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KR100689430B1 - 디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적서비스 품질 매핑 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적서비스 품질 매핑 장치 및 방법 Download PDF

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KR100689430B1
KR100689430B1 KR1020040107141A KR20040107141A KR100689430B1 KR 100689430 B1 KR100689430 B1 KR 100689430B1 KR 1020040107141 A KR1020040107141 A KR 1020040107141A KR 20040107141 A KR20040107141 A KR 20040107141A KR 100689430 B1 KR100689430 B1 KR 100689430B1
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심창섭
고준호
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적 서비스 품질 매핑 장치 및 방법에 대한 것이다. 미디어 서버는 미디어 게이트웨이에 의해 서비스 네트워크에 접속하며 디지털 홈 서비스를 위한 네트워크 적응형 미디어 스트림을 제공한다. 클라이언트들은 상기 미디어 서버로부터의 미디어 스트림을 수신하며, 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태와 클라이언트들 자신의 시스템 상태를 하이브리드 모니터링 기법에 의해 측정한다. 모니터링 서버는, 상기 클라이언트들의 측정 정보를 피드백받아 비교 분석하여 상기 디지털 홈 서비스의 품질 저하 원인을 판단하고, 적절한 지시 정보를 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 게이트웨이로 전달하는 도메인 관리자를 포함한다. 상기 도메인 관리자는, 상기 클라이언트들로부터 상기 네트워크 상태와 상기 시스템 상태에 대한 측정 정보를 수집하고, 상기 수집 모듈을 통해 제공된 상기 측정 정보에 따라 시스템 및 네트워크 조건을 분석하며, 상기 조건 분석부에 의한 분석 결과에 따라 상기 미디어 스트림의 문제점을 판단하고, 상기 문제점을 해결하기 위한 지시 정보를 생성한다.
Digital Home Service, Hybrid Monitoring, Active Monitoring, Passive Monitoring

Description

디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적 서비스 품질 매핑 장치 및 방법{DYNAMIC QOS MAPPING APPARATUS AND METHOD USING HYBRID MONITORING IN DIGITAL HOME SERVICES}
도 1은 종래의 기술에 적용되는 종단간 적응 기법을 적용한 네트워크 적응형 동영상 전송 프레임워크.
도 2는 MPEG-2 프로그램 스트림(Program Stream: PS)을 이용한 파싱과 데이터 우선순위화 기법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 효과적인 미디어 스트림을 수행하는 시스템 구성도.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 모니터링 기법의 전체 프레임워크.
도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 모니터링 모듈을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 모니터링 서버의 구체적인 동작을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차등형 서비스 환경에서 적용할 수 있는 미디어 게이트웨이의 구조도.
본 발명은 디지털 홈 서비스에 관한 것으로서, 특히 디지털 통신 네트워크를 통해 실시간 고품질 미디어 스트리밍을 실현하기 위한 효율적인 디지털 홈 가입자 미디어 분배 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 멀티미디어와 네트워크 기술의 급속한 발전으로 인해 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP) 망을 이용한 디지털 홈 서비스에 대한 관심이 증폭되고 있다. 디지털 홈 서비스의 주요 요구 사항의 하나는 디지털 미디어 콘텐츠에 기반한 엔터테인먼트 서비스이며, 이를 위해서는 고화질(High Definition: HD) 디지털 비디오를 실시간으로 품질을 보장하면서 제공할 수 있어야 한다. 즉 모든 디지털 홈의 미디어 수신자에게 끊김없이 연속적으로 미디어 스트림을 분배할 수 있는 실시간 미디어 서비스가 구현되어야 함을 의미한다. 하지만 현재의 IP망의 QoS(Quality of Service) 모델은 서비스 종류에 상관없이 모든 트래픽을 동등하게 취급하는 최선형(best-effort: 이하 BE라 칭함) 방식으로 결과적으로 미디어 스트리밍과 같은 실시간 응용 서비스에서 요구되는 종단간(end-to-end) QoS를 보장해주지 못하는 한계를 지니고 있다
IP 망에서 실시간 고품질 미디어 스트리밍을 실현하기 위해서는 네트워크, 미디어, 그리고 시스템을 통괄한 전체적인 측면에서 접근 방식이 요구된다. 특히 미디어 스트림을 동적으로 변하는 네트워크 상황에 적응하여 전송하는 적응형 미디어 스트리밍 기법은 IP 스트리밍 서비스에서 필수적으로 요구되는 기술 중의 하나이다. 네트워크 적응형 미디어 스트리밍을 실현하는 방법은 여러 가지가 있지만 적응 위치에 따라 구분하면 크게 종단간 적응 기법과 네트워크 중간 노드와 연계된 적응 기법으로 나눌 수 있다.
종단간 적응 기법은 송신자와 수신자가 주도적으로 참여하는 기법으로서, 수신측에서 피드백된 측정(metric) 정보에 기반하여 송신측에서는 동적인 미디어 전송률 조절 및 손실 상황에 대처할 수 있는 정보 등을 추가하여 전송한다. 이에 반해 네트워크 중간 노드와 연계된 적응 기법은 미디어 게이트웨이(Media Gateway: 이하 MG라 칭함)나 홈 게이트웨이(Home Gateway: 이하 HG라 칭함)와 같은 미디어 스트림들의 분배역할을 하는 중간 노드의 역할을 강조하는 기법이다.
