 것이다. 두 방안 모두 평균 스트림 지속성은 높았던 반면, 세그먼트 손실 1% 미만의 피어율은 제안하는 방안에서는 거의 모든 피어들이 세그먼트 손실 1% 미만으로 스트림을 수신한 반면, CoolStreaming에서는 60% 피어들만이 세그먼트 손실 1% 미만으로 스트림을 수신한 경우도 있었다. 즉, CoolStreaming에서는 피어들간 수신율의 편차가 크다는 것을 의미한다.
- CoolStreaming에서는 부트스트랩 서버가 피어 정보나 네트워크 정보 없이 랜덤으로 시스템에 들어와 있는 피어들의 리스트를 알려주는 반면, 제안하는 방안에서는 iTracker 로 부터 받은 네트워크 상태 정보와 함께 피어의 스트림 가용성 가중치와 피어의 업로드/다운로드 링크 용량 등을 모두 이용하여 피어링을 제의한다. 따라서 제안 방안의 피어는 최적의 피어와 통신할 가능성이 더 높고, 더 안정적으로 서비스를 받을 수 있게 된다. 결과적으로, 제안하는 방안의 피어링 메커니즘이 라이브 멀티미디어 스트리밍 서비스의 지속성을 높임을 알 수 있다.
- 시뮬레이션을 통해, 제안하는 방안이 인트라-AS뿐만 아니라, 인터-AS간 트래픽을 감소시키고 각 링크별 트래픽 부하를 더 균등하게 유지하는 등 P4P의 기본 목적을 달성하면서도 기존의 데이타-드리븐 방안보다 라이브 멀티미디어 스트리밍 시 요구사항인 패킷 손실 측면에서 요구사항을 만족시키는 피어의 비율이 더 높음을 볼 수 있었다. 또한 소스 피어의 재생 지점을 기준으로 하는 재생 동기화 메커니즘을 통해 피어들 간 재생 지점의 편차를 줄임으로써 버퍼맵 기반으로 최초 재생 지점을 설정하는 기존의 데이터-드리븐 방안보다 라이브 멀티미디어 스트리밍 서비스의 실시간성을 향상시킴을 볼 수 있었다.
- 2배 향상시키고, 재생 시작 지연을 줄임을 볼 수 있었다. 또한 제어 오버헤드 1/14로 줄임으로써 시스템의 확장성을 도모할 수 있음을 확인하였으며, 시스템 전체 피어들 간 재생 지점의 편차를 최대의 경우 약 30초 줄임으로써 실시간성을 개선함을 볼 수 있었다.
- 그 이유는 CoolStreaming 방안이 제안하는 방안보다 더 이전의 지점을 스트림의 최초 요청 지점으로 요청하므로 CoolStreaming 방안의 부모 피어가 20초 연속적으로 재생할 수 있는 스트림 (서브스트림 차원)을 모두 가지고 있을 가능성이 크고, 재생 시작까지를 빨리 버퍼링 할 수 있다. 반면, 재생 시작 지연의 평균값과 최대값 측면에서는 제안하는 방안이 CoolStreaming 방안보다 적음을 볼 수 있다. 이는 부모 피어가 20초 연속적으로 재생할 수 있는 스트림을 가지고 있지 않을 확률 또한 CoolStreaming 방안이 제안 방안보다 높다는 것을 의미한다.
- 또한 모든 피어들이 소스 피어의 재생 지점을 기준으로 일정 범위 내에서 재생을 시작하도록 하는 라이브 멀티미디어 스트리밍 재생 동기화 방안을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 성능을 평가한 결과, 본 방안은 네트워크상의 혼잡 링크의 발생을 줄이고, 각 링크별 트래픽 부하를 균등하게 유지하는 등 P4P의 기본 목적인 네트워크 자원 활용 문제를 효과적으로 다루면서, 라이브 멀티미디어 스트리밍에서 패킷 손실 측면에서의 요구사항을 만족하는 피어의 비율을 0.2배 향상시키고, 재생 시작 지연을 줄임을 볼 수 있었다. 또한 제어 오버헤드 1/14로 줄임으로써 시스템의 확장성을 도모할 수 있음을 확인하였으며, 시스템 전체 피어들 간 재생 지점의 편차를 최대의 경우 약 30초 줄임으로써 실시간성을 개선함을 볼 수 있었다.
