본 논문에서는 P2P라이브 스트리밍 시스템에서 각 피어의 캐싱과 프리페칭 영역 비율을 조절하여 성능을 향상시키는 버퍼링 기법을 제안한다. 이를 위해 재생 시점을 기준으로 피어들을 그룹핑한 후 그룹 내 각 피어의 상대적인 재생 시점에 따라 캐싱과 프리페칭을 적응적으로 결정한다. 즉, 피어의 재생 시점이 최근일수록 캐싱 영역의 비율을 증가시키고 이른 시점일수록 프리페칭 영역을 증가시킴으로써 그룹 내 피어들 간에 버퍼맵 구간의 중복 정도를 크게 높일 수 있다. 마지막으로 시뮬레이션 실험을 통해 본 논문에서 제안하는 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 기존 고정 영역 버퍼링 기법보다 평균 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 가능한 버퍼맵 비율 등에서 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보인다.
본 논문에서는 P2P 라이브 스트리밍 시스템에서 각 피어의 캐싱과 프리페칭 영역 비율을 조절하여 성능을 향상시키는 버퍼링 기법을 제안한다. 이를 위해 재생 시점을 기준으로 피어들을 그룹핑한 후 그룹 내 각 피어의 상대적인 재생 시점에 따라 캐싱과 프리페칭을 적응적으로 결정한다. 즉, 피어의 재생 시점이 최근일수록 캐싱 영역의 비율을 증가시키고 이른 시점일수록 프리페칭 영역을 증가시킴으로써 그룹 내 피어들 간에 버퍼맵 구간의 중복 정도를 크게 높일 수 있다. 마지막으로 시뮬레이션 실험을 통해 본 논문에서 제안하는 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 기존 고정 영역 버퍼링 기법보다 평균 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 가능한 버퍼맵 비율 등에서 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보인다.
In this paper, we propose a buffering scheme to improve the performance in P2P live streaming systems by adjusting the ratio of caching and prefetching portion of each peer. To this end, we assign all the peers into many groups depending on their playback periods. We then determine the ratio of cach...
In this paper, we propose a buffering scheme to improve the performance in P2P live streaming systems by adjusting the ratio of caching and prefetching portion of each peer. To this end, we assign all the peers into many groups depending on their playback periods. We then determine the ratio of caching and prefetching portion in each peer depending on its playback time position relative to those of other peers within the same group. In other words, as the playback position of a peer gets later, we increase the ratio of its caching portion. On the contrary, as the playback position of a peer gets eariler, we increase the ratio of its prefetching portion. This can significantly increase the degree of data duplication among peers that belong to each specific group. By simulation experiments, we show that our proposed an integrated prefetching/caching scheme can improve the performance considerably in terms of jitter ratio, initial playback delay and shared buffermap ratio when compared to the existing fixed portion buffering scheme.
In this paper, we propose a buffering scheme to improve the performance in P2P live streaming systems by adjusting the ratio of caching and prefetching portion of each peer. To this end, we assign all the peers into many groups depending on their playback periods. We then determine the ratio of caching and prefetching portion in each peer depending on its playback time position relative to those of other peers within the same group. In other words, as the playback position of a peer gets later, we increase the ratio of its caching portion. On the contrary, as the playback position of a peer gets eariler, we increase the ratio of its prefetching portion. This can significantly increase the degree of data duplication among peers that belong to each specific group. By simulation experiments, we show that our proposed an integrated prefetching/caching scheme can improve the performance considerably in terms of jitter ratio, initial playback delay and shared buffermap ratio when compared to the existing fixed portion buffering scheme.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 P2P 라이브 스트리밍 시스템에서 각 피어 버퍼맵의 캐싱과 프리페칭 영역의 비율을 적응적으로 조절하여 성능을 향상시키는 기법을 제안한다. 이를 위해 재생 시점을 기준으로 피어들을 그룹핑 한 후 해당 그룹마다 수퍼 피어를 선정하여 해당 그룹 내 피어들의 재생 시점 정보를 주기적으로 수집하게 한다.