종단간 적응 기법이 각 스트림 단위의 동적인 QoS 제어에 중점을 두는데 비해, 중간 노드에서의 적응 기법은 복수 스트림들 간의 QoS 클래스에 기반한 제어(class-based aggregated QoS mapping)를 함으로서 복수 수신자 환경에서 보다 적극적인 적응 기법을 수행할 수 있게 한다. 물론 경우에 따라서는 중간 노드에서 스트림 기반의 QoS 제어로 확장하는 것도 가능며, 이 경우에는 프록시/캐싱, 트랜스코딩과 같은 보다 적극적인 적응화 기법들이 부가적으로 적용될 수 있다. 또한 상기한 네트워크 적응형 미디어 전송 기법을 실제로 적용하기 위해서는 먼저 미디어 전송에 관하여 종단간 성능을 잘 표현할 수 있는 지표(metric)를 정의하고 이를 측정하기 위한 모니터링 기법이 선행되어야 한다.
결과적으로 광대역 네트워크로 연결된 디지털 홈들에게 품질이 보장된 고화질의 미디어 스트리밍을 실현하기 위해서는 미디어 전달에 관련된 지표들에 대한 정확한 모니터링 결과에 따라 종단간의 네트워크 적응형 전송 기술을 중간 노드에서의 적응 방안과 병행하면서 적용해야 한다. 따라서 이러한 구도에 따라 각각의 요소 기술들을 적절히 연동하면서 인터페이스를 잘 조화시켜서 전체적인 관점에서의 네트워크 적응형 미디어 전달 프레임워크를, 대상이 되는 서비스 및 네트워크 환경에 맞추어 안정시키고 개선시키는 접근 방식이 요구된다.
동영상 전송 콘텐츠는 네트워크 상황에 맞는 대역폭의 전송을 위해 계층적 영상 부호화(layered video encoding)되고, 계층화된 RPI(Relative Prioritized-packetization identifier)가 추가된다. 전송 패킷들은 피드백 정보에 따라 적응적 전송을 하기 위해 RPI에 기반한 처리를 거치게 되며 결과적으로 제한된 네트워크 상황에서 중요도가 높은 미디어 패킷들이 우선적으로 전송된다.
도 1은 종래의 기술에 적용되는 종단간 적응 기법을 적용한 네트워크 적응형 동영상 전송 프레임워크를 나타낸 것이다.
도 1의 프레임워크에 기반하면, 송신측인 서버(100)에서는 전송율 적응을 위한 비디오의 시간적 확장성(temporal scalability)에 중점을 둔 상대적 우선순위화(relative prioritization) 기법을 수행한다. 이를 위해 서버(100)는 미디어 스트림의 실시간 파싱(real-time parsing) 및 우선순위 기반 패킷화(prioritized packetization)를 수행하는 우선순위 패킷화기(110)와 패킷 떨굼기(packet dropping unit)(120) 및 스케쥴링(scheduling)을 수행하는 IP 스트리머(160)로 구성된다.
네트워크 모니터링 및 피드백 수신부(150)는, 클라이언트(170)로부터 서버(100)와 클라이언트(170) 사이의 전송 품질에 대한 피드백 정보를 수신하고, 상기 피드백 정보를 전송 에러 보정(Forward Error Correction: 이하 FEC라 칭함) 제어기(140)로 제공한다. FEC 제어기(140)는 상기 피드백 정보에 따라 패킷 떨굼기(120) 및 FEC 부호화기(130)를 제어한다. 우선순위 패킷화기(110)는 미디어 스트림을 실시간 파싱하여 우선순위를 가지는 패킷들을 생성한다. 패킷 떨굼기(120)는 상기 FEC 제어기(140)의 제어하에 상대적으로 낮은 우선순위를 가지는 패킷들을 제거하거나 모든 패킷들을 바이패스한다. FEC 부호화기(130)는 패킷 떨굼기(120)로부터의 패킷들을 입력받고, FEC 제어기(140)에 의해 결정된 부호율(coding rate)에 따라 상기 입력된 패킷들을 오류정정 부호화한다. IP 스트리머(160)는 상기 부호화된 패킷들에 3계층 및 2계층의 헤더들을 첨부하여 IP 패킷들의 스트림을 생성한다. 상기 IP 패킷 스트림은 클라이언트(170)로 전달된다.
상기와 같이 구성되는 서버(100)는, 미디어 스트림의 가장 많은 대역폭을 차지하는 비디오 스트림의 프레임 전송율을 조절함으로서 결과적으로 현재의 네트워크 및 수신자 환경에 맞는 전송율을 갖는 미디어를 제공한다.
우선순위 패킷화기(110)에 의한 데이터 우선순위화는 패킷(packet), 프레임(frame), 객체(object) 등의 다양한 단위로 수행할 수 있다. 하기에서는 일 예로 서, MPEG(Motion Picture Experts Group)의 I, P, B 프레임 유형을 이용한 확장된 의미의 시간적 확장성 기법을 설명한다. 알려진 바와 같이 MPEG의 P(Predictive-coded) 프레임은 복잡한 형태의 움직임 보상(Motion Compensation)을 위한 예측 프레임을 나타내며, I(Intra-coded) 프레임은 정화상으로 압축된 프레임을 나타내고, B(Bidirectional-coded) 프레임은 이전 및 이후의 I 또는 P 프레임들의 차이값을 가지는 보간 프레임을 나타낸다.
