KR101040780B1 - 서비스 품질 향상을 위한ｐｒ―ｓｃｔｐ 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클라이언트의 상태에 따라서 멀티미디어 데이터의 라이프타임을 적절하게 조절함으로써 전반적인 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 신뢰 전송 상수와 함께 비신뢰 전송 상수를 더 정의하고, 클라이언트가 초기 버퍼링 상태인 동안에서는 라이프타임을 신뢰 상수로 설정하여 모든 멀티미디어 메시지에 대해 완전한 신뢰 전송을 수행하고, 클라이언트가 버퍼링 상태인 동안에는 라이프타임을 비신뢰 전송 상수로 설정하여, 한번은 전송한 되 재전송을 수행하지 않는 비신뢰 전송을 수행하고, 클라이언트가 재생 상태인 동안에는 클라이언트의 현재 버퍼 상태 및 현재 네트워크 지연 상태에 따라서 각 멀티미디어 메시지의 라이프타임을 달리 산출하고, 산출된 라이프타임동안에만 멀티미디어의 재전송을 보장하는, 부분적 신뢰 전송을 수행하도록 구현된다.

SCTP, PR-SCTP, 실시간 멀티미디어 데이터 전송, QoS, 라이프타임

Description

서비스 품질 향상을 위한ＰＲ―ＳＣＴＰ 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법 {ＰＲ―ＳＣＴＰ based Real-time Multimedia Data Transmission for QoS enhancement}

본 발명은 SCTP(Stream Control Transmission Protocol)를 이용하여 서버와 클라이언트 간에 실시간으로 멀티미디어 데이터를 전송하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, SCTP의 확장 규격인 PR-SCTP(Stream Control Transmission Protocol Partial Reliability Extension)를 활용한 실시간 멀티미디어 데이터 전송에 있어서 PR-SCTP 메시지의 라이프타임(lifetime)을 적절히 조절함으로써 전반적인 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

종래에는 IP 패킷 망을 활용한 멀티미디어 서비스를 위한 전송 계층 프로토콜로 TCP(Transmission Control Protocol)과 UDP(User Datagram Protocol)를 조합하여 사용하였다. 더 구체적으로 설명하면, 전송제어를 위한 채널로는 신뢰성을 보 장하는 TCP를 사용하고, 실시간 미디어 전달을 위한 채널로는 빠른 전달을 제공하는 UDP를 사용한다.

그러나 이러한 방식에 의하면, 서버와 클라이언트는 우선 두 가지 프로토콜을 사용해야 하기 때문에, 자원 활용 측면에서 볼 때 서버 및 클라이언트 모두에게 바람직하지 못하다. 더욱이 멀티미디어 데이터의 전송을 담당하는 UDP는 목적지로의 전송만을 수행하기 때문에 링크 오류나 일시적인 네트워크 혼잡에 따른 손실을 가져올 수 있으며, 혼잡 상태에 빠진 네트워크의 상태를 더욱더 악화시킬 수도 있다.

이에, IETF에서는 새로운 전송 계층 프로토콜의 표준으로서, 기존의 방식에 비하여 IPTV와 같은 실시간 멀티미디어 전송 서비스에 더욱더 효과적인 SCTP(Stream Control Transmission Protocol)와 그 확장 규격인 PR-SCTP(Stream Control Transmission Protocol Partial Reliability Extension)을 제안하였다.

SCTP는 기본적으로 멀티스트리밍을 지원하여 응용 계층 데이터의 논리적인 분류를 하나의 세션에서 제공하며, PR-SCTP는 신뢰성 있는 전송만을 지원하던 SCTP를 확장하여 주어진 시간동안만 부분적으로 신뢰성을 제공할 수 있도록 하고 있다. 이러한 PR-SCTP를 이용하면 적절한 시간이 지나면 더 이상 재전송을 하지 않게 되어, UDP와 같은 최선 노력(best-effort) 전송 기능을 수행하면서도 응용의 요구사항을 거스르지 않는 범위에서 재전송을 수행하여 오류가 발생한 데이터를 복구할 수 있다. 이는 클라이언트 응용의 입장에서 볼 때 UDP를 사용했을 때보다 좀 더 향상된 서비스 품질을 제공받을 수 있게 된다. 더욱이 최근 이더넷 기술이 비약적으 로 발전함에 따라 PR-SCTP를 사용한 실시간 미디어 데이터의 복구를 통한 서비스 품질의 향상 효과는 더욱더 클 것으로 기대된다.

상술한 SCTP의 멀티스트리밍 기능과 PR-SCTP의 실시간 전송 기능을 조합할 경우, SCTP 프로토콜 하나만으로도 다양한 양방향 실시간 멀티미디서 서비스를 쉽게 구현할 수가 있게 되는데, 이를 위해서는 각 멀티미디어 데이터의 신뢰성을 보장하는 시간을 어떻게 결정할 것인지에 대한 문제를 해결하여야 한다. 실시간 멀티미디어 데이터의 신뢰성을 보장하는 시간을 어떻게 결정하는지에 따라서 상술한 SCTP 및 PR-SCTP를 기반으로 한 멀티미디어 서비스 품질은 크게 달라질 수 있다.

