KR101025539B1 - 스트리밍 및 다운로드 시스템의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템 - Google Patents

스트리밍 및 다운로드 시스템의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데이터 전송 세션으로 전송되는 RTP(real time protocol) 패킷 중 일부 패킷을 프로브 패킷을 지정하여, 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보가 포함되는 프로브 메시지를 전송하는 스트리밍 서버와, 상기 스트리밍 서버로부터 수신되는 프로브 메시지로부터 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악하고, 상기 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간에 따라 측정되는 네트워크의 유효 대역폭과 상응하는 수신율이 포함되는 응답 메시지를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 적어도 하나 이상의 터미널을 포함하는 시스템을 개시하여, 스트리밍 서비스 또는 다운로드 서비스를 제공할 때, 패킷을 전송 가능한 가용 대역폭을 빠르게 추정할 수 있어 최적의 전송률로 패킷을 전송 가능하며, 네트워크의 가용 대역폭을 추정하기 위한 패킷을 별도의 측정용 패킷이 아닌 RTP 패킷을 이용함에 의해 네트워크 자원 소모를 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

Description

스트리밍 및 다운로드 시스템의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템{system and method for measurement of effective bandwidth in streaming and downloading service}
본 발명은 스트리밍 및 다운로드 시스템의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는, 스트리밍 또는 컨퍼런스 서비스를 제공하는 시스템과, HTTP를 사용한 다운로드 서비스 및 다운로드/플레이 서비스를 제공하는 시스템에서 패킷을 전송 가능한 가용 대역폭을 빠르게 추정할 수 있어 최적의 전송률로 패킷을 전송 가능하며, 네트워크의 가용 대역폭을 추정하기 위한 패킷을 별도의 측정용 패킷이 아닌 RTP 패킷을 이용함에 의해 네트워크 자원 소모를 최소화할 수 있는 스트리밍 및 다운로드 시스템의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템에 대한 것이다.
네트워크 기술 및 전자 기술의 발전으로, 유선 네트워크뿐만 아니라 무선 네트워크가 널리 보급되어 있으며, 이동 통신 기술이 발전함에 의해 무선 네트워크가 제공하는 전송 속도역시 빠르게 증가하고 있다.
그러나, 무선 네트워크는 특성상 유선 네트워크와 달리 기지국의 위치와 주변 환경에 의해 데이터 전송 속도가 영향을 받기 때문에 데이터 전송 속도 측면에서 변동성이 매우 크다.
따라서, 무선 네트워크를 통해 고화질의 멀티미디어 컨텐츠(데이터)를 가입자의 터미널로 안정적으로 전송하기 위해서는 네트워크의 환경에 적합하게 트래픽을 제어하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 3세대 이동 통신 기술인 CDMA(code division multiple access)(/W-CDMA)보다 빠른 전송 속도를 가지는 3.5세대의 통신 기술인 HSDPA(high speed downlink packet access)에서는 빠른 전송 속도를 가지므로, 네트워크의 환경을 빠르게 파악할 수 있는 방식의 연구가 시급한 실정이다.
특히, 무선 네트워크를 통해 SIP(Session Initiation Protocol), RTSP(Real Time Streaming Protocol)로 세션을 제어하여 RTP(Real time Protocol)를 통해 스트리밍 또는 컨퍼런스 서비스를 제공하는 시스템, HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)를 사용한 다운로드 서비스 및 다운로드/플레이 서비스를 제공하는 시스템에서는 높은 서비스 품질을 제공하기 위해서는 네트워크 환경을 실시간(빠르게)을 파악하여 네트워크 환경에 적합하게 데이터를 전송해야 한다.
기존의 무선 네트워크에서 자원, 예를 들어, 가용 대역폭(Available bandwidth)을 추정(estimation)하는 방식은 'End-to-end Available Bandwidth: Measurement Methodology, Dynamics, and Relation with TCP Throughput'에서 'Manish Jain'와 'Constantinos Dovrolis'가 제안한 Pathload 방식이 대표적이다.
Pathload 방식은 최대 대역폭과 최소 대역폭을 정의하고 프로브 패킷의 수신 간격인 OWD(One Way Delay)를 관찰하면서 프로브 패킷의 전송율을 조절함으로써 전송율이 점차적으로 가용 대역폭에 수렴하게 된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 세로축(Y축)의 'OWD'는 각 패킷이 전송한 시간 간격에 비해 터미널이 수신할 때의 시간 간격을 나타내고, 가로축(X축)은 패킷의 개수를 나타낸다. 만약 전송율이 가용 대역폭보다 큰 경우에는 도 1a 처럼 패킷의 전송 간격보다 수신 간격이 점차적으로 늘어나게 된다. 반대로 전송율이 가용 대역폭보다 작은 경우에는 1b 처럼 전송 간격과 수신 간격이 거의 비슷하게 측정된다.
