KR101904195B1 - 계층형 비디오의 캐싱 및 전달을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계층형 비디오의 캐싱 및 전달을 위한 기술로서, 일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템은 제1 사용자 단말로부터 관심 패킷을 수신하는 통신부, 상기 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색하는 콘텐츠 검색부, 및 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠가 검색되는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말에 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 알리는 D2D 링크 설정부를 포함할 수 있다.

Description

계층형 비디오의 캐싱 및 전달을 위한 시스템 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CACHING AND FORWARDING OF LAYERED VIEDEO}
본 발명은 계층형 비디오의 캐싱 및 전달을 위한 기술로서, 구체적으로는 기지국 보조 및 D2D(device to device) 통신 기능을 갖춘 ICN(Information-Centric Networking) 지원 셀룰러 네트워크에서 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 기술에 관한 것이다.
계층형 비디오의 캐싱은 라이브 스트리밍(Live Streaming)을 구현할 수 있다. 라이브 스트리밍 이란 비디오나 오디오 등의 컨텐츠를 다운로드 없이 실시간으로 사용자의 동영상 플레이어로 전송하여 재생하도록 하는 방식을 말한다. 온 디맨드 스트리밍(On-Demand Streaming)은 촬영과 편집을 거쳐 동영상 파일을 제작한 다음 사용자의 요구가 있을 때 동영상을 재생할 수 있도록 하지만, 라이브 스트리밍은 비디오와 오디오를 실시간으로 인코딩해 많은 사용자에게 동시에 보낼 수 있다. 이러한 스트리밍 기술의 발달로 인해 휴대폰을 통해서도 인터넷에서 다운로드를 기다릴 필요가 없고, 대용량의 하드디스크 또한 필요하지 않다.
라이브 스트리밍의 프로토콜은 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)/ RTP(Real-time Transport Protocol), RTMP(Real-Time Messaging Protocol) 등이 있다. 하지만, RTSP/ RTP 프로토콜의 경우, 서로 다른 네트워크 연결을 통해 데이터를 교환하기 때문에 방화벽이나 NAT(Network Address Translator)를 많이 사용하는 환경에서는 라이브 스트리밍이 원활하게 제공되지 않는 문제점이 있다.
한편, D2D(device to device) 통신은 단말 간 직접 통신으로서, 근거리에 있는 단말들이 기지국을 거치지 않고 단말 간 상호 통신이 가능한 기술이다. 대표적인 예로는 블루투스(Bluetooth), NFC(Near　Field　Communication), Wi-Fi Direct 등이 있다. 고용량 멀티미디어 콘텐츠 이용 증가로 모바일 트래픽이 급증하고 있고, 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시대의 도래로 기기간 통신량이 기하급수로 늘어날 것으로 예상되고 있어, D2D 통신 기술이 솔루션으로 주목 받고 있다.
한국공개특허 제2014-0128691호 "디바이스 대 디바이스 통신 시스템에서 자원의 분산 스케줄링 방법 및 장치" 한국공개특허 제2016-0090521호 "단말 협력 통신을 통한 스트리밍 제공 방법, 서버 및 시스템"
본 발명은 셀룰러 네트워크의 사용자 디바이스에서 사용 가능한 메모리를 활용하여 인기있는 비디오의 중요한 부분을 캐시하고 동일한 비디오를 보고 싶을 때 D2D 링크를 사용하여 가까운 다른 사용자와 공유하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인기있는 비디오의 가장 중요한 부분을 캐싱하고 고속 D2D 링크를 사용하여 서로에게 제공함으로써, 높은 수준의 경험(Quality of Experience, QoE)을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 D2D 통신에서 주파수 재사용을 통해 공간 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템은 제1 사용자 단말로부터 관심 패킷을 수신하는 통신부, 상기 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색하는 콘텐츠 검색부, 및 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠가 검색되는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말에 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 알리는 D2D 링크 설정부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 통신부는, 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말 중에서 적어도 하나로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 수신하고, 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 콘텐츠 프로바이더로부터 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말에 직접 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 D2D 링크 설정부는, 상기 설정된 D2D(device to device) 링크를 통해 상기 제2 사용자 단말에서 상기 제1 사용자 단말로 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 전송하도록 요청할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템은 연결된 모든 디바이스에서의 캐시된 콘텐츠 목록을 기록하고 유지하는 데이터베이스를 더 포함하고, 상기 콘텐츠 검색부는, 상기 유지되는 캐시된 콘텐츠 목록에서 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 데이터베이스는, LRU 정책에 따라 