[논문]IPTV망에서 경로 배정 프로토콜에 따른 방송 화질 비교 연구

김미진; 박승섭

IPTV망에서 경로 배정 프로토콜에 따른 방송 화질 비교 연구
A Comparative Study on broadcasting video quality by Routing Protocols in IPTV Network 원문보기

김미진 (부경대학교 교육대학원 전산교육) , 박승섭 (부경대학교 전자컴퓨터정보통신공학부)

최근 멀티미디어 콘텐츠가 빠르게 확산되고, 초고속 광대역 IP 네트워크 기술이 발전하면서 통신과 방송의 독자적 개별 서비스가 서로 공존하여 통합융합 서비스로 진화발전하고 있다. 대표적 방송/통신융합 서비스인 IPTV는 통합융합서비스의 가장 강력한 응용분야이며, IPTV와 같은 서비스들이 증가함으로 인해 다양한 인터넷 서비스를 구현하기 위해서 인터넷 프로토콜을 통한 고화질의 데이터 처리에 대한 관심이 통신업계의 화두로 등장하고 있다. 본 연구에서는 소규모에서 사용되는 표준 라우팅 프로토콜인, RIP 환경과 대규모 자율 네트워크에서 사용되는 링크 상태 라우팅 프로토콜인, OSPF 환경을 구현하여 IPTV 서비스 중에서 방송 화질의 PSNR값으로 성능을 측정하고 평가하여 효율적인 IPTV 서비스를 위한 네트워크 구축 방안을 제시하고자 한다.

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문제 정의

본 연구에서는 경로 배정 프로토콜 중에서 최적의 라우팅 경로를 사용하여 네트워크상의 성능을 향상시켜주는 동적 라우팅 프로토콜을 사용하였다. 가장 일반적인 동적라우팅 프로토콜 중에서 RIP과 OSPF에 대하여 라우팅 프로토콜에 따른 트래픽의 영향을 PSNR을 사용하여 방송화질의 성능을 측정하고 분석하여 네트워크 대역폭에 맞는 최적의 라우팅 프로토콜을 알아보고자 한다.
본 연구는 대표적 방송/통신 융합서비스망인 IPTV서비스에서 라우팅 프로토콜에 따른 실시간 영상의 화질을 수학적 왜곡 측정 방법인 PSNR을 이용하여 측정해보았다. 본 연구에 사용된 두 프로토콜 중 RIP 라우팅 프로토콜보다 OSPF 라우팅 프로토콜의 성능이 전반적으로 안정적이어서 우수한 것으로 측정되었다.

제안 방법

RIP과 OSPF 네트워크 환경 구현은 (그림 3)과 같이 구성하였고, 그림에 보이는 Area는 OSPF의 대규모 네트워크를 표현하고자 계층구조를 보이기 위해 Area0과 Area1로 구성하였다.
현재 ISP사업자들이 서버단과의 연결은 스위치 Catalyst 6500시리즈로, 중간 망은 라우터 3700시리즈로, 마지막 종단의 가입자들과의 연결은 스위치 Catalyst 4500시리즈로 사용 하고 있어 실제 가입자환경과 유사하도록 해주기 위해 위와 같이 구성했다. 그리고 장비 중 Fluke는 사용자의 수가 증가하면서 네트워크상에 증가할 데이터양을 예상하여 이 같은 네트워크의 환경을 만들어주기 위한 트래픽 발생기로 전체 대역폭에서 0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 91%, 93%, 96%, 98%로 패킷 발생률을 늘여가면서 실시간 방송 화질의 PSNR값을 측정하였다.
네트워크 환경의 구현에서 보았듯이 HD급 영상을 서버에서 실시간 스트리밍 서비스로 보냄으로서 서버의 원래 영상과 클라이언트가 받아본 영상의 PSNR값을 비교함으로 RIP과 OSPF의 성능을 측정하였다.
본 연구에서는 경로 배정 프로토콜 중에서 최적의 라우팅 경로를 사용하여 네트워크상의 성능을 향상시켜주는 동적 라우팅 프로토콜을 사용하였다. 가장 일반적인 동적라우팅 프로토콜 중에서 RIP과 OSPF에 대하여 라우팅 프로토콜에 따른 트래픽의 영향을 PSNR을 사용하여 방송화질의 성능을 측정하고 분석하여 네트워크 대역폭에 맞는 최적의 라우팅 프로토콜을 알아보고자 한다.
실시간 방송 화질 연구를 위해 Cisco 사에서 제공하는 스위치와 라우터 장비를 사용하였다. 현재 ISP사업자들이 서버단과의 연결은 스위치 Catalyst 6500시리즈로, 중간 망은 라우터 3700시리즈로, 마지막 종단의 가입자들과의 연결은 스위치 Catalyst 4500시리즈로 사용 하고 있어 실제 가입자환경과 유사하도록 해주기 위해 위와 같이 구성했다.