도 2는 Pathload 방식에서 프로브 패킷을 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
초기에는 가용 대역폭에 대한 정보가 없으므로 최대 전송율과 최소 전송율로 프로브 패킷을 전송함으로써 가용 대역폭이 최대 전송율과 최소 전송율 사이에 존재한다는 것을 확인한다. 그 후 최소 전송율과 최대 전송율의 중간 값으로 프로브 패킷을 전송하여 가용 대역폭이 어느 범위에 존재하는지 확인한다. 이렇게 수치해석에서 방정식의 해를 구하는 방법 중의 하나인 bisection method와 유사하게 전송율을 변화시켜 가면서 전송율의 구간이 오차 범위 내에 들어올 때까지 프로브 패킷을 전송한다.
기존의 Pathload 방식과 같이 네트워크의 가용 대역폭을 추정하는 경우에는 가용 대역폭을 수렴시키는 과정에 소요되는 시간이 크므로, 가변되는 네트워크 환 경에 따라 실시간으로 전송률을 제어할 수 없으며, 이에 따라 서비스 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 기존의 네트워크 가용 대역폭을 추정하는 과정에서는 별도의 프로브 패킷을 전송하여야 하기 때문에 프로브 패킷으로 인한 네트워크 자원의 소모가 발생된다.
본 발명은 상술한 문제를 해소하기 위해 제안되는 것으로, SIP, RTSP로 세션을 제어하여 RTP를 통해 스트리밍 또는 컨퍼런스 서비스를 제공하는 시스템과, HTTP를 사용한 다운로드 서비스 및 다운로드/플레이 서비스를 제공하는 시스템에서 패킷을 전송 가능한 가용 대역폭을 빠르게 추정할 수 있는 네트워크의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 네트워크의 가용 대역폭을 추정하기 위한 패킷을 별도의 프로브 패킷이 아닌 RTP 패킷을 이용함에 의해 네트워크 자원 소모를 최소화할 수 있는 네트워크의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 스트리밍 시스템은, 데이터 전송 세션으로 전송되 는 RTP(real time protocol) 패킷 중 일부 패킷을 프로브 패킷을 지정하여, 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보가 포함되는 프로브 메시지를 전송하는 스트리밍 서버와, 상기 스트리밍 서버로부터 수신되는 프로브 메시지로부터 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악하고, 상기 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간에 따라 측정되는 네트워크의 유효 대역폭과 상응하는 수신율이 포함되는 응답 메시지를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 적어도 하나 이상의 터미널을 포함한다.
상기 스트리밍 서버는, RTSP(Real Time Streaming Protocol)의 'SET_PARAMETER'에 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보를 설정하거나, RTCP APP(Real Time Control Protocol APPlication Defined) 메시지에 상기 시작 및 종료 정보를 명시하여 상기 프로브 메시지를 생성한다.
상기 스트리밍 서버는, 상기 터미널로부터 수신되는 상기 응답 메시지에 포함되는 상기 수신율에 상응하는 상기 유효 대역폭으로 상기 패킷을 전송한다.
상기 스트리밍 서버는, 다음 프로브 패킷의 전송률을 실제 가용 대역폭에 수렴하도록 다음 수학식과 같이 산출한다.
[수학식]
다음 전송률 = 이전 유효 대역폭 * A(단, A> 1)
상기 스트리밍 서버는, 상기 프로브 패킷을 제어 세션을 통해 상기 터미널로 전송한 이후에 상기 프로브 패킷을 상기 데이터 전송 세션으로 전송한다.
상기 터미널은, 다음 수학식과 같이 상기 네트워크를 통해 수신되는 패킷의 수신율을 측정하며, 여기서, 'S'는 패킷의 크기이고, 'Δ'는 패킷간 수신 시간 차 이고, 'S'는 수신율이다.
[수학식]
Figure 112009018117012-pat00001
본 발명의 다른 측면에 따른 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법은, 스트리밍 서버가 RTP 패킷 중 일부 패킷을 프로브 패킷을 지정하여 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보가 포함되는 프로브 메시지를 터미널로 전송하는 단계와, 상기 터미널이 상기 프로브 메시지로부터 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악하여 상기 프로브 패킷의 수신 시간 및 크기를 측정하는 단계와, 상기 터미널이 상기 프로브 패킷의 수신 시간 및 크기에 따라 상기 네트워크의 유효 대역폭에 상응하는 수신율을 산출하는 단계와, 상기 터미널이 상기 유효 대역폭에 상응하는 수신율이 포함되는 응답 메시지를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법은, 상기 스트리밍 서버가 상기 응답 메시지에 포함되는 상기 유효 대역폭에 상응하는 수신율로 상기 RTP 패킷을 전송하는 단계를 더 포함한다.