새로운 청크 및 발신 청크에 대한 가중치를 결정하고, 상기 결정된 가중치와 사용자 단말이 보유하는 콘텐츠에 목록을 서로 연관지어 기록하고 유지할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템은 사용자 단말에서 발생했던 요구들을 기준으로 비디오의 계층별 인기도를 산출하고, 산출된 인기도를 고려하여 상기 비디오의 각 계층별 가중치를 부여하며, 상기 부여된 가중치를 고려하여 사용자 단말기에 캐시하는 가중치 처리부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 제1 사용자 단말로부터 관심 패킷을 수신하는 단계, 상기 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색하는 단계, 및 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠가 검색되는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말에 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 알리는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말 중에서 적어도 하나로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 수신하는 단계, 및 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 콘텐츠 프로바이더로부터 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말에 직접 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠가 검색되는 경우, 상기 설정된 D2D(device to device) 링크를 통해 상기 제2 사용자 단말에서 상기 제1 사용자 단말로 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 전송하도록 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 연결된 모든 디바이스에서의 캐시된 콘텐츠 목록을 기록하고 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 콘텐츠를 검색하는 단계는, 상기 유지되는 캐시된 콘텐츠 목록에서 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 캐시된 콘텐츠 목록을 기록하고 유지하는 단계는, LRU 정책에 따라 새로운 청크 및 발신 청크에 대한 가중치를 결정하고, 상기 결정된 가중치와 사용자 단말이 보유하는 콘텐츠에 목록을 서로 연관지어 기록하고 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 사용자 단말에서 발생했던 요구들을 기준으로 비디오의 계층별 인기도를 산출하고, 산출된 인기도를 고려하여 상기 비디오의 각 계층별 가중치를 부여하는 단계, 및 상기 부여된 가중치를 고려하여 사용자 단말기에 캐시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 관심 패킷을 기지국으로 송신하는 단계, 상기 송신된 관심 패킷에 대한 응답으로, 상기 기지국으로부터 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 소유하는 사용자 단말의 목록을 수신하는 단계, 상기 수신된 사용자 단말의 목록 중에서 적어도 하나의 사용자 단말로 D2D(device to device) 링크의 설정을 요청하는 단계, 및 상기 요청을 수락하는 사용자 단말과 D2D(device to device) 링크를 설정하여 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 전달 받는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 상기 요청을 수락하는 사용자 단말이 없는 경우, 상기 기지국으로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 상기 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 송신한 경우, 상기 기지국으로부터 상기 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 전달 받는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 셀룰러 네트워크의 사용자 디바이스에서 사용 가능한 메모리를 활용하여 인기있는 비디오의 중요한 부분을 캐시하고 동일한 비디오를 보고 싶을 때 D2D 링크를 사용하여 가까운 다른 사용자와 공유할 수 있다.
일실시예에 따르면, 인기있는 비디오의 가장 중요한 부분을 캐싱하고 고속 D2D 링크를 사용하여 서로에게 제공함으로써, 높은 수준의 경험(Quality of Experience, QoE)을 얻을 수 있다.
일실시예에 따르면, D2D 통신에서 주파수 재사용을 통해 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템 다이어그램을 설명하는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전체 시스템을 설명하는 도면이다.
도 4는 기지국의 동작을 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 5는 송신자 노드의 동작을 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 6은 사용자 장비 및 수신자 노드의 동작을 구체적으로 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템 다이어그램(100)을 설명하는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 시스템 다이어그램(100)은 제안된 메커니즘은 일반적인 5G 셀룰러 네트워크에서 작동한다. 한 지역(120)에는 한 개의 매크로 기지국(110, MBS)과 여러 개의 작은 셀 기지국 (140, SBS)이 있다. 사용자, 즉 SBS(140)의 전송 범위(130)에 있는 MUE(150, Mobile Users Equipment)가 MBS(110)에 연결되고 나머지 사용자는 MBS(110)에서 직접 서비스를 제공한다. 시스템 내의 모든 디바이스는 CCN(Content Centric Networking)이 가능하다. 즉, 이들은 관심있는 형태로 패킷을 생성 및 전송하고 요청된 콘텐츠를 데이터 패킷의 형태로 수신할 수 있다.