- 시뮬레이션을 통해, 제안하는 방안이 인트라-AS뿐만 아니라, 인터-AS간 트래픽을 감소시키고 각 링크별 트래픽 부하를 더 균등하게 유지하는 등 P4P의 기본 목적을 달성하면서도 기존의 데이타-드리븐 방안보다 라이브 멀티미디어 스트리밍 시 요구사항인 패킷 손실 측면에서 요구사항을 만족시키는 피어의 비율이 더 높음을 볼 수 있었다. 또한 소스 피어의 재생 지점을 기준으로 하는 재생 동기화 메커니즘을 통해 피어들 간 재생 지점의 편차를 줄임으로써 버퍼맵 기반으로 최초 재생 지점을 설정하는 기존의 데이터-드리븐 방안보다 라이브 멀티미디어 스트리밍 서비스의 실시간성을 향상시킴을 볼 수 있었다.
- 라이브 멀티미디어 스트리밍의 만족스러운 서비스를 위해 [3]에서 제시한 피어링 비용보다 좀 더 직접적으로 지연에 관한 제약을 피어링에 반영할 필요가 있다. 이에 제안하는 피어링 제의 메커니즘에서는 iTracker가 링크 활용율과 PoP 간의 지연을 명시적으로 부트스트랩 서버에게 제공하도록 하고 이를 P2P 시스템의 피어링 결정에 반영하도록 함으로써 P4P의 기본 목적인 네트워크 자원 활용 향상과 더불어 라이브 멀티미디어 스트리밍 P2P 시스템을 효과적으로 지원할 수 있도록 하였다. 또한, 동일 PoP 내에서 피어링이 이루어지는 경우, 각 피어 별 업로드 다운 로드 용량 제약을 반영함으로써 지연 측면에서 가장 유리한 PoP 내 피어링이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하였으며, 지속적인 스트림 제공을 위해 피어의 스트림 가용성 가중치를 피어링에 반영함으로써 스트림을 많이 확보하고 있는 피어를 우선적으로 피어링에 적용하도록 하였다.
- 제안방안에서는 피어가 새롭게 조인했을 때 가능한한, 즉 피어별 업로드 다운로드 대역폭 제약이 허용하는 한 동일 PoP에 있는 피어들과 통신하도록 우선적으로 피어링을 제시해주기 때문에 평균적으로 AS내 또는 AS간(254~260번 링크가 AS간 링크) 트래픽 양을 Cool- Streaming의 1/16배로 줄일 수 있었다. 제안 방안에서 AS내 또는 AS간 트래픽 양을 줄일 수 있었다는 것은 [3]에서 제시한 P4P의 목적 즉, 네트워크 사업자 입장에서의 네트워크 자원 활용 효율성 향상에 제안하는 방안이 부합됨을 보인 것이다.
- 이는 부모 피어가 20초 연속적으로 재생할 수 있는 스트림을 가지고 있지 않을 확률 또한 CoolStreaming 방안이 제안 방안보다 높다는 것을 의미한다. 제안 방안의 경우, 피어들간 재생 시작 지연의 편차는 9.03인데 반해, CoolStreaming에서는 12.51의 편차를 보였다. 제안하는 방안에서는 부트스트랩 서버가 피어의 스트림 가용성 가중치와 피어의 대역폭을 기반으로 피어링을 제의해주기 때문에 스트림을 지속적으로 서비스 해줄 수 있는 피어를 부모피어로 선택할 가능성이 크다.
