최근 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 네트워크를 비롯한 많은 데이터 전송 기술이 등장하였고, 이를 이용하여 동영상을 전달하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 연구들은 대부분 동영상 데이터의 스트리밍에 주안점을 두고 있기 때문에, ATM 네트워크 기반으로 손실없는 방송 제작 환경을 구축하기 위해서는 에러가 발생하더라도 고속으로 복원할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 ATM 네트워크 상에서 방송 제작 품질로 압축된 동영상을 TCP(Transport Control Protocol) 기반으로 전송하는 경우에 대하여 연구하였다. 실제 데이터의 송수신에는 잡음으로 인한 ATM 셀의 손실이 발생하게되는데, ATM 셀의 손실로 인한 패킷의 손실은 송신측의 재전송과 재전송 타임 아웃을 유발하므로 전송 성능에 지대한 영향을 미친다. 본 논문에서는 손실된 패킷의 연속적인 재전송을 통하여, 재전송 시간의 단축과 송신측 재전송 타임 아웃의 제거된 고속의 손실 복구 알고리즘을 제안하였고, 그 성능을 기존의 알고리즘과 비교하였다. 또한, 본 논문에서는 영상을 전송하는 과정에서 데이터 수신 버퍼의 오버플로우가 발생하지 않도록 충분한 버퍼 크기를 계산하는 방법에 관해서도 고찰하였다. 특히, 방송 제작 품질의 화질을 처리하는 경우에 대한 시스템 모델링을 하였고, 이 모델에 대하여 오버플로우를 일정 수준 이하로 낮추기 위한 수신 버퍼의 크기를 결정하였다.
무선망에서 패킷 손실은 데이터 패킷 손실이 뿐만 아니라 ACK 패킷 손실도 있다. 그러나 현재 무선망에서는 패킷이 손실되었을 경우 데이터 패킷 손실로 간주하여 데이터 패킷을 재전송한다. 이때 유무선 혼합망에서 이러한 재전송은 유선망의 혼잡제어 메커니즘을 호출하여 전체 네트워크 성능을 저하할 뿐만 아니라 무선망에 불필요한 재전송이 발생하게 하여 무선망에 채널 경쟁 심하게 한다. 따라서 본 논문에서는 Snoop을 이용하여 무선망에서 데이터 패킷 손실시 지역 재전송 메커니즘을 이용하여 빠른 복구한다. 그러나 패킷 손실시 ACK 패킷 손실일 경우에는 Snoop에서 불필요하게 데이터 패킷을 재전송하지 못하게 네트워크 성능을 향상하였다.
망을 통해 동일한 데이터를 다수의 고객에게 전송하는 파일 전송 서비스, 뉴스 서비스, 인터넷 방송 서비스들이 증가함에 따라 멀티캐스트를 이용한 효율적인 데이터 전송에 대한 요구가 증가하고 있다. 신뢰적인 멀티캐스트 프로토콜을 송신자로부터 손실된 패킷을 복구하거나 이웃한 지역의 응답자에게 복구 패킷을 요청함으로써 손실 복구를 수행한다. 본 논문에서는 신뢰적 멀티캐스트를 제공하기 위해 손실이 발생하였을 경우 손실 회복에 사용할 수 있는 다중 응답자를 이용한 손실 복구 기법을 제안한다. 이 기법은 LSM[1] 모델을 기반으로, 다수의 요청 패킷에 대해 동적으로 응답자의 수를 증가시켜 다중 응답자들이 손실 복구를 수행하도록 함으로써 손실 복구 시간을 감소시킨다. 제안한 방식의 성능은 시뮬레이션을 통해 증명한다.
본 논문에서는 유 무선 이종망의 네트워크에서 혼잡손실과 무선손실의 구별을 하지 못하고 전송률을 감소하는 TFRC의 성능을 개선하기 위한 최소 전송률을 보장하는 TFRC 제어방법을 제안한다. 제안 하는 TFRC기법은 기존의 TFRC 기법의 패킷손실률에 따른 loss event rate를 제한하고 피드백 타임아웃에 따른 전송률 감소를 제한하여 비디오의 최소전송률을 보장하는 방법이다. TCP와 제안하는 TFRC를 같은 네트워크망에서 경쟁하는 환경으로 실험 했을 때 기존의 TFRC와 비교해서 제안한 TFRC의 전송률이 보장되어 더 좋은 성능을 보였다. 무선구간에서의 손실까지도 혼잡손실로 판단하고 전송률을 감소시켜 다중 네트워크에서 대역폭을 보장받지 못하는 TFRC기법을 최소전송률 보장을 통해 비디오 스트리밍 서비스를 제공함으로써 서비스의 품질을 보장한다.