관심 패킷은 마지막 부분이 H.264 / SVC 인코딩 된 비디오의 계층화된 정보를 전달하는 필수 데이터의 계층적 이름을 예를 들어 stream/segments/%00%01/layer1. 이런 식으로 담을 수 있다. 본 발명은 SBS가 작은 면적을 차지하고 있으며 동일한 SBS에 연결된 MUE(Mobile Users Equipment)가 블루투스, Wi-Fi 또는 밀리미터파와 통신을 사용하여 D2D 링크를 형성할 수 있다고 가정할 수 있다. SBS는 LCC(캐시 된 콘텐츠 목록)라고 하는 표와 같은 콘텐츠 저장소를 유지 관리한다. 이 LCC는 콘텐츠 이름(Content name), 해당 콘텐츠를 갖는 디바이스(Device(s) holding the content), 캐싱 가중치(Caching Weight)를 서로 연관지어 기록하는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 메커니즘에서, 컨텐트 서버는 각 컨텐트에 캐싱 가중치를 제공하고, CCN(Content Centric Networking) 노드는 CS(Contents Store)에서의 값을 유지하고 전달 시 데이터 패킷을 추가할 수 있다.
일례로, 본 발명은 셀룰러 네트워크의 사용자 디바이스에서 사용 가능한 메모리를 활용하여 인기있는 비디오의 중요한 부분을 캐시하고 동일한 비디오를 보고 싶을 때 D2D 링크를 사용하여 가까운 다른 사용자와 공유할 수 있다.
이로써, 본 발명에 따르면, 국내의 셀룰러 서비스 제공 업체가 제안된 솔루션을 정보 중심으로 계획된 미래의 구조에 배치하면 네트워크 내부의 트래픽 흐름을 줄일 수 있다. 예를 들면, 사용자는 가까운 사용자의 캐시에서 비디오를 찾고 고속 D2D 링크를 통해 얻을 수 있고, 사용자가 요청한 비디오를 신속하게 가져오고 시스템 처리량을 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라, D2D 통신에서 주파수 재사용으로 공간 효율성 향상시킬 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템(200)을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템(200)은 디바이스에서 인기있는 비디오의 가장 중요한 부분을 캐싱하고 고속 D2D 링크를 사용하여 서로에게 제공하기 위한 사용자의 협력을 가능하게 한다. 따라서, 사용자는 높은 수준의 경험(Quality of Experience, QoE)을 얻을 수 있다.
이를 위해, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템(200)은 통신부(210), 콘텐츠 검색부(220), 및 D2D링크 설정부(230)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신부(210)는 제1 사용자 단말로부터 관심 패킷을 수신할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 제1 사용자 단말은 인기있는 콘텐츠를 요청하는 단말로 해석될 수 있고, 제2 사용자 단말은 인기있는 콘텐츠를 유지하여 캐시로 사용될 수 있는 단말로 해석될 수 있다.
제1 사용자 단말은 관심 패킷을 생성하여 연결된 BS (MBS 또는 SBS)로 보낼 수 있다. SBS의 경우, LCC(List of Cached Content) 내의 콘텐츠를 검색하고, 발견되면, 요청한 MUE (Mobile Users Equipment)는 요청된 콘텐츠를 소유한 MUE (Mobile Users Equipment)의 리스트를 제공받을 수 있다. 요청하는 MUE (Mobile Users Equipment)는 콘텐츠를 얻기 위해 제공된 MUE (Mobile Users Equipment) 중 하나와 D2D 연결을 설정할 수 있다. 요청된 콘텐츠가 다른 MUE (Mobile Users Equipment)의 캐시에 존재하지 않으면 SBS는 요청된 콘텐츠를 검색하기 위해 자체 캐시에서 콘텐츠를 제공하거나 기존 CCN(Content Centric Networking)에 따라 관심을 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 콘텐츠 검색부(220)는 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색할 수 있다.