도 2는 MPEG-2 프로그램 스트림(Program Stream: PS)을 이용한 파싱과 데이터 우선순위화 기법을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, MPEG-2 PS(210)는 팩(pack)(220)의 단위로 구성된다. 상기 팩(220)은 가변크기의 패킷화된 원소단위 스트림(Packetized elementary stream: PES)인 I 패킷들, I/P 패킷, P/B 패킷, B 패킷들과 오디오 패킷 및 제어 패킷 등을 포함한다. 프레임 단위의 데이터 우선순위화를 위해서는 파싱(230)을 통해 팩(220)에 포함된 PES 패킷들 프레임 단위로 분리한다.
MPEG-2 PS 팩(220)은 파싱(230) 이후에 제어 패킷들(240)과 오디오 패킷들(242) 이외에 프레임 단위로 분리된 비디오 패킷들(244)로 분리된다. 상기 패킷들(240-244)은 프레임 유형의 중요도에 따라 미리 협약된 전송 패킷화(transport-aware packetization)에 의해 전송 스트림(Transport Stream: TS)(246)이 된다.
우선순위 패킷화기(110)에 의해 우선순위화된 패킷들은 I, P, B 프레임 순으로 우선순위를 갖게 되며 피드백 정보에 따라 전송율 조절이 요구될 시 패킷 떨굼기(120)를 통하여 전송된다. 상기 패킷 떨굼기(120)의 출력은 앞서 설명한 바와 같 이, 패킷 손실시 복구할 수 있는 FEC 기반의 적응형 전송(adaptive transport)을 위한 FEC 부호화기(130)로 입력된다. 상기 FEC 부호화기(130)는 네트워크 상황에 따라 FEC 강도를 동적으로 조절하는 적응형 FEC 기법을 수행한다.
상기와 같이 동작하는 종래기술에서는 동적으로 변하는 네트워크 상황에 적응하여 미디어 스트림을 전송하는 적응형 미디어 스트리밍 기법을 사용하는데, 일반적으로 네트워크 모니터링은 동적(Active) 또는 수동적(Passive)으로 수행하게 된다. 그런데, 동적 모니터링 기법은 측정 패킷의 전송 주기를 짧게 할 경우, 정확한 네트워크 상태 측정이 가능하지만 네트워크 내의 패킷 양을 증가시킴으로써 사용자의 QoE(Quality of Experience)에 영향을 미친다. 반면 사용자의 데이터를 이용하여 네트워크 상태를 측정하는 수동적 모니터링 기법의 경우, 많은 데이터를 수집하고 분석하기 때문에 많은 시스템 자원을 요구하며, 더욱이 측정 주기나 측정 시간 등을 조절하지 못하는 제약이 있다. 또한 종래 기술은, 종단간의 모니터링 정보를 이용하기 때문에 방송이나 멀티캐스트와 같은 일대다(Point to Multi-point) 전송에 적용될 수 없었으며, 네트워크 모니터링을 서버에만 국한시켜 적용시킴으로서 QoS를 지원하는 차등형 서비스(Differential Service: 이하 Diff-Serv라 칭함) 도메인에서 라우터 등과 같은 네트워크 요소들이 동적인 QoS 매핑을 수행할 수 없다는 단점이 있었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 차등형 서비스를 제공하는 광대역 네트워크에서 미디어 스트림을 효율적으로 전송하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 미디어 스트림을 전송하는 광대역 네트워크에서 동적 모니터링과 수동적 모니터링을 결합한 하이브리드 모니터링(hybrid monitoring) 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광대역 네트워크의 네트워크 요소들이 동적인 QoS 매핑을 할 수 있도록, 모니터링 정보를 모니터링 서버에서 비교 분석하여 품질 저하 현상의 원인을 파악하고, 원인에 따라 적절한 적응방식을 선택하여 네트워크 요소들에게 보내주는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예는,
디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적 서비스 품질 매핑 장치에 있어서,
상기 디지털 홈 서비스를 위해 네트워크 적응형 미디어 스트림을 제공하는 미디어 서버와,
상기 미디어 서버를 서비스 네트워크로 연결하는 미디어 게이트웨이와,
상기 서비스 네트워크에 접속되어 상기 미디어 서버로부터의 미디어 스트림을 수신하며, 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태와 클라이언트들 자신의 시스템 상태를 하이브리드 모니터링 기법에 의해 측정하는 클라이언트들과,
상기 클라이언트들의 측정 정보를 피드백받아 비교 분석하여 상기 디지털 홈 서비스의 품질 저하 원인을 판단하고, 상기 원인에 따라 적절한 지시 정보를 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 게이트웨이로 전달하는 도메인 관리자를 포함하는 모니터링 서버로 구성되는 것을 특징으로 하는