본 발명은 종래 PR-SCTP를 기반으로 한 멀티미디어 데이터 전송에 있어서의 신뢰성 보장 결정 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 특히 클라이언트의 상태에 따라서 멀티미디어 데이터의 라이프타임을 적절하게 조절함으로써 전반적인 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, PR-SCTP에 기초하여 서버가 클라이언트로 멀티미디어 데이터를 실시간 전송하는 방법에 있어서, 서버가 실시간 멀티미디어 데이터 전송을 위한 라이프타임 상수로서, 모든 데이터에 대한 신뢰 전송을 보장함을 의미하는 신뢰 전송 상수와, 한 번의 전송을 보장하되 재전송은 하지 않음을 의미하는 비신뢰 전송 상수를 정의하는 정의 과정; 클라이언트가 초기 버퍼링 상태인 동안, 서버가 모든 멀티미디어 데이터의 라이프타임을 신뢰 전송 상수로 설정하여, 신뢰 전송을 수행하는 초기 버퍼링 전송 과정; 클라이언트가 재생 상태가 되면, 서버가 클라이언트의 버퍼 상태 및 네트워크 상태에 따라 각 멀티미디어 메시지의 라이프타임을 산출하여, 상기 산출된 라이프타임의 시간 동안 신뢰 전송을 수행하는 재생 전송 과정; 및 클라이언트가 버퍼링 상태가 되면, 모든 멀티미디어 데이터의 라이프타임을 비신뢰 전송 상수로 설정하여, 모든 멀티미디어 데이터를 한번만 전송하고 재전송은 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 버퍼링 전송 과정을 포함하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법을 제공한다.

상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 초기 버퍼링 전송 과정은, 클라이언트의 재생 버퍼 상태를 나타낸 버퍼 상태 변수를 설정하여 초기화하는 단계; 클라이언트로부터 멀티미디어 서비스 요청이 있으면, 클라이언트 상태 변수를 초기 버퍼링 상태로 설정하는 단계; 상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계; 라이프타임을 신뢰 전송 상수로 설정하여, 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계; 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상인지를 확인하는 단계; 및 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이 아니면, 상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계부터 반복하고, 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이면, 상기 클라이언트 상태 변수를 재생 상태로 변경하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 재생 전송 과정은, 클라이언트의 재생 버퍼 상태를 나타낸 버퍼 상태 변수와 네트워크 지연 상태를 나타내는 네트워크 상태 변수를 설정하여, 현재 상태 값으로 갱신하는 단계; 상기 버퍼 상태 변수의 값에 비례하고 네트워크 상태 변수의 값에 반비례하도록 전송할 멀티미디어 메시지의 라이프타임을 산출하는 단계; 상기 산출한 라이프타임의 시간 동안 신뢰성을 보장하면서 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계; 상기 버퍼 상태 변수가 0인지를 확인하는 단계; 및 상기 버퍼 상태 변수가 0이 아니면, 상기 버퍼 상태 변수 및 네트워크 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계부 터 반복 수행하고, 상기 버퍼 상태 변수가 O이면, 클라이언트 상태 변수의 값을 버퍼링 상태로 변경하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 버퍼링 재생 과정은, 클라이언트의 재생 버퍼 상태를 나타낸 버퍼 상태 변수를 설정하여, 현재 상태 값으로 갱신하는 단계; 라이프타임을 비신뢰 전송 상수로 설정하여, 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계; 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상인지를 확인하는 단계; 및 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이 아니면, 상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계부터 반복하고, 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이면, 상기 클라이언트 상태 변수를 재생 상태로 변경하는 단계를 포함하여 이루어진다.

더하여, 상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 상한값은 클라이언트에 존재하는 재생 버퍼의 최대값으로 설정되며, 상기 버퍼 상태 변수 및 네트워크 상태 변수는, 클라이언트로부터 주기적으로 버퍼 상태 정보 및 RTT(Round Trip Time)을 전송받고, 최근에 전송받은 버퍼 상태 정보 및 RTT 값으로 갱신할 수 있다.

더하여, 상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 재생 전송 과정은, 상기 버퍼 상태 변수가 0인지 확인하기 전에, 전송한 멀티미디어 메시지에 대한 클라이언트에서의 재생 시간을 산출하고, 상기 재생 시간만큼 상기 버퍼 상태 변수의 값을 증가시키거나, 전송한 멀티미디어 메시지 중에서 재전송이 포기된 멀티미디어 메시지가 존재하는지 확인하여, 상기 재전송이 포기된 멀티미디어 메시지에 대한 클라이언트에서의 재생 시간만큼 상기 버퍼 상태 변수를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 라이프타임을 산출하는 단계는,

(여기서, B는 버퍼 상태 변수의 현재 값이고, S는 이전 메시지와의 전송 간격이고, RTT는 네트워크 상태 변수의 값이고, α는 라이프타임의 상한을 설정하기 위한 가중치로서 0보다 크고 1보다 작은 값이다) 에 의하여 라이프타임(Lifetime)을 산출할 수 있다. 상기에서, 클라이언트로부터 버퍼 상태 변수가 보고되지 않는 경우, 상기 RTT값을 0로 하여 라이프타임을 산출한다.