하지만 현재 P2P 라이브 스트리밍 구조에서는 VCR 기능을 지원하는 연구도 거의 진행되지 않았기 때문에 각 피어의 재생 시점에 따른 버퍼링 기법에 대한 연구도 거의 없다. 본 논문에서는 P2P 라이브 스트리밍 서비스의 특성을 고려하여 각 구간에서 재생 중인 피어들의 재생 시점에 따라 버퍼맵의 캐싱 영역과 프리페칭 영역을 적응적으로 조정하는 새로운 버퍼링 기법을 제안한다.
본 논문에서는 P2P 라이브 스트리밍 시스템에서 그룹 내 각 피어의 재생 시점에 따라 버퍼맵의 캐싱과 프리페칭 영역을 조절하여 피어들 간의 데이터 중복 정도를 높이는 통합 버퍼링 기법을 제안한다.
본 논문에서는 피어들이 짧고 분산된 구간에 대해서 버퍼링을 수행하는 P2P 라이브 스트리밍 서비스의 특성을 고려하여 버퍼맵의 캐싱과 프리페칭 영역을 통합하는 버퍼링 기법을 제안하였다. 이 기법에서는 피어들을 재생 시점에 따라 그룹으로 구분하고 특정 그룹 내에서 각 피어들의 상대적인 재생 시점을 기준으로 캐싱과 프리페칭 영역의 비율을 결정하였다.
본 장에서는 기존의 P2P 메시 구조의 고정 영역 버퍼링 기법의 문제점에 대해서 기술하고 이러한 문제점을 극복할 수 있는 본 논문에서 제안하는 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법에 대해 상세히 기술한다.
제안 방법
본 논문에서는 P2P 오버레이 구조를 지원하는 시뮬레이션 프로그램인 PeerSim을 사용하여 메시 기반의 P2P 라이브 스트리밍 구조에 대한 실험을 6000초 동안 수행하였다. 먼저 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 기존의 고정 영역 버퍼링 기법에서 피어 수에 따른 성능을 보이기 위해 피어 수를 1200개, 1800개, 2400개로 나누어 수행하였다. 버퍼맵의 청크 수를 512개로 설정하였다.
본 논문에서 제안하는 P2P 라이브 스트리밍 시스템에서는 트래커 서버가 해당 비디오 재생 구간을 일정한 간격으로 나눈 후 각 구간을 하나의 그룹으로 할당한다. 이때 트래커 서버는 동적으로 변화하는 그룹 내 피어들의 재생 시점 정보를 주기적으로 전송받아서 관리한다.
본 논문에서는 P2P 오버레이 구조를 지원하는 시뮬레이션 프로그램인 PeerSim을 사용하여 메시 기반의 P2P 라이브 스트리밍 구조에 대한 실험을 6000초 동안 수행하였다. 먼저 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 기존의 고정 영역 버퍼링 기법에서 피어 수에 따른 성능을 보이기 위해 피어 수를 1200개, 1800개, 2400개로 나누어 수행하였다.
본 논문에서는 피어들이 짧고 분산된 구간에 대해서 버퍼링을 수행하는 P2P 라이브 스트리밍 서비스의 특성을 고려하여 버퍼맵의 캐싱과 프리페칭 영역을 통합하는 버퍼링 기법을 제안하였다. 이 기법에서는 피어들을 재생 시점에 따라 그룹으로 구분하고 특정 그룹 내에서 각 피어들의 상대적인 재생 시점을 기준으로 캐싱과 프리페칭 영역의 비율을 결정하였다. 이를 통해 피어 간에 공유되는 데이터 범위를 늘임으로써 평균 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 버퍼맵 비율에서 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보였다.
반면 재생 시점이 가장 최근인 피어는 그룹 내 모든 피어들이 자신의 재생 시점보다 이르기 때문에 자신의 버퍼맵과 중복되는 피어들에게 캐싱하고 있는 데이터를 상대적으로 더 많이 전송해 줄 수 있다. 이러한 사실을 바탕으로 본 논문에서 제안하는 버퍼링 기법에서는 그룹 내 각 피어의 상대적인 재생 시점에 따라 캐싱과 프리페칭을 적응적으로 결정한다. 즉, 피어의 재생 시점이 최근일수록 캐싱 영역의 비율을 증가시키고 이른 시점일수록 프리페칭 영역을 증가시킴으로써 그룹 내 피어들 간에 버퍼맵 구간의 중복 정도를 크게 높일 수 있다.
