KR100648654B1 - 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 및그 장치 - Google Patents

클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 및그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데이터 전송률 제어 방법 그 장치에 관한 것으로, 특히 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 전송률 제어 방법은 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기를 설정하는 단계, 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 단계, 상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 재생 큐 크기 및 재생률을 산출하는 단계, 상기 네트워크 가용 대역폭, 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기, 재생 큐 크기 및 재생률을 이용하여 상기 데이터 전송률을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치는 지연 시간에 따른 데이터 전송률을 정확히 예상하여 산출할 수 있다.
데이터 전송률, 스트리밍, 대역폭, 재생률, 재생 큐.

Description

클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 및 그 장치{Method for clientless rate control for streaming video and Apparatus thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 시스템의 간략한 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 장치의 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 흐름도.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 데이터 서버
220 : 데이터 전송률 제어 장치
221 : 재생률 산출부
223 : 대역폭 산출부
225 : 재생 큐 크기 산출부
227 : 전송률 산출부
229 : 저장부
본 발명은 데이터 전송률 제어 방법 그 장치에 관한 것으로, 특히 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치에 관한 것이다.
비디오 또는 오디오 데이터를 실시간으로 처리하는 스트리밍(Streaming) 방식에서는 데이터 전송률을 제어하는 방법이 매우 중요하다. 이러한 방식을 RCSV(Rate Control for Streaming Video) 방식이라 한다. 스트리밍이란 인터넷(네트워크)을 바탕으로 사용자들에게 각종 비디오, 오디오등의 멀티미디어 디지털 정보를 제공하는 기술을 의미한다. 파일이 모두 전송되기 전이라도 클라이언트 브라우저 또는 플러그인이 데이터에 상응하는 작업을 시작하게 되어 재생 시간이 단축되며 하드디스크 드라이브의 용량에도 영향을 받지 않는다. 스트리밍 기법을 이용 하지 않는 경우 사용자는 동화상 파일(mov,avi 등)이 클라이언트에 다운로드 되기까지 소요되는 시간 동안 기다려야 하는 불편함을 느끼지만, 스트리밍 서비스는 MPEG, Codec(압축과 복원)의 기술 발달로 인해 일정량의 데이터를 가지고도 동영상을 실시간으로 이용 할 수 있다.
그러나 현재의 데이터 송수신을 수행하는 네트워크는 인터넷 사용량의 증가에 따른 트래픽의 증가로 병목 현상 및 심한 적체를 겪고 있으며 이에 따라 네트워크 통신 서비스의 품질 저하 문제는 점점 더 심각해지고 있다. 따라서 현재의 네트워크 환경에서는 상술한 스트리밍 방식에 의하더라도 데이터에 대한 적체 현상이 일어날 수 있으며, 이에 대한 보완책이 필요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 네트워크에서 데이터의 전송 방법을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 네트워크에서 데이터의 전송 방법을 수행하는 시스템은 데이터 전송률 제어 장치(110), 네트워크 큐(120), 데이터 플레이어 재생 큐(130)를 포함하고, d1n, d2n, dbn 및 Pn 은 각각 데이터 전송률 제어 장치(110)로부터 전송된 데이터가 네트워크 큐(120)에 도달한 지연시간, 네트워크 큐(120)로부터 전송된 데이터가 데이터 플레이어 재생 큐(130)에 도달한 지연시간, 데이터 플레이어 재생 큐(130)로부터 피드백되어 전송된 데이터가 데이터 전송률 제어 장치(110)에 도달한 지연시간 및 데이터 플레이어에 입력된 데이터가 재생되는 되는 플레이어의 재생률을 나타낸다.
데이터 전송률 제어 장치(110)는 비디오 또는 오디오 데이터 서버로부터 전 송된 데이터가 네트워크로 입력되는 전송률을 제어하는 장치이다. 지연 시간 d1n, d2n 및 dbn 이 모두 0이라고 가정할 때, 데이터 전송률 제어 장치(110)에서 데이터 전송률은 다음과 같은 수학식에 의해 정해진다.
Figure 112004044938736-pat00001
(1)
여기서
Figure 112004044938736-pat00002
은 데이터의 전송률,
Figure 112004044938736-pat00003
은 데이터 플레이어의 재생률,
Figure 112004044938736-pat00004
은 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00005
는 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00006
은 네트워크 가용 대역폭,
Figure 112004044938736-pat00007
은 네트워크 큐 크기 및
Figure 112004044938736-pat00008
은 네트워크 기준 큐 크기를 나타낸다. 여기에서 네트워크 가용 대역폭은 네트워크 병목(bottleneck)에서의 대역폭을 나타낸다. 이하에서의 모든 비율들은 단위 시간(예를 들어, 시간 슬롯 n 등)당 비트(bit)의 단위를 가진다.
