초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
최근 스마트폰의 확산 등으로 무선 데이터 폭증문제가 대두되고 있고 이의 대응 방안으로 이동전화망에서의 데이터 오프로딩(offloading) 기법으로 대변되는 다중 접속망 기술의 활용에 관한 연구가 관심을 받고 있다. 한 단말기에 설치되어 있는 다수의 인터페이스들은 동시에 또는 선택적으로 사용될 수 있는데 가용 인터페이스들을 어떻게 사용하느냐에 따라 망의 성능, 사용자 만족도등이 크게 달라질 수 있다. 따라서 다중 인터페이스를 활용하여 스마트폰에서 원활하고 만족도 높은 다양한 서비스를 사용자에게 제공할

□ 연구의 목적 및 내용
최근 스마트폰의 확산 등으로 무선 데이터 폭증문제가 대두되고 있고 이의 대응 방안으로 이동전화망에서의 데이터 오프로딩(offloading) 기법으로 대변되는 다중 접속망 기술의 활용에 관한 연구가 관심을 받고 있다. 한 단말기에 설치되어 있는 다수의 인터페이스들은 동시에 또는 선택적으로 사용될 수 있는데 가용 인터페이스들을 어떻게 사용하느냐에 따라 망의 성능, 사용자 만족도등이 크게 달라질 수 있다. 따라서 다중 인터페이스를 활용하여 스마트폰에서 원활하고 만족도 높은 다양한 서비스를 사용자에게 제공할 수 있도록 하는 데이터 전송 기법에 대한 연구는 매우 중요하고 현실적인 연구과제이다. 본 연구에서는 오프로딩등이 가능하도록 다중 인터페이스의 활용이 가능한 스마트폰에서의 원활한 실시간 미디어 서비스의 제공을 가능하게 해 주는 네트워크 코딩기술을 개발하고자 한다. 기존의 네트워크 코딩 기술은 종단간 지연시간 증가, feedback 오버헤드, 큰 계산량 등의 문제로 스마트폰에서의 실시간 멀티미디어 트래픽에의 적용이 매우 어려워 이러한 문제들을 해결하고자한다.

□ 연구결과
본 연구의 최종 목표인 실시간 스트리밍 미디어의 원활한 서비스를 가능하게 해 주는 네트워크 코딩 기술의 개발을 위해 먼저 고속 네트워크 코딩 복호화기(디코더: decoder) 기술을 개발하였다. 기존의 디코더 기술보다 수배의 향상된 처리속도를 얻을 수 있는 새로운 병렬처리 알고리즘의 개발을 통해 저사양의 스마트폰 프로세서에서도 실시간 미디어 스트리밍과 네트워크 코딩의 동시 사용이 가능하도록 하였다. 기존의 병렬처리 네트워크 코딩 알고리즘과는 접근법이 다른 본 연구를 통해서 개발된 고속 디코더 알고리즘인 RDPD(role division progressive decoding)에서는 계산 집약적 작업과 비 계산 집약적 작업 두 가지로 나누어 계산 집약적 작업을 성능이 뛰어난 코어들에서 담당하게 하는 것이다. 기존의 병렬처리 기법들에 비하여 RDPD는 동일 조건에서 최대 2.5배 향상된 성능을 보인다. 또한 스마트폰에서의 디코딩 지연시간 최소화하기 위한 SIMD(Single Instruction Multiple Data) 병렬처리 기술 또한 개발하였는데 고속 디코더 알고리즘 RDPD와 결합되어 사용될 경우 매우 큰 성능 향상을 얻을 수 있다. SIMD는 하나의 명령어를 여러 개의 데이터에 적용하는 방식으로 대다수의 스마트폰 AP가 사용중인 ARM architecture에서는 NEON이라는 방식으로 SIMD를 지원한다. SIMD와 멀티쓰레딩 병렬처리를 혼합 사용한 경우 최대 약 52배의 성능향상을 볼 수 있었다. 스마트폰 환경에서는 배터리의 존재로 인해 어플리케이션의 성능도 중요하지만 에너지 소모량 또한 굉장히 중요한 이슈이고 따라서 에너지 소모가 최적화된 네트워크 코딩 디코더의 개발이 필요하고 이에 본 연구에서는 어떤 주어진 처리율(throughput)을 만족시키면서 가장 적은 에너지 소모를 보이는 디코더 알고리즘을 개발하였다. 일반적으로 스마트폰 AP는 에너지 소모 및 발열을 줄이기 위해 input voltage와 operating frequency를 조절할 수 있는 메카니즘인 DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)를 내장하고 있는데 일반적으로 OS의 영역에서 관리되고 user-level에서는 조작이 불가능한데 본 연구에서는 rooting 없이 이가 가능함을 보여주었고 이를 통해 목표한 성능을 만족하면서 60% 이상의 에너지 소모를 절감할 수 있음을 보여주었다. 마지막으로 네트워크 코딩을 위한 저비용 feedback 방법론을 개발하였다. 손실이 있는 다중 경로 네트워크 환경에서 네트워크 코딩은 이론상 최대전송량을 달성할 수 있으나 실제에서는 불완전한 feedback으로 인한 중복 데이터 문제가 발생하고 따라서 전송량 감소가 발생하기에 본 연구에서는 적은 양의 footprint를 가지며 필요한 데이터를 정확히 표현할 수 있는 기법을 개발하였다.