상기 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법은, 상기 스트리밍 서버가 다음 프로브 패킷의 전송률을 실제 가용 대역폭에 수렴하도록 다음 수학식과 같이 산출하는 단계를 더 포함한다.
[수학식]
다음 전송률 = 이전 유효 대역폭 * A(단, A> 1)
상기 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법은, 상기 스트리밍 서버가 상기 수신율에 상응하는 상기 유효 대역폭이 상기 네트워크의 최대 가용 대역폭보다 크면, 상기 유효 대역폭을 상기 최대 가용 대역폭으로 대체하는 단계를 더 포함한다.
상기 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간을 측정하는 단계는, 상기 프로브 패킷들의 크기 합산 값과, 상기 프로브 패킷들간 수신 시간 차이의 합산 값을 측정한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 다운로드 시스템은, 저장 장치에 저장된 미디어 파일 중 터미널로부터 선택되는 미디어 파일에서 구분되는 제1 세그먼트(segment)를 네트워크를 통해 해당 터미널로 전송하는 다운로드 서버와, 상기 다운로드 서버로부터 수신되는 상기 제1 세그먼트의 크기 및 수신 시간을 기반으로 상기 네트워크의 유효 대역폭에 상응하는 수신율을 측정하고, 제2 세그먼트를 요청하는 세그먼트 요청 메시지에 상기 수신율을 포함시켜 다운로드 서버로 전송하는 적어도 하나 이상의 터미널을 포함한다.
상기 다운로드 서버는, 상기 세그먼트 요청 메시지에 포함된 상기 수신율에 상응하는 전송률로 상기 제2 세그먼트를 전송한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 다운로드 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법은, 저장 장치에 저장된 미디어 파일 중 터미널로부터 선택되는 미디어 파일에서 구분되는 제1 세그먼트(segment)를 네트워크를 통해 해당 터미널로 전송하는 단계와, 상기 터미널이 상기 제1 세그먼트의 수신 시간 및 크기를 기반으로 상기 네트워크의 유효 대역폭에 상응하는 수신율을 측정하는 단계와, 상기 터미널이 상기 수신율이 포함되는 세그먼트 요청 메시지를 상기 다운로드 서버로 전송하는 단계와, 상기 다운로드 서버가 상기 세그먼트 요청 메시지에 포함된 수신율에 따른 전송률로 제2 세그먼트를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 다운로드 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법은, 상기 다운로드 서버가 상기 세그먼트 중 상기 터미널이 상기 수신율을 측정하기 위해 사용할 세그먼트를 파악할 수 있도록 데이터 오프셋을 지정하는 단계를 더 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, SIP, RTSP로 세션을 제어하여 RTP를 통해 스트리밍 또는 컨퍼런스 서비스를 제공하는 시스템과, HTTP를 사용한 다운로드 서비스 및 다운로드/플레이 서비스를 제공하는 시스템에서 패킷을 전송 가능한 가용 대역폭을 빠르게 추정할 수 있으며, 네트워크의 가용 대역폭을 추정하기 위한 패킷을 별도의 프로브 패킷이 아닌 데이터 패킷을 이용함에 의해 네트워크 자원 소모를 최소화할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 네트워크의 유효 대역폭 측정 방법 및 그 시스템을 첨부 도면을 참조하여 상세 설명하며, 본 발명의 주된 기술 요지를 흐리거나, 주지된 기술 내용에 대한 상세 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 상세 설명에서는 일례를 들어, 스트리밍 서비스를 제공하는 스트리밍 시스템에 대하여 설명하나, 기타 컨퍼런스 서비스, HTTP를 통한 다운로드/플레이 서비스를 제공하는 시스템에도 동일하게 적용 가능함을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스트리밍 시스템을 개략적으로 도시한 네트워크 블록 도면이다.
도 3을 참조하면, 무선 네트워크를 통해 스트리밍 서버(200)가 다수의 터미널(100)(단말)(100)로 데이터 패킷(이하 "패킷"이라 칭함)을 전송하고, 각 터미널(100)과 스트리밍 서버(200)가 요청 및 응답 메시지를 교환한다.
터미널(100)은 무선 네트워크를 통해 패킷을 수신하는 패킷 수신부(110)와, 패킷 수신부(110)를 통해 수신되는 패킷을 파일 형태로 저장하는 저장부(140)와, 패킷 수신부(110)를 통해 수신되는 패킷이 프레임 단위로 수신될 때까지 임시 저장하는 버퍼(120)와, 버퍼(120)로부터 프레임을 읽어들여 디코딩하는 디코더(130)를 포함한다.
패킷 수신부(110)는 스트리밍 서버(200)로부터 프로브 메시지가 수신되면, 프로브 패킷의 시작 및 종료를 인식하고, 패킷의 수신 시간 및 패킷의 크기(size)에 따라 수신률(R)을 산출하고, 수신율이 포함되는 응답 메시지를 스트리밍 서버(200)로 전송한다.