수학식(1)에 따르면, 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기와 네트워크 큐 크기가 각각 이상적인 값인 플레이어의 기준 재생 큐 크기와 네트워크 기준 큐 크기에 빠른 시간 내에 수렴하고, 데이터 서버로부터 네트워크로 입력되는 데이터 전송률이 이에 상응하여 조절된다. 그러나, 네트워크 큐 크기를 측정하는 것이 어렵기 때문에 네트워크 기준 큐 크기를 0으로 설정하면 데이터 전송률은 다음과 같은 수학식에 의해 정해진다.
Figure 112004044938736-pat00009
(2)
여기서, x는 데이터 전송률이 언제나 네트워크 가용 대역폭보다 작게 되도록 1보다 작은 상수이며, 이 경우 네트워크 큐 크기는 네트워크 가용 대역폭에 비해 무시할 정도로 작게 되어 0이 된다.
그러나 이러한 방법도 지연 시간 d1n, d2n 및 dbn 이 모두 0이라고 가정할 때 성립하므로, 데이터 전송률을 정확히 예상하여 산출할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 데이터 전송률 제어 방법은 우선 순위가 낮은 데이터 패킷을 누락시키는 방식으로 수행되었으나, 이는 현재 네트워크 가용 대역폭을 충분히 이용하고, 네트워크 내에 데이터가 적체되어 지연되고 손실되는 문제점을 최소화하며, 클라이언트측 데이터 플레이어의 재생 큐 크기를 기준량에 맞추어 제어할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 지연 시간에 따른 데이터 전송률을 정확히 예상하여 산출할 수 있는, 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치를 제시하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 현재 네트워크 가용 대역폭을 충분히 이용할 수 있는, 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치를 제시하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 네트워크 내에 데이터가 적체되어 지연되고 손실 되지 않도록 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치를 제시하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 클라이언트측 데이터 플레이어의 재생 큐 크기를 기준량에 맞추어 제어할 수 있는, 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치를 제시하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 데이터 서버로부터 클라이언트의 데이터 플레이어로 전송되는 데이터의 전송률을 데이터 전송률 제어 장치에서 제어하는 방법을 제시할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 전송률 제어 방법은 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기를 설정하는 단계, 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 단계, 상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 산출하는 단계, 상기 네트워크 가용 대역폭, 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기, 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 이용하여 상기 데이터 전송률을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 데이터 전송률은 하기 수학식에 의해 정해질 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00010
여기서,
Figure 112004044938736-pat00011
은 상기 데이터 전송률,
Figure 112004044938736-pat00012
은 상기 데이터 플레이어의 재생률,
Figure 112004044938736-pat00013
은 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00014
는 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00015
은 상기 네트워크 가용 대역폭 및 x는 임의의 상수임.
또한,
Figure 112004044938736-pat00016
일 수 있고, 상기 x는 0.8 내지 0.9의 값일 수 있다.
바람직하게는, 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기는 하기 수학식에 의해 정해지는 예측 재생 큐 크기에 의해 정해질 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00017
여기서,
Figure 112004044938736-pat00018
은 시간 n+1에 상기 데이터 플레이어의 예측 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00019
은 시간 n에 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00020
은 상기 데이터 플레이어의 예측 데이터 입력률,
Figure 112004044938736-pat00021
은 상기 데이터 플레이어의 예측 재생률임.
여기서, 상기 데이터 플레이어의 측정 데이터 입력률은 RTCP(Real-Time Control Protocol) 방식에서 하기 수학식에 의해 정해질 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00022
여기서,
Figure 112004044938736-pat00023
은 상기 데이터 플레이어의 예측 데이터 입력률,
Figure 112004044938736-pat00024
은 평균 패킷 길이,
Figure 112004044938736-pat00025
는 패킷 수,
Figure 112004044938736-pat00026
는 측정 현재 RR 패킷이 도착할 때까지 손실된 전체 패킷 수,
Figure 112004044938736-pat00027
는 현재의 바로 전 RR 패킷이 도착할 때까지 손실된 전체 패킷 수,
Figure 112004044938736-pat00028
은 RTCP 단위 시간임.
여기서, 상기 RTCP 단위 시간은 RTP 수신자로부터 전송된 RR(Receiver Reports) 패킷의 단위 수신 시간 간격일 수 있다.