일실시예에 따른 D2D링크 설정부(230)는 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠가 검색되는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말에 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 알릴 수 있다. 예를 들어, D2D링크 설정부(230)는 설정된 D2D(device to device) 링크를 통해 상기 제2 사용자 단말에서 제1 사용자 단말로 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 전송하도록 요청할 수 있다.
일례로, 통신부(210)는 제1 사용자 단말 또는 제2 사용자 단말 중에서 적어도 하나로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 수신할 수 있다.
셀의 다른 전송 등의 이유에서, D2D 통신이 가능하지 않은 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 송신자 노드는 SBS에 알리고, 요청 된 데이터에 대해 기존의 전달 방법을 따를 수 있다. 즉, 통신부(210)는 요청된 콘텐트가 SBS 범위 내의 다른 노드의 캐시에 존재하지 않거나 D2D 링크가 가능하지 않은 경우, 자신의 캐시로부터 요청된 콘텐트를 전달하거나 CCN(Content Centric Networking)을 활용하여 콘텐츠를 전달할 수 있다.
즉, 통신부(210)는 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 콘텐츠 프로바이더로부터 제1 사용자 단말 또는 제2 사용자 단말에 직접 전달할 수 있다.
이 밖에도, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템(200)은 연결된 모든 디바이스에서의 캐시된 콘텐츠 목록을 기록하고 유지하는 데이터베이스(240)를 더 포함할 수 있다. 또한, 콘텐츠 검색부(220)는 유지되는 캐시된 콘텐츠 목록에서 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색할 수 있다.
일실시예에 따른 데이터베이스(240)는 LRU(Least Recently Used) 정책에 따라 새로운 청크 및 발신 청크에 대한 가중치를 결정하고, 상기 결정된 가중치와 사용자 단말이 보유하는 콘텐츠에 목록을 서로 연관지어 기록하고 유지할 수 있다.
또한, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템(200)은 가중치 처리부(250)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 가중치 처리부(250)는 사용자 단말에서 발생했던 요구들을 기준으로 비디오의 계층별 인기도를 산출하고, 산출된 인기도를 고려하여 상기 비디오의 각 계층별 가중치를 부여하며, 부여된 가중치를 고려하여 사용자 단말기에 캐시할 수 있다.
일례로, 가중치 처리부(250)는 총 요청과 대비되는 콘텐츠 요청 수를 고려하여 인기도를 산출할 수 있다. 구체적으로는, 아래 [수학식 1]을 이용해서 콘텐츠에 대한 인기도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017028667315-pat00001
[수학식 1]에서 α는 Zipf 분포의 왜곡을 나타내는 지수 값이고, M은 총 비디오 콘텐츠 수로 해석될 수 있다.
[수학식 1]에서는 비디오 콘텐츠의 인기를 총 요청과 비교하여 콘텐츠 요청 수로 정의할 수 있다. 즉, 비디오 컨텐츠의 인기는 Zipf Law를 사용하여 수학적으로 모델링될 수 있다. 지프 (Zipf) 인기도 분포에 따르면, 각 콘텐츠에는 순위가 지정되고 콘텐츠는 하위 순서로 배치될 수 있는데, 이에 따르면 가장 인기있는 콘텐츠가 순위가 1위를 차지할 수 있다. Zipf 법칙에 따라, 우리의 모델에서 순위 Ki를 갖는 콘텐츠 i의 빈도는 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 LCC에 캐시 된 모든 MUE (Mobile Users Equipment)의 기록을 유지하고 캐시 결정에서 MUE (Mobile Users Equipment)를 지원할 수 있다. LCC(List of Cached Content) 검색이 실패하고 BS가 자신의 CS 또는 다른 장소로부터 요청된 컨텐츠를 제공해야 하는 경우, 가중치 처리부(250)는 [수학식 2]에 따라 요청된 컨텐츠의 캐시 가중치를 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017028667315-pat00002
[수학식 2]에서
Figure 112017028667315-pat00003
는 콘텐츠의 캐시 비용이다. Ri는 Zipf 분포에 따른 콘텐츠의 순위이고 Li는 요청 된 콘텐츠의 계층이다. 기지국은 이
Figure 112017028667315-pat00004
에 데이터 패킷을 추가할 수 있고, MUE (Mobile Users Equipment)는 [수학식 3]에 따라 캐싱 결정을 내릴 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017028667315-pat00005
[수학식 3]에서
Figure 112018049657071-pat00006
는 LRU 캐시 대체 정책에 따라 MUE(Mobile Users Equipment)의 캐시에 있는 마지막 컨텐츠의 캐시 가중치이다. [수학식 3]에 따르면 사용자 단말은 들어오는 내용의 캐시 가중치가 LRU 내용의 캐시 가중치보다 크거나 같으면 내용을 캐시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전체 시스템(300)을 설명하는 도면이다.
