연속미디어 파일을 위한 버퍼 캐시 기법들은 연속 미디어의 순차적 접근만을 고려하고 반복참조는 고려하지 않았다. 그러나, 외국어 영상 학습의 경우 사용자가 어떤 장면을 반복 구간으로 설정하면 자동으로 수회 반복 상영하는 기능이 있을 수 있다. 본 논문에서는 순차 참조와 반복 참조가 혼재하는 연속미디어 파일 시스템을 위한 새로운 버퍼 캐시 기법을 제안한다. 제안한 기법은 파일의 참조 유형을 탐지하고 파일 별로 적절한 교체 정책을 적용하여 버퍼 캐시 적중률을 높인다.
본 논문에서는 파일 데이터의 실시간 재생 서비스를 제공하기 위한 UNIX파일 시스템의 연속 블록 할당에 대하여 다루고 있다. 설계된 블록 할당 방식은 사용자가 저장 데이터와 함께 지정한 소비 전송율을 지원할 수 있도록 적절한 디스크 위치에 데이터를 배치하여 실시간 재생 서비스를 지원할 수 있도록 하고 있다. 이를 위하여 데이터 전송율에 영향을 미치는 요소 중에서 가변적인 특성인 연속 블록 수와 저장 데이터들의 실린더 간격과의 관계를 분석하여 특정 실린더 간격 별로 연속 블록을 저장하는 방식을 채택하였다. UNIX시스템의 블록 할당 방식은 임의의 실린더 위치에서 연속 블록을 찾는 것이 비효율적 이기 때문에 새로운 형태의 비트맵 방식의 유휴 블록 기법을 사용하였다. 비트맵 방식의 블록 관리 기법은 파일 시스템 블록들을 비트 단위로 사용/비사용 여부를 표시하여 임의의 실린더 위치에 존재하는 블록이 사용 가능한지를 효율적으로 검색할 수 있도록 하였다.
멀티미디어 데이터는 연속적이고 대용량이며 실시간 특성을 가지고 있으므로 주문형 비디오(VOD)를 서비스하는 멀티미디어 서버에서는 잦은 디스크 입출력 및 프로세서와 디스크 사이의 속도 차이로 인한 시스템 성능 저하가 발생한다. 따라서 멀티미디어 데이터에 대한 디스크 접근을 줄이는 효율적인 버퍼 관리가 필요하다. 본 논문에서는 멀티미디어 서버에서 연속적이고 실시간 특성이 있는 비디오 데이터를 대상으로 버퍼의 적중률을 높여 디스크 접근을 줄이고, 동시에 서비스 받는 사용자수를 늘리며 시스템 전반에 걸친 버퍼 이용도를 높이는 버퍼 관리 방법에 대하여 연구한다. 이를 위해 여러 가지 자원 관리 알고리즘 및 정책변화에 대한 시뮬레이션을 통하여 다양한 환경하에서의 각 알고리즘의 성능을 비교 분석한다.
멀티미디어 데이터의 크기가 커짐에 따라, 파일 시스템에 대량의 데이터를 저장하는 것이 필요하다. 기존의 파일 시스템이 대용량의 데이터를 저장하는 면에서 우수한 성과를 얻기 어려움에 따라, SAN(Storage Area Network)을 이용한 새로운 파일 시스템이 최근에 연구되고 있다. SAN을 이용한 파일 시스템인 GFS는 기존 파일시스템들에 비해 대량의 데이터를 저장할 수 있도록 설계되었지만, inode와 빈 공간의 관리가 효율적이지 못하였다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 GFS의 inode 구조, 데이터 블록 할당 기법, 그리고 빈 공간 관리 기법에 중점을 두어 메타데이터 구조를 개선한다. 그 결과 데이터 블록 접근 시간을 줄이는 새로운 inode 구조를 설계하고, 큰 파일에는 연속된 블록으로 된 익스텐트로 할당하고 작은 파일에는 블록들로 할당하는 새로운 데이터 할당 기법을 제시한다. 또한, 빈 공간을 신속히 할당 회수할 수 있도록 빈 익스텐트들과 블록들의 주소를 저장하여 두는 독창적인 빈 공간 지갑을 사용한다. 성능 분석 결과 이러한 개선 방안들이 기존의 다른 시스템들보다 효율적임을 알 수 있다.