더하여, 상기 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 초기 버퍼링 과정의 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계는, SCTP 기본 규격에 따라서 데이터 청크를 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 재생 전송 과정의 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계는, 전송할 멀티미디어 메시지를 데이터 청크로 분할하고, 각 분할된 데이터 청크에 TSN(Transmission Sequence number) 할당하여, PR-SCTP 확장 규격의 데이터 청크 처리 방식에 따라서 처리하는 단계; 및 라이프타임이 만료되었는지를 확인하여, 라이프타임이 만료되면 상기 데이터 청크를 포기 청크로 지정하고, PR-SCTP 확장 규격의 포기 청크 처리 방식에 따라 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 버퍼링 전송 과정의 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계는, 라이 프타임이 비신뢰 상수로 설정되면, 멀티미디어 메시지의 분할 및 각 분할된 데이터 청크에 대한 TSN(Transmission Sequence number) 할당을 수행하는 단계; 상기 분할된 데이터 청크를 클라이언트로 전송하는 단계; 전송한 데이터 청크를 포기 청크로 지정하는 단계; 및 PR-SCTP 확장 규격의 포기 청크 처리 방식에 따라서 상기 포기 청크를 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상술한 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은, 전송 계층 프로토콜 중에서 SCTP 만을 사용하여 실시간 멀티미디어 서비스를 제공함으로써, 기존에 TCP와 UDP를 조합하여 수행하던 경우에 비하여 서버나 클라이언트 모두의 자원 절감 효과를 도모할 수 있으며, 더하여, SCTP의 신뢰성 제공 기능 및 PR-SCTP의 부분적 신뢰성 제공 기능을 이용함으로써, 클라이언트의 상태에 따라 라이프타임을 적절히 설정함으로써, 가장 최적의 서비스 품질을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

본 발명은 실시간 멀티미디어 서비스의 서비스 품질 향상을 위하여, SCTP 및 PR-SCTP를 활용한다. 더 구체적으로, 본 발명은 SCTP 및 PR-SCTP를 활용한 실시간 멀티미디어 서비스를 위하여, 첫째로 기존 SCTP 및 PR-SCTP의 완전한 신뢰성 전송, 부분적인 신뢰성 전송에 추가하여 비신뢰 전송 기능을 추가하였으며, 두 번째로 클라이언트의 상태에 따라서 완전한 신뢰성 전송, 부분적인 신뢰성 전송 및 비신뢰 전송을 선택적으로 사용함으로써, 각 클라이언트의 상태에 따른 요구 사항에 맞는 서비스를 제공하여, 실시간 멀티미디어 서비스의 서비스 품질을 전반적으로 향상시키고자 한다.

이러한 본 발명의 상세 구성 및 작용에 대하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 라이프타임 설정의 기준이 되는 클라이언트의 상태에 대해서 설명한다.

도 1은 실시간 멀티미디어 서비스에 있어서의 클라이언트의 상태 천이도이다.

본 발명에 따른 PR-SCTP를 기반으로 한 실시간 멀티미디어 서비스에 있어서, 모든 멀티미디어 데이터의 신뢰성 제공 시간은 서버에서 결정되며, 서버가 신뢰성 제공 시간을 결정은 클라이언트의 현재 상태를 기반으로 이루어지는데, 일반적으로 실시간 멀티미디어 서비스 제공시, 클라이언트는 도 1에 나타낸 4 가지의 상태중 하나의 상태로 동작한다.

도 1을 참조하면, 클라이언트 동작 상태는, 정지(Stopped), 초기 버퍼링(Initial Buffering), 재생(Playing), 버퍼링(Buffering)의 네 개의 상태를 갖게 된다. 여기서, 정지 상태는, 멀티미디어 서비스가 제공되기 전이나, 사용자 요구에 의해서 멀티미디어 서비스 종료된 후의 상태를 말하면, 사용자의 서비스 요구에 따라서, 클라이언트는 상기 정지 상태에서 초기 버퍼링 상태로 진입한다.

초기 버퍼링 상태는, 멀티미디어 재생을 하기 위한 초기 멀티미디어 데이터를 클라이언트 측에 전송하는 상태로서, 이 상태에서 전송되는 모든 멀티미디어 데이터는 클라이언트의 재생 버퍼에 저장되기만 하기 때문에 사용자는 서비스가 아직 시작되었다고 느끼지 못한다. 따라서 초기 버퍼링 상태에서는 안전한 서비스 시작을 위하여 모든 멀티미디어 데이터 전송에 대해 신뢰성을 제공하여야 한다.

그리고 서버로부터 전송된 멀티미디어 데이터에 의하여 재생 버퍼가 처음으로 가득 차게 되면, 클라이언트는 초기 버퍼링 상태에서 재생 상태로 천이된다.

재생 상태는, 재생 버퍼에 저장된 멀티미디어 데이터를 재생시켜 사용자가 서비스를 제공받으면서, 서버로부터 멀티미디어 데이터를 전달받아 계속 재생 버퍼에 저장하는 단계로서, 재생이 시작되면 클라이언트는 재생이 시작되었음을 서버 측에 알려야 한다. 재생 상태에서는, 클라이언트의 재생 버퍼를 고갈시키지 않으면서 일시적인 링크 오류 또는 혼잡에 의해 손실된 패킷을 복구할 수 있어야 한다.

