[논문]다중 송신자 환경에서 푸시 서비스 기반 파일 전송 기법

안동혁

다중 송신자 환경에서 푸시 서비스 기반 파일 전송 기법
File Transmission using Push Service in Multi-source Environment 원문보기

스마트미디어저널 = Smart media journal, v.4 no.3, 2015년, pp.38 - 43

초록
AI-Helper

스마트 단말(스마트폰, 태블릿 PC 등)들의 수가 증가함에 따라, 사용자들 간의 멀티미디어 콘텐츠 공유도 증가하고 있다. 스마트 단말 사용자들은 사용자 간 멀티미디어 콘텐츠 전송을 위해서 개별 앱들을 사용하고 있다. 하지만, WiFi나 3G에 연결되어 있는 단말들은 NAT(Network Address Translator)를 사용해 인터넷에 연결되기 때문에 단말 간의 직접적인 연결이 불가능하다. 이와 같은 한계를 극복하기 위해서, 본 논문에서는 추가적으로 서버를 활용하지 않고 거리의 제약이 없도록 푸시 서비스 기반의 파일 전송 기법을 제안하고 있다. 두 번째로, 수신 단말의 링크 대역폭을 기반으로 송신 단말의 전송량을 조절하는 혼잡 제어 기법을 제안하고 있다. 세 번째로, 서로 다른 대역폭을 가진 송신자들을 위해 대역폭 인지 기반 전송 기법을 제안하고 있다. 마지막으로 본 논문에서는 앱을 구현하고 스마트 단말을 이용해 실험을 수행함으로써, 제안하는 기법의 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The increased number of smart devices leads users to share multimedia contents with others. Smart device users transmit multimedia files using apps. For multimedia file transfer under NAT (Network Address Translator), a lot of apps exploit a server with public IP or short range communication technologies such as WiFi Direct or Bluetooth because smart devices with private IP address cannot communicate each other directly. We first proposed the push service based file transmission scheme without an additional server and distance limitation. Second, for the push service based transmission, we proposed congestion control scheme to adapt transmission rate to the receiver's link bandwidth. Third, we considered bandwidth aware transmission for senders with different bandwidth. We implemented apps to evaluate the proposed scheme, and conducted experiments with smart devices.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

두 번째로 본 논문에서는 다중 송신자 환경에서 푸시 서비스 기반의 파일 전송을 위한 혼잡 제어(Congestion Control) 기법을 제안한다. 스마트 단말은 WiFi, 3G, LTE 네트워크 중 하나를 통해 푸시 서버와 연결한다.
이는 네트워크가 혼잡하다는 것을 뜻하며, 패킷 전송이 지연된다는 것을 의미한다. 따라서 본 논문에서는 수신 단말의 링크 대역폭에 맞추어 송신률을 조절하는 혼잡 제어 기법을 제안한다.
본 논문에서는 실험을 통해 제안한 전송 기법의 성능을 평가하였다. 2015년 6월 기준으로, 안드로이드 운영체제의점유율은 전세계에서 63.
본 논문에서는 추가적인 서버의 운영과 전송 범위의 제한 없이 스마트 단말 간의 파일 전송을 지원하는 것을 첫 번째 목표로 한다. 이를 위해서, 푸시 서비스 기반의 파일 전송 기법을 제안한다.
본 연구에서는 다중 송신자 환경에서 푸시 서비스 기반의 파일 전송을 위한 혼잡 제어 기법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 기법의 주된 장점은 다음과 같다.

가설 설정

스마트 단말들이 GCM을 사용해 패킷 전송을 하기 위해서는 수신 단말들의 등록 ID(Registration ID)를 알아야 한다[3]. 본 논문에서는 각 푸시 서비스를 사용하기 위해서 필요한 등록 ID와 같은 정보를 단말들이 이미 알고 있다고 가정한다.