본 발명에서는 이 그림은 D2D 통신 기능이 있는 ICN 지원 셀룰러 무선 액세스 네트워크에서 확장 가능한 비디오 스트리밍을 제공하기 위한 전체 시스템을 나타낸다. 시스템을 구성하는 각의 엔티티의 동작 방법은 이하 도 4 내지 도 6을 통해서 상세히 설명한다.
전체 시스템(300) 중 도면부호 310은 사용자 장비(UE)를 나타낸다.
사용자 장비(UE)는 인기있는 콘텐츠를 요청하는 단말로서 콘텐츠 소비 및 요청 생성을 다루는 구성 요소이다. 또한, 사용자 장비(UE)는 BS 및 다른 UE들과의 디바이스 통신을 수행하는 통신 모듈을 구비하고, 새로 도착한 콘텐츠 캐싱 결정을 처리할 수 있다.
한편, 사용자 장비(UE)는 콘텐츠 스토어와 연동할 수 있고, 저장 디바이스의 일부로 구현될 수도 있다. 일반적으로 콘텐츠 스토어는 사용자 장비(UE)의 내부 ROM 또는 SD 카드로 구현될 수 있다.
전체 시스템(300) 중 도면부호 320은 기지국(BS)으로서, 여러 개의 작은 셀 기지국(SBS) 또는 한 개의 매크로 기지국(MBS)을 포함할 수 있다.
기지국(BS)은 사용자 장비(UE)로부터 관심 패킷을 수신하고, 캐시된 콘텐츠 목록(LCC)에서 요청된 콘텐츠를 검색할 수 있다. 이때, 캐시된 콘텐츠 목록은 SBS와 연결된 모든 디바이스의 가상 캐시이다.
한편, 기지국(BS)은 검색 결과에 따라 송신자 노드에게 해당 데이터를 전송하기 위한 D2D 링크를 형성하도록 알릴 수 있다.
만약, D2D 통신이 가능하지 않은 경우 기지국(BS)은 송신자 노드를 통해 D2D 통신 실패를 확인하고, 요청된 데이터에 대해 기존의 전달 방법을 통해 전달할 수 있다.
도면부호 330은 유저 홀딩 데이터로 해석될 수 있고, 도면부호 340은 송신자 노드로 해석될 수 있다.
도면부호 340의 송신자 노드는 우선 밀리미터파 통신이 가능한지, 어떤 시선이 필요한지를 확인한 다음 데이터를 통해 통신할 수 있다. 또한, 밀리미터파 통신이 가능하지 않다면 Wi-Fi 통신을 찾을 수 있다. Wi-Fi 직접 연결도 가능하지 않은 경우에는 블루투스 통신을 확인하고, 블루투스 통신까지 불가능한 경우 D2D 링크 설정의 실패와 관련하여 SBS에 알릴 수 있다.
한편, 도면부호 350은 수신된 데이터 청크를 캐싱하기 위해 수신기 단말로 해석될 수 있다.
수신기 단말은 마음에 드는 데이터가 D2D 링크를 통해 전달되었는지 확인한 다음 요청된 컨텐츠를 무시할 수 있는데, 이를 통해 작은 셀에서 중복 된 데이터를 캐싱하지 않을 수 있다.