상기 클라이언트들로부터 상기 네트워크 상태와 상기 시스템 상태에 대한 측정 정보를 수신하는 수집 모듈과,
상기 수집 모듈을 통해 제공된 상기 측정 정보에 따라 시스템 및 네트워크 조건을 분석하는 조건 분석부와,
미리 정해지는 정책과 상기 조건 분석부에 의한 분석 결과에 따라 상기 미디어 스트림의 문제점을 판단하고, 상기 문제점을 해결하기 위한 상기 지시 정보를 생성하는 네트워크 적응 관리자로 구성되는
본 발명의 다른 실시예는,
디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적 서비스 품질 매핑 방법에 있어서,
상기 서비스 네트워크를 통해 미디어 서버에 접속되어 상기 미디어 서버로부터 미디어 스트림을 수신하는 클라이언트들에서 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태와 클라이언트들 자신의 시스템 상태를 하이브리드 모니터링 기법에 의해 측정하는 과정과,
상기 클라이언트들의 측정 정보를 피드백받아 비교 분석하여 상기 디지털 홈 서비스의 품질 저하 원인을 판단하고, 상기 원인에 따라 적절한 지시 정보를 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 서버를 상기 서비스 네트워크로 연결하는 미디어 게이 트웨이로 전달하는 과정으로 구성되는 것을 특징으
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
후술되는 본 발명의 특징은, 서버에서 종단간의 미디어 전송을 위해서 전송율을 미리 제어하는 대신, 다수의 가입자들에게 미디어 스트림을 효율적으로 전송하기 위하여 클래스기반 QoS를 지원하는 차등형 서비스(Diff-Serv) 네트워크에 동적으로 최적의 QoS 매핑을 수행한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 효과적인 미디어 스트림을 수행하는 시스템 구성도를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 패킷들을 우선순위화하여 스트리밍 하는 미디어 서버(350)와 상기 패킷 스트림을 받아서 최적 QoS 매핑을 수행하는 미디어 게이트웨이(340)와 동적으로 QoS를 매핑할 수 있도록 측정 정보를 수집 및 분석하는 하이브리드 모니터링 서버(320)로 구성된다. 하이브리드 모니터 링 클라이언트들(360)는 수신자들에 하이브리드 모니터링 서버(320)는 송신자에 각각 위치하게 된다.
미디어 서버(350)는 지역 네트워크(Local Network)(355)를 통해 미디어 게이트웨이(340)에 접속하며, 미디어 게이트웨이(350)는 미디어 서버(350)로부터의 패킷 스트림을 차등형 서비스 네트워크(330)를 통해 다른 지역 네트워크(365)로 전달한다. 클라이언트들(360)은 각자의 지역 네트워크(365)를 통해 미디어 서버(350)로부터의 패킷 스트림을 수신한다.
모니터링 서버(320)는 클라이언트들(360)로부터의 피드백 정보를 수신하여 분석하고 상기 분석결과를 미디어 서버(350) 및 미디어 게이트웨이(340)로 전달하는 도메인 관리자(Domain Manager)(310)를 포함한다. 상기 도메인 관리자(310)는 네트워크 및 시스템 상태를 모니터링한다. 이를 위해 클라이언트들(360)에는, 동적 모니터링 기법과 수동적 모니터링 기법을 같이 사용하는 하이브리드 모니터링 기법이 적용된다.
동적 모니터링은 멀티캐스트 측정 패킷들을 네트워크 상으로 전송한 후 회수하여 지연, 지터, 손실율 등과 같은 여러 가지 네트워크 메트릭들을 측정한다. 수동적 모니터링은 RTCP(RTP(Real-time Transport Protocol) Control Protocol) 패킷들을 분석하여 실제 사용자 트래픽의 상태를 측정하고 시스템의 상태를 나타내는 중앙 프로세싱 유닛(Central Processing Unit: CPU)와 메모리 사용량을 측정한다. 하이브리드 모니터링 기법에 의해 측정된 정보들은 도메인 관리자(310)로 피드백되며, 도메인 관리자(310)는 상기 측정 정보들을 비교 분석하여 품질 저하 현상의 원 인을 파악하고, 상기 원인에 따라 적절한 적응방식을 선택한다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 모니터링 기법의 전체 프레임워크를 나타낸 것이다.
도 4a를 참조하면, 하이브리드 모니터링 클라이언트들(360a, 360b, 360c)에서는 네트워크 상태와 노드 시스템(즉 해당 클라이언트)의 상태를 측정하여 모니터링 서버(320)에게 전송한다. 각 클라이언트(360)는 도 4b에 도시한 바와 같이 동적 모니터링 모듈(418-1)과 수동적 모니터링 모듈(418-2)로 구성된 하이브리드 모니터링 모듈들(414a, 414b, 414c, 즉, 도 4b의 414)을 가지고 있다.