피어의 재생 시점이 최근일수록 캐싱 영역의 비율을 증가시키고 이른 시점일수록 프리페칭 영역을 증가시킴으로써 그룹 내 피어들 간에 버퍼맵 구간의 중복 정도를 크게 높일 수 있도록 한다. 이를 위해 먼저 임의의 피어 P i에 대해 자신의 재생 시점(PSi)과 그룹 j 가 시작하는 시점(ISj)의 차이 값을 통해서 자신의 재생 시점이 그룹 j 전체 구간 중에서 얼마나 최근인지를 구한다. 이 값에 비례해서 Pi 버퍼맵의 캐싱 영역의 비율(CR i)을 결정하기 위해 그룹 j 의 구간 길이(ILj) 값으로 나눈다.
따라서 본 논문에서는 P2P 라이브 스트리밍 시스템에서 각 피어 버퍼맵의 캐싱과 프리페칭 영역의 비율을 적응적으로 조절하여 성능을 향상시키는 기법을 제안한다. 이를 위해 재생 시점을 기준으로 피어들을 그룹핑 한 후 해당 그룹마다 수퍼 피어를 선정하여 해당 그룹 내 피어들의 재생 시점 정보를 주기적으로 수집하게 한다. 각 피어는 자신의 재생 시점보다 재생 시점이 최근인 피어들의 데이터를 전송받아 재생하게 된다.
이에 따라 각 피어는 같은 그룹 내에서 다른 피어들의 재생 시점과 비교하여 자신의 상대적인 재생 시점에 따라 캐싱과 프리페칭 영역 비율을 (1)을 이용하여 적응적으로 결정한다.
이와 같은 실험 환경에서 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 기존의 고정 영역 버퍼링 기법의 성능을 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 버퍼맵 비율을 통해 비교 분석한다. 여기서 지터 비율이란 피어가 요청한 패킷이 재생 시점까지 도달하지 못한 비율을 의미한다.
버퍼맵의 청크 수를 512개로 설정하였다. 일반 피어와 라우터 사이의 대역폭은 10Mbps부터 100Mbps까지 고르게 분포시켰고 백본 네트워크는 10Gbps로 설정하였다. 서버가 직접 푸시 방식으로 데이터를 전송하는 최대 일반 피어 수와 각 일반 피어가 연결하는 최대 이웃 피어 수는 각각 25개와 7개로 설정했다.
대상 데이터
먼저 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 기존의 고정 영역 버퍼링 기법에서 피어 수에 따른 성능을 보이기 위해 피어 수를 1200개, 1800개, 2400개로 나누어 수행하였다. 버퍼맵의 청크 수를 512개로 설정하였다. 일반 피어와 라우터 사이의 대역폭은 10Mbps부터 100Mbps까지 고르게 분포시켰고 백본 네트워크는 10Gbps로 설정하였다.
일반 피어와 라우터 사이의 대역폭은 10Mbps부터 100Mbps까지 고르게 분포시켰고 백본 네트워크는 10Gbps로 설정하였다. 서버가 직접 푸시 방식으로 데이터를 전송하는 최대 일반 피어 수와 각 일반 피어가 연결하는 최대 이웃 피어 수는 각각 25개와 7개로 설정했다. 각 피어는 가입과 탈퇴를 반복하는 동적 환경을 구성하였다.
데이터처리
마지막으로 시뮬레이션 실험을 통해 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 고정 영역 버퍼링 기법의 성능을 평균 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 버퍼맵 비율을 통해 비교한다. 또한 이러한 실험 결과를 통해 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 고정 영역 버퍼링 기법보다 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보인다.
성능/효과
마지막으로 시뮬레이션 실험을 통해 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 고정 영역 버퍼링 기법의 성능을 평균 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 버퍼맵 비율을 통해 비교한다. 또한 이러한 실험 결과를 통해 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 고정 영역 버퍼링 기법보다 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보인다.
그림 4는 참여하는 피어 수를 증가시킬 때 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 기존의 고정 영역 버퍼링 기법의 평균 지터 비율을 나타낸 것이다. 세 실험 환경에서 모두 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 모든 피어 수에서 지터 비율이 낮다는 것을 알 수 있다. 즉, 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 피어 수 1200개, 1800개, 2400개에서 각각 지터비율이 각각 32.