본 논문에서는 유 무선 이종망의 네트워크에서 혼잡손실과 무선손실의 구별을 하지 못하고 전송률을 감소하는 TFRC의 성능을 개선하기 위한 최소 전송률을 보장하는 TFRC 제어방법을 제안한다. 제안하는 TFRC기법은 기존의 TFRC기법의 패킷손실률에 따른 loss event rate를 제한하고 피드백 타임아웃에 따른 전송률 감소를 제한하여 비디오의 최소전송률을 보장하는 방법이다. TCP와 제안하는 TFRC를 같은 네트워크망에서 경쟁하는 환경으로 실험 했을 때 기존의 TFRC와 비교해서 제안한 TFRC의 전송률이 보장되어 더 좋은 성능을 보였다. 무선구간에서의 손실까지도 혼잡손실로 판단하고 전송률을 감소시켜 다중 네트워크에서 대역폭을 보장받지 못하는 TFRC기법을 최소전송률 보장을 통해 비디오 스트리밍 서비스를 제공함으로써 서비스의 품질을 보장한다.
IPTV의 상용화에 맞추어 사용자와 TV간의 정보 교환에 의한 대화형 서비스들이 제공되고 있으며, 특히 음성인식 기술은 이러한 서비스를 실현하기 위한 중요한 기술 중의 하나로 대두되고 있다. TV에서의 음성인식 수행을 위해서는 가정환경과 같은 제한된 공간에서 효율적으로 사용자의 음성을 TV에 전송할 수 있는 근거리 무선통신 수단이 필요하게 된다. 특히, 리모트 컨트롤러와 같은 저전력 시스템 환경에서 구현이 가능해야 한다. 따라서 이러한 제한된 조건에서 최적의 성능을 갖는 음성 전송 시스템 개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 블루투스 환경 하에서 음성인식을 위해 필요한 음성전송 시스템을 실시간 구현한다. 효율적인 음성전송을 위해 G.711을 기본 코덱으로 사용하며, 음성전송 시 발생하는 패킷손실에 따른 음성 품질 저하를 줄이기 위해 G.711 패킷손실 은닉 알고리즘을 음성전송 시스템에 적용한다. 특히 G.711 패킷 손실 은닉 알고리즘 수행을 위해 블루투스 프로토콜 스택application layer에 RTP 프로토콜을 적용하여 패킷 손실 여부를 확인하고, 패킷 손실 발생 시 패킷손실 은닉 알고리즘을 통해 음성의 품질 저하를 줄인다. 구현된 시스템의 성능을 평가한 결과, G.711 패킷 손실 알고리즘을 적용하여 2~10%의 패킷손실 환경에서 14.7%의 음질개선을 얻을 수 있었다.
본 논문은 이동 컴퓨팅 환경에서 실시간 데이터의 전송시 발생하는 패킷 손실에 관한 문제를 다룬다. 현재 인터넷 상에서의 실시간 데이터 전송은 주로 RTP/RTCP 프로토콜[1]을 이용하는데, 이 프로토콜은 안정된 전송을 보장받지 못하며, 따라서 패킷 손실을 피할 수 없다[2,3]. 특히, 제한된 무선 대역폭과 높은 BER(bit error rate) 특성을 갖는 이동 컴퓨팅 환경에서는 기존의 인터넷보다도 더 많은 패킷들이 손실될 수 있다. 본 논문에서는, 이동 컴퓨팅 환경에서 실시간 데이터 전송시 발생되는 패킷 손실 특성을, 길버트 모델에 기초하여 확률적으로 분석하고, 이를 기반으로 새로운 복구 방법을 제안한다. 제안하는 실시간 데이터의 복구 방법에서는 패킷에 부가하는 잉여 데이터의 개수를 가변적으로 조절함으로써, 사용 중인 네트워크의 패킷 손실 특성을 반영할 수 있다. 특히, 잉여 데이터들의 오프셋 값들을 비연속적으로 설정함으로써, 간헐적이거나 연속적인 패킷 손실 모두에 대처할 수 있는 특징이 있다.