수동적 모니터링 모듈(418-2)은 RTCP 패킷들을 분석하여 사용자 데이터 흐름의 상태를 측정한다. 측정 메트릭은 지연, 지터, 손실율 등이다. RTCP 패킷들은 실시간 미디어 전송 프로그램에서 현재 사용중인 사용자의 데이터 흐름에 대한 상태 정보를 측정하는데 이용된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 시스템의 노드를 줄이기 위해서 RTP 패킷들을 분석하는 대신에 RTCP 패킷들을 분석한다. RTCP 패킷들을 분석하기 위해서 수동적 모니터링 모듈(418-2)은 RTCP_feedback 모듈(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. RTCP_feedback 모듈은 RTCP 패킷을 받고 상기 RTCP 패킷을 분석하여, SSRC(Synchronization source), RTT, 지터, 손실율과 같은 측정 정보를 얻고 상기 측정 정보를 동적 모니터링 모듈(418-1)에게 전송한다. SSRC는 세션에 참여하는 참가자를 구분하는데 사용한다. 동적 모니터링 모듈(418-1)은 직접 측정 패킷을 만들어 네트워크로 전송하고 회신받음으로써, RTT, 지터, 손실율을 측정한다.
하이브리드 모니터링 서버(320)의 도메인 관리자(310)는, 수집 모듈(422)과 조건 분석부(424)와 네트워크 적응 관리자(426) 및 정책 관리자(428)를 포함하여 구성된다. 수집 모듈(422)은 클라이언트들(360)의 하이브리드 모니터링 모듈들(414)로부터 피드백되는 측정 정보들을 수집하고, 조건 분석부(424)는 상기 측정 정보들에 따라 네트워크 조건 및 시스템 조건들을 분석한다. 네트워크 적응 관리자(426)는 정책 관리자(428)로부터 제공된 미리 정해지는 서비스 정책에 따라, 상기 네트워크 조건 및 시스템 조건들에 따른 적절한 적응방식을 선택한다. 상기 선택된 적응방식들은 미디어 서버(350)와 미디어 게이트웨이(340)로 제공되어 네트워크 적응 QoS 매핑에 이용된다.
상기 선택된 적응방식들은 해당하는 클라이언트들(410)의 제어 모듈들(412a, 412b, 412c)로 제공될 수 있다. 각 클라이언트들(410)의 어플리케이션들(416a, 416b, 416c)은 상기 제어 모듈들(412)의 제어하에 상기 적응방식에 따른 해당하는 동작을 수행하게 된다.
하이브리드 모니터링 서버(320)는 클라이언트들(360)이 보내주는 측정 정보를 수집하고 분석한다. 클라이언트들(360)이 보내주는 측정 정보는 두 가지 형태로 나뉘는데, 하나는 분석 정보를 보내는 클라이언트 자신에 대한 정보이고, 다른 하나는 RTCP 패킷들을 분석해서 얻어낸 데이터 흐름의 상태 정보를 가지고 있는 정보이다. 하이브리드 모니터링 서버(320)는 클라이언트들의 정보와 다른 클라이언트와의 흐름 상태를, 해쉬(hash) 데이터 구조에 각 클라이언트의 SSRC값을 키로 하여 행렬(matrix) 형태로 저장한다. 상기 측정 정보는 멀티캐스트 네트워크에 참여한 모든 클라이언트들(360)로부터 수신되므로, 하이브리드 모니터링 서버(320)의 해쉬 내에는 전체 네트워크 내부의 사용자들 간 흐름 상태 정보가 저장된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 모니터링 서버의 구체적인 동작을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 수집 모듈(422)은 클라이언트들(360)의 수동적 모니터링 모듈(418-2)과 동적 모니터링 모듈(418-1)에 대응하는 수동적 모니터링 모듈(530)과 동적 모니터링 모듈(540)로 구성된다. 수동적 모니터링 모듈(530)은 앞서 설명한 바와 같이 클라이언트들(360) 자체에 대한 CPU 상태(514) 및 메모리 상태(516) 등의 시스템 정보와 RTCP 패킷들을 분석하여 얻어낸 지연(522), 지터(524), 손실율(526) 등의 데이터 흐름 정보를 출력한다. 또한 동적 모니터링 모듈(540)은 자체적으로 생성한 측정 패킷들을 분석하여 얻어낸 지연(522), 지터(524), 손실율(526) 등의 데이터 흐름 정보를 출력한다.
조건 분석부(424)는 시스템 조건 행렬(System condition matrix) 생성부(512)와 네트워크 조건 행렬(Network condition matrix) 생성부(520)로 구성된다. 시스템 조건 행렬 생성부(512)는 수동적 모니터링 모듈(530)로부터 제공되는 시스템 정보를 이용하여 각 클라이언들에 대한 시스템 상태를 나타내는 시스템 조건 행렬을 생성한다. 네트워크 조건 행렬 생성부(520)는 수동적 모니터링 모듈(530)과 동적 모니터링 모듈(540)로부터 제공되는 데이터 흐름 정보를 이용하여 각 클라이언트들에 대한 네트워크 상태를 나타내는 네트워크 조건 행렬을 생성한다.
네트워크 적응 관리자(426)는 장애 결정부(Problem decision module)(560)와 자원 관리자(Resource manager)(570)로 구성된다. 장애 결정부(560)는 상기 시스템 조건 행렬과 상기 네트워크 조건 행렬을 분석하여, 시스템 과부하(562)와 네트워크 과부하(564) 및 시스템 및 네트워크 과부하(566) 중 어느 장애가 발생하였는지를 결정한다. 자원 관리자(570)는 상기 결정된 장애의 종류에 따라, 미디어 서버(350) 및/또는 미디어 게이트웨이(340)로 시스템 과부하 지시(572)와 네트워크 과부하 지시(574) 및 시스템/네트워크 과부하 지시(576) 중 어느 하나의 지시를 전송한다.