또한, 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기는 상기 데이터 플레이어의 버퍼 크기의 절반일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 전송률 제어 방법은 산출된 상기 데이터 전송률에 따라 상기 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 데이터 서버로부터 클라이언트의 데이터 플레이어로 전송되는 데이터의 전송률을 제어하는 데이터 전송률 제어 장치를 제시할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 전송률 제어 장치는 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 대역폭 산출부, 상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 산출하는 재생 큐 크기 산출부, 상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 재생률을 산출하는 재생률 산출부, 상기 네트워크 가용 대역폭, 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기, 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 이용하여 상기 데이터 전송률을 산출하는 전송률 산출부를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 전송률 제어 장치는 상기 산출된 상기 데이터의 전송률에 따라 상기 데이터를 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있고, 상기 데이터 플레이어의 미리 설정된 기준 재생 큐 크기를 저장한 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 전송률 제어 장치는 상기 데이터 서버 또는 게이트웨이에 설치될 수 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 데이터 전송률 제어 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체를 제시할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 서버로부터 클라이언트의 데이터 플레이어로 전송되는 데이터의 전송률을 제어하는 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 데이터 전송률 제어 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체는 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기를 설정하는 단 계, 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 단계, 상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 산출하는 단계, 상기 네트워크 가용 대역폭, 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기, 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 이용하여 상기 데이터 전송률을 산출하는 단계를 수행하는 프로그램을 저장할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 시스템의 간략한 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 시스템은 데이터 서버(210), 데이터 전송률 제어 장치(220), 게이트웨이(230), IP망(240), PDSN(Packet Data Switching Node : 패킷 데이터 교환 노드, 이하 'PDSN'이라고 한다)(250), 기지국(260(1), 260(2), 이하 260이라고 한다), 클라이언트 단말기(270(1), 270(2),…, 270(n), 이하 270이라고 한다)를 포함하여 구성된다.
데이터 서버(210)는 비디오 또는 오디오 데이터를 저장하고 있는 컨텐츠 서버로서, 클라이언트의 요청 또는 일정한 서비스 수행에 의해 클라이언트 단말기(270)에 해당 데이터를 제공한다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 서버(210)는 스트리밍 비디오 데이터를 그 대상으로 할 수 있다.
데이터 전송률 제어 장치(220)는 데이터 서버(210)에서 네트워크내로 입력되는 해당 데이터의 전송률을 제어하는 장치로서, 데이터 서버(210)와 클라이언트 단말기(270)간에 적합한 위치에 설치될 수 있다. 즉, 데이터 서버(210)에 설치될 수도 있고, 게이트웨이(230)에 설치될 수도 있다. 데이터의 전송률을 제어할 수 있다면 설치되는 데이터 서버(210) 또는 게이트웨이(230)에 직렬로 설치될 수도 있고, 병렬로 설치될 수도 있다.
IP망(240)은 데이터 서버(210), 데이터 전송률 제어 장치(220), 게이트웨이(230) 및 PDSN(250)을 연결하는 네트워크이며, IP망(240) 및 기지국(260)의 이동 통신망을 이용하여 클라이언트 단말기(270)는 데이터 서버(210)로부터 해당 데이터를 송수신할 수 있다. 또한, PDSN(250)는 패킷 데이터 교환 노드로서 무선신호를 IP 네트워크에 연결하는 장비이다. 따라서 데이터 서버(210)로부터 전송된 데이터는 PDSN(250) 및 기지국(260)을 통하여 클라이언트 단말기(270)에 수신된다. 따라서 클라이언트 단말기(270)에 구비된 데이터 플레이어는 수신된 해당 데이터를 실행할 수 있다. 여기서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크 가용 대역폭은 기지국(260)과 클라이언트 단말기(270)간의 네트워크의 대역폭을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 장치의 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면, 데이터 전송률 제어 장치(220)는 재생률 산출부(221), 대역폭 산출부(223), 재생 큐 크기 산출부(225), 전송률 산출부(227), 저장부(229)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법은 다음과 같은 수학식에 의해 데이터 전송률을 산출한다.
Figure 112004044938736-pat00029
(3)
여기서,
Figure 112004044938736-pat00030
은 데이터 전송률,
Figure 112004044938736-pat00031
은 데이터 플레이어의 재생률,
Figure 112004044938736-pat00032
은 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00033
는 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기,
Figure 112004044938736-pat00034
은 네트워크 가용 대역폭 및 x는 임의의 상수이다.
각각의 아래 첨자에 의해 알 수 있듯이 각각의 측정값들은 데이터 전송률을 측정하는 시간에서 일정한 지연 시간 이후에 대한 측정값이다. 즉, d1n은 데이터 전송률 제어 장치(110)로부터 전송된 데이터가 네트워크 큐(120)에 도달한 지연시간이며, dfn은 d1n과 네트워크 큐(120)로부터 전송된 데이터가 데이터 플레이어 재생 큐(130)에 도달한 지연시간을 합한 전체 지연 시간이다.
