In this paper, we present the design and implementation of a Fault Tolerant VOD system. The system uses the double striping policy that a original file is sequentially striped to multiple streaming server with constant data block size and the data block of one streaming server is re-striped to the other streaming server. When a fault occurs in one streaming server, automatically the other streaming server will service.
멀티미디어 서버 시스템은 고용량이어야 하며 지속적으로 늘어나는 사용자수 뿐만 아니라 추가되는 새로운 저장 공간에 대한 우수한 확장성을 제공하여야 하는 것이 필수적이다. 일반적인 스트리밍 서비스의 경우, 사용자들은 시비스 초기의 지연시간에 어느 정도 관대한 편이지만 고풍질의 서비스를 요구한다. 스트림 서버는 동영상을 사용자에게 전달할 때 데이터 저장공간으로부터 실시간으로 전송하여야 한다. 그러나 현재의 범용 서버 시스템은 이러한 요구사항을 충분히 반영하지 못할 뿐만 이니라 늘어나는 사용자 부하와 시스템 요구에 대한 고려, 그리고 미디어 데이터에 대한 반영이 이루어지지 못하여 점차 증가되는 사용자의 고화질 미디어 서비스 요구 사항을 충족시키지 못하고 있다. 본 논문에서는 리녹스를 기반으로 구현한 실시간 스트림 서버 시스템의 확장성 있는 구조가 고 대역폭 고화질 On-Demand 서버로서 효율적인 대안임을 보이며, 또한 QoS 요구 보장과 효율적인 시스템 관리 정책을 제시하여 범용 서버를 멀티미디어 저장 및 스트리밍에 적합한 환경의 클러스터로 구성하는 방법을 제시한다. 이 시스템의 특징은 서비스하고자 하는 파일들을 각 병별 저장 시스템에 쪼개어 저장하는 시스템 RAID 기술을 사 용하여 사용자 요구시 동시에 데이터를 전송하여 줌으로써 단일 미디어 서버보다 훨씬 우수한 성공을 발휘한다.
본 논문은 단일 주문형 비디오 환경에서의 서버/클라이언트 미디어 서비스 모델을 분석하고 이를 병렬 주문형 비디오 환경에 적용함으로써 보다 나른 사용자 QoS(Quality of Service)를 제공하고자 한다. 미디어 서비스 모델로는 클라이언트가 데이터를 요청하고 서버가 전달해주는 Client Pull 모델과 서버 측에서 일방적으로 데이터를 전달해 주는 Server Push 모델 그리고 두 모델을 통합한 IPP(Interleaving Pull & Push) 서비스 모델로 크게 나뉜다. 병렬 주문형 비디오 환경을 위해 병렬형 미디어 스트리밍 서비스, 즉 단일 클라이언트를 위해 다수의 서버들이 동시에 서버에 참여하는 PMSS(Parallel Media Streaming Service) 시스템을 구축하였으며, 단일/병렬 주문형 비디오 환경에서 네트워크상 전달지연과 클라이언트 버퍼 내 데이터 잔여량 인자를 통하여 각 서비스 모델간 성능을 비교 분석하였다. 실험을 통해 병렬 주문형 비디오 환경에서 IPP 서비스 모델이 가장 적은 전달지연과 안정적인 클라이언트 버퍼를 유지함을 알 수 있었다. 이를 통해 사용자에게 보다 나은 서비스를 제공할 수 있음을 확인하였다
클라이언트-서버 구조의 스트리밍 시스템은 서버의 가용 능력에 따라 클라이언트의 개수가 제한되는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 인터넷 방송 시스템의 확장성과 안정성을 지원하기 위해 P2P에 기반한 모델을 제시한 후, 프로토타입 시스템을 구현한 사례를 소개한다. 본 논문에서 구현한 시스템인 OmniCast264는 실시간으로 H.264 비디오 스트림을 제공하는 인코딩 서버, 스트림을 네트워크에 분배하는 스트리ald 서버, 비디오의 재생 및 분배를 담당하는 피어 노드, 그리고 P2P 네트워크에 노드를 동적으로 배치시키는 프록시 서버로 구성된다. P2P에기반한 OmniCast264은 스트리밍 부하의 분산화, 실시간 재생, 에러 발생에 따른 강건함, 계층의 모듈화 등의 개념을 가지고 있기 때문에 대용량의 인터넷 방송에 적합하다고 할 수 있다. 마지막으로 12 대의 PC들을 병렬 및 직렬 구조의 P2P로 구성한 후, OmniCast264의 성능을 평가하여 실시간 재생이 가능함을 검증하였다.