스트리밍 서버(200)는 저장 장치(미도시)에 저장되어 있는 멀티미디어 컨텐츠의 패킷을 무선 네트워크를 통해 해당 터미널(100)로 전송하는 패킷 전송부(210)와, 각 터미널(100)로부터 수신되는 요청 및 응답 메시지를 처리하는 응답 처리부(220)를 포함하고, 응답 처리부(220)는 각 터미널(100)로 패킷을 전송할 수 있는 네트워크의 유효 대역폭을 추정하여 패킷 전송부(210)로부터 전송되는 패킷의 전송률을 제어하는 전송률 제어부(230)를 포함한다.
전송률 제어부(230)는 터미널(100)로부터 수신되는 응답 메시지에 포함되는 수신률을 네트워크를 통해 현재 터미널(100)로 전송 가능한 유효 대역폭(effect bandwidth)로 판단하여 패킷의 전송률을 제어한다.
도 4는 본 발명에 따른 스트리밍 시스템의 세션 설정 및 패킷 전송 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 RTSP에 따른 메쏘드(method)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 스트리밍 서버(200)와 터미널(100)은 RTSP에 따라 TCP 상에서 패킷을 전송하기 위한 세션을 설정하고, 세션이 설정되면, 스트리밍 서버(200)는 UDP 상에서 RTP에 따라 패킷을 전송한다. 즉, 스트리밍 서버(200)와 터미널(100)간 제어 세션은 TCP 상에서 설정되고, 데이터 전송 세션은 UDP 상 혹은 RTSP 요청과 응답을 전달하는 RTSP 채널 상에서 설정된다.
도 5에 나타난 바와 같이 스트리밍 서버(200)와 터미널(100)은 RTSP의 메쏘드를 통해 세션을 설정/종료하고, 터미널(100)이 스트리밍 서버(200)로 패킷을 요청/일시 중지 등을 요청한다.
RTSP에 대한 내용은 'RFC 2326'에 정의되어 있고, RTP에 대한 내용은 'RFC 1889'에 정의되어 있으므로, 상세 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명에 따른 유효 대역폭을 추정하는 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6을 참조하면, RTSP에 따라 스트리밍 서버(200)와 터미널(100)간 세션(data channel)이 설정되면, 스트리밍 서버(200)는 세션을 통해 패킷을 터미널(100)로 전송한다.
이때, 스트리밍 서버(200)는 터미널(100)이 유효 대역폭을 산출하기 위해 사용하는 프로브(probe) 패킷을 인식할 수 있도록 프로브 메시지(PROBE)를 터미널(100)로 전송한다.
그리고, 터미널(100)은 프로브 패킷의 크기(비트수)와 프로브 패킷이 수신된 시간을 기반으로 수신률을 산출하고, 수신률이 포함되는 응답 메시지(EBW REPORT)를 스트리밍 서버(200)로 전송한다.
이때, 터미널(100)이 산출하는 수신률은 네트워크의 유효 대역폭과 동일하게 간주할 수 있다.
도 7a는 RTCP APP 패킷의 메시지 구조를 예시한 도면이고, 도 7b는 본 발명에 적용되는 프로브 메시지의 구조를 예시한 도면이고, 도 7C는 본 발명에 적용되는 응답 메시지의 구조를 예시한 도면이다.
도 7a에 예시된 메시지 구조의 각 필드에 대한 내용은 'RFC 2326'에 상세 설명은 생략하며, RTCP APP 패킷의 응용 데이터 필드(Application-dependent data)를 이용하여 프로브 메시지 및 응답 메시지를 생성할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 스트리밍 서버(200)는 유효 대역폭을 추정하기 위한 프로브 패킷의 시작 (PROBE_START)과 종료(PROBE_END)와, 스트리밍 서버(200)가 프로브 패킷을 전송한 전송률(Sending Rate)을 명시한 프로브 메시지를 생성하여 터미널(100)로 전송한다.
이때, 프로브 패킷의 시작 및 종료는 패킷의 시퀸스 넘버(sequence number)로 구별할 수 있으며, 프로브 메시지는 RTSP(Real Time Streaming Protocol)의 'SET_PARAMETER'를 설정하여 생성하거나, RTCP APP(APPlication Defined) 메시지를 이용하여 생성할 수 있다.
또한, 스트리밍 서버(200)는 프로브 패킷보다 프로브 메시지를 소정 시간 이전에 전송하여 터미널(100)이 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악할 수 있도록 한다.
이때, 패킷 세션(데이터 채널)과 제어 세션간 시간적인 인과 관계가 없으므로, 프로브 패킷이 프로브 메시지보다 이전에 수신되는 경우를 방지하는 것이 바람직하다.
터미널(100)은 프로브 메시지로부터 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악하고, 프로브 패킷이 수신되는 시간과 패킷의 크기(size)에 따라 수신율(R)을 측정한다.