제안 방법

스마트 단말이 서버에 연결해 공유하고자 하는 콘텐츠를 전송하고, 수신 단말들이 서버에 접속해 파일을 다운받는 방법이다. 두 번째 방법은 WiFi Direct 또는 블루투스(Bluetooth) 기술과 같은 단거리 통신기술을 활용해 스마트 단말 간에 직접적으로 통신하는 것이다.
이를 통해 사설 IP가 할당된 스마트 단말들 간의 통신을 위한 서버가 필요치 않으며, 단말 간 통신 범위의 제약도 존재하지 않는다. 둘째,다중 송신자들의 전송률의 합이 수신 단말의 대역폭을 초과하지 않도록 혼잡 제어 기법을 제안하였다. 셋째, 서로 다른 네트워크를 사용하는 여러 송신 단말들에게 각 네트워크의 대역폭을 기반으로 차별화된 전송량을 할당하였고, 이를 통해 전송 속도를 향상시킬 수 있었다.
75%로 가장 많이 사용되고 있다[14]. 따라서 본 연구에서는 안드로이드 단말과 안드로이드의 푸시 서비스인 GCM에 초점을 맞추어 실험을 수행하였다. 이를 위해, GCM을 사용하는 안드로이드 앱을 구현하였다, 실험은 세 개의 안드로이드 단말을 사용해 진행되었고,각각의 안드로이드 단말은 Galaxy Note (Android 4.
먼저, 스마트 단말 간 푸시 서비스 기반의 파일 전송 기법을 다루고, 수신 단말의 대역폭에 적응하는 혼잡 제어 기법을 제안한다. 마지막으로 서로 다른 대역폭을 가진 송신 단말간의 차별화된 전송량 결정 기법을 제안한다.
셋째, 서로 다른 네트워크를 사용하는 여러 송신 단말들에게 각 네트워크의 대역폭을 기반으로 차별화된 전송량을 할당하였고, 이를 통해 전송 속도를 향상시킬 수 있었다. 마지막으로, 본 연구에서는 안드로이드 단말 기반의 실험을 통해 성능을 평가함으로써, 모의실험보다 현실적인 성능 검증을 수행하였다.
9로 설정 하엿다. 먼저, WiFi에 연결된 두 개의 송신 단말이 3G에 연결된 수신 단말에게 데이터를 전송할 때 적용된 혼잡 제어 기법의 성능을 검증하였다. 이후, 송신 단말의 대역폭에 따른 차별화된 전송량 결정 기법의 성능을 검증하였다.
본 논문에서 제안한 전송 기법은 다음과 같은 순서로 설명한다. 먼저, 스마트 단말 간 푸시 서비스 기반의 파일 전송 기법을 다루고, 수신 단말의 대역폭에 적응하는 혼잡 제어 기법을 제안한다. 마지막으로 서로 다른 대역폭을 가진 송신 단말간의 차별화된 전송량 결정 기법을 제안한다.
하지만, 수신 단말의 네트워크의 성능이 낮을 경우, 네트워크에 혼잡이 발생한다. 본 논문에서는 네트워크의 혼잡을 확인하기 위해서, 안드로이드 단말과 구글 푸시 서비스인 GCM(Google Cloud Messaging)을 사용해 다음과 같은 실험을 수행하였다. WiFi에 연결된 두 안드로이드 단말이 3G에 연결된 안드로이드 단말에게 각각 1MB 데이터를 전송하였고, 그림 1은 실험 결과를 나타낸다.
[8]에서는 모바일 단말의 에너지 절감을 위한 TCP 프로토콜을 제안하고 있으며, 이를 위해 혼잡 제어 구간을 최대한 피해 데이터 전송 효율을 높이고자 한다. 본 연구에서는 푸시 서비스를 통신 채널로 사용하고 있으며, 이를 위한 혼잡 제어 기법 외에도 대역폭 기반 차등적인 전송량 할당 기법이 기존연구와 차별된다.
서로 다른 대역폭에 연결된 두 개 이상의 송신 단말에게 차별화된 전송량을 할당하기 위해서, 두 개의 송신 단말을 서로 다른 대역폭을 가지도록 실험 환경을 구축하였다. 하나의 송신 단말은 WiFi에 연결되었고, 다른 하나는 3G 네트워크에 연결되었다.
세 번째로, 여러 송신자들이 서로 대역폭이 다른 네트워크에 연결되어 있을 때, 각 네트워크 대역폭에 비례해 전송량을 조절하는 전송 기법을 제안한다. 다중 송신자 환경에서는, 여러 송신자로부터 동시에 데이터를 수신 받는 것이 효율적이다.
동안, 송신 단말은 네트워크의 대역폭을 최대한으로 사용하기 위해서 패킷을 연속적으로 전송한다. 송신 단말이 수신 단말로부터 인터벌T₁동안 수신한 패킷의 수를 전달받으면, 전송한 패킷의 수와 수신 받은 패킷의 수의 차이를 계산한다. 만약 차이가 0에 근접한다는 것은 전송율과 수신율이 거의 동일하다는 것을 의미한다.
이를 위해서, 두 송신 단말은 동일한 WiFi 네트워크를 사용하여 GCM 서버에 연결하였다. 수신 단말은 3G 네트워크를 통해 GCM 서버와 연결을 설정하였다. 두 송신 단말들은 총 2MB의 데이터를 수신 단말에게 전송하고, 결과는 그림 3에 나타내었다.
송신 단말의 전송률은 해당 네트워크의 대역폭에 의해 결정되며, 대역폭이 서로 다른 경우 대역폭에 비례해 전송량이 결정되어야 모든 송신자로부터의 전송이 거의 동시에 완료될 수 있다. 이를 위해 본 논문에서는 콘텐츠 중심 네트워크에서와 같이 수신자 중심의 전송 기법을 제안하였다[6].
제안한 혼잡 제어 기법만의 성능을 검증하기 위해서 두 개의 송신 단말은 동일한 대역폭을 가지도록 설정하였다. 이를 위해서, 두 송신 단말은 동일한 WiFi 네트워크를 사용하여 GCM 서버에 연결하였다. 수신 단말은 3G 네트워크를 통해 GCM 서버와 연결을 설정하였다.
제안한 혼잡 제어기법은 수신자의 대역폭을 기반으로 송신률을 조절하는 것이 주된 개념이다. 이를 위해서, 수신 단말은 인터벌 T동안 수신한 패킷의 수를 계산하고, 결과를 송신 단말에게 알린다. 송신 단말이 수신 단말로부터 (인터벌 T동안 수신한 패킷의 수를 포함하고 있는) 피드백을 수신하면, 수신 단말 네트워크의 대역폭에 맞춰 전송률을 조절한다.
이를 위해서, 푸시 서비스 기반의 파일 전송 기법을 제안한다.
먼저, WiFi에 연결된 두 개의 송신 단말이 3G에 연결된 수신 단말에게 데이터를 전송할 때 적용된 혼잡 제어 기법의 성능을 검증하였다. 이후, 송신 단말의 대역폭에 따른 차별화된 전송량 결정 기법의 성능을 검증하였다.
제안한 혼잡 제어 기법만의 성능을 검증하기 위해서 두 개의 송신 단말은 동일한 대역폭을 가지도록 설정하였다. 이를 위해서, 두 송신 단말은 동일한 WiFi 네트워크를 사용하여 GCM 서버에 연결하였다.
이를 해결하기 위해서, 스마트 단말 상의 많은 어플리케이션들은 다음 두 가지 방법을 사용해서 NAT하의 단말 간 멀티미디어 콘텐츠 전송을 지원하고 있다. 첫 번째 방법은 공인 IP 주소를 할당한 서버를 중간 경유자로 활용하는 것이다. 스마트 단말이 서버에 연결해 공유하고자 하는 콘텐츠를 전송하고, 수신 단말들이 서버에 접속해 파일을 다운받는 방법이다.
본 연구에서 제안한 기법의 주된 장점은 다음과 같다. 첫째, 푸시 서비스의 사용을 알람용에서 파일 전송으로 기능을 확장하였고 이를 위한 전송 기법을 제안하였다. 이를 통해 사설 IP가 할당된 스마트 단말들 간의 통신을 위한 서버가 필요치 않으며, 단말 간 통신 범위의 제약도 존재하지 않는다.