As network resources have become faster and demands for multimedia service through network have increased, the demand for Media server system has increased. These kinds of media server solve their bottle neck problem of internal storage device by using parallel system which takes advantage of fast network resource. Many vendors have suggested each of their media server system to solve these problem radically, but most of them require major modification of infra component and additional drawback has added. For example, storage mechanism for specific media requires new file system which is totally different from traditional one, and algorithm for enhancing performance may not suit for traditional operating system environment. In this paper, we designed a parallel media server based on web interface of traditional system and implemented a program for media server. Implemented server system performs parallel processing through web interface without any modification of traditional system, and controls which is related to merging load by distributed data is charged only to client and control server and consequently load of storage server can be minimized. And also, data transfer protocol for streaming media includes Retransfer algorithm and client Admission control policy relevant to performance of whole system.
본 논문에서는 전 세계 스마트폰 기기 시장을 양분하고 있는 안드로이드 스마트폰을 이용하여 원격지에 있는 영상을 실시간으로 확인할 수 있는 시스템을 설계하고 제안하였다. 이 무선 영상 전송 시스템은 개인이 실시간 현지 상황을 서버에 접속한 단말들에 전달하거나 이동 가능한 드론, 로봇 차량 등의 장치에 설치하여 현장 확인, 영상을 통한 보안 감시로 이용할 수 있을 것이다. 보안 감시 및 재난안전 예방을 위해 데이터를 긴급히 보내야하는 경우도 있다. 이러한 이용 분야들에 적용하면 응급상태나 재난예방, 보안감시에 있어 중요한 역할을 한다. 따라서 효율적인 실시간 스트리밍 전송을 위해서 본 논문에서는 병렬 TCP 통신 (parallel stream)을 이용하여 구현하였다. 결론적으로, 병렬 TCP 통신을 이용한 시스템의 효과를 다양한 환경에서 평가하고 성능 분석도 하였다.
기존의 비디오 파일 시스템에서는 비디오 파일들이 대용량의 하드디스크 혹은 디스크 어레이를 보유한 고성능 서버에 저장되어 있다. 3D 인터넷 방송을 위해서는 비디오 파일을 다수의 클라이언트들에게 전송하는 과정에서 실시간 처리가 요구된다. 본 논문에서는 5G 환경에서 많은 사용자에게 실시간으로 서비스를 제공할 수 있는 3D 인터넷 방송 시스템의 설계를 보여준다. IP 멀티캐스트 기술은 라우터 환경의 제약으로 인하여 실제 대부분의 인터넷을 통한 동영상 콘텐츠 전송은 유니캐스트 기반의 서비스가 대부분이다. 또한 VOD와 같은 On-Demand 환경의 멀티미디어 방송 서비스 등은 서비스 제공자에게 막대한 시스템과 네트워크 자원을 요구하므로 3D 인터넷 방송 환경에 적용하기 어렵다. 사용자 시스템 자원을 통한 전송 방법으로서 활발히 연구가 진행되고 있는 오버레이 멀티캐스트 기법은 라이브 방송, 화상회의 등의 다수의 사용자 그룹 전송에 적합한 응용을 위해 최적화 되어 있어 IP 멀티캐스트 대안으로서 각광 받고 있다. 본 연구에서는 호스트 기반 멀티캐스트에서 발생하는 성능 저하 요인들을 최소화하여 효율적인 데이터 전송을 제공하는 3D 인터넷 방송 시스템을 구성한다.