한편, 수신기 단말은 데이터 청크가 SBS로부터 직접 수신되면, 노드는 새로운 콘텐츠의 캐싱 가치를 평가할 수 있다. 새로운 수신 콘텐츠의 가중치는 LRU 정책에 따라 캐시의 마지막 콘텐츠의 가중치와 비교될 수 있다. 새로운 콘텐츠의 가중치가 더 크면 새 청크는 LRU에 따라 마지막 콘텐츠를 대체하여 캐시가 될 수 있다. 그렇지 않으면 콘텐츠 캐싱이 무시된다.
도 4는 기지국의 동작을 구체적으로 설명하는 도면이다.
계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 기지국을 통해 구현될 수 있다.
즉, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법에 따르면, 제1 사용자 단말로부터 관심 패킷을 수신할 수 있다(단계 410).
다음으로, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 검색할 수 있다. 이때, 캐시 된 콘텐츠 목록은 SBS와 연결된 모든 디바이스의 가상 캐시이다.
계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 관심 패킷에 해당하는 콘텐츠가 검색되었는지 여부를 판단하고(단계 430), 판단 결과 검색되었다면 송신자 노드에게 해당 데이터를 전송하기 위한 D2D 링크를 형성하도록 알린다(단계 440). 즉, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠가 검색되는 경우, 제1 사용자 단말 및 상기 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말에 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 알릴 수 있다.
한편, 단계 430의 판단 결과 검색되지 않았다면 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 일반적인 방식으로의 전송을 처리할 수 있다(단계 450). 또한, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 D2D 통신이 가능하지 않은 경우에는 송신자 노드로부터 관련 사실을 확인할 수 있다(단계 460).
즉, 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 방법은 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말 중에서 적어도 하나로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 수신하는 경우, 일반적인 방식으로의 전송을 처리할 수 있다(단계 450). 일례로, 관심 패킷에 상응하는 콘텐츠를 콘텐츠 프로바이더로부터 제1 사용자 단말 또는 제2 사용자 단말에 직접 전달하도록 요청하여 전송할 수 있다.
도 5는 송신자 노드의 동작을 구체적으로 설명하는 도면이다.
송신자 노드는 콘텐츠를 요청 받는 경우, D2D가 가능한지 여부를 판단할 수 있다(단계 510).
D2D가 가능한 경우에는 먼저, 밀리미터파 통신이 가능한지, 어떤 시선이 필요한지를 확인한 다음 데이터를 통해 통신한다(단계 520). 단계 530에서는 밀리미터파 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있는데, 밀리미터파 통신이 가능하지 않으면 Wi-Fi 통신을 찾는다(단계 540). 단계 550에서는 Wi-Fi 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있는데, Wi-Fi 직접 연결도 가능하지 않은 경우 블루투스 통신을 확인할 수 있다(단계 570). 단계 580에서는 블루투스 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있는데, 블루투스 통신이 가능하지 않은 경우 송신자 노드는 D2D 링크 설정의 실패와 관련하여 SBS에 알릴 수 있다.
밀리미터파 통신, Wi-Fi 통신, 블루투스 통신 중에서 어느 하나의 통신 가능하다면 링크 및 통신을 통해 사용자 장비와 통신할 수 있다(단계 560).
도 6은 사용자 장비(610) 및 수신자 노드(620)의 동작을 구체적으로 설명하는 도면이다.
사용자 장비(610)는 콘텐츠 소비 디스플레이를 이용해서 콘텐츠 소비 및 요청 생성을 다룰 수 있다(단계 611).
또한, 사용자 장비(610)는 통신 모듈을 포함할 수 있고(단계 612), 기지국 및 다른 사용자 장비들과의 디바이스 통신을 관리하는 역할을 한다.
사용자 장비(610)는 새로 도착한 콘텐츠 캐싱 결정을 처리한다(단계 613). 의사 결정은 수신자 노드(620)에서 설명된다.
한편, 콘텐츠 스토어(614, Content Store)는 UE 저장 디바이스의 일부로서, 디바이스의 내부 ROM 또는 SD 카드로 해석될 수도 있다.