한편, 스트리밍 서버(200)는 동일한 크기의 트래인 패킷을 사용하지 않고, RTP 패킷의 프로브 패킷으로 사용함에 의해 네트워크 자원 소모를 최소화할 수 있 다.
이때, 스트리밍 서버(200)는 동일한 크기의 트래인 패킷을 사용하지 않고, RTP 패킷을 프로브 패킷으로 사용하기 때문에 프로브 패킷의 크기가 각기 상이하다.
도 8은 본 발명에 따른 수신율을 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다..
도 8을 참조하면, 프로브 패킷은 RTP 패킷이기 때문에 각기 크기가 상이하므로, 프로브 패킷들의 크기는 각 패킷의 크기를 합산 값이 되고, 수신 시간은 각 패킷간 수신 시간 차이(interval)의 합산 값이 된다.
터미널(100)은 다음 수학식 1과 같이 각 프로브 패킷의 크기의 합산 값과, 프로브 패킷간 수신 시간 차이의 합산 값을 기반으로 수신율(R)을 측정한다.
Figure 112009018117012-pat00002
Figure 112009018117012-pat00003
Figure 112009018117012-pat00004
여기서, 'S'는 패킷의 크기이고, 'Δ'는 패킷간 수신 시간 차이고, 'R'은 수신율이다.
터미널(100)에서 측정되는 수신율(R)은 네트워크 상의 유효 대역폭과 같다.
네트워크의 상태가 양호한 경우, 즉 스트리밍 서버(200)가 전송하는 프로브 패킷의 전송률대로 프로브 패킷이 전송되는 경우에는 수신율, 즉 유효 대역폭과 전송률은 동일하다. 따라서, 유효 대역폭과 가용 대역폭은 동일한 값을 가지진 않으며, 유효 대역폭은 가용 대역폭보다 작은 값이 되어야 한다.
그러므로, 유효 대역폭에 따라 패킷을 전송하면, 유효 대역폭이 가용 대역폭보다 작은 값이므로 전송률에 따라 패킷이 전송되며, 네트워크의 상태에 악영향을 미치지 않게 된다.
반면, 네트워크 상태가 좋지 않을 경우에는 전송률보다 유효 대역폭이 작게 측정되는 경우가 발생하나, 유효 대역폭과 실제 가용 대역폭과 동일한 값을 가진다고 간주할 수 있다. 이는 스트리밍 서버(200)의 프로브 패킷 전송률보다 실제 터미널(100)이 수신한 수신율이 작게 가짐으로, 실제 네트워크 상의 가용 대역폭이 프로브 패킷의 전송률에 미치지 못한다는 것과 동일한 의미를 가지므로, 실제 가용 대역폭은 수신율은 동일하며, 실제 가용 대역폭은 유효 대역폭과 같다.
한편, 유효 대역폭과 실제 가용 대역폭이 동일하지 않은 경우, 즉, 유효 대역폭이 가용 대역폭보다 작은 경우에는 유효 대역폭을 가용 대역폭으로 수렴시키는 것이 바람직하다.
따라서, 스트리밍 서버(200)는 다음 프로브 패킷의 전송률을 이전 수신율, 즉 유효 대역폭보다 큰 값으로 전송하여 유효 대역폭을 측정한다.
즉, 터미널(100)에서 측정되는 유효 대역폭은 이상적으로 실제 가용 대역폭보다 작은 값을 가지므로, 실제 가용 대역폭으로 유효 대역폭을 수렴시키기 위해서는 이전 유효 대역폭보다 큰 값으로 프로브 패킷의 전송률을 설정한다.
스트리밍 서버(200)는 다음 수학식 2와 같이 다음 프로브 패킷의 전송률을 결정한다.
Next Sending Rate(t+1) = EBW(t) * A
단, A> 1
스트리밍 서버(200)는 유효 대역폭이 가용 대역폭으로 수렴될때까지 이전 전송률에 비례 상수(A)를 곱한 전송률로 프로브 패킷을 전송한다.
그리고, 본 발명에서 제안되는 유효 대역폭 측정 방식은 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간에 따라 측정되는 하나의 과정으로 이루어지므로, 기존의 가용 대역폭 측정 방식에 비해 짧은 시간내에 가용 대역폭으로 수렴해 가며, 유효 대역폭이 가용 대역폭으로 수렴하는 시간은 비례 상수(A)에 의해 결정되며, 비례 상수(A)는 실험적으로 도출될 수 있다.
다음 표 1은 비례 상수(A)가 1.5인 경우에 유효 대역폭의 측정 결과를 예시한 것이다.
