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다중 방송 채널에 데이터 할당을 위한 두 단계 저장소-적재 알고리즘
Two Level Bin-Packing Algorithm for Data Allocation on Multiple Broadcast Channels 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.14 no.9, 2011년, pp.1165 - 1174  

권혁민 (세명대학교 정보통신학부)

초록
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데이터 방송 시스템에서 서버는 방송 채널을 통하여 데이터들을 지속적으로 전파하고, 이동 클라이언트는 자신이 원하는 데이터가 방송 채널에 나타나기를 기다리기만 하면 된다. 그러나 방송 채널은 많은 데이터들에 의해 공유되어야 하므로, 원하는 데이터를 수신하기까지 예상 지연시간이 증가할 수 있다. 본 논문은 전체 데이터들의 예상 지연시간을 최소화하기 위하여 다중 방송 채널에 적절하게 데이터를 할당하기 위한 주제를 연구하여 TLBP(Two Level Bin-Packing)로 명명된 새로운 데이터 할당 기법을 제안한다. 본 논문은 우선 평균 예상지연시간의 이론적 하한 값을 소개하고, 이 값에 기초하여 저장소의 용량을 결정한다. TLBP 기법은 저장소-적재 알고리즘을 이용하여 전체 데이터들을 다수 개의 그룹으로 분할하고, 각 그룹의 데이터들을 각 채널에 배정한다. TLBP는 저장소-적재 알고리즘을 두 단계로 적용함에 의해, 동일 방송 채널에 할당된 데이터들의 액세스 확률의 차이를 방송 스케줄에 반영할 수 있어 성능을 향상시킬 수 있다. TLBP와 세가지의 기존 기법과 성능을 비교하기 위하여 시뮬레이션이 수행되었다. 시뮬레이션 결과에 의하면 TLBP는 합리적인 실행부담을 가지면서도 평균 예상지연시간의 성능에 있어서 다른 기법보다 우수한 성능을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In data broadcasting systems, servers continuously disseminate data items through broadcast channels, and mobile client only needs to wait for the data of interest to present on a broadcast channel. However, because broadcast channels are shared by a large set of data items, the expected delay of re...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 단일 데이터를 액세스하는 환경에서 지연시간을 줄이기 위한 연구를 진행하였다. 향후 과제로는 동시에 다수의 데이터를 액세스하는 환경과 클라이언트 캐쉬가 존재하는 환경을 고려한 스케줄링 기법에 관한 연구를 진행할 것이다.
  • 성능 평가에서는 기존 기법들과의 비교와 더불어, 제안된 기법이 최적 평균 지연시간의 성능에 얼마나 근접하는 지를 파악하기 위하여 식 (2)에 의해 계산되는 이론적 하한 값과의 성능 비교도 실시한다. 본 논문은 이 이론적 하한 값의 성능을 발휘하는 가상적인 기법을 OPT(optimal)로 표현한다.
  • 그러나 많은 데이터를 방송해야 할 경우에 방송 채널의 순차성으로 인하여 클라이언트가 원하는 데이터를 수신하기까지의 예상지연시간이 크게 증가할 수 있다. 본 논문은 이 지연시간을 줄이기 위하여 다중 방송채널 환경을 위한 데이터 할당 기법에 대한 연구를 진행하였다. 본 논문은 이론적 평균 예상지연시간의 성능을 계산한 후, 이를 각 채널이 균등하게 배분하여 담당할 때 최적의 AED 성능을 발휘할 것이라는 휴리스틱을 적용하였다.
  • 본 논문은 이와 같은 기존 기법들의 단점을 개선하기 위하여 동일 채널의 데이터들도 다른 빈도로 방송할 수 있게 하는 데이터 할당 기법에 대해 연구한다. [12]의 연구는 K개의 방송 채널을 통하여 N개의 데이터들을 방송할 때 AED의 이론적 하한 값이 # 라는 사실을 증명했다.
  • 전형적인 저장소-적재(Bin-Packing) 알고리즘은 일련의 개체들과 이들의 크기 및 저장소(Bin)의 용량이 주어졌을 때, 최소 개수의 저장소를 사용하면서 이들을 저장소에 적재하는 문제를 다룬다[13]. 본 논문은 저장소-적재와 유사한 개념을 도입하여 각 방송 채널이 방송할 데이터들을 결정한다. 본 논문은 각 채널에서 방송되는 데이터들을 그룹화하기 위하여 저장소와 서브저장소(Sub Bin: SBin)의 두 종류의 저장소를 운영하고, 전체 데이터들을 두 단계로 나누어 저장소에 적재한다.
  • 본 논문은 최적 성능인 AEDoptimal 실현을 목표로 하고 있다. 만일 각 채널이 자신에게 할당된 데이터들을 이상적으로 방송한다면, AEDoptimal을 각 채널이 균등하게 배분하여 담당할 때 최적 성능을 발휘할 것이다.