상기와 같은 재생 상태에서, 네트워크 혼잡 등의 이유로 재생 버퍼가 고갈되면, 사용자가 서비스를 받지 못하고 대기하게 되는데, 이때를 버퍼링 상태라 한다.

버퍼링 상태에서 가장 중요한 문제는 시급한 서비스의 복구이며, 이것은 멀 티미디어의 품질보다 더 중요한 요구사항이 된다. 따라서 버퍼링 상태에서는 모든 멀티미디어 데이터를 빠르게 전달할 필요가 있다.

이어서, 상술한 클라이언트의 상태에 따라서 신뢰성 제공 시간인 라이프타임을 달리 설정하여, 최적의 서비스 품질을 제공하는 본 발명에 의한 멀티미디어 데이터 전송 방법에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법의 전체 흐름을 나타낸 순서도로서, 이를 참조하면, 본 발명에 의한 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법은, 정의 과정과, 초기 버퍼링 전송 과정과, 재생 전송 과정과, 버퍼링 전송 과정을 포함한다.

정의 과정, 즉, 단계 S201에서는, 기존 SCTP 규격에서 명시한 신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_RELIABLE) 이외에 새로운 비신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_UNRELIABLE)를 정의한다. 상기 신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_RELIABLE)는, SCTP 규격에 제시되어 있는 것으로서, 멀티미디어 데이터에 대하여 완전한 신뢰성 전송을 수행함을 의미한다. 즉, 모든 멀티미디어 데이터가 완전하게 클라이언트로 전송되도록 재전송 및 오류 복구 등과 같은 처리를 수행함을 의미한다. 이에 반하여, 비신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_UNRELIABLE)는 본 발명에서 버퍼링 상태에서의 빠른 서비스 복구를 위해 제안한 새로운 개념으로써, "신뢰성은 제공하지 않지만 적어도 한번은 전송한다."라는 의미로 정의된다. 기존의 부분적 신뢰 전송에서 라이프타임(lifeitme) 값을 작게 줄일 경우, 비신뢰 전송과 유사한 효과를 가져 올 수 있으나, 자칫 전송되기도 전에 라이프타임이 만료되어 전송 자체를 포기(abandon)하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 비신뢰 전송에서는, 반드시 한 번의 전송은 이루어지되, 이에 대한 신뢰성은 제공하지 않는다.

그리고 초기 버퍼링 과정에서는, 클라이언트 측으로부터 멀티미디어 서비스 시작이 요구되면(S202), 즉, 클라이언트가 정지 상태에서 초기 버퍼링 상태로 천이되면, 서버는, 클라이언트로 전송할 모든 멀티미디어 메시지에 대하여, 라이프타임의 값을 상기 신뢰 전송 상수로 설정하여, 멀티미디어 메시지에 대한 신뢰 전송을 수행한다(S203). 즉. 멀티미디어 메시지가 완전하게 클라이언트 측으로 전송될 때까지 재전송 및 오류복구를 보장하는 데이터 전송을 수행한다.

이어서, 재생 전송 과정에서는, 상기 초기 버퍼링 과정에 의하여 멀티미디어 데이터가 클라이언트 측으로 전송되어, 클라이언트가 재생 상태로 천이되면(S204), 서버는, 클라이언트 재생 버퍼의 상태 및 네트워크의 지연 상태에 따라서 각 멀티미디어 메시지의 라이프타임 값을 산출하고, 상기 산출된 라이프타임 동안만 멀티미디어 메시지의 신뢰성을 보장하는 부분적 신뢰 전송을 수행한다(S205).

그리고 버퍼링 전송 과정에서는, 네트워크 혼잡 등의 이유로 클라이언트 재생 버퍼가 고갈되면, 즉, 클라이언트 상태가 버퍼링 상태로 천이되면(S206), 모든 멀티미디어 메시지의 라이프타임을 상기 비신뢰 전송 상수로 설정하여, 한 번의 전송을 수행하되 신뢰성을 보장하지 않는 비신뢰 전송을 수행한다(S208). 상기 비신뢰 전송은 클라이언트의 상태가 재생 상태로 천이될 때까지 반복된다(S208).

그리고 버퍼링 상태에서 재생 상태로 천이되면, 상기 서버는 다시 상술한 재생 전송 과정을 수행하게 된다.

이하, 각 과정에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 초기 버퍼링 전송 과정의 상세 동작을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 상기 초기 버퍼링 전송 과정은 다음과 같이 이루어진다.

본 발명에 있어서, 서버는, 현재 클라이언트의 버퍼 상태 및 네트워크 지연 상태를 확인하기 위하여, 클라이언트 재생 버퍼의 상태를 나타내는 버퍼 상태 변수 B와 네트워크의 지연 상태를 나타내는 네트워크 상태 변수 RTT를 설정하여 초기화한다(S301). 상기 버퍼 상태 변수 B와 네트워크 상태 변수 RTT의 초기 값은 실제 네트워크 상황과 사업자의 정책에 따라 다를 수 있으므로 각각 BUF_INITIAL, RTT_INITIAL로 정의하며, 기본 값은 0으로 하고, 단위는 밀리초(ms)로 할 수 있다.