본 논문에서는 적응적인 스트리밍 시스템 환경에서 계층적으로 압축된 멀티미디어 데이터의 저장구조와 자료인출 원리를 분석한다. 또한 네트워크 시뮬레이션을 이용, 네트워크 상에서 다양한 멀티미디어 스트리밍 부하의 특성을 분석한다. 두 가지 분석을 통해 기존의 멀티미디어 저장방식이 다양한 네트워크 환경과 시간에 따라 전송율이 변화하는 적응적 스트리밍 시스템의 요구를 충족시키지 못한다는 것을 확인한다. 이를 개선하기 위해 제안된 하모닉 인터리빙은 하모닉 인터리빙 방식은 전송비율이 높은 멀티미디어 데이터 블록의 위치를 연속적으로 배치하기 위해서 전송비율이 높은 계층과 그렇지 않은 계층을 별도의 그룹으로 나누어서 저장하는 방식이다. 실험을 통해서 네트워크 상황이 전송하고자 하는 영화의 대역폭을 보장하지 못하는 환경에서는 기존의 저장방식보다 새로 제안된 저장방식이 디스크 사용율에 있어 우수한 성능을 나타냄을 보인다.
최근 방송시스템의 디지털화와 통신기술의 발달로 기존의 고정형 디스플레이 장비와 전용채널을 통해 주로 이루어지던 콘텐츠 소비형태가 변화하고 있다. 기존 고정형 디스플레이 장비를 통해 정해진 시간과 장소에서만 소비 할 수 있었던 미디어 콘텐츠는, 최근 언제/어디서나 IP(Internet Protocol)망에 접속하여 콘텐츠를 선택/소비 할 수 있는 단말기의 등장과 유동적인 IP환경에서도 사용자의 전송채널에 따라 적응적으로 스트리밍 서비스를 제공하는 HTTP(Hypertext Transfer Text Protocol) 기반의 적응형 스트리밍 기술로, 사용자는 과거의 제약에서 벗어나 콘텐츠를 소비 할 수 있게 되었다. 이와 같은 방송환경의 변화로, 사용자는 자신이 보유한 단말기들을 환경에 따라 변경해 가면서 콘텐츠를 소비 할 수 있게 되었다. 하지만, 현재 제공되고 있는 HTTP 적응형 스트리밍 서비스에서는 사용자가 소비하던 콘텐츠를 단말기를 변경하여 연속해서 소비하고자 하는 경우, 사용자가 콘텐츠의 종료 시점을 기억하여, 직접 변경된 단말기에 적용해야 해야 한다는 문제점이 있다. 따라서, 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 동일한 콘텐츠를 소비하는 단 말간의 연속된 콘텐츠 소비환경을 위한 데이터를 기술하는 유저 프로파일(User Profile)을 정의하고,이 파일을 변경 된 단말기와 공유하여, 단말기 사이의 연속적인 콘텐츠 소비를 가능하게 하는 방법을 제안하고자 한다. 또한, 본 논문은 제안한 방법을 검증하기 위해 HTTP 적응형 스트리밍 서비스 중에 하나인 Smooth Streaming 기반의 시스템을 구현하여 제안한 방법을 검증하고자 한다.