일 실시예로서, 상기 시스템 과부하 지시(572)는 미디어 스트림에 대한 전송율 제어(Rate Control), 패킷 떨굼을 위한 필터링(jittering) 및 FEC 부호화를 위한 부호율 제어(coding rate control) 등의 제어 정보를 포함한다. 상기 네트워크 과부하 지시(574)는 전송율 제어 및 FEC 부호화의 적용 여부 등의 제어 정보를 포함한다. 또한 상기 시스템/네트워크 과부하 지시(576)는 전송율 제어에 대한 제어 정보를 포함한다. 미디어 서버(350)는 상기 지시들(572-576)에 따라, 우선순위 패킷화, 패킷 떨굼, FEC 부호화, 스케쥴링 등을 수행할 수 있다. 여기서 미디어 서버(350)가 미디어 스트림을 제어하는 구체적인 동작 및 절차는 본 발명의 주요한 요지와는 관련이 없으므로 상세한 설명을 생략한다. 마찬가지로 미디어 게이트웨이(340)는 상기 지시들(572-576)에 따라, QoS 매핑, 우선순위 클래스 표시(class marking) 등을 수행할 수 있다.
대표적인 QoS 네트워크 모델인 차등형 서비스(DiffServ)에서는 흐름별로 QoS를 보장하지 않고 흐름들의 집합(aggregation)을 한 단위로 서비스 차별화를 기하고자 하는 개념과 복잡한 트래픽 조절 기능들을 모두 네트워크 경계 라우터(border router)에서 처리하게 하고, 네트워크 내부에서는 아주 간단한 패킷 전달 기능만 수행하도록 하는 간단한 매카니즘을 구성함으로써, 여러 ISP(Internet Service Provider)들이 연결되어 있는 대규모 인터넷에 적용할 수 있는 확장성을 얻는다. 이러한 차등형 서비스와 같은 QoS 네트워크에서는 흐름 단위가 아닌 우선순위 클래스 단위에서의 효율적인 자원 할당 기법이 중요하다. 이를 위해 차등형 서비스 네트워크의 경계 라우터는 차등형 서비스 네트워크 내에서 패킷들을 어떻게 전달할 것인가를 결정하기 위해서 패킷들을 분류하고 표시(mark)하는 기능을 수행한다. 또한 미리 약정된 사항에 따라 트래픽이 전송되는지 여부를 파악하기 위해 트래픽 측정(metering), 감시(policing) 등의 조절기능들을 포함하기도 한다.
이를 위해 도 1의 프레임워크에서 제시한 바와 같이 경계 라우터의 역할을 하는 미디어 게이트웨이(MG)에 네트워크 QoS 공급(Provisioning)을 위한 QoS 매핑 기능이 추가된다. QoS 매핑 기능은, 선택적으로 디지털 홈 네트워크를 고려하여 수신 네트워크 단에서는 홈 게이트웨이(HG)에 적용될 수도 있다. 차등형 서비스의 개념에서 언급한 바와 같이 미디어 혹은 홈 게이트웨이에서는 스트림과 같은 흐름(flow) 단위의 제어보다는 복수의 흐름을 통합한 통합 단위(aggregation sense)의 동적인 QoS 매핑 기능을 제공한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차등형 서비스 환경에서 적용할 수 있는 미디어 게이트웨이의 구조를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도시한 미디어 게이트웨이(610)는 대역폭 관리 문제를 위해 TB(token bucket) 정책을 이용한 각 흐름에 대해 최대 허용 전송율을 조절한다. 실제로 동적 QoS 매핑 제어는 종단간 적응형 스 트리밍 기법을 통한 전송율 조절을 통해 수행될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 미디어 서버들(600)로부터 제공되는 각 흐름의 패킷들은 해당 계층적 RPI에 의해 식별되는 우선순위들을 가지고, 미디어 게이트웨이(610)에서 상기 RPI들에 의해 우선순위 클래스 단위로 분류된다. 평가부(Pricing module)(620)는 모니터링 서버(320)로부터 시스템 및 네트워크 조건들에 관련된 지시를 수신하게 되고, 상기 지시에 따른 서비스 레벨 협정(Service Level Agreements: 이하 SLA라 칭함)을 최적 QoS 매핑부들(640-642)과 트래픽 제어기(Traffic conditioner)(650)로 제공한다.
최적 QoS 매핑부들(640-642)은 동적인 QoS 제어를 위해 모니터링 서버로부터의 지시에 기반하여 RPI에 매핑하는 클래스를 동적으로 조절한다. 트래픽 제어기(650)는 복수의 추정 가중치 표시기들(Estimator Weighted Marker: 이하 EWMA라 표기함)(652, 654, 656)을 포함한다. 상기 추정 가중치 표시기들(652-656)은 TB(token bucket) 기반의 마킹 방식에 따라 서버별 스트림들의 패킷들을 클래스별로 구별하고 해당 클래스를 나타내는 마크를 클래스별 패킷들에 첨부한다. 상기 클래스별 패킷들은 패킷 전달부(660)로 전달된다. 상기 클래스들은 우선순위가 낮은 순으로 EF(Effort Forwarding), AF(Assured Forwarding), BE(Best Effort) 등으로 구별된다. 여기서 클래스 BE로 판단된 패킷들은 트래픽 제어기(650)를 거치지 않고 패킷 전달부(660)로 직접 전달된다.