이론/모형

RIP은 홉 카운트가 16이상이면 패킷을 수신지까지 전달 할 수 없고, 자신에게 인접한 라우터에게 30초마다 한 번씩 라우팅 정보를 전달함으로써 라우팅 정보를 교환한다. 라우팅 정보 교환 시 변화된 네트워크에 대한 정보뿐만 아니라 모든 네트워크 정보까지 모두 인접한 라우터에게 주기적으로 전달하는 완전갱신(full update)방법을 이용한다.
OSPF[6,7]는 대규모 자율네트워크에서 사용되는 전형적인 링크 상태 알고리즘을 이용한 라우팅 프로토콜로서 각각의 라우터들은 그들의 로컬 링크의 토폴로지 및 상태를 다른 라우터들과 교환함으로써 전체 네트워크의 토폴로지를 구성하고 이를 통해 라우팅 테이블을 계산한다. 적정 경로 선택은 링크 상태 알고리즘을 이용하여 최적의 경로를 설정한다. 경로 계산에 사용되는 비용은 대역폭을 근거로 하여 계산된 값이다.

성능/효과

IPv4망과 IPv6망에서 OSPF와 RIP프로토콜에 따라 패킷 발생률을 달리하여 측정한 값이 <표 1, 2>이다. (표에 보이는 %가 패킷 발생률 정도를 나타낸다) 0～91%의 패킷발생을 하였을 때는 화질의 차이가 없다가 93% 패킷 발생부터 RIP보다 OSPF의 화질이 훨씬 우수함을 볼 수 있다. <표 2>에서도 0～93%의 패킷 발생을 하였을 때는 화질의 차이가 없다가 96% 패킷 발생부터 RIP보다 OSPF 의 화질이 훨씬 우수함을 볼 수 있다.
본 연구에 사용된 두 프로토콜 중 RIP 라우팅 프로토콜보다 OSPF 라우팅 프로토콜의 성능이 전반적으로 안정적이어서 우수한 것으로 측정되었다. 그러나 IPv4망의 0～91%패킷 발생률과 IPv6망의 0～93% 패킷 발생률에서 RIP 라우팅 프로토콜도 우수함을 보였기에 소규모 ISP사업자들에게 설계가 복잡한 대규모 프로토콜인 OSPF 라우팅 프로토콜의 사용 보다는 네트워크 구성이 용이한 RIP 라우팅 프로토콜의 사용이 효율적임을 알 수 있다. 향후 과제로 QoS 요구를 만족시키면서 전체적인 네트워크 성능 또한 효율적으로 이용 또는 관리하는 방안이 요구되어진다.
본 연구는 대표적 방송/통신 융합서비스망인 IPTV서비스에서 라우팅 프로토콜에 따른 실시간 영상의 화질을 수학적 왜곡 측정 방법인 PSNR을 이용하여 측정해보았다. 본 연구에 사용된 두 프로토콜 중 RIP 라우팅 프로토콜보다 OSPF 라우팅 프로토콜의 성능이 전반적으로 안정적이어서 우수한 것으로 측정되었다. 그러나 IPv4망의 0～91%패킷 발생률과 IPv6망의 0～93% 패킷 발생률에서 RIP 라우팅 프로토콜도 우수함을 보였기에 소규모 ISP사업자들에게 설계가 복잡한 대규모 프로토콜인 OSPF 라우팅 프로토콜의 사용 보다는 네트워크 구성이 용이한 RIP 라우팅 프로토콜의 사용이 효율적임을 알 수 있다.

후속연구

그러나 IPv4망의 0～91%패킷 발생률과 IPv6망의 0～93% 패킷 발생률에서 RIP 라우팅 프로토콜도 우수함을 보였기에 소규모 ISP사업자들에게 설계가 복잡한 대규모 프로토콜인 OSPF 라우팅 프로토콜의 사용 보다는 네트워크 구성이 용이한 RIP 라우팅 프로토콜의 사용이 효율적임을 알 수 있다. 향후 과제로 QoS 요구를 만족시키면서 전체적인 네트워크 성능 또한 효율적으로 이용 또는 관리하는 방안이 요구되어진다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

IPTV란?

IPTV[4]에 대한 개념은 제공하고 응용하는 서비스 형태에 따라 사용자마다 의견이 다양하다. IPTV 표준화 기구인 ITU-T Focus Group에서는 “품질보장, 보안 및 신뢰성이 보장된 IP망을 통하여 제공되는 텔레비전, 비디오, 오디오, 문서, 그래픽 및 데이터 서비스 등과 같은 멀티미디어 서비스”라고 정의하고 있다.

NGN란?

NGN은 일반전화망, ATM, 프레임릴레이, 전용망, 무선통신망 등 모든 통신 네트워크를 패킷 기반의 통합 망이다. 국제표준 기구인 ITU(International Telecommunication Union)에서는 NGN에 대하여 Packet based network, IP based network 라고 정의하고 있으며, ETSI(European Telecommunications Standardization Institute)에서는 개방형 인터페이스를 이용하여 신규서비스를 단계적으로 제공할 수 있는 패킷 기반 망이라고 정의하고 있다 [1,2].

광대역 통합망이란?

국내에서는 NGN과 관련하여 광대역 통합망(BcN : Broadband convergence Network)을 개발 중에 있다. 이는 통신, 방송, 인터넷이 융합된 품질 보장형 광대역 멀티미디어 서비스를 언제 어디서나 끊어짐 없이 안전하게 이용할 수 있는 차세대 통합 네트워크이다 [3].

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