라이브 미디어 스트리밍 서비스를 위한 P2P 오버레이 네트워크 구조와 분할 전송 기법

Abstract

자원 활용률이 높고, 확장성이 좋으며, 실용화 가능성이 높은 P2P(Peer to Peer)를 기반으로 한 라이브 미디어 스트리밍 서비스를 제공하기 위해서는 피어들 사이의 동기화 및 미디어 스트리밍 서비스의 deadline을 만족시켜야 할 뿐 아니라 피어의 가입 및 탈퇴에 대한 churn에 능동적으로 대처할 수 있어야 한다. 또한 피어의 이질성 및 네트워크의 상황에 대한 고려가 필요하다. 이를 위해 트리 오버레이 구조와 메시 오버레이 구조, 그리고 두 구조의 장점을 취해 단점을 보완하기 위한 하이브리드 구조가 연구되었으나, 피어의 churn 및 이질성과 물리적 네트워크와 오버레이 네트워크 구조의 차이 등의 특성을 복합적으로 고려한 구조 설계 에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 논문에서는 스트리밍 서비스의 deadline을 만족시키면서, 피어의 churn 및 이질성을 고려하며 네트워크의 자원 활용률을 최대화할 수 있는 구조를 제안한다. 제안하는 방안에서는 안정성이 높은 피어들을 트리 오버레이 구조에 참여시키며, 동일 부모 피어의 자식 피어들 사이에서 메시 연결을 유지하고 있는 plate를 설정한다. 그리고 같은 plate 내의 피어들끼리의 정보 교환을 통하여, 동일 레벨(level, depth)의 plate들 사이에서 plate-chain을 설정한다. 이는 네트워크상에서 중복된 트래픽의 양을 최소화하여 네트워크 자원 활용률을 높이며 피어의 churn에 능동적으로 대처할 수 있는 견고한 구조를 설계하기 위함이다. 그리고 구조 내에서 피어 사이의 관계에 따라서 스트림에 대한 전송 방식을 다르게 정의함으로써 스트림의 분할 전송을 가능하게 하였다. 부모 피어와 자식 피어의 관계에 있어서, 부모 피어는 자신이 유지하고 있는 자식 피어의 개수와 대역폭에 따라서 자신이 받은 스트림 데이터를 분할하여 보내도록 한다. 그리고 같은 plate 내의 피어들, 즉 같은 부모 피어 내의 자식 피어들은 자신이 부모 피어로부터 받은 스트림의 부분의 교환을 통하여 완전한 스트림을 수신하게 된다. 또한 네트워크 내의 중복된 트래픽을 최소화하기 위하여 plate의 대표 피어를 통하여 plate 사이의 연결을 맺도록 하여, 자신의 plate 내의 스트림 데이터에 대하여 다른 plate로 전달한다. 본 논문에서 제안한 구조에서 제공을 하기 위한 서비스의 종류인 스트리밍 서비스에서 기본적으로 만족을 해야 하는 요건인 지연 정도를 고려하면서도 제안하는 구조의 목적인 네트워크의 자원 활용률 최대화와 견고성의 면에 있어서 기존에 제안되었던 타 구조에 비하여 어느 정도의 성능 증가를 보이고 있는지에 대한 성능 평가가 이루어져야 한다. 이에 따라 본 논문에서는 기본적인 스트리밍 서비스를 만족하기 위한 지연 정도에 대한 측정을 수행하였고, 향후 연구로서 네트워크의 자원 활용률을 평가하기 위하여 실제 데이터양과 제어를 위한 메시지 오버헤드에 대한 비율을 평가하며 견고성을 평가하기 위하여 피어의 탈퇴에 따른 서비스 단절 정도와 복구를 위한 시간 지연에 대한 측정을 수행하고자 한다.;P2P(Peer-to-Peer) based streaming system has the advantages of requiring no dedicated infrastructure and self-scale as the resources of the network increase with the number of users. As result, P2P has emerged as a promising technique for deploying large-scale live media streaming systems over the Internet, which represents the paradigm shift from conventional networking applications. It need to consider the time synchronization between peers, the heterogeneity between peers and the network situations. It has to meet the play deadline for feeling glad at the QoS(Quality of Service). And it has a effective method of peer when peer is coming into system or going out of the system. A great number of architectures for P2P based live media streaming have been proposed and developed in recent years. It distributes architectures into three classes. First architecture is a tree-based overlay architecture. Second architecture is a mesh-based architecture. Final architecture is a hybrid architecture which is mixed tree-based architecture in mesh-based architecture to overcome each architecture's week point. But it has still some week points. It's short on the considerations which are the heterogeneity between the peers and the heterogeneity between the overlay network architecture and the physical network architecture. In this paper, we suggest a novel hybrid architecture for supporting live media streaming service based P2P system. The first idea is to identify a set of stable nodes to construct a tree-based architecture. The second idea is to identify a set of child nodes related to one parent node construct a mesh-based architecture, called plate, with divisional transmit over this architecture. This connections are full-connected mesh connections, and each node in the plate is included tree-based architecture, too. Final idea is to construct a linear connection between plates which are had a same depth in tree-based architecture, called plate-chain, for reducing a load of one node and maximizing the network utilization. This plate-chain can be constructed through exchanging a child peer list by parent peers in same plate. This hybrid design, referred to as plate-tree, be used divisional transmission method to reduce the duplicated traffic in the network and accommodate node dynamics. And peer has a different policy for transmitting the stream data to able to use the divisional transmission. Parent peer sends segments which are divided into by a stream data according to the number of child peers or child peer's bandwidth to child peers. And peers in same plate exchange the segment received by parent peer, as result they can receive perfect stream data. One represented peer in one plate sends all segment received from peers in same plate to another represented peer in different plate.