JP2010041708A

JP2010041708A - マルチメディアサービスを提供するためのスケジューリング方法

Info

Publication number: JP2010041708A
Application number: JP2008334740A
Authority: JP
Inventors: Sang Bang Choi; サンバンチョイ; Kwang-Sik Shin; クヮン−シクシン
Original assignee: Inha Industry Partnership Institute
Current assignee: Inha Industry Partnership Institute
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-02-18
Also published as: KR20100015147A; US20100027428A1; KR101003922B1

Abstract

【課題】スケジューリング方法を提供する。
【解決手段】スケジューリング方法は、対象パケットが再生されるまで残っている遅滞時間を考慮し、対象パケットに対して送信される順序と関連した優先権を付与するステップと、対象パケットに対してデコーディング過程において影響力と関連した重要度を認知するステップと、対象パケットに前記優先権が付与されたか否かおよび前記認知された重要度に基づいて対象パケットをスケジューリングするステップとを含む。スケジューリング方法は、遅滞時間および重要度をすべて考慮してスケジューリングを実行することによって、効率的にマルチメディアサービスを始めとしたデータ通信サーバを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、効率的かつ高品質のマルチメディアサービスを提供するための技術に関する。

キュー（待ち行列）に入って来るそれぞれのパケットに対し、次のような方法で開始タグと終了タグが計算される。フローｉのｎ番目のパケットがＡ（ｔ_ｉ，ｎ）時間にキューに到達する場合、開始タグ（ｓ_ｉ，ｎ）と終了タグ（ｆ_ｉ，ｎ）はそれぞれ数式１のように計算される。

数式１において、Ｌ_ｉ，ｎはフローｉのｎ番目のパケットのサイズである。

各フローに対して開始タグと終了タグの計算が終わった後、スケジューリング方式のうちの１つであるＷＦＱ（ｗｅｉｇｈｔｅｄｆａｉｒｑｕｅｕｅｉｎｇ）は、終了タグの値が最も小さいフローのパケットを選択する。

しかしながら、無線ネットワーク環境では、チャンネルエラーにより、スケジューラによって選択がなされたとしてもサービスを受けることができない場合が発生し、結局はフローの間で不均等にサービスが提供されるという結果が招来される。

無線環境における公平な資源分配のためのスケジューリング技法は、チャンネルエラーによってサービスが遅延したフローを遅滞フローとして処理し、他のフローのチャンネルエラーによって使用していない資源が割り当てられ、予めサービスが提供されるフローを先行フローとして処理する。この後のスケジューリング過程において、遅滞フローに優先的に資源を割り当て、先行フローは予め提供されたサービスに相応する資源を他のフローに譲歩する。すなわち、既存のスケジューリングアルゴリズムは、チャンネルエラーによって資源を割り当てることができなかったパケットに対し、チャンネル状態が良くなった場合、資源を補償することによって資源を公平に配分する。このとき、補償される資源は、チャンネルエラーによって送信されなかったパケットのサイズに応じて決定される。

一般的に、マルチメディアサービスのために用いられるマルチメディアストリームは、可変長さを有するフレームで構成される。すなわち、マルチメディアストリームにおいて、パケットのサイズよりは再生される時間や遅延時間が遥かに重要な要素として作用する。

上述した既存のスケジューリングアルゴリズムは、再生時間ではなくパケットのサイズに基づいて資源を補償するため、マルチメディアサービスのためには適合しない場合がある。

本発明は、対象パケットの遅滞時間と重要度に応じて対象パケットに加重値または優先順位を置いて対象パケットをスケジューリングすることによって、より効率的にマルチメディアサービスを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、対象パケットが再生されるまで残っている遅滞（ｄｅｌａｙｅｄ）時間を考慮し、前記対象パケットに対して送信される順序と関連した優先権を付与するステップと、前記対象パケットに対してデコーディング過程において影響力と関連した重要度を認知するステップと、前記対象パケットに前記優先権が付与されたか否かおよび前記認知された重要度に基づいて前記対象パケットをスケジューリングするステップとを含む。

このとき、前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップは、前記対象パケットがマルチメディアデータ形式を有するパケットであるか否かおよび前記対象パケットのサイズをさらに考慮して前記優先権を付与するステップである、とすることができる。