따라서 데이터 서버(210)로부터 네트워크로 입력되는 데이터의 전송률을 결정하기 위해서는 상술한 각각의 측정값을 산출하는 것이 중요하다. 이를 위해서 데 이터 전송률 제어 장치(220)는 순방향 지연 시간 dfn 과 역방향 피드백 지연 시간 dbn 의 변화를 주기적으로 측정하여야 한다. 이는 데이터 전송률 제어 장치(220)와 클라이언트 단말기(270)간에 송수신되는 제어 패킷(control packet) 안에 기록된 주기적인 시간 기록을 이용함으로써 수행될 수 있다. 이러한 제어 패킷이 송수신되는 방식은 다음과 같이 두 가지로 나뉜다. 첫째, 제어 패킷은 RTP(Real time Transport Protocol)/RTCP(Real Time Control Protocol) 와 같은 비디오 스트림 데이터 자체에 삽입되어 전송될 수 있고, 둘째, UDP 또는 TCP에서와 같이 데이터 서버(210)와 클라이언트 단말기(270)간에 별도의 제어 데이터로서 교환될 수도 있다. 이러한 제어 패킷을 이용하여 지연 시간에 대한 측정값을 산출할 수 있다.
재생률 산출부(221)는 미리 설정된 단위 시간 동안 전송된 각각의 프레임에 구성되어 있는 패킷에 대한 지식과 클라이언트 단말기(270)로부터 데이터 전송률 제어 장치(220)로 전송된 데이터의 지연 시간을 이용하여 상술한 dfn 이후의 클라이언트 단말기(270)내에서의 데이터 플레이어의 재생률을 산출한다.
대역폭 산출부(223)는 네트워크 가용 대역폭을 대역폭 모니터링 모듈에 의해 측정할 수 있다. 따라서 실제적으로 대역폭 모니터링이 탐색자 프로토콜(probing protocol)에 기반하여 대역폭을 측정하는 경우에는 그러한 프로토콜에서 사용되는 탐색자 패킷(probe packet)은 상술한 제어 패킷과 결합하여 이용될 수 있다.
재생 큐 크기 산출부(225)는 클라이언트 단말기(270)에 구비된 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 산출한다. 재생 큐 크기가 산출되는 두 가지 방식에 대해서는 이하에서 서술되는 실시예들에서 자세히 설명한다.
전송률 산출부(227)에서는 위에서 산출된 데이터 플레이어의 재생률, 네트워크 가용 대역폭, 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 변수로 하여 수학식(3)에 의하여 데이터 전송률 제어 장치(220)로부터 네트워크에 입력되는 데이터 전송률을 산출한다.
저장부(229)는 상술한 수학식들, 데이터 플레이어의 미리 설정된 기준 재생 큐 크기, 수학식(3)에서 이용되는 x 값 등을 저장한다. 따라서 재생률 산출부(221), 대역폭 산출부(223), 재생 큐 크기 산출부(225) 및 전송률 산출부(227)는 저장부(229)에 저장되어 있는 수학식들 및 변수들을 이용하여 해당 변수들을 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 데이터 서버(210), 데이터 전송률 제어 장치(220), 기지국(260) 및 클라이언트 단말기(270)간에 오디오 및 비디오의 스트리밍 데이터가 송수신되는 방법을 전체적으로 도시하고 있다.
단계 S410에서, 데이터 서버(210)는 클라이언트 단말기(270)로 전송할 데이터를 네트워크에 입력한다. 단계 S420에서, 데이터 전송률 제어 장치(220)는 기존에 피드백되어 수신된 데이터를 이용하여 입력될 데이터의 전송률을 산출하고, 데이터 서버(210)에서 전송된 데이터를 수신하여 산출된 전송률에 따라 해당 데이터를 기지국(260)에 전송한다. 여기서 데이터 전송률 제어 장치(220)는 데이터 서버(210)에 설치될 수도 있고, 게이트웨이(230)에 설치될 수도 있으며, 별도의 장치로 구비되어 데이터 서버(210) 또는 게이트웨이(230)에 병렬 또는 직렬로 설치될 수 있다. 따라서 데이터 전송률 제어 장치(220)가 별도의 장치로 설치되는 경우에는 데이터 수신부와 송신부를 별도로 구비할 수 있다.