대상 데이터

본 논문에서는 네트워크의 혼잡을 확인하기 위해서, 안드로이드 단말과 구글 푸시 서비스인 GCM(Google Cloud Messaging)을 사용해 다음과 같은 실험을 수행하였다. WiFi에 연결된 두 안드로이드 단말이 3G에 연결된 안드로이드 단말에게 각각 1MB 데이터를 전송하였고, 그림 1은 실험 결과를 나타낸다. 시간이 경과됨에 따라 전송량에 비해 수신량의 차이가 증가하고 있으며, 이는 네트워크에서 전송중인 패킷의 수가 증가한다는 것을 의미한다.
3G 네트워크는 KT 통신망을 사용하였다. 실험에서 전송한 패킷의 크기는 1KB이며, 전송 인터벌 T_i는 3초로 설정하였다. Thresholdlower와 Thresholdupper는 각각-10과 10으로 설정하였고, α와 β는 1.
따라서 본 연구에서는 안드로이드 단말과 안드로이드의 푸시 서비스인 GCM에 초점을 맞추어 실험을 수행하였다. 이를 위해, GCM을 사용하는 안드로이드 앱을 구현하였다, 실험은 세 개의 안드로이드 단말을 사용해 진행되었고,각각의 안드로이드 단말은 Galaxy Note (Android 4.1.2),Galaxy Nexus (Android 4.0.4), Galaxy S2 (Android4.1.2)이다. 3G 네트워크는 KT 통신망을 사용하였다.

