협력 P2P 기반 VOD 서비스를 위한 효율적인 멀티캐스트 기법
P2Patching: An Efficient Multicast Scheme for VOD Services in Collaborative P2P Environment
- 주제(키워드) multicasting , Peer to peer
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박승규
- 발행년도 2006
- 학위수여년월 2006. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 컴퓨터공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 연구는 P2P 환경에서 비동기 클라이언트들을 지원하기 위한 미디어 스트림 전송 기법 및 멀티캐스트 트리 구축 기법 그리고 다기능 구현 기법인 P2Patching을 제안한다. 이 기법은 비동기 클라이언트들의 스트리밍 전송을 위해 전통적 패칭 기법을 P2P 환경에 적합하도록 확장 및 개선한 것으로서 첫째, 피어들의 조인 초기에 조인 지연을 줄이기 위해 사용하고 둘째, 멀티캐스트 트리의 빈번한 단절로 발생하는 손실 스트림을 복원하기 위하여 사용하며 셋째, 다기능 수행 후에 피어의 재생점과 멀티캐스트 전송점 갭(Gap)에 해당하는 부분의 스트림을 패치하기 위하여 사용한다. 그리고 멀티캐스트 트리 구축 방법에 있어서 VOD 특성을 고려하여 가장 우선적으로 조인 지연을, 차선으로 사용 가능한 대역폭을 측정 요소로 설정하여 서버로부터 가장 적은 홉(hop) 수와 가장 큰 대역폭을 가진 하위 계층의 리프 노드에 조인하는 알고리즘을 사용한다. 패칭 서버 선택 알고리즘에서는 패칭 스트림을 원하는 노드의 멀티캐스트 트리에 조인된 위치와 후보 패칭 서버들 사이에 짧은 거리(Hop 혹은 Round Trip Time)를 가진 피어를 선택하는 방법을 사용한다. 또한, 다기능 수행 방법에서는 다기능 수행 클라이언트의 잦은 멀티캐스트 트리의 떠남과 조인 행위로 인한 문제를 개선하기 위하여 네트워크상에서 다수 피어들의 버퍼를 하나의 거대한 분산 메모리 형태로 구성된 버퍼 구조에서 이 클라이언트에게 다기능 스트림을 협력 제공하도록 하고, 다기능 수행을 완료한 클라이언트에게 원하는 위치의 트리로 점프를 허용하는 CISS(Collaborative Interaction Streaming Scheme)을 제안한다. P2Patching의 특징은 대역폭 파동(Bandwidth Fluctuation)과 피어의 유동성으로부터 스트리밍 서비스 질을 보장하는 정책과 빠른 조인 프로세스를 가능하고 네트워크상에서 트래픽을 분산시키며 프로세스 컨트롤 오버헤드를 줄일 수 있는 장점이 있다. 제안한 기법의 평가를 위하여 본 논문에서 제안하는 기법인 P2Patching과 P2Cast[19] 그리고 DSL[28]에 대한 전송 토플로지 성능 실험과 컨트롤 오버헤드 실험 그리고 Streaming Quality 성능 실험을 하였다. 이 실험 결과에서 본 논문의 기법이 전송 토플로지 성능 면에서는 서비스 요청 거부율이 타 기법보다 평균적으로 8% 정도의 우수성을 보였고 컨트롤 오버헤드 실험에서는 DSL 보다 전체적으로 30% 정도의 우수한 실험 결과를 보여주었다. 또한 스트리밍 서비스 질을 평가하는 GMR 측정에서도 대역폭 파동과 다기능 수행 주기의 변화를 주어 실험한 결과 P2Patching이 DSL보다 대략 30~35% 성능의 우수성을 입증해 보였다.