- (그림 15)는 네트워크 링크상의 트래픽 양의 편차를 보인 것이다. 제안방안에서는 시스템의 규모에 상관없이 네트워크 링크 상의 트래픽이 고르게 분산되는 반면, CoolStreaming 방안의 경우 시스템의 규모가 커짐에 따라 트래픽 양의 편차가 증가함을 볼 수 있다. 제안방안은 P4P에 기반하고 있기 때문에 네트워크 링크상에 혼잡이나 지연이 발생하는 경로로 P2P 트래픽이 지나지 않도록 함으로써 피어의 트래픽을 제어하기 때문이다.
- CoolStreaming 방안에서의 트래픽 양은 평균 320MB인 반면, 제안방안에서는 평균 20MB를 보였다. 제안방안에서는 피어가 새롭게 조인했을 때 가능한한, 즉 피어별 업로드 다운로드 대역폭 제약이 허용하는 한 동일 PoP에 있는 피어들과 통신하도록 우선적으로 피어링을 제시해주기 때문에 평균적으로 AS내 또는 AS간(254~260번 링크가 AS간 링크) 트래픽 양을 Cool- Streaming의 1/16배로 줄일 수 있었다. 제안 방안에서 AS내 또는 AS간 트래픽 양을 줄일 수 있었다는 것은 [3]에서 제시한 P4P의 목적 즉, 네트워크 사업자 입장에서의 네트워크 자원 활용 효율성 향상에 제안하는 방안이 부합됨을 보인 것이다.
- 재생 지점의 차이는 스트림의 최초 요청 지점과 재생 시작 지연의 영향을 받는다. 제안방안은 소스 피어의 재생 지점을 예측하여 스트림의 최초 요청 지점을 결정하므로 CoolStreaming 방안보다 재생 지점의 편차가 더 적은데다가, (그림 10)에서 보여준 결과와 같이, 평균 재생 시작 지연 또한 CoolStreaming 방안보다 더 적다.
- 51의 편차를 보였다. 제안하는 방안에서는 부트스트랩 서버가 피어의 스트림 가용성 가중치와 피어의 대역폭을 기반으로 피어링을 제의해주기 때문에 스트림을 지속적으로 서비스 해줄 수 있는 피어를 부모피어로 선택할 가능성이 크다. 반면, CoolStreaming에서 어떤 부모 피어는 서비스를 잘 해주는 반면 어떤 부모 피어는 서비스를 제대로 해주지 못하여 재생 시작 지연의 편차가 크다는 것을 알 수 있다.
- 즉, CoolStreaming에서는 피어들간 수신율의 편차가 크다는 것을 의미한다. 피어 1000개에 대한 피어들간 스트림 수신율의 편차를 비교해 보았을 때 제안하는 방안에서는 0.30인데 반해, CoolStreaming에서는 1.55의 편차를 보였으며 60% 피어들만이 세그먼트 손실 1% 미만으로 스트림을 수신한 경우였던 피어 300개에서는 2.45의 편차를 보였다. 결과적으로 제안하는 방안이 라이브 멀티미디어 스트리밍 서비스에서 손실률 1% 미만을 만족시키는 피어의 율을 높임으로써 ITU-T G.
후속연구
- MLU 혹은 BDP의 최소화를 달성하여 네트워크에 병목 영역이 발생되는 것을 피하고 P2P 트래픽이 점유하는 네트워크 자원을 최소화하도록 피어링을 함으로써 P2P 자체도데이터 전달 지연을 줄이고 네트워크 병목으로 인한 서비스 중단 등의 이상 현상을 피함으로써 서비스 성능을 향상시킬 수 있지만 라이브 멀티미디어 스트리밍의 경우는 만족스러운 서비스를 위해 이 보다 좀 더 직접적으로 지연에 관한 제약을 피어링에 반영할 필요가 있다. 가령 MLU를 만족하는 피어링이 경우에 따라서는 라이브 멀티미디어 스트리밍의 지연(10초 이하의 종단간 지연) 혹은 손실율(1% 미만의 손실율) 요구를 만족시키지는 못할 수 있기 때문이다.
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