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문제 정의
- 본 논문에서는 이와 같은 비디오 전송을 위한 P2P 클라우드 스토리지 시스템에서 재생 품질을 향상시키는 계층적인 오버레이 구조를 제안한다. 이 구조에서는 각 비디오에 대해 현재 접속 중인 피어들 중에서 그 비디오의 복사본이나 erasure coding을 위한 프래그먼트(fragment)를 저장하고 있는 피어들을 클러스터링해서 하나의 그룹을 생성한다.
- 본 논문에서는 비디오 전송을 위한 P2P 클라우드 스토리지 시스템에서 재생 연속성을 높이는 지역성을 고려한 계층적인 오버레이 구조를 제안하였다. 이 구조에서는 각 비디오에 대해 현재 접속 중인 피어들 중에서 그 비디오의 복사본을 저장하고 있는 피어들을 클러스터링해서 하나의 그룹을 생성하고 다시 각 그룹 별로 물리적인 인접성을 기반으로 피어들을 서브그룹으로 나눈다.
제안 방법
- 만일 원본 데이터의 a배의 중복 정도를 유지하려면 복제 기법으로 [a/2]개의 복사본을 생성하고 erasure coding 기법에서 r=([a/2]-1)×s가 되도록 인코딩을 수행한 후 피어들에 분산 저장한다.
- 또한 본 논문에서는 데이터를 중복할 때 복제 기법의 성능과 erasure coding 기법의 저장 공간 효율성을 모두 활용할 수 있도록 두 기법을 동시에 사용한다. 즉, P2P 클라우드 스토리지에 복사본과 프래그먼트를 혼합하여 절반씩 동일하게 적용하여 데이터를 생성한 후 분산 저장한다.
- 또한 본 논문에서는 데이터를 중복할 때 복제 기법의 성능과 erasure coding 기법의 저장 공간 효율성을 모두 활용할 수 있도록 두 기법을 동시에 사용한다. 즉, P2P 클라우드 스토리지에 복사본과 프래그먼트를 혼합하여 절반씩 동일하게 적용하여 데이터를 생성한 후 분산 저장한다. 만일 원본 데이터의 a배의 중복 정도를 유지하려면 복제 기법으로 [a/2]개의 복사본을 생성하고 erasure coding 기법에서 r=([a/2]-1)×s가 되도록 인코딩을 수행한 후 피어들에 분산 저장한다.
- 데이터 전송을 위한 피어들의 오버레이 네트워크를 구성할 때 물리적인 피어들 간의 거리나 지연 시간을 고려하지 않으면 백본 네트워크에 불필요한 트래픽을 유발하여 데이터의 전송지연 시간을 증가시키는 문제를 발생시킨다. 따라서 본 논문에서는 각 피어의 위치 정보를 기반으로 지역성을 반영하여 데이터 전송 시간을 최소화할 수 있도록 P2P 클라우드 스토리지에 적합한 계층적인 오버레이 네트워크를 구성한다.
- 또한 erasure coding 기법에 의한 데이터를 전송하는 경우에는 각 데이터 블록에 속한 프래그먼트를 저장하고 있으면서 현재 접속되어 있는 피어의 수가 s개 이상이면 그 중에서 s개의 프래그먼트를 선택해야 한다. 이때 본 논문에서 제안하는 계층적 오버레이 구조에서는 기본적으로 지역성을 고려해서 같은 서브그룹 내의 피어들을 우선적으로 선택한다. 하지만 같은 서브그룹 내에서 피어의 수가 부족하다면 지역적으로 가까운 서브그룹에 속한 피어를 선택한다.
- 각 피어가 기부한 저장 공간에는 비디오 영상 1개를 저장할 수 있도록 설정하였다. 백본 네트워크 대역폭은 10Gbps로 설정하였고 일반 피어들의 네트워크 대역폭 비율은 10Mbps는 20%, 20Mbps는 20%, 50Mbps는 50% 그리고 100Mbps가 10%로 설정하였다. 피어들의 평균 업로드 대역폭은 2.
- (그림 5)는 시간 별 인기 비디오와 비인기 비디오의 인기도의 변화를 나타낸 그래프이다. 본 실험에서는 이러한 비디오의 인기도 변화에 따라 피어들의 재생 요청 패턴을 결정하였다. 실험에서는 인기 비디오와 비인기 비디오의 비율을 2대8로 설정하였다.
- 본 논문에서 제안하는 지역성을 고려한 계층적 오버레이 구조의 성능이 데이터의 중복 정도와 참여하는 피어 수에 따른 변화를 보이기 위해 여러 실험 파라미터를 사용하였다. 즉, 각 원본 비디오 데이터의 중복 정도, 즉, 복사본의 수는 20개, 28개 및 36개로 변경하면서 실험을 수행하였고 클라우드에 참여하는 총 피어 수는 1,200, 2,400, 4,800개로 변경하면서 실험하였다.
- 본 논문에서 제안하는 지역성을 고려한 계층적 오버레이 구조의 성능이 데이터의 중복 정도와 참여하는 피어 수에 따른 변화를 보이기 위해 여러 실험 파라미터를 사용하였다. 즉, 각 원본 비디오 데이터의 중복 정도, 즉, 복사본의 수는 20개, 28개 및 36개로 변경하면서 실험을 수행하였고 클라우드에 참여하는 총 피어 수는 1,200, 2,400, 4,800개로 변경하면서 실험하였다.