단계 S430에서, 기지국(260)은 클라이언트 단말기(270)에 해당 데이터를 전송한다. 클라이언트 단말기(270)가 데이터를 수신하면, 플레이어의 재생 큐가 설정되고, 데이터 플레이어의 데이터 입력률 및 재생률이 정해진다.
단계 S440에서, 클라이언트 단말기(270)는 제어 패킷을 이용하여 재생 큐 크기와 지연 시간과 같은 피드백 데이터를 데이터 전송률 제어 장치(220)에 전송하며, 데이터 전송률 제어 장치(220)는 수신한 피드백 데이터를 이용하여 다시 데이터 전송률을 산출한다.
이상에서 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치를 일반적으로 도시한 구성도 및 흐름도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법을 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 데이터 전송률 제어 방법은 산출할 변수에 따라 크게 두가지로 구분된다. 첫째, 미리 설정된 단위 시간 및 데이터 전송률 제어 장치(220)로부터 클라이언트 단말기(270)의 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 산출하는 방법과, 둘째, 미리 설정된 단위 시간에 데이터 플레 이어의 데이터 입력률을 산출하는 방법으로 나뉜다. 상술한 방법은 종래 기술에 따른 방법과 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법으로 구분되는 바 구체적인 차이점을 위주로 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5를 참조하여, 미리 설정된 단위 시간 및 데이터 전송률 제어 장치(220)로부터 클라이언트 단말기(270)의 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 산출하는 방법을 설명한다.
단계 S510에서, 클라이언트 단말기(270)에서 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 데이터 전송률 제어 장치(220)에 전송하면, 단계 S520에서, 데이터 전송률 제어 장치(220)에서 해당 재생 큐 크기를 수신하고, 단계 S530에서, 데이터 전송률 제어 장치(220)에서 데이터 전송률 제어 장치(220)로부터 네트워크에 입력되는 데이터 전송률을 산출하기 위해 예측 재생 큐 크기를 산출한다. 즉, 시간 n에 n+dfn 에서의 데이터 플레이어의 예측 재생 큐 크기를 산출한다. 예측 재생 큐 크기를 산출하는 방법은 다음과 같이 두가지로 나뉜다.
첫째, 일반적으로 클라이언트를 고려한 스트리밍 비디오 제어률(clientful Rate Control of Streaming Video)을 산출하는 방식에서는 다음과 같은 수학식에 의해 dfn (데이터 전송률 제어 장치(110)로부터 전송된 데이터가 네트워크 큐(120) 에 도달한 지연시간과 네트워크 큐(120)로부터 전송된 데이터가 데이터 플레이어 재생 큐(130)에 도달한 지연시간을 합한 전체 지연 시간) 이후의 재생 큐 크기를 예측하여 산출한다.
Figure 112004044938736-pat00035
(4)
여기서 n은 데이터 전송률 제어 장치(220)에서 데이터 전송률을 측정하는 시간이며,
Figure 112004044938736-pat00036
은 시간 슬롯 m동안 클라이언트 단말기(270) 데이터 플레이어의 재생 큐에 입력되는 측정 데이터 입력률이다.
수학식(4)를 참조하면, 클라이언트 단말기(270)는 모든 시간 슬롯이 시작될 때 측정 재생 큐 크기를 데이터 전송률 제어 장치(220)에 전송하는데, 시간 n에 데이터 전송률 제어 장치(220)에서 가장 최근에 수신되는 측정 재생 큐 크기는 단지
Figure 112004044938736-pat00037
이다(여기서 시간 슬롯 n 동안 db는 클라이언트 단말기(270)에서 전송된 패킷이 데이터 전송률 제어 장치(220)에 도달하는 지연 시간임). 따라서
Figure 112004044938736-pat00038
은
Figure 112004044938736-pat00039
부터
Figure 112004044938736-pat00040
까지 재생 큐의 크기를 더하고, 이 값에
Figure 112004044938736-pat00041
을 더하여 예측하여 산출할 수 있다.
둘째, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법에서는 다음과 같은 수학식에 의해서 데이터 흐름의 시작부터 각각의 시간 슬롯 n에 대해 반복적으로 과정을 수행함으로써
Figure 112004044938736-pat00042
의 값을 바로 구할 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00043
(5)
Figure 112004044938736-pat00044
에 대해,
Figure 112004044938736-pat00045
(6)
데이터 전송률 제어 장치(220)에서 데이터 흐름이 감지되기 시작하는 시간을 n=0으로 설정하면, 데이터 흐름은 n=df0 에 클라이언트 단말기(270)의 재생 큐에 입력되기 시작한다. 아래 첨자에 기재된 n+1로 표현되는 시간은 연속된 시간에 대한 표현이다.