1 2 3 4 5 6 …
EBW 측정 결과(bps) 100 130 90 80 100 110 …
전송률(bps) 초기 전송률 100*1.5 130*1.5 90*1.5 80*1.5 100*1.5 …
상기 표 1에서 나타나는 바와 같이, 이전 유효 대역폭(EWB)에 비례 상수(A)를 곱하여 다음 프로브 패킷의 전송률을 산출하면, 실제 가용 대역폭에 수렵함을 알 수 있으며, 초기 전송률은 스트리밍 서비스를 제공하기 위한 최소 전송률로 설정하거나, 네트워크 환경을 고려하여 예측되는 가용 대역폭과 유사한 전송률로 설정할 수 있다.
또한, 네트워크의 최대 가용 대역폭보다 유효 대역폭이 크게 측정되는 경우에는 네트워크 상의 구성 요소들의 영향으로 인해 유효 대역폭의 측정에 오류가 발생하여 패킷의 전송률이 비정상적으로 높아질 가능성이 있으므로, 유효 대역폭을 최대 가용 대역폭으로 대체한다.
한편, 터미널(100)에서 프로브 패킷의 수신율을 측정하여 유효 대역폭으로 스트리밍 서버(200)로 전송할 수 있으나, 터미널(100)은 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간만을 측정하여 응답 메시지에 포함시켜 스트리밍 서버(200)로 전송하고, 스트리밍 서버(200)에서 유효 대역폭을 산출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법을 설명하기 위한 플로챠트이다.
도 9를 참조하면, 스트리밍 서버(200)는 유효 대역폭을 측정하기 위해 사용할 프로브 패킷(RTP 패킷)의 시작 및 종료와, 전송률이 명시되는 프로브 메시지를 제어 세션을 통해 터미널로 전송한다(S 100).
이때, 스트리밍 서버(200)는 프로브 패킷의 시작 및 종료를 패킷의 시퀸스 넘버로 구분할 수 있다.
그리고, 스트리밍 서버(200)는 프로브 메시지를 전송하고, 데이터 전송 세션으로 프로브 패킷을 터미널(100)로 전송한다(S 110).
터미널(100)은 스트리밍 서버(200)로부터 수신되는 프로브 메시지로부터 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악한다(S 120).
그리고, 터미널(100)은 수신되는 프로브 패킷들의 크기 합산 값과, 프로브 패킷들간 수신 시간 차이의 합산 값을 기반으로 수신율을 측정한다(S 130).
터미널(100)은 측정된 수신율이 포함되는 응답 메시지를 스트리밍 서버(200)로 전송한다(S 140).
스트리밍 서버(200)는 터미널(100)로부터 수신되는 응답 메시지에 포함되는 수신율을 유효 대역폭으로 간주하여 유효 대역폭과 동일한 전송률로 패킷을 터미널(100)로 전송한다(S 150).
그리고, 스트리밍 서버(200)는 일정 시간 이후에 유효 대역폭을 측정하기 위한 패킷 전송률을 이전 유효 대역폭에 비례 상수(A)를 곱하여 산출한다(S 160).
스트리밍 서버(200)는 프로브 패킷의 시작 및 종료가 명시되는 프로브 메시지를 터미널(100)로 전송한 이후에 이전 유효 대역폭에 비례 상수(A)가 곱하여 산출된 전송률로 프로브 패킷을 터미널(100)로 전송한다(S 170).
터미널(100)은 수신되는 프로브 패킷들의 크기 합산 값과, 프로브 패킷들간 수신 시간 차이의 합산 값을 기반으로 측정되는 수신율을 응답 메시지에 포함시켜 스트리밍 서버(200)로 전송한다(S 180).
한편, 터미널(100)은 프로브 패킷의 크기 합산 값과, 프로브 패킷들간 수신 시간 차이의 합산 값을 응답 메시지에 포함시켜 스트리밍 서버(200)로 전송하고, 스트리밍 서버(200)가 유효 대역폭을 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스트리밍 시스템에서 유효 대역폭을 측정하는 방식은, 기존의 가용 대역폭을 측정하는 방식이 유효 용량(Ce)을 측정하는 과정과, 감소 대역폭(S)을 산출하는 과정과, 가용 대역폭을 추정하는 과정 등과 같이 가용 대역폭을 수렴시키는 과정을 거치지 않으므로, 유효 대역폭을 측정하는 시간이 최소화됨에 의해 빠르게 변화하는 네트워크 환경에 실시간으로 적응, 즉 전송률을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유효 대역폭을 측정하는 방식은 별도의 프로브 패킷을 사용하지 않고, RTP 패킷 중 일부를 프로브 패킷으로 사용함에 의해 네트워크 자원 소모를 최소화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다운로드 시스템에서 유효 대역폭을 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 스트리밍 시스템에서는 스트리밍 서버(200)가 중지(PUASE) 또는 종료(TEARDOWN) 요청하기 전에 지속적으로 RTP 패킷을 전송하나, 다운로드 시스템은 스트리밍 시스템과 달리 하나의 파일에서 구분되는 다수개의 세그먼트(segment) 중 하나의 세그먼트를 터미널(100')로 전송한 이후에 터미널(100)이 세그먼트를 수신 완료한 다음 세그먼트 요청이 있으면, 다음 세그먼트를 전송한다.