그림 5는 시뮬레이션에 참가한 피어 수를 1200개, 1800개, 2400개로 증가시킬 때 두 버퍼링 기법의 초기 재생 지연 시간을 나타낸 것이다. 예상대로 세 실험 환경 모두 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법의 초기 재생 지연 시간이 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 짧다는 것을 알 수 있다. 피어 수를 증가시킬 때 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 각각 17.
이러한 실험 결과들을 통해 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 모든 실험 환경에서 각 피어 버퍼맵의 캐싱과 프리페칭 영역을 지능적으로 조절함으로써 기존 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 성능을 크게 향상시킨다는 것을 알 수 있다.
이 기법에서는 피어들을 재생 시점에 따라 그룹으로 구분하고 특정 그룹 내에서 각 피어들의 상대적인 재생 시점을 기준으로 캐싱과 프리페칭 영역의 비율을 결정하였다. 이를 통해 피어 간에 공유되는 데이터 범위를 늘임으로써 평균 지터 비율, 초기 재생 지연 시간 및 공유 버퍼맵 비율에서 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보였다.
이와 같이 제안하는 버퍼링 기법은 피어 간 재생 시점의 차이가 상대적으로 커지더라도 프리페칭과 캐싱 영역을 그룹 내에서 각 피어의 상대적인 재생 시점에 따라 결정하여 전체적으로 피어들이 필요로 하는 데이터를 원활하게 공급함으로써 전체 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
을 반영하기 위해 그림 3과 같이 세 가지 구간으로 피어 수를 배분하였다. 즉 전체 6000초를 라이브 시점으로부터 60초 이내의 구간(구간 A), 60초부터 660초 이내의 구간(구간 B), 660초부터 6000초 이내의 구간(구간 C)에 각각 평균적으로 전체 피어의 50%, 40%, 10%를 배치하였다.
따라서 공유 버퍼맵 비율은 지터 비율과 상반되는 결과를 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 모든 실험 환경에서 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 상대적으로 높은 공유 버퍼맵 비율을 보인다. 즉, 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법은 피어 수가 증가함에 따라 각각 24.
즉, 모든 실험 환경에서 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 상대적으로 높은 공유 버퍼맵 비율을 보인다. 즉, 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법은 피어 수가 증가함에 따라 각각 24.3%, 23.5%, 22.6% 높은 비율을 보였다.
세 실험 환경에서 모두 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 모든 피어 수에서 지터 비율이 낮다는 것을 알 수 있다. 즉, 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 피어 수 1200개, 1800개, 2400개에서 각각 지터비율이 각각 32.5%, 32.4.%, 30.6% 낮았다. 이것은 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법에서 각 피어가 해당 그룹 내의 재생 시점에 따라 캐싱과 프리페칭 영역의 비율을 효과적으로 조절하여 피어들 간에 서로 전송할 수 있는 중복된 데이터 양을 크게 늘였기 때문이다.
이러한 사실을 바탕으로 본 논문에서 제안하는 버퍼링 기법에서는 그룹 내 각 피어의 상대적인 재생 시점에 따라 캐싱과 프리페칭을 적응적으로 결정한다. 즉, 피어의 재생 시점이 최근일수록 캐싱 영역의 비율을 증가시키고 이른 시점일수록 프리페칭 영역을 증가시킴으로써 그룹 내 피어들 간에 버퍼맵 구간의 중복 정도를 크게 높일 수 있다.
5초 짧은 초기 재생 지연 시간을 보였다. 특히, 피어 수가 가장 적은 피어 1200개 실험의 경우 적응적 버퍼링 기법의 초기 재생 지연 시간은 47.2초인 반면 기존 P2P 메시 구조의 고정 영역 버퍼링 기법의 초기 재생 지연 시간은 64.3초로서 26.6%의 성능 향상을 보였다. 이러한 성능 향상의 이유는 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법에서 각 피어는 버퍼링한 데이터 중에서 상대적으로 더 많은 양을 다른 피어와 공유할 수 있기 때문에 초기 재생에 필요한 데이터를 상대적으로 짧은 시간 내에 확보할 수 있는 것이다.