여기서 실제로는 시간 n에 상기 데이터 플레이어의 예측 재생 큐 크기에 대한 예측값이 문제되므로, 이러한 예측값을
Figure 112004044938736-pat00046
라고 나타낼 수 있으며, 위 첨자 '+'는 예측값임을 나타낸다. 따라서 예측 재생 큐 크기에 대한 예측값은 다음과 같은 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00047
(7)
Figure 112004044938736-pat00048
에 대해,
Figure 112004044938736-pat00049
(8)
여기서, 측정값
Figure 112004044938736-pat00050
에 대한 예측값
Figure 112004044938736-pat00051
는 시간
Figure 112004044938736-pat00052
에 데이터 전송률 제어 장치(220)에서 산출된다.
Figure 112004044938736-pat00053
은 예측 데이터 입력률이며 이를 구하는 방법은 이하에서 서술되는 실시예들에서 자세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 네트워크에서 데이터 전송률 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 데이터 전송률 제어 방법에 이용되는 데이터 플레이어의 데이터 입력률을 산출하는 방법은 다음과 같이 두가지로 나뉜다. 이하에서 설명되는 데이터 플레이어의 데이터 입력률을 산출하는 방법은 종래 기술에 의해 구현되며, 이러한 데이터 입력률 산출 방법은 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능하다.
첫째, 종래 기술의 제1실시예에 따른 데이터 플레이어의 데이터 입력률은 다음과 같은 수학식에 의해 산출된다.
Figure 112004044938736-pat00054
(9)
여기서
Figure 112004044938736-pat00055
은 데이터 플레이어의 측정 데이터 입력률이고,
Figure 112004044938736-pat00056
는 시간 슬롯 m에서 데이터 전송률 제어 장치(220)로부터 클라이언트 단말기(270)의 데이터 플레이어 재생 큐(130)에 도달한 지연 시간 df를 뺀 시간에서의 데이터 전송률이며,
Figure 112004044938736-pat00057
와
Figure 112004044938736-pat00058
는 각각 시간 슬롯 m에서 네트워크 큐(120)로부터 전송된 데이터가 데이터 플레이어 재생 큐(130)에 도달한 지연시간을 뺀 시간에서의 네트워크 큐 크기와 네트워크 가용 대역폭이다. 그러나 수학식(2)에서와 같이 네트워크 큐 크기는 네트워크 가용 대역폭에 비해 무시할 정도로 작게 되어 수학식(9)은 측정값을 변수로 하여 다음과 같이 변형될 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00059
(10)
여기서
Figure 112004044938736-pat00060
과
Figure 112004044938736-pat00061
는 각각
Figure 112004044938736-pat00062
과
Figure 112004044938736-pat00063
에 대한 예측값이고,
Figure 112004044938736-pat00064
은 무시되었다.
도 6을 참조하여, 종래 기술의 제2실시예에 따른 미리 설정된 단위 시간에 데이터 플레이어의 데이터 입력률을 산출하는 방법을 설명한다. 이하에서는 RTCP 방식을 기반으로 하는 경우에 대해 설명한다.
단계 S610에서, 데이터 흐름의 평균 패킷 길이를 산출한다. 평균 패킷 길이는 다음과 같은 수학식에 의해 산출된다.
Figure 112004044938736-pat00065
(11)
Figure 112004044938736-pat00066
와
Figure 112004044938736-pat00067
는 각각 미리 설정된 시간 구간동안 전송된 RTP 옥텟(octet) 수와 RTP 패킷 수이다.
RTCP는 RTP 비디오 전송자(video sender)와 수신자(receiver)에 의해 전송된 옥텟 수, 지연 정보, 패킷 손실 정보와 같은 제어 관련 흐름 정보를 주기적으로 교환하기 위해서 이용된다. 이와 관련된 RTCP 패킷들은 RTP 전송자로부터 전송된 RTCP 전송자 정보(Sender Reports : SR, 이하 'SR'이라고 한다) 패킷들과 수신자로부터 전송된 RTCP 수신자 정보(Receiver Reports : RR, 이하 'RR'이라고 한다) 패킷들이다.
RTCP SR 패킷이 도착하는 경우, 데이터 전송률 제어 장치(220)는 이 패킷을 판독하여 상술한 RTP 옥텟 수인
Figure 112004044938736-pat00068
(단위는 byte)와 RTP 패킷 수인
Figure 112004044938736-pat00069
를 산출한다. 이러한
Figure 112004044938736-pat00070
와
Figure 112004044938736-pat00071
는 SR 패킷이 도착하는 현재 시간과 바로 전 시간 간의 시간 구간동안 RTP 전송자로부터 전송된 양이다. 다른 실시예에 의하면,
Figure 112004044938736-pat00072
는 RTP 비디오 패킷 길이를 측정함으로써 데이터 전송률 제어 장치(220)에 의해 직접 산출될 수도 있다.