수신자 노드(620)는 수신된 데이터 청크를 캐싱하기 위해 수신기 UE에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 수신자 노드(620)는 마음에 드는 데이터가 D2D 링크를 통해 전달되었는지 확인(단계 621)한 다음 데이터가 D2D 링크를 통해 전달되었다면, 요청 된 컨텐트를 무시할 수 있다(단계 623). 이는 작은 셀에서 중복된 데이터를 캐싱하지 않으려고 하기 때문이다.
만약, 데이터가 D2D 링크를 통해 전달되지 않았다면, 캐싱 여부를 판단해서 콘텐츠 스토어(614, Content Store)로부터 콘텐츠를 수집할 수도 있다.
한편, 데이터 청크가 SBS로부터 직접 수신되면, 노드는 새로운 콘텐츠의 캐싱 가치를 평가할 수 있는데, 새로운 수신 콘텐츠의 가중치는 LRU 정책에 따라 캐시의 마지막 콘텐츠의 가중치와 비교된다. 새로운 콘텐츠의 가중치가 더 크면 새 청크는 LRU에 따라 마지막 콘텐츠를 대체하여 캐시가 된다. 그렇지 않으면 콘텐츠 캐싱이 무시될 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하는 경우, 셀룰러 네트워크의 사용자 디바이스에서 사용 가능한 메모리를 활용하여 인기있는 비디오의 중요한 부분을 캐시하고 동일한 비디오를 보고 싶을 때 D2D 링크를 사용하여 가까운 다른 사용자와 공유할 수 있다.
또한, 인기있는 비디오의 가장 중요한 부분을 캐싱하고 고속 D2D 링크를 사용하여 서로에게 제공함으로써, 높은 수준의 경험(Quality of Experience, QoE)을 얻을 수 있고, D2D 통신에서 주파수 재사용을 통해 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
200: 계층 형 비디오 캐싱 및 전달 시스템
210: 통신부
220: 콘텐츠 검색부
230: D2D 링크 설정부
240: 데이터베이스
250: 가중치 처리부

Claims (16)

  1. 관심 패킷을 전송하는 제1 사용자 단말;
    상기 제1 사용자 단말과 동일한 이동통신 셀에 존재하며, 상기 관심 패킷에 상응하는 관심 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말; 그리고
    상기 관심 패킷을 수신하는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 제2 사용자 단말 사이에 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 제어하는 기지국을 포함하되,
    상기 기지국은,
    상기 제1 사용자 단말로부터 상기 관심 패킷을 수신하는 통신부;
    상기 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 상기 관심 콘텐츠를 검색하는 콘텐츠 검색부; 그리고
    상기 관심 콘텐츠가 검색되는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 제2 사용자 단말에 상기 D2D(device to device) 링크를 설정하도록 알리는 D2D 링크 설정부를 포함하고,
    상기 D2D(device to device) 링크의 설정에 성공하는 경우, 상기 제1 사용자 단말 및 상기 제2 사용자 단말은 상기 D2D(device to device) 링크를 통해 상기 관심 콘텐츠를 공유하고,
    상기 D2D(device to device) 링크의 설정에 대한 실패 메시지를 수신하는 경우, 상기 기지국은 상기 관심 콘텐츠를 상기 제1 사용자 단말에 직접 전달하고,
    상기 관심 콘텐츠가 상기 제2 사용자 단말로부터 수신되는 경우, 상기 제1 사용자 단말은 상기 관심 콘텐츠를 캐시하지 않고,
    상기 관심 콘텐츠가 상기 기지국으로부터 수신되는 경우, 상기 제1 사용자 단말은 상기 관심 콘텐츠의 가중치가 상기 캐시된 콘텐츠 목록의 최저 가중치보다 크면 상기 관심 콘텐츠를 캐시하는 비디오 제공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말 중에서 적어도 하나로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 수신하고,
    상기 관심 콘텐츠를 콘텐츠 프로바이더로부터 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말에 직접 전달하는 비디오 제공 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 D2D 링크 설정부는 상기 설정된 D2D(device to device) 링크를 통해 상기 제2 사용자 단말에서 상기 제1 사용자 단말로 상기 관심 콘텐츠를 전송하도록 요청하는 비디오 제공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 연결된 모든 디바이스에서의 상기 캐시된 콘텐츠 목록을 기록하고 유지하는 데이터베이스를 포함하고,
    상기 콘텐츠 검색부는 상기 캐시된 콘텐츠 목록에서 상기 관심 콘텐츠를 검색하는 비디오 제공 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 데이터베이스는 LRU(Least Recently Used) 정책에 따라 새로운 청크 및 발신 청크에 대한 가중치를 결정하고, 상기 결정된 가중치와 사용자 단말기들이 보유하는 콘텐츠의 목록을 서로 연관지어 기록하고 유지하는 비디오 제공 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은 사용자 단말기들에서 발생했던 요구들을 기준으로 비디오의 계층별 인기도를 산출하고, 산출된 인기도를 고려하여 상기 비디오의 각 계층별 가중치를 부여하며, 상기 계층별 가중치를 고려하여 사용자 단말기들에 캐시하는 가중치 처리부를 포함하는 비디오 제공 시스템.
