KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권11호
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pp.3916-3936
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2014
Smartphone applications like games, image processing, e-commerce and social networking are gaining exponential growth, with the ubiquity of cellular services. This demands increased computational power and storage from mobile devices with a sufficiently high bandwidth for mobile internet service. But mobile nodes are highly constrained in the processing and storage, along with the battery power, which further restrains their dependability. Adopting the unlimited storage and computing power offered by cloud servers, it is possible to overcome and turn these issues into a favorable opportunity for the growth of mobile cloud computing. As the mobile internet data traffic is predicted to grow at the rate of around 65 percent yearly, even advanced services like 3G and 4G for mobile communication will fail to accommodate such exponential growth of data. On the other hand, developers extend popular applications with high end graphics leading to smart phones, manufactured with multicore processors and graphics processing units making them unaffordable. Therefore, to address the need of resource constrained mobile nodes and bandwidth constrained cellular networks, the computations can be migrated to resourceful servers connected to cloud. The server now acts as a bridge that should enable the participating mobile nodes to offload their computations through Wi-Fi directly to the virtualized server. Our proposed model enables an on-demand service offloading with a decision support system that identifies the capabilities of the client's hardware and software resources in judging the requirements for offloading. Further, the node's location, context and security capabilities are estimated to facilitate adaptive migration.
본 논문에서는 모바일 벡터 그래픽 가속기용 역코사인 연산 회로를 설계하였다. 모바일 그래픽스 응용은 기존 데스크 톱 컴퓨터에 비해 면적, 연산 시간, 전력 소모와 정밀도 측면에서 제약이 크다. 설계한 역코사인 함수 회로는 연산시간과 정밀도 조건을 만족하기 위해 IEEE 표준 부동 소수점 데이터 형식을 사용하며, 계수 테이블을 사용하는 2차 다항식 근사 기법을 채택하였으며, 하드웨어 공유 기법을 통해 면적을 감소시켰다. 역코사인 회로는 약 15,280개의 게이트로 구성되며, $0.35{\mu}m$ CMOS 공정 조건에서 약 125 Mhz의 동작 주파수를 가진다. 7개의 클록 사이클에 역코사인 함수를 구현하므로, 설계된 회로는 약 17.85 MOPS의 연산 성능을 갖고 있어서 OpenVG 프로세서에 적용이 가능하다. 또한 융통성 있는 구조 특성으로 설계된 회로는 ROM 내용의 교체와 속규모의 하드웨어 변경을 통해 지수함수, 삼각함수, 로그 함수와 같은 다른 초월함수에 적용이 가능하다.
최근 멀티코어 프로세서의 이용이 증가함에 따라, 멀티코어를 이용한 다양한 병렬화 기법들이 제안되고 있다. 모바일 환경에서도 멀티코어 구조를 적용한 프로세서들이 등장하면서 병렬화 기법들이 연구되고 있다. 하지만, 아직까지 모바일 환경에서의 CPU의 성능은 한계가 있다. 이를 병렬처리와 실수 연산이 뛰어난 GPGPU(General-Purpose computing in Graphics Processing Units)를 멀티코어 구조로 설계함으로써 다른 전용 하드웨어의 추가 없이 성능을 향상 시킬 수 있다. 본 논문에서는 모바일 환경에 적합하게 설계된 멀티코어 GPGPU를 이용하여 H.264 디코더의 Inverse Quantization, Inverse DCT, Color Space Conversion 모듈을 구현하였다. 멀티코어 GPGPU를 이용한 H.264 전체 시스템 동작 시 50%의 성능 향상이 있었다.
모바일 환경은 데이터 콘텐츠 이용에 유리한 조건을 갖고 있음에도 불구하고, MPEG-4 BIFS 기반 환경에서는 진보된 데이터 콘텐츠 구현이 쉽지 않다. BIFS는 VRML을 모태로 하여 방송 콘텐츠와는 타켓 콘텐츠 및 콘텐츠 개발 어프로치가 다르며, 모바일 방송환경에서 이용하기에는 표준이 너무 복잡하여 구현이 쉽지 않기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 시청자가 방송 콘텐츠와 상호작용할 수 대화형 3D 객체 및 GUI를 제공하는 진보된 모바일 TV 콘텐츠 모델을 제시하고자 하며, 이를 실제 DMB 환경에 적용함으로써 향후 모바일 방송 콘텐츠의 발전 방향을 제시하고자 한다. 모바일 방송 콘텐츠에서의 3D 객체 표현을 위해 MPEG-4 BIFS 3D 노드를 분석하여 VRML 프로파일의 서브셋을 구성하였으며, GUI 표현을 위한 노드틀을 새로 정의하여 콘벤츠 개발 단계에서 활용할 수 있도록 하였다. 이와 같은 연구를 통해 모바일 데이터 콘텐츠 구성 시 3D 그래픽스와 인터랙션 표현이 쉬워진다면, 콘텐츠 개발의 효율성을 증대되어 모바일 방송 환경에 적합한 다양한 콘텐츠 개발이 활성화 될 수 있을 것이라 기대된다.