단계 S620에서, 클라이언트 단말기(270)에서 손실된 패킷 수를 산출한다. RTCP RR 패킷이 도착하는 경우, 데이터 전송률 제어 장치(220)는 패킷내에서 클라이언트 단말기(270)에서 손실된 전체 패킷 수을 추출하여
Figure 112004044938736-pat00073
와
Figure 112004044938736-pat00074
을 산출한다.
Figure 112004044938736-pat00075
는 RTP 비디오 흐름이 시작된 후 현재 RR 패킷이 도착할 때까지의 시간동안 클라이언트 단말기(270)에서 손실된 것으로 측정된 전체 패킷 수이며,
Figure 112004044938736-pat00076
는 RTP 비디오 흐름이 시작된 후 현재의 바로 전 RR 패킷이 도착할 때까지의 시간동안 클라이언트 단말기(270)에서 손실된 것으로 측정된 전체 패킷 수이다. 따라서 RR 패킷이 도착하는 현재 시간과 바로 전 시간 간의 시간 구간동안 손실된 전체 패킷 수는
Figure 112004044938736-pat00077
이다.
단계 S630에서, 상술한 시간 구간동안 클라이언트 단말기(270)에서 수신한 전체 패킷 수를
Figure 112004044938736-pat00078
의 값으로 산출한다. 따라서 이 구간동안 클라이언트 단 말기(270)에서 수신한 전체 바이트(byte) 수는
Figure 112004044938736-pat00079
이다.
단계 S640에서, 클라이언트 단말기(270)의 재생 큐 입력률, 즉, 데이터 플레이어의 측정 데이터 입력률을 산출한다. 이는 다음과 같은 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00080
(12)
여기서,
Figure 112004044938736-pat00081
은 RR 패킷이 도착하는 현재 시간과 바로 전 시간 간의 시간 구간이다.
단계 S650에서, 수학식(4) 또는 (8)에서 요구되는 장래의 플레이어의 데이터 입력률을 산출한다. 데이터 플레이어의 예측 데이터 입력률은 다음과 같은 지수 이동 평균을 나타내는 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112004044938736-pat00082
(13)
여기서,
Figure 112004044938736-pat00083
는 가중치이며,
Figure 112004044938736-pat00084
은 현재 재생 큐 입력률이고,
Figure 112004044938736-pat00085
은 그 이전의 재생 큐 입력률이다. 따라서 지수 이동 평균값에 의해 데이터 플레이어의 예측 데이터 입력률이 산출될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치는 지연 시간에 따른 데이터 전송률을 정확히 예상하여 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치는 현재 네트워크 가용 대역폭을 충분히 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치는 네트워크 내에 데이터가 적체되어 지연되고 손실되지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 클라이언트를 고려하지 않는 데이터 전송률 제어 방법 그 장치는 클라이언트측 데이터 플레이어의 재생 큐 크기를 기준량에 맞추어 제어할 수 있다.

Claims (16)

  1. 데이터 서버로부터 클라이언트의 데이터 플레이어로 전송되는 데이터의 전송률을 데이터 전송률 제어 장치에서 제어하는 방법에 있어서,
    상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기를 설정하는 단계;
    미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 단계;
    상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 산출하는 단계; 및
    상기 데이터 플레이어의 재생률로부터 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기와 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기의 차이를 뺀 값과 상기 네트워크 가용 대역폭 중 어느 하나를 데이터 전송률로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 전송률은 하기 수학식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
    Figure 112004044938736-pat00086
    여기서,
    Figure 112004044938736-pat00087
    은 상기 데이터 전송률,
    Figure 112004044938736-pat00088
    은 상기 데이터 플레이어의 재생률,
    Figure 112004044938736-pat00089
    은 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
    Figure 112004044938736-pat00090
    는 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기,
    Figure 112004044938736-pat00091
    은 상기 네트워크 가용 대역폭 및 x는 임의의 상수임.