또한, 서버는 클라이언트의 상태를 기록하기 위하여, 클라이언트 상태 변수 Client.State를 정의하며, 서비스 시작 직후 이 값을 초기 버퍼링 상태(INITIAL_BUFFERING)로 설정한다(S302).

상기와 같이, 서버에서 모든 필요 변수의 초기화가 이루어지면, 클라이언트의 요구에 따라서 멀티미디어 데이터의 전송이 이루어지는데, 이때, 서버는 먼저, 상기 버퍼 상태 변수 B 및 네트워크 상태 변수 RTT를 현재 상태 값으로 갱신한다(S303). 상기 버퍼 상태 변수 B 및 네트워크 상태 변수 RTT의 갱신은, 클라이언 트로부터 주기적으로 버퍼 상태 정보 및 네트워크 상태 정보, 더 구체적으로는 RTT(Round Trip Time)값을 전송받아, 최근에 전송받은 값으로 상기 버퍼 상태 변수 B 및 네트워크 상태 변수 RTT를 설정함에 의해 이루어진다. 여기서, 네트워크 상태 변수 RTT는 초기 버퍼링 전송 과정에서는 불필요하므로, 상기 네트워크 상태 변수의 정의 및 갱신은 생략될 수 있다.

그리고 상기 서버는, 각 멀티미디어 메시지의 라이프타임(Lifetime)을 상기 정의 과정에서 정의된 신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_RELIABLE)로 설정하고(S304), 상기 신뢰 전송 상수로 라이프타임이 설정된 각 멀티미디어 메시지(SCTP 메시지)에 대한 신뢰 전송을 수행한다(S305).

그리고 상기 서버는, 매 멀티미디어 메시지의 전송 시마다, 상기 버퍼 상태 변수 B의 값이 상한값(B.Maximum) 이상인지를 확인하고(S306), 상기 상한값 이상이 아니면, 상술한 단계(S303~S305)를 반복 수행하여 멀티미디어 데이터의 신뢰성 있는 전송을 계속 수행한다. 반대로, 상기 버퍼 상태 변수 B의 값이 상한값 이상이면, 상기 클라이언트 상태 변수(Client.state)를 재생 상태(PLAYING)로 변경한다. 여기서 상한값(B.Maximum)은 클라이언트의 재생 버퍼의 최대값으로 단위는 밀리초(ms)이다.

일단 재생 버퍼가 가득 차게 되면, 클라이언트는 멀티미디어의 재생을 시작하고 이 상황을 서버 측에 보고하게 되며, 이후 서버는 상술한 재생 전송 과정을 수행하게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티 미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 재생 전송 과정의 상세 동작을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 있어서, 상기 재생 전송 과정의 목적은, 실시간 멀티미디어 데이터 전송의 서비스 품질 향상이며, 이를 위하여 본 발명에서는 다음 사항을 가정한다.

첫째, PR-SCTP 응용은 전송 계층에서 패킷 분할(Fragmentation)이 일어나지 않도록 1 x MTU(Maximum Transfer Unit) 이하로 멀티미디어 메시지의 크기를 맞추어 전송 계층으로 전달한다. 둘째, 프로토콜 차원에서의 일어나는 메시지 간의 전송 간격(예를 들어, 지연된 SACK 등에 따른 전송 간격)은 무시할 수 있다고 가정한다. 셋째, 클라이언트는 현재 자신의 상태를 일정 주기 간격 또는 상태 변화 시, 서버로 즉각 보고한다.

도 4를 참조하면, 재생 전송 과정에서, 서버는, 클라이언트의 버퍼 상태 및 네트워크 지연 상태를 확인하기 위하여, 상기 버퍼 상태 변수 B 및 네트워크 상태 변수 RTT를 현재 상태 값으로 갱신한다(S401). 앞서 설명한 바와 같이, 상기 버퍼 상태 변수 B의 단위는 밀리초(ms)이며, 이 변수 B의 값은 소정 주기(B.Interval)로 클라이언트로부터 보고되는 값으로 수정된다. 그리고 상기 주기(B.Interval) 사이에 멀티미디어 메시지의 전송이 이루어지는 경우에는, 서버에서 버퍼의 상태를 예측하여 갱신한다. 이에 대해서는 이후에 설명한다. 더하여, 상기 네트워크 상태 변수 RTT의 값도 클라이언트로부터 소정 주기(RTT.Interval)로 보고되는 값으로 갱신된다.

이 후, 상기 서버는, 전송할 멀티미디어 메시지에 대하여, 각각의 라이프타임을 산출하는데, 먼저, 이전 메시지와의 전송 간격 S를 측정하고(S402), 아래의 수학식 1에 의하여 라이프타임(Lifetime)을 산출한다(S403).