그러므로, 터미널(100')은 하나의 세그먼트가 수신되는 수신 시간 및 세그먼트의 크기를 기반으로 수신율을 측정한 이후에 다음 세그먼트 요청 메시지에 포함시켜 다운로드 서버(300)로 전송한다.
그리고, 다운로드 서버(300)는 세그먼트 요청 메시지에 포함되는 수신율은 유효 대역폭과 동일한 값이므로, 다음 세그먼트를 유효 대역폭의 전송률로 전송한다.
이때, 다운로드 서버(300)는 터미널(100')이 유효 대역폭, 즉 수신율을 측정하기 위한 세그먼트를 파악할 수 있도록 데이터 오프셋을 지정하며, 터미널(100')은 데이터 오프셋이 지정된 세그먼트의 크기 및 수신 시간을 기반으로 수신율을 측정한다.
한편, 다운로드 서버(300)는 미디어 파일의 모든 세그먼트의 수신율을 측정하도록 데이터 오프셋을 설정하거나, 일정 간격(예를 들어, 첫 번째, 세 번째 등)의 세그먼트만의 수신율을 측정하도록 데이터 오프셋을 설정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다운로드 시스템에서 유효 대역폭을 측정하는 방법을 설명하기 위한 플로챠트이다.
도 11을 참조하면, 다운로드 서버(300)는 저장 장치(310)에 저장되어 있는 다수의 미디어 파일 중에서 터미널(100')이 요청하는 미디어 파일의 제1 세그먼트를 터미널(100')로 전송한다(S 200).
이때, 다운로드 서버(300)는 터미널(100')이 세그먼트의 수신율을 측정할 데이터 오프셋을 지정한다.
터미널(100')은 수신되는 제1 세그먼트의 수신율을 측정하고(S 210), 제1 세그먼트의 수신이 완료되면, 제1 세그먼트의 수신율이 포함되며, 제2 세그먼트를 요청하는 세그먼트 요청 메시지를 다운로드 서버(300)로 전송한다(S 220).
다운로드 서버(300)는 세그먼트 요청 메시지에 포함되는 수신율과 유효 대역폭이 동일한 값을 가지므로, 유효 대역폭으로 제2 세그먼트를 터미널(100')로 전송한다(S 230).
따라서 본 발명이 적용되는 다운로드(/플레이) 시스템은 터미널(100')이 세그먼트를 수신율에 따라 다음 세그먼트의 전송률을 결정함에 의해 네트워크의 부하를 감소시켜 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 기존의 가용 대역폭을 추정하는 방식으로 도출되는 결과 그래프.
도 2는 기존의 가용 대역폭을 추정하는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스트리밍 시스템을 개략적으로 도시한 네트워크 블록 도면.
도 4는 본 발명에 따른 스트리밍 시스템의 세션 설정 및 패킷 전송 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 5는 RTSP에 따른 메쏘드(method)를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 유효 대역폭을 추정하는 흐름을 설명하기 위한 개념도.
도 7a는 RTCP APP 패킷의 메시지 구조를 예시한 도면.
도 7b는 본 발명에 적용되는 프로브 메시지의 구조를 예시한 도면.
도 7C는 본 발명에 적용되는 응답 메시지의 구조를 예시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 수신율을 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법을 설명하기 위한 플로챠트.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다운로드 시스템에서 유효 대역폭을 측정하는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다운로드 시스템에서 유효 대역폭을 측정하는 방법을 설명하기 위한 플로챠트.

Claims (15)

  1. 스트리밍 시스템에 있어서,
    데이터 전송 세션으로 전송되는 RTP(real time protocol) 패킷 중 일부 패킷을 프로브 패킷을 지정하여, 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보가 포함되는 프로브 메시지를 전송하는 스트리밍 서버와,
    상기 스트리밍 서버로부터 수신되는 프로브 메시지로부터 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악하고, 상기 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간에 따라 측정되는 네트워크의 유효 대역폭과 상응하는 수신율이 포함되는 응답 메시지를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 적어도 하나 이상의 터미널을 포함하는 스트리밍 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버는,
    RTSP(Real Time Streaming Protocol)의 'SET_PARAMETER'에 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보를 설정하거나, RTCP APP(Real Time Control Protocol APPlication Defined) 메시지에 상기 시작 및 종료 정보를 명시하여 상기 프로브 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 스트리밍 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버는,
    상기 터미널로부터 수신되는 상기 응답 메시지에 포함되는 상기 수신율에 상응하는 상기 유효 대역폭으로 상기 프로브 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 스트리밍 시스템.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버는,
    다음 프로브 패킷의 전송률을 실제 가용 대역폭에 수렴하도록 다음 수학식과 같이 산출하는 것을 특징으로 하는 스트리밍 시스템.