  3. 제2항에 있어서,
    Figure 112004044938736-pat00092
    인 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 x는 0.8 내지 0.9의 값인 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기는 하기 수학식에 의해 정해지는 예측 재생 큐 크기에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
    Figure 112004044938736-pat00093
    여기서,
    Figure 112004044938736-pat00094
    은 시간 n+1에 상기 데이터 플레이어의 예측 재생 큐 크기,
    Figure 112004044938736-pat00095
    은 시간 n에 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
    Figure 112004044938736-pat00096
    은 상기 데이터 플레이어의 예측 데이터 입력률,
    Figure 112004044938736-pat00097
    은 상기 데이터 플레이어의 예측 재생률임.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 플레이어의 측정 데이터 입력률은 RTCP(Real-Time Control Protocol) 방식에서 하기 수학식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
    Figure 112004044938736-pat00098
    여기서,
    Figure 112004044938736-pat00099
    은 상기 데이터 플레이어의 예측 데이터 입력률,
    Figure 112004044938736-pat00100
    은 평균 패킷 길이,
    Figure 112004044938736-pat00101
    는 패킷 수,
    Figure 112004044938736-pat00102
    는 측정 현재 RR 패킷이 도착할 때까지 손실된 전체 패킷 수,
    Figure 112004044938736-pat00103
    는 현재의 바로 전 RR 패킷이 도착할 때까지 손실된 전체 패킷 수,
    Figure 112004044938736-pat00104
    은 RTCP 단위 시간임.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 RTCP 단위 시간은 RTP 수신자로부터 전송된 RR(Receiver Reports) 패킷의 단위 수신 시간 간격인 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기는 상기 데이터 플레이어의 버퍼 크기의 절반인 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산출된 데이터 전송률에 따라 상기 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 방법.
  10. 데이터 서버로부터 클라이언트의 데이터 플레이어로 전송되는 데이터의 전송률을 제어하는 데이터 전송률 제어 장치에 있어서,
    미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 대역폭 산출부;
    상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기를 산출하는 재생 큐 크기 산출부;
    상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 재생률을 산출하는 재생률 산출부; 및
    상기 데이터 플레이어의 재생률로부터 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기와 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기의 차이를 뺀 값과 상기 네트워크 가용 대역폭 중 어느 하나를 데이터 전송률로 산출하는 전송률 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 산출된 데이터의 전송률에 따라 상기 데이터를 전송하는 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 플레이어의 미리 설정된 기준 재생 큐 크기를 저장한 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 전송률 제어 장치는 상기 데이터 서버 또는 게이트웨이에 설치되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 장치.
  14. 데이터 서버로부터 클라이언트의 데이터 플레이어로 전송되는 데이터의 전송률을 제어하는 방법을 수행할 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 데이터 전송률 제어 장치에 의해 판독될 수 있는 기록매체에 있어서,
    상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기를 설정하는 단계;
    미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 네트워크 큐에 도달하는 시간 경과 후의 네트워크 가용 대역폭을 산출하는 단계;
    상기 미리 설정된 단위 시간 및 상기 데이터 전송률 제어 장치로부터 상기 데이터 플레이어에 도달하는 시간 경과 후의 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기 및 재생률을 산출하는 단계; 및
    상기 데이터 플레이어의 재생률로부터 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기와 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기의 차이를 뺀 값과 상기 네트워크 가용 대역폭 중 어느 하나를 데이터 전송률로 산출하는 단계를 수행하는 프로그램을 저장한 기록매체.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전송률 산출부는 상기 데이터 전송률을 하기 수학식에 의해 정하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송률 제어 장치.
    Figure 112006044928557-pat00111
    여기서,
    Figure 112006044928557-pat00112
    은 상기 데이터 전송률,
    Figure 112006044928557-pat00113
    은 상기 데이터 플레이어의 재생률,
    Figure 112006044928557-pat00114
    은 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
    Figure 112006044928557-pat00115
    는 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기,
    Figure 112006044928557-pat00116
    은 상기 네트워크 가용 대역폭 및 x는 임의의 상수임.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 데이터 전송률은 하기 수학식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 프로그램을 저장한 기록매체.
    Figure 112006044928557-pat00117
    여기서,
    Figure 112006044928557-pat00118
    은 상기 데이터 전송률,
    Figure 112006044928557-pat00119
    은 상기 데이터 플레이어의 재생률,
    Figure 112006044928557-pat00120
    은 상기 데이터 플레이어의 측정 재생 큐 크기,
    Figure 112006044928557-pat00121
    는 상기 데이터 플레이어의 기준 재생 큐 크기,
    Figure 112006044928557-pat00122
    은 상기 네트워크 가용 대역폭 및 x는 임의의 상수임.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20030198184A1 (en) 2001-08-31 2003-10-23 Joe Huang Method of dynamically determining real-time multimedia streaming rate over a communications networks
KR100433508B1 (ko) 2002-07-30 2004-05-31 곽준원 효율적인 대역폭 스무딩 알고리즘을 적용한 멀티미디어데이터 전송 방법과 장치, 및 이를 위해 사용되는 컴퓨터기록 매체

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