상기 수학식 1에서, B는 상기 버퍼 상태 변수의 값이고, S는 이전 메시지와의 전송 간격이고, RTT는 상기 네트워크 상태 변수의 값이고, α는 서비스 정책에 따라 적절한 상한선을 설정하기 위하여 가중치로서, 0보다 크고 1보다 작은 값 중에서 임의로 설정된다. 상기에서, 버퍼 상태 변수의 값과 네트워크 상태 변수의 값은 클라이언트로부터 주기적으로 보고됨에 의해 갱신되는데, 이때, 클라이언트로부터 버퍼 상태 변수가 보고되지 않은 경우에는 상기 수학식 1에서 RTT를 0로 하여 라이프타임을 산출한다.

상기와 같이 라이프타임이 산출되면, 서버는 상기 산출된 라이프타임동안만 신뢰성을 보장하면서 멀티미디어 메시지(SCTP)를 전송한다(S404). 즉, 해당 멀티미디어 메시지는 상기 산출된 라이프타임 동안만 재전송을 보장받는다. 이는, 설정된 라이프타임 안에 현재의 멀티미디어 메시지가 클라이언트로 전달되어야하는 것을 의미하며, PR-SCTP 입장에서는 이 시간동안 발생하는 오류에 대해서는, 복구를 수행하더라도 재생에는 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 따라서 재생 상태에서는, 클라이언트의 재생에 영향을 주지 않는 범위 내에서, 네트워크의 혼잡이나 링크 오류로 인한 손실이 복구되며, 결과적으로 UDP를 활용한 응용보다 서비스 품질이 향상될 수 있다.

상기와 같이 멀티미디어 메시지의 전송이 이루어진 후에는, 현재 전송한 멀티미디어 메시지의 재생 시간을 고려하여 상기 버퍼 상태 변수 B의 값을 수정하는데, 이를 위해서, 먼저 현재 전송한 멀티미디어 메시지가 얼마나 재생될 수 있는지를 나타내는 재생 시간 D를 산출한다(S405). 상기 재생 시간 D는 해당 멀티미디어 메시지의 길이(L)를 클라이언트에서의 재생 속도(R)로 나누어 구할 수 있다. 이때 보통 멀티미디어 메시지의 길이 L의 단위는 byte이며, R의 단위는 bps이므로, 버퍼 상태 변수 B의 단위(ms)와 일치시키기 위하여, 1000과 8을 더 곱하게 된다. 이후, 상기 버퍼 상태 변수 B의 값을 상기 산출된 재생 시간 D 만큼 증가시킨다(S406).

더하여, 본 발명은, 전송되지 못한 메시지에 의한 버퍼 상태 변화를 예측하기 위하여, SCTP notification 절차를 통하여 포기(abandon) 청크로 지정된 데이터가 있는 지를 확인하고(S407), 상기 확인 결과, 포기 청크가 존재하면, 상기 버퍼 상태 변수의 값에서 포기 청크의 재생 시간 D_N만큼을 감소시킨다(S408). 상기 포기 청크의 재생 시간은 앞서 단계(S405)에서의 재생 시간 D와 동일한 방식으로 이루어진다. 여기서, 포기 청크가 발생한다는 것은 데이터 청크의 손실로 인하여 재전송 요구가 있었으나, 라이프타임이 만료됨에 의해 해당 데이터 청크를 재전송 하지 않는 상황을 의미하며, 이에 본 발명에서는 상기 단계(S408)를 통하여 포기된 멀티미디어 메시지의 재생시간이 버퍼 상태 변수 B에 반영되지 않도록 한다.

상술한 단계들(S401~S408)은, 네트워크 혼잡 등의 이유로 버퍼가 고갈되기 전까지, 즉, 버퍼 상태 변수 B의 값이 0이 되기 전까지 반복되면, 버퍼 상태 변수 B가 0로 되면, 클라이언트 상태 변수(Client.state)를 버퍼링 상태(Buffering)로 변경하여, 버퍼링 전송 과정이 수행되도록 한다.

도 5는 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 버퍼링 전송 과정을 상세 흐름을 나타낸 순서도이다.

상기 버퍼링 전송 과정은, UDP에서처럼 모든 멀티미디어 메시지의 빠른 전달을 목적으로 한다.

이에, 서버는, 먼저 상기 버퍼 상태 변수 B 및 네트워크 상태 변수 RTT를 현재 상태 값으로 갱신한다(S501). 여기서, 버퍼링 전송 과정에서는 네트워크 상태 변수가 사용되지 않으므로, 상기 네트워크 상태 변수 RTT의 갱신은 생략될 수 있다.

그리고 상기 서버는, 라이프타임을 비신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_UNRELIABLE)로 설정하고(S502), 멀티미디어 메시지(SCTP 메시지)에 대한 비신뢰 전송을 수행한다(S503).

매 멀티미디어 메시지의 전송 후에, 상기 버퍼 상태 변수가 상한값(B.Maximum) 이상인지를 확인하여(S504), 상기 버퍼 상태 변수 B가 상한값 이상이 아니면, 상기 단계(S501)부터 반복하고, 상기 버퍼 상태 변수 B가 상한값 이상 이면, 상기 클라이언트 상태 변수(Client.state)를 재생 상태(PLAYING)로 변경하여 재생 전송 과정이 수행되도록 한다(S505).