  7. 제1 사용자 단말로부터 관심 패킷을 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 기지국에서 상기 관심 패킷을 수신하면, 캐시된 콘텐츠 목록에서 상기 관심 패킷에 상응하는 관심 콘텐츠를 검색하는 단계;
    상기 관심 패킷에 대한 응답으로, 상기 기지국으로부터 상기 캐시된 콘텐츠 목록을 상기 제1 사용자 단말로 전송하는 단계;
    상기 제1 사용자 단말에서, 상기 캐시된 콘텐츠 목록 중 상기 관심 콘텐츠를 보유하는 제2 사용자 단말로 D2D(device to device) 링크의 설정을 요청하는 단계;
    상기 D2D(device to device) 링크의 설정에 성공하는 경우, 상기 제2 사용자 단말로부터 상기 관심 콘텐츠를 상기 제1 사용자 단말로 전송하는 단계;
    상기 D2D(device to device) 링크의 설정에 실패하는 경우, 상기 기지국으로부터 상기 관심 콘텐츠를 상기 제1 사용자 단말로 전송하는 단계;
    상기 관심 콘텐츠가 상기 제2 사용자 단말로부터 전송되는 경우, 상기 관심 콘텐츠를 상기 제1 사용자 단말에 캐시하지 않는 단계; 그리고
    상기 관심 콘텐츠가 상기 기지국으로부터 전송되는 경우 상기 관심 콘텐츠의 가중치를 결정하고, 상기 관심 콘텐츠의 가중치가 상기 캐시된 콘텐츠 목록의 최저 가중치보다 큰 경우 상기 제1 사용자 단말에서 상기 관심 콘텐츠를 캐시하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 사용자 단말은 상기 제1 사용자 단말과 동일한 이동통신 셀에 포함되는 비디오 제공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 관심 콘텐츠를 상기 제1 사용자 단말로 전송하는 단계는,
    상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말 중에서 적어도 하나로부터 D2D(device to device) 링크 설정에 대한 실패 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 관심 콘텐츠를 콘텐츠 프로바이더로부터 상기 제1 사용자 단말 또는 상기 제2 사용자 단말에 직접 전달하는 단계를 포함하는 비디오 제공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 관심 콘텐츠를 검색하는 단계는,
    상기 D2D(device to device) 링크를 통해 상기 제2 사용자 단말에서 상기 제1 사용자 단말로 상기 관심 콘텐츠를 전송하도록 요청하는 단계를 포함하는 비디오 제공 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 캐시된 콘텐츠 목록은 LRU 정책에 따라 새로운 청크 및 발신 청크에 대한 가중치를 결정하고, 상기 결정된 가중치와 사용자 단말기들이 보유하는 콘텐츠의 목록을 서로 연관지어 기록하고 유지하는 비디오 제공 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기지국은 사용자 단말기들에서 발생했던 요구들을 기준으로 비디오의 계층별 인기도를 산출하고, 산출된 인기도를 고려하여 상기 비디오의 각 계층별 가중치를 부여하며, 상기 계층별 가중치를 고려하여 사용자 단말기들에 캐시하는 비디오 제공 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제7항 내지 제9항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 비디오 제공 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
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