인터넷은 가변적인 지연, 손실, 제한된 대역폭과 같은 특성을 가진다. 따라서, 인터넷상에서 전송된 비디오는 품질을 보장받지 못한다. H.261, H.263과 같은 진보된 비디오 압축 표준은 제한된 대역폭의 인터넷에서 비디오 전송을 가능하게 한다. 이러한 압축 표준들은 움직임 예측.보상기법을 사용하여 압축된 프레임들은 시간적인 연관성을 가지게 된다. 따라서, 인터넷에서의 패킷 손실은 해당 프레임에 오류를 발생시킬 뿐만 아니라, 오류는 손실되지 않은 이후의 복원된 프레임으로 전파되어 비디오의 품질을 심각하게 떨어뜨린다. 기존에 연구된 오류 전파 방지 기법에는 NEWPRED, Error Tracking(ET), Intra-refreshment가 있고, 패킷 손실 복구 기법에는 재전송 기법과 FEC등이 있다. 그러나 비디오의 전체적인 품질을 향상시키기 위해서는 오류 전파 방지와 손실 복구가 병행되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 인터넷을 통한 대화식 비디오를 전송하는 데 있어서 품질을 향상시키기 위해 손실 자체를 복구할 수 있는 FEC기법에 기반 하면서 참조 프레임 선택(Reference Picture Selection)을 이용하여 패킷 손실에 의한 오류 전파를 방지하는 기법을 제안한다. 실험은 제안된 비디오 오류 제어 기법이 FEC기법과 RPS기법의 장점을 살리면서 단점을 서로 보완하여 비디오의 높은 품질을 유지함을 보인다.
인터넷에서 널리 사용되고 있는 수송 계층 프로토콜인 TCP(transmission control protocol)의 혼잡제어(congestion control) 기능은 손실된 패킷을 감지하고 복구하기 위한 손실 복구(loss recovery) 과정을 포함한다. 손실 복구 과정은 fast retransmit와 fast recovery 두 개의 알고리듬으로 이루어지는데 불필요한 재전송 타임아웃을 방지하기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 그 결과로 최근에는 선택 승인(selective acknowledgement) 옵션과 제한 전송(limited transmit) 기법이 제안되어 IETF (Internet Engineering Task Force)의 표준 문서로 채택되었다. 최근에는 재전송된 패킷이 다시 손실되는 경우 발생하는 타임아웃을 방지하기 위한 재전송 손실 복구(lost retransmission detection)를 위한 방법이 제시되었다. 그러나 아직 재전송 손실 복구 기능의 TCP 혼잡 윈도우의 가장 기본적인 동작 원칙인 AIMD (additive increase multiplicative decrease) 측면에서의 분석이 되어 있지 않은 상태이다. 따라서 본 논문에서는 이를 고려한 재전송 손실 복구 알고리듬의 동작을 시뮬레이션을 통해 평가한다.
무선 전송 기술이 발전함에 따라 현재 유선 네트워크에서 주로 동작하는 인터넷은 무선 환경으로 확장되어 가고 있다. 인터넷의 주요 수송 계층 프로토콜인 TCP(transmission control protocol)는 신뢰성이 높은 유선 네트워크상에서 동작한다는 가정 하에 설계되고 개발되었다. 그러나 무선 환경에서는 패킷 손실이 망의 혼잡(network congestion)에 의해서뿐만 아니라 전송 과정에서의 물리적인 현상에 의한 에러에 의해 발생할 수 있고, 이로 인해 발생하는 비 흔잡 패킷 손실(non-congestion packet loss)에 의해서 TCP의 성능은 크게 저하될 수 있다. 전반적인 TCP의 처리율(throughput)은 재전송 타임아웃(retransmission timeout)의 발생 빈도에 의해 큰 영향을 받기 때문에 이를 해결하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 재전송된 패킷 손실(lost retransmission)로 인한 재전송 타임아웃은 여전히 해결되지 못한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 재전송 손실을 감지하고 이를 복구할 수 있는 간단한 알고리듬을 제안한다. 제안된 알고리듬의 성능을 분석하기 위해서 무선 환경에서 발생하는 두 가지 형태의 패킷손실 모델에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통해서 제안된 알고리듬이 손실 복구 차원에서 TCP의 성능을 상당히 향상시킴을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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