패킷 전달부(660)에서 상기 클래스별 패킷들은 클래스별 스트림들로 구성되며, 스케쥴러(662)에 의해 상기 클래스별 스트림들의 전송을 제어한다. 스케쥴러 (662)는 클래스별 스트림들의 패킷들을 큐(queue)와 RED(random early detection)나 WFQ(weighted fair queuing)와 같은 스케줄링 메커니즘에 의해 네트워크로 공급한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 방통융합 추세에 부합하여 고품질(High Density: HD) 비디오를 제공함에 있어서 전달 효율성과 종단간 품질을 최적화할 수 있는 미디어 게이트웨이 중심의 전달을 위한 기반 기술을 제공하는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 본 발명은 디지털 홈을 위한 미디어 분배 서비스에 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적 서비스 품질 매핑 장치에 있어서,
    상기 디지털 홈 서비스를 위해 네트워크 적응형 미디어 스트림을 제공하는 미디어 서버와,
    상기 미디어 서버를 서비스 네트워크로 연결하는 미디어 게이트웨이와,
    상기 서비스 네트워크에 접속되어 상기 미디어 서버로부터의 미디어 스트림을 수신하며, 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태와 클라이언트들 자신의 시스템 상태를 모니터링하는, 동적 모니터링과 수동적 모니터링을 같이 사용하는 하이브리드 모니터링 기법에 의해 측정하는 클라이언트들과,
    상기 클라이언트들의 측정 정보를 피드백받아 비교 분석하여 상기 디지털 홈 서비스의 품질 저하 원인을 판단하고, 상기 원인에 따라 적절한 지시 정보를 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 게이트웨이로 전달하는 도메인 관리자를 포함하는 모니터링 서버로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 클라이언트들은,
    상기 미디어 스트림의 RTCP(RTP(Real-time Transport Protocol) Control Protocol) 패킷들을 분석하여 사용자 데이터 흐름의 지연, 지터, 손실율을 측정하고 상기 클라이언트들의 시스템 상태를 측정하는 수동적 모니터링 모듈과,
    자체적으로 생성한 측정 패킷들을 상기 서비스 네트워크로 전송한 후 회수하여 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태를 측정하는 동적 모니터링 모듈로 구성된 하이브리드 모니터링 모듈을 가지는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도메인 관리자는,
    상기 클라이언트들로부터 상기 네트워크 상태와 상기 시스템 상태에 대한 측정 정보를 수신하는 수집 모듈과,
    상기 수집 모듈을 통해 제공된 상기 측정 정보에 따라 시스템 및 네트워크 조건을 분석하는 조건 분석부와,
    미리 정해지는 정책과 상기 조건 분석부에 의한 분석 결과에 따라 상기 미디어 스트림의 문제점을 판단하고, 상기 문제점을 해결하기 위한 상기 지시 정보를 생성하는 네트워크 적응 관리자로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수집 모듈은,
    상기 클라이언트들의 수동적 모니터링 모듈들로부터 상기 클라이언트들의 중앙 프로세싱 유닛(CPU)과 메모리 상태에 대한 측정 정보와, 상기 클라이언트들 각각의 사용자 데이터 흐름에 대한 지연과 지터 및 손실율에 대한 측정정보를 수신하는 수동적 모니터링 모듈과,
    상기 서비스 네트워크의 지연과 지터 및 손실율에 대한 측정정보를 수신하는 동적 모니터링 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 조건 분석부는,
    상기 클라이언트들의 CPU와 메모리 상태에 대한 측정 정보를 이용하여 시스템 조건 행렬을 생성하는 시스템 조건 행렬 생성부와,
    상기 클라이언트 각각의 사용자 데이터 흐름과 상기 서비스 네트워크의 지연과 지터 및 손실율에 대한 측정정보를 이용하여 네트워크 조건 행렬을 생성하는 네트워크 조건 행렬 생성부로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 네트워크 적응 관리자는,
    상기 시스템 조건 행렬 및 상기 네트워크 조건 행렬을 수신하여 시스템 과부하, 네트워크 과부하, 시스템/네트워크 과부하 중 어느 하나의 장애를 결정하는 장애 결정부와,
    상기 결정된 장애에 따라 시스템 과부하 지시, 네트워크 과부하 지시, 시스템/네트워크 과부하 지시 중 어느 하나의 지시를 생성하여 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 게이트웨이로 전송하는 자원 관리자로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 시스템 과부하 지시는 상기 미디어 스트림에 대한 전송율 제어와 필터링 및 부호율 제어를 나타내며, 상기 네트워크 과부하 지시는 상기 미디어 스트림에 대한 전송율 제어와 부호화 적용 여부를 나타내며, 상기 시스템/네트워크 과부하 지시는 상기 미디어 스트림에 대한 전송율 제어를 나타내는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 미디어 게이트웨이는,
    상기 모니터링 서버로부터의 지시 정보에 따른 상기 미디어 게이트웨이의 동작을 결정하는 평가부와,
    적어도 하나의 미디어 서버로부터의 서버별 스트림을 수신하고, 상기 평가부의 제어에 따라 상기 서버별 스트림의 패킷들에 최적 우선순위 클래스를 매핑시키는 적어도 하나의 최적 QoS 매핑부와,
    상기 최적 QoS 매핑부에 의해 매핑된 우선순위 클래스에 따라 상기 서버별 스트림을 우선순위별 스트림들로 구분하고, 상기 우선순위별 스트림들에 해당 클래스를 마크하는 트래픽 제어기와,
    상기 우선순위별 스트림들을 스케쥴링을 통해 상기 서비스 네트워크로 전송하는 패킷 전달부로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 장치.