また、前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップは、前記対象パケットのうちから予め設定された最大許容時間よりも大きい前記遅滞時間を有するパケットを抽出し、前記抽出されたパケットを前記対象パケットから除外して前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップである、とすることができる。

また、前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップは、前記対象パケットの遅滞時間を予め設定された閾値と比較して前記優先権を付与するステップである、とすることができる。

さらに、前記重要度を認知するステップは、前記対象パケットのうちの少なくとも１つからエラーまたは損失が発生する場合、前記発生したエラーまたは損失が前記対象パケットの再生または実行に及ぼす影響力を考慮して前記重要度を認知するステップである、とすることができる。

また、前記重要度を認知するステップは、複数のパケットに対する前記重要度を記録したテーブルに基づいて前記対象パケットに対する前記重要度を認知するステップである、とすることができる。

さらに、前記対象パケットのうちの少なくとも１つのパケットはマルチメディアデータであり、前記マルチメディアデータはＭＰＥＧ（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）データであってＩフレーム、Ｐフレーム、およびＢフレームを含み、前記対象パケットをスケジューリングするステップは、前記Ｉフレーム、前記Ｐフレーム、および前記Ｂフレームの順序によって加重値を置いて前記対象パケットをスケジューリングするステップである、とすることができる。

さらに、前記対象パケットをスケジューリングするステップは、前記対象パケットによって用いられたチャンネルの使用頻度を考慮して前記対象パケットをスケジューリングするステップである、とすることができる。

本発明は、対象パケットの遅滞時間と重要度に応じて対象パケットに加重値または優先順位を置いて対象パケットをスケジューリングすることによって、より効率的にマルチメディアサービスを提供することができる。

以下、本発明に係る好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法を示すフローチャートである。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、対象パケットが再生されるまで残っている遅滞時間、対象パケットのサイズ、およびデータ形式を把握する（Ｓ１１０）。

すなわち、マルチメディアストリームにおいて、パケット送信の遅延はＱｏＳ（Quality of Service）に直接的な影響を及ぼす要素である。このとき、本発明は既存のスケジューリングアルゴリズムとは異なり、遅延しているパケットのサイズだけではなく、時間的に遅滞時間または補償可能な時間を考慮しようとするものである。言い換えれば、遅滞したパケットを優先的にスケジューリングする場合、基準値で遅滞したパケットのサイズだけではなく、遅滞した時間（該当パケットが再生されるまで残っている時間）を考慮するのである。

また、データは、マルチメディアデータの形式と非マルチメディアデータの形式とを有することができる。マルチメディアデータは、代表的に動画データである。

また、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、対象パケットが再生されるまで残っている遅滞時間、対象パケットのサイズ、およびデータ形式を考慮し、対象パケットに対して送信される順序と関連した優先権を付与する（Ｓ１２０）。

ここで、優先権が付与されたか否かは、スケジューリング順序の決定において考慮される１つの要素として用いられる。

本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、緊急モードまたは正常モードのうちのいずれか１つとして対象パケットに対して優先権を付与することができる。あるパケットに対しては緊急モードが適用され得るし、他のパケットに対しては正常モードが適用され得る。このとき、他のすべての条件が同じであれば、緊急モードが適用されるパケットが正常モードが適用されるパケットよりも優先的に送信されるはずである。

例えば、遅滞時間が閾値よりも大きいマルチメディアデータは緊急モードとして処理されるし、遅滞時間が閾値よりも小さいマルチメディアデータと非（ｎｏｎ）マルチメディアデータは正常モードとして処理される。ここで、緊急モード（ｕｒｇｅｎｔｍｏｄｅ）は、該当フローに割り当てられた資源だけでは再生時間に合わせてパケットを送信することが不可能であると判断されるとき、一時的にマルチメディアフローが即時処理されるように送信順位を決定するモードを意味する。この反面、正常モード（ｎｏｒｍａｌｍｏｄｅ）は、データの種類とは関係なく、同じ条件で開始タグと遅延した時間を考慮して送信（スケジューリング）順序を決定するモードである。