특히 버퍼맵 크기가 가장 작은 실험에서 지터 비율의 차이가 가장 크다는 것을 알 수 있다. 피어 수가 가장 적은 피어 1200개 실험의 경우 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법의 지터비율은 3.1%인 반면 기존 P2P 메시 구조의 고정 영역 버퍼링 기법의 지터 비율은 4.7%로서 32.5%의 성능 향상을 보였다. 이것은 고정 영역 버퍼링 기법에서는 버퍼맵의 크기가 작으면 피어 간 공유되는 데이터 구간이 좁더라도 늘릴 수 없지만 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법은 캐싱 영역을 늘림으로써 이러한 공유 데이터 구간을 큰 폭으로 증가시킬 수 있기 때문이다.
예상대로 세 실험 환경 모두 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법의 초기 재생 지연 시간이 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 짧다는 것을 알 수 있다. 피어 수를 증가시킬 때 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법이 고정 영역 버퍼링 기법에 비해 각각 17.1초, 16.6초, 15.5초 짧은 초기 재생 지연 시간을 보였다. 특히, 피어 수가 가장 적은 피어 1200개 실험의 경우 적응적 버퍼링 기법의 초기 재생 지연 시간은 47.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PeerSim은 어떤 구조를 지원하는가?
본 논문에서는 P2P 오버레이 구조를 지원하는 시뮬레이션 프로그램인 PeerSim을 사용하여 메시 기반의 P2P 라이브 스트리밍 구조에 대한 실험을 6000초 동안 수행하였다. 먼저 본 논문에서 제안한 프리페칭/캐싱 통합 버퍼링 기법과 기존의 고정 영역 버퍼링 기법에서 피어 수에 따른 성능을 보이기 위해 피어 수를 1200개, 1800개, 2400개로 나누어 수행하였다.
기존의 VOD 서비스를 지원하는 P2P 스트리밍 시스템에서는 어떤 기법을 통해 시스템 성능을 향상시켰는가?
기존의 VOD 서비스를 지원하는 P2P 스트리밍 시스템에서는 캐싱(caching)과 프리페칭(prefetching)과 같은 버퍼링 기법을 통해 시스템 성능을 향상시켜왔다[8]-[11]. 이러한 시스템에서는 각 피어가 보유한 비디오 파일들을 다른 피어들과 공유함으로써 VOD 서비스를 제공한다.
VOD 서비스를 위한 P2P 스트리밍 시스템에서 성능 향상을 위해 어떤 기법들이 제안되었는가?
VOD 서비스를 위한 P2P 스트리밍 시스템에서는 성능 향상을 위해 다양한 캐싱 및 프리페칭 기법들이 제안되었다. VOD 서비스가 비디오 파일들을 자신의 저장 장치에 저장한 후에 그 비디오 데이터를 다른 피어들과 공유할 수 있다는 점을 이용하여 파일 전체를 다운 받아서 협업 캐싱을 가능케 하는 GridCast[8]기법이 제안되었다. COCONET[9]는 피어의 저장 공간 일부를 캐싱 용도로 따로 할당하고 VOD 영상의 일부분을 해당 영역에 저장하여 저장된 데이터만을 이웃피어와 교환하여 피어들 간의 협업 캐싱이 가능하게 하였다. 또한 요청 순서로 캐싱할 데이터를 결정하는 기존의 FIFO 협업 캐싱과 달리 주변 피어에게 자주 전송한 비디오 패킷 위주로 캐싱을 수행하는 Video-Popularity Based Caching[10] 기법도 제안되었다. 인기도를 고려한 캐싱 기법은 ISP에 대한 부하를 줄이기 위해 복제본의 비율을 결정 할 때에도 사용되었다. 대표적으로 P2P VOD-Suboptimal[11]이 복제본의 비율에 대한 최적화 알고리즘을 제안하였다. 하지만 이 기법들은 모두 VOD 중심의 P2P 스트리밍 시스템을 기반으로 동작한다. 즉, 피어들이 비디오 파일 전체를 재생 시작 이전에 이미 저장하고 있기 때문에 필요한 데이터를 미리 예측하여 프리패칭하는 방식으로 수행된다.
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