□ 연구결과의 활용계획
최근 스마트폰에서의 실시간 미디어 스트리밍 서비스의 이용이 일상화 되어 이를 보다 효율적으로 제공할 수 있는 기술의 필요성이 증대되고 있다. 또한 3G/4G, Wi-Fi 등의 다중 인터페이스를 장착한 스마트폰의 확산으로 다중 인터페이스의 효과적인 활용기술의 개발이 요구되고 있다. 본 연구를 통해서 개발될 네트워크 코딩 기술은 이러한 다중 인터페이스의 효과적인 활용과 함께 무선 멀티캐스트 환경에서 전체적인 망 성능의 극대화를 가져와 사용자는 보다 고화질의 서비스를 즐길 수 있고 국가적으로는 통신 인프라의 구축비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있을 것이다. 본 연구에서 개발된 네트워크 코딩 기법을 모바일 IPTV 시스템 등에 적용할 경우 여러 측면에서의 망 효율과 사용자 만족도의 향상을 기대할 수 있고 따라서 모바일 IPTV 기술의 발전과 그에 따른 활성화에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

( 출처 : 요약문 5p )

Abstract ▼

□ Purpose&contents
Recent proliferation of smart phones has incurred wireless data explosion. In response to the problem, the use of smart phones equipped with multiple radio access network technologies is increasing. Since user experience and also network performance may heavily rely on how the

□ Purpose&contents
Recent proliferation of smart phones has incurred wireless data explosion. In response to the problem, the use of smart phones equipped with multiple radio access network technologies is increasing. Since user experience and also network performance may heavily rely on how the multiple interfaces are utilize, it is important to develop a way to exploit multiple interfaces when transmitting/receiving data over smart phones for enhanced user satisfaction and service diversity. In this research we develop a network coding technology that enables real-time media streaming service on smart phones equipped with multiple radio access technologies.

□ Result
In this research, we have developed a novel thread-level parallelization technique random network coding (RNC) that can fully exploit multicore processors. Our parallel method termed RDPD exhibits over 150% throughput enhancement compared to existing state-of-the-art implementations according to our experiments. The technique allows low profile processors to use RNC without difficulties. In RDPD, two different types of threads, supervisor and worker, work on two independent matrices, the encoding vector matrix and the coded data block matrix such that the dependence among them is minimized. Also we have developed a decoding technique utilizing SIMD instructions which can be combined with our thread-level parallelization technique. Recent APs targeting smartphones support SIMD, e.g., NEON architecture in ARM-based processors. We have shown that our SIMD technique in combination with thead-level paralleization technique such as RDPD can exhibit up to 52 time higher througput compared to a naive implementation. There is an important issue other than throughput to consider when optimizing RNC implementations for smartphone platforms, which is power consumption. We have developed a technique based on duty cycling that utilizes DVFS functionality to minimize energy consumption of the RNC implementations targeting Android based platforms. Via real experiments on smartphone APs such as Samsung’s Exynos 5410, we show that our technique can reduces the energy consumption of RNC by 50% compared to a naïve RNC implementation. Lastly we have developed a feedback algorithm with small footprint for RNC. RNC can achieve the capacity of a lossy network given a perfect feedback mechanism; however in reality implementing a feedback mechanism in RNC is non-trivial.

□ Expected Contribution
Our technology targets maximizing the utility of wireless network architectures with heterogenous access technologies, e.g., 3/4/5G, WiFi, etc. Since our technology can enhance the overall utilization (or spectral efficient) of a wireless network, if successfully deployed, it can reduce operational/construction cost of communications infrastructure. Our technology is especially beneficial to cellular broadcasing/streaming networks such as mobile IPTV with mobile terminal based on multiple access technologies. It will enable providing a higher quality streaming services to the users using the same bandwidth.

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20 5. 연구결과의 활용계획 ... 20 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 21 7. 참고문헌 ... 21 8. 연구성과 ... 24 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 27 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 27 11. 기타사항 ... 27끝페이지 ... 27