このとき、各フローのサービスタグを計算する方法は、数式２のように示すことができる。

数式２において、初めから２つの項目は、既存のＷＦＱにおいて終了タグを示す値と同じである。Ｓ（ｐ_ｉ ^ｋ）は開始タグであり、ｉフローのｋ番目のパケットがキューに到達する時間またはｉフローの以前パケット（ｋ−１）の送信完了時間のうちから大きい値を取り、Ｌ（ｐ_ｉ ^ｋ）／ｒｉは、ｉフローに割り当てられた加重値に該当する帯域にｋ番目のパケットを送信するのにかかわる時間である。ｄ_ｉは、マルチメディアデータの場合には再生時間を基準としてｉフローが遅滞した時間を示し、非マルチメディアデータは再生時間がないため、キューで滞在した時間で定める。βは、サービスタグを計算するとき遅延した時間の比重を示す加重値を示し、Ｒ（０）は定数値である。

数式３は、緊急モードにおいてマルチメディアフローのサービスタグを計算する方法を示している。ｄ_ｉ値のみを考慮した正常モードとは異なり、緊急モードではＢ_ｉ ^ｋ−ｄ_ｉによって送信（スケジューリング）順序が決定される。例えば、Ｂ_ｉ ^ｋはｉフローに許容が可能な最大許容時間を示すため、残っている最大許容時間が小さいフローを選択することができる。

Ｒ（Ｔ（ｐ_ｉ ^ｋ））は定数値であり、パケットのフレーム種類（類型、重要度）に応じて送信順序を決定するのに用いられるようになる。各フレーム種類（類型）による定数値はＲ（０）≫Ｒ（Ｂ）≫Ｒ（Ｐ）≫Ｒ（Ｉ）の関係を有するため、緊急モードのフローは正常モードのフローよりも優先的にスケジューリングされる。これについては下記で詳しく説明するが、本発明は優先権付与の可否（緊急モードであるか正常モードであるか）およびデータパケットの類型による重要度をすべて考慮してスケジューリングを実行することができる。

また、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、対象パケットに対してデコーディング過程において影響力と関連した重要度を認知する（Ｓ１３０）。

上述したように、数式３において、Ｒ（Ｔ（ｐ_ｉ ^ｋ））が重要度を示すファクタとして用いられる。このとき、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、パケットに対して重要度を記録したテーブルを管理および維持することができ、対象パケットに対してテーブルを用いて重要度を認知することができる。

重要度は、対象パケットのうちの少なくとも１つでエラーまたは損失が発生する場合、発生したエラーまたは損失が対象パケットの再生または実行に及ぼす影響力と関連する。これについては図２を参照しながら詳しく説明する。

また、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、対象パケットによって用いられたチャンネルの使用頻度を認知する（Ｓ１４０）。

このとき、他のすべての条件が同じであれば、使用頻度が少ないチャンネルを用いるパケットが優先的に送信されることでスケジューリングされるようになる。

また、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、ステップＳ１２０〜Ｓ１４０から取得された優先権付与の可否（緊急モードであるか正常モードであるか）、重要度、チャンネルの使用頻度を考慮して対象パケットをスケジューリングする（Ｓ１５０）。

例えば、本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法は、緊急モードが適用されるパケットのうち、重要度が最も高く、用いられたチャンネルの使用頻度が最も少ないパケットを最優先的に送信することでスケジューリングすることができる。

図２は、ＭＰＥＧデータに含まれたＩフレーム、Ｐフレーム、およびＢフレームを概念的に示す図である。

ＭＰＥＧ−４は、既存のＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２に比べて多様な付加的な機能を支援するが、自然映像を無線チャンネルを介して送／受信するという点において、圧縮データを復元するアルゴリズムとビデオデータを構成する方法に関してはＭＰＥＧ−１やＭＰＥＧ−２と類似する。

ＭＰＥＧは、基本映像と基本映像を基準としてフレームの間の差映像のみを格納する方式を用いる。このとき、特定ＧＯＰ（ｇｒｏｕｐｏｆｐｉｃｔｕｒｅ）の基準映像であるＩフレームが損失する場合、特定ＧＯＰ内のすべてのフレームにその損失の影響が及ぶ。ここで、ＧＯＰはＩ、Ｐ、Ｂフレームの集合であり、他のＧＯＰから影響を受けない独立的な映像フレームの集合の単位である。

Ｐフレームの損失は、Ｐフレームの前と後のＢフレームとこの後に後続するＧＯＰ内のすべてのＰフレームまでに影響を及ぼし、Ｂフレームの損失は他のフレームには影響を及ぼさない。このため、ＭＰＥＧにおいて全体ビデオストリームに含まれたパケットは、そのパケットの類型に応じてパケットの優先順位が異なる。