앞서 설명한 바와 같이 버퍼링 상태는 예기치 않은 네트워크 상황으로 인하여 클라이언트에서 재생은 이루어지나, 멀티미디어 메시지가 전송되지 못하여, 재생 버퍼가 고갈되어, 사용자가 서비스를 받지 못하고 기다리는 상태이다. 따라서 본 발명은 버퍼링 상태에서 최대한 빨리 사용자가 서비스를 받을 수 있게 모든 메시지를 실시간으로 전송한다.

다음으로, 도 6은 본 발명에 의한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 의하여, 전송 계층에서 이루어지는 멀티미디어 메시지의 전송 과정을 상세하게 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 전송 계층은, 응용 계층으로부터 전송할 멀티미디어 메시지를 수신하면, 상기 멀티미디어 메시지에 설정된 라이프타임(Lifetime)값을 검사하고(S601~S603), 각 라이프타임 값에 따라서 메시지 전송을 수행한다.

즉, 라이프타임이 신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_RELIABLE)인 경우(S603), 상기 전송 계층은, SCTP 기본 규격에서 규정된 데이터 청크 처리 절차에 따라서 멀티미디어 메시지를 처리한다(S604). 더 구체적으로 설명하면, MTU 사이즈로 분할되고, TSN(Transmission Sequence Number)가 할당된 데이터 청크를 클라이언트로 전송하며, 클라이언트로 상기 데이터 청크가 정상 전송될 때까지, 상기 데이터 청크를 재전송한다.

그리고 라이프타임이 비신뢰 전송 상수(SCTP_LIFETIME_UNRELIABLE)인 경우(S602)에는, 우선적으로 MTU(Maximum Transfer Unit)의 크기에 따라 분할 작업을 수행하고, 각 분할된 데이터 청크에 TSN(Transmission Sequence Number)을 할당한 후, 상기 전송한 데이터 청크를 클라이언트로 전송한다(S605,S606).

그리고 데이터 청크의 전송 후, 상기 전송한 데이터 청크를 포기 청크(abandoned Chunk)로 지정한다(S607).

그리고 상기 포기 청크는 PR-SCTP의 포기 청크 처리 규칙에 따라서 처리된다(S608).

마지막으로, 라이프타임이 신뢰 전송 상수도 아니고 비신뢰 전송 상수도 아닌 경우, 즉, 일반 상수 값인 경우에, 서버는, 밀리초(ms) 단위의 라이프타임으로 인식하여, 해당 멀티미디어 메시지를 PR-SCTP의 확장 규격에 따라서 부분적 신뢰 전송을 수행한다(S609). 상기 단계(S609)에서는 데이터 청크 전송 전에 라이프타임의 만료 여부를 검사하는 데, 여기서 라이프타임이 만료되면, 해당 데이터 청크를 포기 청크(Abandoned Chunk)로 지정하고, PR-SCTP 확장 규격의 포기 청크 처리 절차에 따라서 처리한다(S608).

즉, 상기 단계(S608)에서는, 클라이언트로부터 포기 청크에 대한 재전송 요구가 들어오면, 클라이언트로 FORWARD_TSN 청크를 전송하여, 해당 데이터 청크의 재전송 요구를 철회시킨다.

상술한 바에 의하여, 본 발명은 전송 계층에서, 신뢰 전송 및 부분적 전송에 더하여, 한번은 전송하되, 신뢰성은 보장하지 않는 비신뢰 전송을 수행하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 실시간 멀티미디어 서비스 수행에 있어서, 클라이언트 상태 천이도이다.

도 2는 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 3은 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 초기 버퍼링 전송 과정의 상세 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 4는 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 재생 전송 과정의 상세 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 5는 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 버퍼링 전송 과정의 상세 흐름을 나타낸 순서도이다.

도 6은 본 발명에 의한 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법에 있어서, 전송 계층에서의 멀티미디어 메시지의 전송 과정을 상세히 나타낸 흐름도이다.

Claims (13)

1. PR-SCTP에 기초하여 서버가 클라이언트로 멀티미디어 데이터를 실시간 전송하는 방법에 있어서,

   서버가 실시간 멀티미디어 데이터 전송을 위한 라이프타임 상수로서, 모든 데이터에 대한 신뢰 전송을 보장함을 의미하는 신뢰 전송 상수와, 한 번의 전송을 보장하되 재전송은 하지 않음을 의미하는 비신뢰 전송 상수를 정의하는 정의 과정;

   클라이언트가 초기 버퍼링 상태인 동안, 서버가 모든 멀티미디어 데이터의 라이프타임을 신뢰 전송 상수로 설정하여, 신뢰 전송을 수행하는 초기 버퍼링 전송 과정;

   클라이언트가 재생 상태가 되면, 서버가 클라이언트의 버퍼 상태 및 네트워크 상태에 따라 각 멀티미디어 메시지의 라이프타임을 산출하여, 상기 산출된 라이프타임의 시간 동안 신뢰 전송을 수행하는 재생 전송 과정; 및

   클라이언트가 버퍼링 상태가 되면, 모든 멀티미디어 데이터의 라이프타임을 비신뢰 전송 상수로 설정하여, 모든 멀티미디어 데이터를 한번만 전송하고 재전송은 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 버퍼링 전송 과정을 포함하는 것을 특징으로 하되,