이론/모형

TCP에서는 혼잡으로 인해 대규모 패킷 손실이 발생하는 것을 방지하기 위해서, ACK 없이 전송할 수 있는 패킷의 수인 CW(Congestion Window) 값을 기반으로 송신률을 조절한다. 네트워크 대역폭을 최대한으로 사용하면서 네트워크의 혼잡을 회피하기 위해서 CW값은 AIMD (Additive Increase/Multiple Decrease) 방식을 사용해 계산되며, 네트워크 성능을 최대한으로 높이기 위해서 TCP는 ACK 패킷을 받을 때마다, CW값을 1/CW만큼 증가시킨다. 타임아웃이 발생하거나 세 번의 중복된 ACK를 수신할 경우, TCP는 네트워크가 혼잡하다고 판단하고 각 경우에 따라 다르게 동작한다.

성능/효과

시간이 경과됨에 따라 전송량에 비해 수신량의 차이가 증가하고 있으며, 이는 네트워크에서 전송중인 패킷의 수가 증가한다는 것을 의미한다. 그 결과 두 송신 단말들의 전송이 끝났을 때, 수신 단말은 전송된 전체 데이터의 62%만을 수신하였다. 이는 네트워크가 혼잡하다는 것을 뜻하며, 패킷 전송이 지연된다는 것을 의미한다.
하지만, 대역폭을 고려해 송신 단말들에게 서로 다른 전송량을 할당하였을 경우, WiFi와 3G에 연결된 두 송신 단말의 전송이 거의 동시에 완료되기 때문에, 수신 단말 대역폭의 효율적인 사용이 가능하다. 그 결과, 차별화된 전송량을 할당 기법을 사용한 전송이 그렇지 못한 전송보다 조금 더 빠르게 전송을 완료하였으며, 이는 송신 단말들 간의 네트워크 성능 차이가 더 클 경우, 두 기법 사이의 성능 차이가 더 커질 수 있다는 것을 예상할 수 있다.
둘째,다중 송신자들의 전송률의 합이 수신 단말의 대역폭을 초과하지 않도록 혼잡 제어 기법을 제안하였다. 셋째, 서로 다른 네트워크를 사용하는 여러 송신 단말들에게 각 네트워크의 대역폭을 기반으로 차별화된 전송량을 할당하였고, 이를 통해 전송 속도를 향상시킬 수 있었다. 마지막으로, 본 연구에서는 안드로이드 단말 기반의 실험을 통해 성능을 평가함으로써, 모의실험보다 현실적인 성능 검증을 수행하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 단말들은 무엇때문에 사설IP를 할당받는가?	많은 스마트 단말 사용자들은 다른 사용자들과 멀티미디어 파일을 공유하기 위해서 파일을 전송하거나 수신받기를 원한다. 하지만, WiFi, 3G, LTE 네트워크 등에 연결된 스마트 단말들은 NAT(Network Address Translator)를 통해 인터넷에 연결되기 때문에 사설 IP(Private IP)를 할당받는다. 따라서 단말들 간의 직접적인 연결을 통한 파일전송은 불가능하다.
	푸시 서비스는 무엇인가?	푸시 서비스는 하나의 앱 제공자(또는 스마트 단말)가 스마트 단말에게 알람을 전송할 수 있는 서비스이며, 본 연구에서는 파일 전송으로 그 사용을 확장하였다. 그림 2는 푸시 서비스 기반의 파일 전송을 나타내고 있다.
	공인 IP 주소를 할당한 서버를 중간 경유자로 활용하는 것은 어떤 방법인가?	첫 번째 방법은 공인 IP 주소를 할당한 서버를 중간 경유자로 활용하는 것이다. 스마트 단말이 서버에 연결해 공유하고자 하는 콘텐츠를 전송하고, 수신 단말들이 서버에 접속해 파일을 다운받는 방법이다. 두 번째 방법은 WiFi Direct 또는 블루투스(Bluetooth) 기술과 같은 단거리 통신기술을 활용해 스마트 단말 간에 직접적으로 통신하는 것이다.

참고문헌 (14)

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Huber Flores, Satish Narayana Srirama, and Carlos Paniagua, "Towards mobile cloud applications: Offloading resource-intensive tasks to hybrid clouds," in International Journal of Pervasive Computing and Communications, Vol. 8, no. 4, pp. 344-367, 2012

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Lee Dongcheul, "Designing the Multimedia Push Framework for Mobile Applications," in international Journal of Advanced Science and Technology, Vol. 32, pp. 117-124, July 2011.
StatCounter. http://gs.statcounter.com

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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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