イントラコーディング技法が適用されるＩフレームは、Ｉフレーム内に含まれた情報のみを用いる多様な圧縮コーディング技法を用いる。

図２を参照すれば、図２は、ＭＰＥＧのＧＯＰ構造を概念的に示している。図２において矢印は、各フレームがデコーディングされる場合、参照するフレームの方向を示す。大部分シーケンス内の連続的なフレーム集合は、特定フレームを基準とするとき、前後のフレームと極めて類似した特徴を有する。このような特徴を用いて時間上に周辺映像との差としてＰ、Ｂフレームを生成するが、これをインタフレームコーディングと言う。ＧＯＰはＩフレームで始まるため、エンコーダは次のフレームを予想して進めることができる。一般的に、時間上の順方向参照（過去のフレームを参照）を用いるＰフレームによって参照される。両方向参照を有するＢフレームは、過去と未来のＩフレームあるいはＰフレームを参照する。各フレームの特徴は、次のように要約することができる。

Ｉフレーム：他のフレームを参照せずに、該当フレーム内の情報に基づいて符号化するイントラフレームコーディング（ｉｎｔｒａ−ｆｒａｍｅｃｏｄｉｎｇ）を用いるため、フレームのうちでサイズが最も大きく多くの情報を含んでいる。

Ｐフレーム：以前のＩフレームあるいはＰフレームを基準として変化した情報のみを有してコーディングされるため、Ｉフレームに比べて少ない情報を有し、サイズもより小さい。

Ｂフレーム：ＩフレームとＰフレームの間の差を補償するための情報を有し、他のフレームが参照しないため情報の優先順位が低い。

このように、フレーム別に含んでいる情報の量とコーディング方式の差により、ＭＰＥＧデータはフレーム類型別に優先順位が異なる。このため、ＭＰＥＧ圧縮を用いた動画の送信時には、ネットワーク端の混雑状況でＩフレームを保護することが重要である。

このとき、本発明によれば、Ｉフレームに優先順位または加重値を付与し、Ｉフレームのパケットを優先的に送信するものとしてスケジューリングすることで、Ｉフレームを保護することができる。

図３は、対象パケットの遅滞時間の一例を示す図である。

図４は、対象パケットに対するスケジューリング結果の一例を示す図である。

図３を参照すれば、ＣＢＲは一般的な（マルチメディアデータではない非マルチメディアデータ）データパケットを示し、Ｉ、Ｐ、ＢはそれぞれマルチメディアデータのＩ、Ｐ、Ｂフレームに属するパケットを示す。

遅滞時間が最大許容時間（Ｂｏｕｎｄ）よりも大きいＳ５におけるＢ（Ｓ５，２）フレームパケットとＳ６のパケット（Ｓ６，３）は、オーバーフローとして認められてキューから除去される。非マルチメディアデータにおける最大許容時間とは、パケットがキューに滞在することができる時間、すなわち該当フローに割り当てられるキューにおいて、オーバーフローが発生する前までの時間を意味する。

Ｓ６の３つのパケット（Ｓ６，１、Ｓ６，２、Ｓ６，３）は、再生時間に影響を受けない非マルチメディアデータであるため、最大許容時間さえを超過しなければ、遅滞時間が閾値よりも大きい場合であっても正常モードとして処理される。したがって、Ｓ６，１およびＳ６，２は正常モードとして処理される。

遅滞時間が閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも大きいパケットのうち、Ｓ３のＩフレームパケット（Ｓ３，１）とＳ４のＰフレームパケット（Ｓ４，２）は、緊急モードとして処理されるだけではなく、重要度も他のパケットに比べて相対的に高いため、他のパケットよりも優先的にスケジューリングされるようになる。

緊急モードでは、遅滞時間とは関係なく、パケットが属したフレーム種類（類型、重要度）に応じて優先順位が決定される。ＭＰＥＧデータの重要度を見ればＩ＞Ｐ＞Ｂ順序であるため、Ｓ３のＩフレームパケット（Ｓ３，１）およびＳ４のＰフレームパケット（Ｓ４，２）の順序でスケジューリングされる。緊急モードにあるパケットがすべて送信されれば、残っているフローのパケットのうちで遅滞時間が最も長い順にスケジューリングされる。