    [수학식]
    다음 전송률 = 이전 유효 대역폭 * A(단, A> 1)
  5. 제1 항에 있어서, 상기 스트리밍 서버는,
    상기 프로브 패킷을 제어 세션을 통해 상기 터미널로 전송한 이후에 상기 프로브 패킷을 상기 데이터 전송 세션으로 전송하는 것을 특징으로 하는 스트리밍 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 터미널은,
    다음 수학식과 같이 상기 네트워크를 통해 수신되는 패킷의 수신율을 측정하는 것을 특징으로 하는 스트리밍 시스템.
    [수학식]
    Figure 112009018117012-pat00005
    여기서, 'S'는 패킷의 크기이고, 'Δ'는 패킷간 수신 시간 차이고, 'S'는 수신율이다.
  7. 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법에 있어서,
    스트리밍 서버가 RTP 패킷 중 일부 패킷을 프로브 패킷을 지정하여 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료 정보가 포함되는 프로브 메시지를 터미널로 전송하는 단계와,
    상기 터미널이 상기 프로브 메시지로부터 상기 프로브 패킷의 시작 및 종료를 파악하여 상기 프로브 패킷의 수신 시간 및 크기를 측정하는 단계와,
    상기 터미널이 상기 프로브 패킷의 수신 시간 및 크기에 따라 네트워크의 유효 대역폭에 상응하는 수신율을 산출하는 단계와,
    상기 터미널이 상기 유효 대역폭에 상응하는 수신율이 포함되는 응답 메시지를 상기 스트리밍 서버로 전송하는 단계를 포함하는 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 스트리밍 서버가 상기 응답 메시지에 포함되는 상기 유효 대역폭에 상응하는 수신율로 상기 RTP 패킷을 전송하는 단계를 더 포함하는 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 스트리밍 서버가 다음 프로브 패킷의 전송률을 실제 가용 대역폭에 수렴하도록 다음 수학식과 같이 산출하는 단계를 더 포함하는 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
    [수학식]
    다음 전송률 = 이전 유효 대역폭 * A(단, A> 1)
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 스트리밍 서버가 상기 수신율에 상응하는 상기 유효 대역폭이 상기 네트워크의 최대 가용 대역폭보다 크면, 상기 유효 대역폭을 상기 최대 가용 대역폭으로 대체하는 단계를 더 포함하는 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
  11. 제7 항에 있어서, 상기 프로브 패킷의 크기 및 수신 시간을 측정하는 단계는,
    상기 프로브 패킷들의 크기 합산 값과, 상기 프로브 패킷들간 수신 시간 차 이의 합산 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 스트리밍 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
  12. 다운로드 시스템에 있어서,
    저장 장치에 저장된 미디어 파일 중 터미널로부터 선택되는 미디어 파일에서 구분되는 제1 세그먼트(segment)를 네트워크를 통해 해당 터미널로 전송하는 다운로드 서버와,
    상기 다운로드 서버로부터 수신되는 상기 제1 세그먼트의 크기 및 수신 시간을 기반으로 상기 네트워크의 유효 대역폭에 상응하는 수신율을 측정하고, 제2 세그먼트를 요청하는 세그먼트 요청 메시지에 상기 수신율을 포함시켜 다운로드 서버로 전송하는 적어도 하나 이상의 터미널을 포함하는 다운로드 시스템.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 다운로드 서버는,
    상기 세그먼트 요청 메시지에 포함된 상기 수신율에 상응하는 전송률로 상기 제2 세그먼트를 전송하는 것을 특징으로 하는 다운로드 시스템.
  14. 다운로드 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법에 있어서,
    저장 장치에 저장된 미디어 파일 중 터미널로부터 선택되는 미디어 파일에서 구분되는 제1 세그먼트(segment)를 네트워크를 통해 해당 터미널로 전송하는 단계와,
    상기 터미널이 상기 제1 세그먼트의 수신 시간 및 크기를 기반으로 상기 네트워크의 유효 대역폭에 상응하는 수신율을 측정하는 단계와,
    상기 터미널이 상기 수신율이 포함되는 세그먼트 요청 메시지를 상기 다운로드 서버로 전송하는 단계와,
    상기 다운로드 서버가 상기 세그먼트 요청 메시지에 포함된 수신율에 따른 전송률로 제2 세그먼트를 전송하는 단계를 포함하는 다은로드 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 다운로드 서버가 상기 세그먼트 중 상기 터미널이 상기 수신율을 측정하기 위해 사용할 세그먼트를 파악할 수 있도록 데이터 오프셋을 지정하는 단계를 더 포함하는 다운로드 시스템의 유효 대역폭을 측정하는 방법.
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