   상기 초기 버퍼링 전송 과정은

   클라이언트의 재생 버퍼 상태를 나타낸 버퍼 상태 변수를 설정하여 초기화하는 단계;

   클라이언트로부터 멀티미디어 서비스 요청이 있으면, 클라이언트 상태 변수를 초기 버퍼링 상태로 설정하는 단계;

   상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계;

   라이프타임을 신뢰 전송 상수로 설정하여, 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계;

   상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상인지를 확인하는 단계; 및

   상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이 아니면, 상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계부터 반복하고, 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이면, 상기 클라이언트 상태 변수를 재생 상태로 변경하는 단계를 포함하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 재생 전송 과정은,

   클라이언트의 재생 버퍼 상태를 나타낸 버퍼 상태 변수와 네트워크 지연 상태를 나타내는 네트워크 상태 변수를 설정하여, 현재 상태 값으로 갱신하는 단계;

   상기 버퍼 상태 변수의 값에 비례하고 네트워크 상태 변수의 값에 반비례하도록 전송할 멀티미디어 메시지의 라이프타임을 산출하는 단계;

   상기 산출한 라이프타임의 시간 동안 신뢰성을 보장하면서 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계;

   상기 버퍼 상태 변수가 0인지를 확인하는 단계; 및

   상기 버퍼 상태 변수가 0이 아니면, 상기 버퍼 상태 변수 및 네트워크 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계부터 반복 수행하고, 상기 버퍼 상태 변수가 O이면, 클라이언트 상태 변수의 값을 버퍼링 상태로 변경하는 단계를 포함하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 버퍼링 재생 과정은,

   클라이언트의 재생 버퍼 상태를 나타낸 버퍼 상태 변수를 설정하여, 현재 상태 값으로 갱신하는 단계;

   라이프타임을 비신뢰 전송 상수로 설정하여, 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계;

   상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상인지를 확인하는 단계; 및

   상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이 아니면, 상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계부터 반복하고, 상기 버퍼 상태 변수가 상한값 이상이면, 상기 클라이언트 상태 변수를 재생 상태로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 상한값은 클라이언트에 존재하는 재생 버퍼의 최대값인 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 버퍼 상태 변수를 현재 상태 값으로 갱신하는 단계는, 클라이언트로부터 주기적으로 버퍼 상태 정보를 전송받아, 가장 최근에 전송받은 버퍼 상태 정보로 상기 버퍼 상태 변수를 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 재생 전송 과정은,

   상기 버퍼 상태 변수가 0인지 확인하기 전에, 전송한 멀티미디어 메시지에 대한 클라이언트에서의 재생 시간을 산출하고, 상기 재생 시간만큼 상기 버퍼 상태 변수의 값을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 재생 전송 과정은,

   상기 버퍼 상태 변수가 0인지 확인하기 전에, 전송한 멀티미디어 메시지 중에서 재전송이 포기된 멀티미디어 메시지가 존재하는지 확인하여, 상기 재전송이 포기된 멀티미디어 메시지에 대한 클라이언트에서의 재생 시간만큼 상기 버퍼 상태 변수를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
9. 제3항에 있어서, 상기 현재 상태 값으로 갱신하는 단계는

   클라이언트로부터 주기적으로 버퍼 상태 정보 및 RTT(Round Trip Time)를 전송받아, 가장 최근의 버퍼 상태 정보 및 RTT 값으로 상기 버퍼 상태 변수 및 네트워크 상태 변수를 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
10. 제3항에 있어서, 상기 라이프타임을 산출하는 단계는,

    

    (여기서, B는 버퍼 상태 변수의 현재 값이고, S는 이전 메시지와의 전송 간 격이고, RTT는 네트워크 상태 변수의 값이고, α는 라이프타임의 상한을 설정하기 위한 가중치로서 0보다 크고 1보다 작은 값이다)

    에 의하여 라이프타임(Lifetime)을 산출하는 단계임을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 초기 버퍼링 전송과정 중 상기 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계는

    SCTP 기본 규격에 따라서 데이터 청크를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
12. 제3항에 있어서, 상기 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계는

    전송할 멀티미디어 메시지를 데이터 청크로 분할하고, 각 분할된 데이터 청크에 TSN(Transmission Sequence number) 할당하여, PR-SCTP 확장 규격의 데이터 청크 처리 방식에 따라서 처리하는 단계;

    라이프타임이 만료되었는지를 확인하여, 라이프타임이 만료되면 상기 데이터 청크를 포기 청크로 지정하고, PR-SCTP 확장 규격의 포기 청크 처리 방식에 따라 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.
13. 제4항에 있어서, 상기 멀티미디어 메시지를 전송하는 단계는

    라이프타임이 비신뢰 상수로 설정되면, 멀티미디어 메시지의 분할 및 각 분할된 데이터 청크에 대한 TSN(Transmission Sequence number) 할당을 수행하는 단계;

    상기 분할된 데이터 청크를 클라이언트로 전송하는 단계;

    전송한 데이터 청크를 포기 청크로 지정하는 단계; 및

    PR-SCTP 확장 규격의 포기 청크 처리 방식에 따라서 상기 포기 청크를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 품질 향상을 위한 PR-SCTP 기반 실시간 멀티미디어 데이터 전송 방법.

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