- 이와 같은 P2P 클라우드 스토리지 실험 환경을 구성한 후 본 논문에서 제안하는 지역성을 고려한 계층적 오버레이 구조와 지역성을 전혀 고려하지 않고 임의로 소스 피어를 선택하는 구조에 대해 재생 연속성을 비교 분석한다.
- 본 논문에서는 비디오 전송을 위한 P2P 클라우드 스토리지 시스템에서 재생 연속성을 높이는 지역성을 고려한 계층적인 오버레이 구조를 제안하였다. 이 구조에서는 각 비디오에 대해 현재 접속 중인 피어들 중에서 그 비디오의 복사본을 저장하고 있는 피어들을 클러스터링해서 하나의 그룹을 생성하고 다시 각 그룹 별로 물리적인 인접성을 기반으로 피어들을 서브그룹으로 나눈다. 따라서 비디오 데이터를 전송해 주는 소스 피어들을 계층적인 오버레이 구조를 이용하여 지역성을 기반으로 선택하기 때문에 전송 지연 시간을 크게 줄일 수 있었다.
대상 데이터
- 본 논문에서 P2P 클라우드 스토리지는 (그림 3)과 같이 피어, P2P 스토리지 풀(P2P Storage Pool) 및 클라우드 관리자(Cloud Manager)로 구성된다.
- PeerSim은 가상의 네트워크 토폴로지를 제공하여 피어 간의 데이터 전송 성능을 측정할 수 있게 해준다. 본 실험에서는 이러한 PeerSim을 사용하여 P2P 클라우드 스토리지를 구성하였고 총 시뮬레이션 시간은 24000초이다.
- 5Mbps로 설정하였다. 또한 저장된 비디오의 종류는 20개, 각 비디오의 재생률은 720Kbps, 청크 크기는 30kbyte로 설정하였다. 한편 각 피어의 평균 접속 지속 시간과 평균 이탈 지속 시간을 각각 1000초와 500초로 설정하였다.
- 본 실험에서는 이러한 비디오의 인기도 변화에 따라 피어들의 재생 요청 패턴을 결정하였다. 실험에서는 인기 비디오와 비인기 비디오의 비율을 2대8로 설정하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 성능 평가를 위해 P2P 네트워크 프로토콜 시뮬레이터인 PeerSim을 사용하였다. PeerSim은 가상의 네트워크 토폴로지를 제공하여 피어 간의 데이터 전송 성능을 측정할 수 있게 해준다.
성능/효과
- 마지막으로 실험을 통해서 본 논문에서 제안하는 지역성을 고려한 계층적 오버레이 구조가 지역성을 전혀 고려하지 않고 임의로 소스 피어를 선택하는 구조에 비해 성능이 우수한다는 것을 보인다.
- 먼저 그림에서 보듯이 본 논문에서 제안한 계층적 오버레이 구조의 재생 연속성이 참여 피어 수에 관계없이 항상 높다는 것을 알 수 있다. 즉, 계층적 오버레이 구조가 임의로 소스 피어를 선택하는 구조에 비해 전체 평균 2.
- 먼저 그림에서 보듯이 본 논문에서 제안한 계층적 오버레이 구조의 재생 연속성이 참여 피어 수에 관계없이 항상 높다는 것을 알 수 있다. 즉, 계층적 오버레이 구조가 임의로 소스 피어를 선택하는 구조에 비해 전체 평균 2.3%만큼 재생 연속성이 높았고 참여 피어수가 1200개, 2400개 및 4800개의 경우에서는 각각 2.5%, 2.1% 및 2.1%만큼 높았다. 이것은 계층적 오버레이 구조에서 각 비디오별로 피어들을 그룹핑하고 다시 지역성을 반영하여 서브그룹을 구성하였기 때문에 같은 서브그룹에 있는 피어들을 소스 피어로 선택할 가능성이 높기 때문이다.
- 또한 (그림 6)을 통해 참여 피어 수가 증가할수록 재생 연속성이 증가하는 것을 알 수 있다. 임의로 소스 피어를 선택하는 구조와 계층적 오버레이 구조는 참여 피어 수가 1200개인 경우에 비해 2400개인 경우에 각각 1.0%와 0.6%만큼 재생 연속성이 증가하였다. 또한 4800개인 경우인 경우에는 1200개인 경우에 비해 두 구조에서 각각 1.
- 실험 결과를 통해 복사본의 수가 증가할수록 재생 연속성이 높아진다는 것을 알 수 있다. 각 비디오의 복사본 수가 28개인 경우에는 20개인 경우에 비해 임의로 소스 피어를 선택하는 구조와 계층적 오버레이 구조의 재생 연속성이 각각 0.
- 실험 결과를 통해 복사본의 수가 증가할수록 재생 연속성이 높아진다는 것을 알 수 있다. 각 비디오의 복사본 수가 28개인 경우에는 20개인 경우에 비해 임의로 소스 피어를 선택하는 구조와 계층적 오버레이 구조의 재생 연속성이 각각 0.3%와 0.2% 향상되었다. 또한 복사본 수가 36개인 경우에는 20개인 경우에 비해 두 구조에서 각각 0.
- 따라서 비디오 데이터를 전송해 주는 소스 피어들을 계층적인 오버레이 구조를 이용하여 지역성을 기반으로 선택하기 때문에 전송 지연 시간을 크게 줄일 수 있었다. 또한 실험을 통해서 본 논문에서 제안하는 계층적 오버레이 구조가 임의로 소스 피어를 선택하는 구조에 비해 재생 연속성이 높다는 것을 보였다.
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