more초록/요약
We propose an efficient scheme of stream control which transfers media streams based on multicast delivery to clients keeping asynchronous playback points. This method constructs a new way of multicast tree, and provides a new scheme, called P2Patching scheme, to provide VCR-like functionability. The conventional patching scheme is extended so as to be applied to P2P environment. The proposed scheme reduces initial joining delay and guarantees continuous video playback. The patching scheme has three aims. Firstly, it is designed to reduce initial delay of joining peers. Secondly, it can restore missed streams in case of tree destruction. And, finally, it can patch the streams when a peer should be provided to playback from the requested playback point. To construct the multicast tree, the property of Video-on-demand system is taken into consideration. To join into the multicast tree, the proposed scheme firstly contacts a peer with the most available bandwidth and if such peer is not available, it contacts next alternative peer who has the least joining delay. And then, it appends to the leaf node with the least hop counts from the server. If the parent of the leaf node has sufficient available bandwidth, it accepts newly joined node as its child. If not, the newly joined node locates to the child of previously joined leaf node. And to select a proper patching server, a peer should find out the closest located peer (least hop counts or shortest round trip time) from it's location in the multicast tree. To reduce the load, which is generated by frequent joins or departures of peers at the multicast tree during VCR-like functions, we propose a hybrid scheme which uses both general P2P and the patching scheme with the Collaborative Interaction Streaming Scheme(CISS). CISS provides a collaborative VCR-like functionability. It controls streams among peers in the distributed buffer environment of multiple clients. And it provides a peer with jumping functionability to the appropriate multicast session after executing VCR-like interactions. The benefits from the proposed P2Patching scheme can be summarized by: i) reduction of network overhead by effective bandwidth usage, ii) fast joining process, and iii) distribution of network traffics. To evaluate the performance of the proposed scheme, we compare it with P2Cast[19] and DSL[28] in terms of the performance of streaming delivery topology, streaming quality, and control overhead. The simulation results show that the performance of streaming delivery is enhanced by 8% and the service request refusal rate is improved by 30% with respect to those of DSL. And it shows about 30~35% of enhancement of performances in the bandwidth fluctuation and segment missing rates in the streaming service.
more목차
감사의 글 i
국문요약 ii
목차 iv
그림차례 viii
표차례 x
제 1장 서론
제 1절 연구 배경 1
제 2절 연구 목적 3
제 3절 연구 방법 및 내용 4
제 4절 논문의 구성 6
제 2장 관련 연구
제 1절 멀티미디어 스트리밍 개념 7
제 1항 스트림 배분 시스템 정의 7
제 2항 스트리밍과 다운로딩 7
제 3항 VoD 스트림과 라이브 스트림 8
제 2절 VoD 시스템
제 1항 VoD 구성요소 11
제 2항 다기능 행위 14
제 3절 멀티캐스트 기법의 개념과 분류 15
제 1항 IP 기반 멀티캐스트 기법 15
제 2항 응용 계층 멀티캐스트 기법 18
제 4절 다기능 구현 기법 26
제 3 장 기존 응용 계층 멀티캐스트 기법
제 1절 기법들의 고찰 27
제 1항 단일 트리 구조 27
제 2항 다중 트리 구조 34
제 3항 계층 클러스터 구조 37
제 4항 매쉬 기반 구조 41
제 5항 기타 구조 43
제 2절 비교와 분석 45
제 4장 P2Patching 분배 시스템 구현
제 1절 개요 50
제 1항 미디어 특성 51
제 2항 오버레이 네트워크의 동적 환경 52
제 3항 네트워크의 특성 52
제 4항 그 밖의 고려 사항들 53
제 2절 시스템 모델 53
제 3절 가정 및 기호 정의
제 1항 가정 55
제 2항 기호 정의 56
제 4절 P2Patching 구축 방법
제 1항 P2Patching 개요 57
제 2항 제안 확장 패칭 기법 60
제 3항 P2Patching 기본 동작 61
제 4항 P2Patching 버퍼 구조 64
제 5절 멀티캐스트 트리 구축 알고리즘
제 1항 멀티캐스트 스트림 66
제 2항 패칭 서버 선택 알고리즘 71
제 6절 확장 패칭 기법과 제안 버퍼링 기법
제 1항 확장 패칭 기법의 적용 방법 74
제 2항 제안 버퍼링 기법 75
제 7절 결함 복원
제 1항 결함 탐지 방법 79
제 2항 멀티캐스트 트리 복원 80
제 3항 전송 경로의 변경 82
제 4항 트리 루프 제거 83
제 5장 다기능 구현 알고리즘
제 1절 기본 개념 85
제 2절 I-Buffer 동작 86
제 3절 CISS 알고리즘 87
제 4절 다기능 구현 89
제 6장 실험 및 고찰
제 1절 실험 환경
제 1항 네트워크 구성 및 메시지 종류 94
제 2항 실험 측정 방법과 기준 94
제 2절 실험 및 평가
제 1항 전송 토플로지 성능 실험 98
제 2항 컨트롤 오버헤드 실험 102
제 3항 Streaming Quality 성능 실험 105
제 7장 결론 110
참고문헌 113
영문요약 121