  9. 디지털 홈 서비스에서 하이브리드 모니터링을 통한 동적 서비스 품질 매핑 방법에 있어서,
    상기 서비스 네트워크를 통해 미디어 서버에 접속되어 상기 미디어 서버로부터 미디어 스트림을 수신하는 클라이언트들에서 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태와 클라이언트들 자신의 시스템 상태를 모니터링 하는, 동적 모니터링과 수동적 모니터링을 같이 사용하는 하이브리드 모니터링 기법에 의해 측정하는 과정과,
    상기 클라이언트들의 측정 정보를 피드백받아 비교 분석하여 상기 디지털 홈 서비스의 품질 저하 원인을 판단하고, 상기 원인에 따라 적절한 지시 정보를 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 서버를 상기 서비스 네트워크로 연결하는 미디어 게이트웨이로 전달하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 측정하는 과정은,
    상기 미디어 스트림의 RTCP(RTP(Real-time Transport Protocol) Control Protocol) 패킷들을 분석하여 사용자 데이터 흐름의 지연, 지터, 손실율을 측정하고 상기 클라이언트들의 시스템 상태를 측정하는 수동적 모니터링 과정과,
    자체적으로 생성한 측정 패킷들을 상기 서비스 네트워크로 전송한 후 회수하여 상기 서비스 네트워크의 네트워크 상태를 측정하는 동적 모니터링 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 전달하는 과정은,
    상기 클라이언트들로부터 상기 네트워크 상태와 상기 시스템 상태에 대한 측정 정보를 수집하는 과정과,
    상기 측정 정보에 따라 시스템 및 네트워크 조건을 분석하는 과정과,
    미리 정해지는 정책과 상기 분석 결과에 따라 상기 미디어 스트림의 문제점을 판단하고, 상기 문제점을 해결하기 위한 상기 지시 정보를 생성하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 수집하는 과정은,
    상기 클라이언트들로부터 상기 클라이언트들의 중앙 프로세싱 유닛(CPU)과 메모리 상태에 대한 측정 정보와, 상기 클라이언트들 각각의 사용자 데이터 흐름에 대한 지연과 지터 및 손실율에 대한 측정정보를 수신하는 과정과,
    상기 서비스 네트워크의 지연과 지터 및 손실율에 대한 측정정보를 수신하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 분석하는 과정은,
    상기 클라이언트들의 CPU와 메모리 상태에 대한 측정 정보를 이용하여 시스템 조건 행렬을 생성하는 과정과,
    상기 클라이언트 각각의 사용자 데이터 흐름과 상기 서비스 네트워크의 지연과 지터 및 손실율에 대한 측정정보를 이용하여 네트워크 조건 행렬을 생성하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 지시 정보를 생성하는 과정은,
    상기 시스템 조건 행렬 및 상기 네트워크 조건 행렬을 수신하여 시스템 과부하, 네트워크 과부하, 시스템/네트워크 과부하 중 어느 하나의 장애를 결정하는 과정과,
    상기 결정된 장애에 따라 시스템 과부하 지시, 네트워크 과부하 지시, 시스템/네트워크 과부하 지시 중 어느 하나의 지시를 생성하여 상기 미디어 서버 및 상기 미디어 서버를 상기 미디어 게이트웨이로 전송하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 시스템 과부하 지시는 상기 미디어 스트림에 대한 전송율 제어와 필터링 및 부호율 제어를 나타내며, 상기 네트워크 과부하 지시는 상기 미디어 스트림에 대한 전송율 제어와 부호화 적용 여부를 나타내며, 상기 시스템/네트워크 과부하 지시는 상기 미디어 스트림에 대한 전송율 제어를 나타내는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 모니터링 서버로부터의 지시 정보에 따른 상기 미디어 게이트웨이의 동작을 결정하는 과정과,
    적어도 하나의 미디어 서버로부터 상기 미디어 게이트웨이로 서버별 스트림을 수신하고, 상기 서버별 스트림의 패킷들에 최적 우선순위 클래스를 매핑시키는 과정과,
    상기 매핑된 우선순위 클래스에 따라 상기 서버별 스트림을 우선순위별 스트림들로 구분하고, 상기 우선순위별 스트림들에 해당 클래스를 마크하는 과정과,
    상기 우선순위별 스트림들을 스케쥴링을 통해 상기 서비스 네트워크로 전송하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 동적 서비스 품질 매핑 방법.
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