멀티미디어의 방송 서비스 제공하기 위해서 IP 멀티캐스트의 대안으로써 현재의 인터넷 환경에서도 동시 접속자 수의 제한과 자원 낭비 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 다양한 오버레이 멀티캐스트 기법이 제시되고 있다. 본 논문에서는 멀티미디어의 방송 서비스 제공을 위한 병렬 미디어 스트리밍 서버(PMSS : Parallel Media Streaming Server)시스템에 대해 알아보고 오버레이 멀티캐스트 트리 구성 방안으로 분산형 Tree-First 기반의 Spanning tree 구조의 하나인 TBCP기법에 대해 설명하고, TBCP기법의 한계점을 극복하기 위한 오버레이 멀티캐스트 기반의 알고리즘 적용한 효율적이고 향상된 성능을 제공하는 miniOverlay Broadcasting Control Protocol (mOBCP)에 대해 알아본다. 또 제안한 mOBCP 멀티캐스트 기법을 기반으로 PMSS를 이용하여 오버레이 방송 서비스를 제공하는 방안에 제시한다. 성능 비교는 Single 서버와 PMSS로 멀티미디어 방송 서비스를 제공했을 때의 지연시간(Latency)를 비교해 보고 mOBCP기법과 TBCP기법을 PMSS 시스템에서 적용하여 사용자 요구량에 따른 서비스 받는대 걸리는 지연시간을 비교함으로써 제안된 기법의 효율성을 보여주고 있다.
대용량 VOD 서비스를 위한 서버로 높은 성능과 낮은 가격의 클러스터 서버가 주목받고 있다. 일반적으로 클러스터 서버는 하나의 front-end 노드와 여러 back-end 노드로 구성된다. back-end 노드 수를 증가시키면 더 많은 클라이언트들에게 QoS를 보장하는 스트리밍 서비스를 할 수 있지만, back-end 노드의 오류 가능성도 이와 비례하여 증가한다. 서버의 장애는 모든 스트리밍 서비스를 중단시킬 뿐 아니라 현재 재생 위치 정보도 잃어버린다. 본 논문에서는 back-end 노드가 오류 상태가 될 때, 끊이지 않는 스트리밍 서비스를 지원하기 위한 복구 방법을 제안한다. 실제 VOD 서비스 환경을 위해, 일반 PC로 구성된 클러스터 기반의 VOD 서버를 구현하였으며, MPEG 영화를 위한 병렬 처리 기법을 사용하였다. 구현된 VOD 서버에 패리티 연산을 이용한 비디오 블록 복구 방법을 설계하였다. 하지만, 클러스터 기반의 VOD 서버 구조를 고려하지 않으면 복구를 위한 내부 네트워크 성능의 병목현상과 back-end 노드들의 비효율적인 CPU 사용을 야기시킨다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 파이프라인 개념을 이용한 새로운 장애 복구 방법을 제안한다.
클러스터 서버는 front-end 노드와 여러 backend 노드로 구성된다. backend 노드 수의 증가로 더 많은 클라이언트들에게 QoS(Quality of Service)를 보장하는 스트리밍 서비스를 할 수 있지만, backend 노드의 오류 가능성도 이와 비례하여 증가한다. 서버의 장애는 모든 스트리밍 서비스를 중단시킬 뿐 아니라 현재 재생 위치 정보도 잃어버린다. 본 논문에서는 backend 노드가 오류 상태가 될 때, 끊이지 않는 스트리밍 서비스를 지원하기 위한 복구 방법을 제안한다. 클러스터 기반의 VOD 서버 구조를 고려하지 않고, 기본적인 장애복구 기술을 사용한 애플리케이션은 복구를 위한 내부 네트워크 성능의 병목현상과 backend 노드들의 비효율적인 CPU 사용을 야기시킨다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 파이프라인 개념을 이용한 새로운 장애 복구 방법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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