가설 설정

  • 로 표현한다. 그리고 전체 데이터들은 pq의 내림차순으로 정렬되어 있다고 가정한다.
  • 이 연구들은 모두 다음과 같은 동일한 시스템 모델을 가정하고 있다. 방송 데이터들은 동일한 크기를 가진 N 개의 데이터로 구성되며, 유사한 액세스 확률을 가진 데이터들을 동일 채널에 배정하기 위하여 각 데이터들은 액세스 확률의 내림차순으로 정렬되어 있다고 가정한다. 그리고 방송 서버에는 동일 대역폭을 갖는 K개의 방송 채널이 존재하고, 같은 채널에 할당된 데이터들은 평형 방식으로 동일 빈도로 방송된다.
  • 서버가 방송하는 각 데이터는 그 크기가 동일하고, 각 데이터의 액세스 확률은 불균등한 액세스 형태를 모델링하기 위해 많이 사용되는 zipf 분포 모델을[1,4,5] 따른다고 가정한다. zipf 분포 모델에서 각 데이터의 액세스 확률은 θ 값에 의해 결정되는데, θ 값은 각 데이터들의 액세스 확률이 어느 정도 편향되어 있는지를 나타내는 인수로서 θ 값이 커질수록 불균등한 액세스의 정도가 심화된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
평균 예상지연 시간이란 무엇인가? 그러나 방송 시스템에서 서버는 제한된 방송 대역폭을 통하여 많은 데이터들을 일방적으로 방송하므로 클라이언트가 어떤 데이터를 액세스하려면 그 데이터가 방송되기를 기다려야 한다. 방송 시스템의 주요 성능지수는 평균 예상지연(average expected delay: AED) 시간인데, 이는 클라이언트가 어떤 데이터를 액세스하는데 필요한 평균 대기시간을 의미한다. AED 성능은 채널에 데이터를 할당하는 정책 및 방송 스케줄링(data broadcast scheduling) 기법에 크게 영향을 받기 때문에 이에 대한 많은 연구들이 수행되었다.
현재 사용하는 방송 방식의 데이터 전달 기법의 한계점은 무엇인가? 방송 방식의 데이터 전달 기법은 방대한 클라이언트들을 지원해야 하는 환경이나 이동 컴퓨팅 환경에서 정보 전달을 위한 주요 기술로 인정받고 있다. 그러나 많은 데이터를 방송해야 할 경우에 방송 채널의 순차성으로 인하여 클라이언트가 원하는 데이터를 수신하기까지의 예상지연시간이 크게 증가할 수 있다. 본 논문은 이 지연시간을 줄이기 위하여 다중 방송채널 환경을 위한 데이터 할당 기법에 대한 연구를 진행하였다.
방송 시스템의 주요 성능지수는 무엇인가? 그러나 방송 시스템에서 서버는 제한된 방송 대역폭을 통하여 많은 데이터들을 일방적으로 방송하므로 클라이언트가 어떤 데이터를 액세스하려면 그 데이터가 방송되기를 기다려야 한다. 방송 시스템의 주요 성능지수는 평균 예상지연(average expected delay: AED) 시간인데, 이는 클라이언트가 어떤 데이터를 액세스하는데 필요한 평균 대기시간을 의미한다. AED 성능은 채널에 데이터를 할당하는 정책 및 방송 스케줄링(data broadcast scheduling) 기법에 크게 영향을 받기 때문에 이에 대한 많은 연구들이 수행되었다.
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참고문헌 (14)

  1. S. Acharya, "Broadcast Disks: Disseminationbased Data Management for Asymmetric Communication Environments," Ph.D. thesis, Brown University, 1998. 

  2. M. Franklin and S. Zdonik, "A Framework for Scalable Dissemination-Based Systems," Proc. ACM OOPSLA Conf., pp. 94-105, 1997. 

  3. M. Franklin and S. Zdonik, "Data in Your Face: Push Technology in Perspective," Proc. ACM SIGMOD Conf., pp. 516-519, 1998. 

  4. S. Acharya, R. Alonso, M. Franklin, and S. Zdonik, "Broadcast Disks: Data Management for Asymmetric Communications environments," Proc. ACM SIGMOD Conf., pp. 199- 210, 1995. 

  5. N.H. Vaidya and S. Hameed, "Scheduling Data Broadcast in Asymmetric Communication Environments," Wireless Networks, Vol.5, No.3, pp. 171-182, 1999. 

  6. J.H. Min, J.Y.Hwang, and D.W. Paik, "A Data Scheduling Algorithm Considering the Request Probability for Data Broadcasting," Journal of Korea Multimedia Society Vol.11, No.3, pp. 398-403, 2008. 

  7. K. Prabhakara, K. A. Hua, and J. Oh "Multi- Level Multi-Channel Air Cache Designs for Broadcasting in a Mobile Environment," Proc. Int'l Conf. Data Eng. (ICDE), 2000. 

  8. W.C. Peng and M.S. Chen, "Efficient Channel Allocation Tree Generation for Data Broadcasting in A Mobile Computing Environment," Wireless Networks, Vol.9, No.2, pp. 117-129, 2003. 

  9. W.G. Yee, S. Navathe, E. Omiecinski, and C. Jermaine, "Efficient Data Allocation over Multiple Channels at Broadcast Servers," IEEE Trans. on Computers, Vol.51, No.10, pp. 1231-1236, 2002. 

  10. S. Wang and H.L. Chen, "An O(N log K) Restricted Dynamic Programming Algorithm for Data Allocation over Multiple Channels," IEICE trans. on communications, Vol.E88-B, No.9, pp. 3756-3764, 2005. 

  11. S. Wang and H.L. Chen, "Near-Optimal Data Allocation Over Multiple Broadcast Channels," Computer communications, Vol.29, No.9, pp. 1341-1349, 2006. 

  12. C. Hsu, G. Lee, and A.L.P. Chen, "A Near Optimal Algorithm for Generating Broadcast Programs on Multiple Channels," Proc. ACM 10th Int'l Conf. CIKM, pp. 303-309, 2001. 

  13. D. Johnson, A. Demers, J. Ullman, M. Garey, and M. Graham, "Worst-Case Performance Bounds for Simple one Dimensional Bin Packing Algorithms," SIAM J. on Computing, Vol. 3, No.4, pp. 299-325, 1974. 

  14. J.W. Wong, "Broadcast Delivery," Proc. of the IEEE, Vol.76, No.12, pp. 1566-1577, 1988. 

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