2000년대를 맞이하면서 국내에서는 PC 패키지 게임시장이 쇠퇴하고 유선 인터넷을 기반으로 한 온라인 게임과 무선 인터넷을 기반으로 한 모바일게임, 그리고 가정용 게임기를 중심으로한 고성능 콘솔게임이 새로운 게임 플랫폼의 주류로 자리잡게 되었다. 그중에서도 모바일게임은 시간과 장소의 제약을 극복하는 '이동성'이라는 특징으로 인해 폭발적으로 성장하였다. 그러나, 타 플랫폼과는 달리 모바일게임은 콘텐츠를 사용자의 휴대단말기에 탑재하기 위해서 고가의 무선인터넷 요금을 지불하여야 하고, 휴대단말기의 하드웨어에 장착된 저장 메모리 공간의 부족으로 인해 게임 콘텐츠의 용량 제한이라는 한계를 극복해야하는 문제점이 있다. 모바일게임 콘텐츠의 용량은 주로 이미지 데이터의 용량이 대부분을 차지하므로, 본 논문에서는 이미지 데이터 처리의 최적화를 위한 기술을 압축방식과 이미지 포맷을 유형별로 구분하여 분석함으로써 용량이 제한된 모바일 단말기상에서 최적화된 이미지 데이터들을 포함한 콘텐츠를 제작할 수 있는 방안을 제시한다.
본 논문에서는 모바일 3D 그래픽 가속기의 텍스쳐 데이터 메모리 지연시간을 감소하기 위해 사용하는 텍스쳐 캐쉬의 다양한 저전력 구조를 고찰하였다. 또한 텍스쳐 필터링 알고리즘에 따라서 가변적 전력 모드 전환 기준을 갖는 텍스쳐 캐쉬를 설계하였다. 각 텍스쳐 캐쉬 구조의 성능 비교 분석을 위하여 Quake 게임 엔진을 벤치마크로 사용한 트레이스 기반의 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 저전력 텍스쳐 캐쉬 구조에 적합한 텍스쳐 필터링 알고리즘에 따라서 가변적 전력 모드 전환 기준을 갖는 알고리즘을 제안하고 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
본 논문에서는 3D 그래픽스(graphics), H.264/H.263/MPEG-4 같은 동영상 코덱, JPEG 혹은 JPEG2000 같은 정지영상 코덱, MP3 같은 오디오 코덱 등 다양한 멀티미디어 관련 기술을 효율적으로 구현하기 위한 재구성형 병렬 프로세서 구조가 제안된다. 제안된 구조는 메모리와 프로세서를 직접 연결하여 메모리 접근 시간과 소비전력를 감소시키고, 3D 그래픽스 처리 과정중 기하 단계의 부동소수점 연산을 지원한다. 또한 분할 SIMD(partitioned SIMD) 방식을 사용하여 하드웨어 비용을 줄이고, 명령어(instruction)의 조건부 실행(conditional execution)을 지원하여 알고리듬 개발이 용이하다.
3차원 그래픽 API인 OpenGL과 Direct3D를 효율적으로 처리하기 위해 sine, cosine, 역수, 역제곱근, 지수 및 로그 연산을 처리하는 부동소수점 연산회로를 설계하였다. 고속 연산과 2 ulp 보다 작은 오차를 만족시키기 위해 2차 최대최소 근사 방식과 테이블 룩업 방식을 사용하였다. 설계된 회로는 65nm CMOS 표준 셀 조건에서 2.3-ns의 최대 지연시간을 갖고 있으며, 약 23,300 게이트로 구성된다. 최대 400 MFLOPS의 연산 성능과 높은 정밀도로, 설계한 연산회로는 3차원 모바일 그래픽 분야에 효율적으로 적용 가능하다.
We propose an architecture for a lighting engine for mobile 3D graphics. The proposed architecture has a variable pipeline depending on lighting effects and the number of lighting sources so that unnecessary operations and power consumption are minimized. We design a lighting engine basedon the proposed architecture using Verilog-HDL and synthesized it using a 0.25um CMOS standard cell library at 100MHz. The synthesis results show that it occupies 180,000 and 260,000 gates for 24bit and 32bit formats, respectively.
최근 정보기술 발전과 컴퓨터의 고성능화에 따라 인터넷과 지리정보 시스템(GIS: Geographic Information System)을 연동하여 많은 웹사이트에서 지도정보 및 POI(Point of Interest)서비스를 제공하고 있다. 이러한 Web GIS는 시스템 구축이나 서비스 제공방법, 지도표현 형식에 있어 특정 시스템이나 환경에 의존적이며 제약이 많이 있다. 또한 무선인터넷의 급속한 발전으로 이동 환경에서 현재 위치정보를 적용한 실시간 서비스를 제공받기 원하는 사용자가 급증하고 있는 시점에서 이러한 서비스는 PDA와 같은 이동클라이언트에 LBS(Location Based Service)로 제공될 수 있어야한다. 본 논문에서는 국립지리원의 표준 지도형식인 DXF 수치지도를 이용하여 모바일 웹 서비스가 가능한 GIS를 구축하였다. 그리고 이를 OGC(OpenGIS Consortium)에서 권고한 벡터 방식의 SVG(Scalable Vector Graphics) 포맷의 지도로 표현하고, XML 웹 서비스를 이용한 개방형 서비스로 제공하였다. 또한 이동클라이언트인 PDA에 GPS수신기를 확장하여 이동환경에서 위치정보를 획득하여 모바일을 위한 실시간 위치기반 웹지도 서비스를 설계하고 서버기반 G15 컴퓨팅 환경을 실용적으로 구현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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