대용량의 저장 공간과 고속 통신망을 갖춘 고성능 저장 장치를 필요로 하는 멀티미디어 응용에서는 데이터 전달 속도와 입출력 성능을 향상시키기 위해 디스크 배열이 사용되고 있다. 디스크 배열은 구성 방법및 데이터 할당 방법등에 따라 성능의 차이를 보이므로 디스크 배열을 설계 할 때 해당 응용에 적합한 디스크 배열 특성 변수가 결정되어야 한다. 본 논문에서는 소규모 VOD 시스템의 저장 서버로서 사용될 디스크 배열의 구조를 결정하기 위한 연속 매체 파일 시스템의 데이터 불럭 크기와 입출력 요구의 크기가 주어질 때 디스크 배열 구성 디스크수, 디스크 배열 구성과 디클러스터링 정도를 권장하기 위해 시뮬레이션을 통해 성능을 평가하였다. 시뮬레 이션을 통해 6Mbps의 MPEG-2파일을 제공하는 디스크 배열의 구조는 스트라이핑 단위가 64-KB 이며, 데이터 불럭이 연속 배치되어 있는 5개의 디스크로 구성된 RAID-5가 가장 적합한 것으로 나타났다.
주문형 비디오 시스템은 향후 도래할 멸티미디어 서비스 시대의 핵심 응용 분야이다. 본 연구에서는 최큰 엔터프라이즈나 연구용으로 각광받고 있는 Linux 커널상에서 저가형 PC 클러스터 링 환경을 구축하여 호스트 단위로 확장 가능한 VOD시스템(SVOD : Scalable VOD)을 설계 및 구현하였다. 본 연구의 주요 기여는 다음과 같다. 첫째, MPEG과 같은 연속매체를 서비스하기 위해서 기존의 텍스트용 Linux Ext2 파일시스템을 디스크 배열상에서 VOD전용으로 개발하였다. 둘째, 호스트 단위로 확장가능하도록 스트립 서버를 구축하였다. 셋째, 클라이 언트는 마이크로소프트 DirectShow$\circledR$SCOM (Component Object ModeJ)을 이용하여 하드웨 어 지원없이 소프트웨어 디코더를 구현하였다 넷째, 서버와 클라이언트 사이의 흐름제어를 이용하여 클라이 언트 버퍼의 Overflow와 Underflow 발생을 억제하고, 이를 통한 FF(Fast Forward) VCR연산을 제공한다 연구결과, 저가의 PC서버와 무료 운영체제인 Linux상에서 쓰레드 기반의 확장가능한 VOD시스템 개발이 가능하였다.
컬럼-기반 데이터베이스 저장소는 우수한 입출력 성능으로 대용량 데이터 트랜잭션을 위한 매우 진보적인 모델이다. 전통적인 데이터 저장소는 빠른 쓰기 연산을 위하여 한 레코드의 속성들을 하드 디스크에 연속적으로 배치되어 있는 가로-지향 저장 모델을 활용하였다. 하지만 검색이 대부분인 데이터웨어하우스 시스템을 위해서는 월등한 판독 성능 때문에 컬럼-지향 저장소가 더 적합한 모델이 되고 있다. 또한 최근에는 플래시 메모리를 사용한 SSD가 고속 데이터 분석 시스템을 위한 적합한 저장 매체로 인식되고 있다. 본 연구에서는 플래시 미디어 파일 시스템을 기반으로 하는 컬럼-기반 데이터베이스 환경을 위한 새로운 트랜잭션 회복기법(CoSR)을 제안한다. 제안 기법은 기존의 쉐도우 페이징 기법을 개선하여 플래시 파일 시스템에서 새로운 블록에 데이터를 저장할 경우 무효화되어 폐기되는 이전 데이터 블록을 재활용하였다. 이를 위하여 제안된 컬럼-기반 쉐도우 복구 기법에 재활용 쉐도우 리스트 구조를 활용하였다. 제안 기법은 기존 쉐도우 페이징기법의 최대 단점인 쉐도우 페이지 관련 추가 저장공간의 부담을 최소화하고, 기존 복구 기법에서 컬럼 데이터 압축에 기인한 입출력 성능저하를 최소화 할 수 있다. 실험 분석결과를 통하여 CoSR기법이 기존 기법보다 17% 더 우수함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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