正常モードでのスケジューリング順序はデータパケットの種類に影響を受けないため、以後のスケジューリングは遅滞時間とチャンネルの使用頻度に応じてその順序が定められる。図４は、それぞれパケットのサイズが同じであると仮定したとき、本発明に係るスケジューリング順序を示した図である。

正常モードにおいて、Ｓ６のＣＢＲ（Ｓ６，１）はＳ１、Ｓ５のパケットと遅滞時間が同じであるが、以前にチャンネルを用いた履歴があるため、３つのうちでスケジューリング順序が最も遅い。Ｓ１のパケット（Ｓ１，１）とＳ５のＩフレームパケット（Ｓ５，１）は遅滞時間が同じであり、両者とも以前にチャンネルを用いた履歴がないため、いずれを選択しても構わない。しかしながら、Ｓ２のパケットとＳ４のＢフレームパケットは遅滞時間が同じではあるが、Ｓ４は以前にＰフレームパケットを送信ためにチャンネルを用いたため、Ｓ２のパケットが先に送信される。

上記した本発明に係るスケジューリング方法は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御手段、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、入出力インタフェース、入力手段及び出力手段を備えたコンピュータシステムのハードウェアとソフトウェアとが協働することで実現される。すなわち、本発明に係る方法は、上記した多様な動作（処理）を実行するための命令であるプログラムが上記記憶装置からＲＡＭのワークエリアにロードされ制御手段によって実行されることで実現される。

また、本発明は、上記したプログラム命令を含むコンピュータ読取可能な記録媒体としても成立する。当該記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むこともでき、記録媒体およびプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。また、記録媒体は、プログラム命令、データ構造などを保存する信号を送信する搬送波を含む光または金属線、導波管などの送信媒体でもある。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。前記したハードウェア要素は、本発明の動作を実行するために一以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成することができ、その逆もできる。

上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。

本発明の一実施形態に係るスケジューリング方法を示すフローチャートである。ＭＰＥＧデータに含まれたＩフレーム、Ｐフレーム、およびＢフレームを概念的に示す図である。対象パケットの遅滞時間の一例を示す図である。対象パケットに対するスケジューリング結果の一例を示す図である。

Claims

対象パケットが再生されるまで残っている遅滞時間を考慮し、前記対象パケットに対して送信される順序と関連した優先権を付与するステップと、
前記対象パケットに対してデコーディング過程において影響力と関連した重要度を認知するステップと、
前記対象パケットに前記優先権が付与されたか否かおよび前記認知された重要度に基づいて前記対象パケットをスケジューリングするステップと、
を含むことを特徴とするスケジューリング方法。
前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップは、
前記対象パケットがマルチメディアデータ形式を有するパケットであるか否かおよび前記対象パケットのサイズをさらに考慮して前記優先権を付与するステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップは、
前記対象パケットのうちから予め設定された最大許容時間よりも大きい前記遅滞時間を有するパケットを抽出し、前記抽出されたパケットを前記対象パケットから除外して前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
前記対象パケットに対して前記優先権を付与するステップは、
前記対象パケットの遅滞時間を予め設定された閾値と比較して前記優先権を付与するステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
前記重要度を認知するステップは、
前記対象パケットのうちの少なくとも１つでエラーまたは損失が発生する場合、前記発生したエラーまたは損失が前記対象パケットの再生または実行に及ぼす影響力を考慮して前記重要度を認知するステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
前記重要度を認知するステップは、
複数のパケットに対する前記重要度を記録したテーブルに基づいて前記対象パケットに対する前記重要度を認知するステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
前記対象パケットのうちの少なくとも１つのパケットはマルチメディアデータであり、
前記マルチメディアデータはＭＰＥＧ（ＭｏｖｉｎｇＰｉｃｔｕｒｅＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）データとしてＩフレーム、Ｐフレーム、およびＢフレームを含み、
前記対象パケットをスケジューリングするステップは、
前記Ｉフレーム、前記Ｐフレーム、および前記Ｂフレームの順序によって加重値を置いて前記対象パケットをスケジューリングするステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
前記対象パケットをスケジューリングするステップは、
前記対象パケットによって用いられたチャンネルの使用頻度を考慮して前記対象パケットをスケジューリングするステップであることを特徴とする請求項１に記載のスケジューリング方法。
請求項１〜８のうちのいずれか一項の方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。