KR102126325B1 - 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템 - Google Patents

가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템은 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비와 관련된 모든 소프트웨어에 해당하는 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)이 저장된 데이터 저장서버; 상기 데이터 저장서버에 저장된 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 설치하여 기존 헤드엔드 시스템의 기능을 수행함으로써 송신소의 송신기(Exciter)에 방송 데이터를 전달하는 복수의 방송사 서버; 및 상기 데이터 저장서버에 저장된 상기 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 상기 방송사 서버에 설치되도록 하기 위한 컨테이너를 저장관리 하면서, 복수의 상기 방송사 서버를 모니터링 하는 중앙관제 시스템;을 포함하여 하드웨어 혹은 전용 소프트웨어 기반의 방송장비를 탈피하고, 방송 송출과 관련한 일련의 기능들을 소프트웨어 단위로 모듈화하고 이를 퍼블릭(Public) 또는 프라이빗(Private) 클라우드 환경에서 방송서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템{HEADEND SYSTEM FOR TERRESTRIAL BROADCAST BASED ON VIRTUALIZED BROADCAST FRAME WORK}
본 발명은 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 하드웨어 또는 전용 소프트웨어 기반의 방송장비를 탈피하고, 제작, 편집, 편성 과정을 마친 미디어 데이터를 송출하기 위해 필요한 일련의 기능들을 소프트웨어 단위로 모듈화하고, 이를 퍼블릭(Public) E또는 프라이빗(Private) 클라우드 환경에서 방송서비스를 제공하기 위한 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템에 관한 것이다.
ATSC 3.0 방송 헤드엔드(Head-end) 시스템은 제작/편성 과정을 거친 미디어를 실제 방송 송출을 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이 L3 Switch, PTP Generator, UHD Encoder, CENC Scrambler, UHD MUX, CC Encoder, ESG/Signaling Server, Management Server, KVM/Monitor, Scheduler, 및 IP C/O 등과 같은 하드웨어로 구성된다.
각각의 시스템은 개별적인 서버나 전용 하드웨어 장비를 통하여 제작되고 설치되어, 국내의 경우 2017년 말부터 UHD 방송 송출에 사용되고 있다.
이와 같이 종래의 기술로 개발된 방송 헤드엔드 시스템은 개별적으로 구성된 시스템 체인을 각각 설치하여 복잡성이 증가하고 이종 장비 간 정합 과정에 많은 노력과 시간이 필요한 문제점이 있다.
또한, 이후 방송 운용을 위해 유지·보수 측면에서 시간적, 금전적으로 비용이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1502228호(2015. 03. 06)
상술한 문제점들을 해소하기 위해 본 발명은 헤드엔드 체인 전체를 가상화(Virtualization) 하여 개별적으로 구현된 기능을 하나의 서버 또는 클라우드 상에 탑재한 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 상술한 문제점들을 해소하기 위해 본 발명은 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비들(인코더/먹스/시그널링/게이트웨이)을 소프트웨어화하고, 클라우드 컴퓨팅 가상화 자원(가상머신) 환경에서 방송 송출 서비스(UHDTV, 멀티채널)의 자동 생성, 소멸, 갱신을 위한 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템은 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비와 관련된 모든 소프트웨어에 해당하는 방송 헤드엔드 요소기능(Broadcast Head-end Virtualized Component:BHVC)이 저장된 데이터 저장서버; 상기 데이터 저장서버에 저장된 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 설치하여 기존 헤드엔드 시스템의 기능을 수행함으로써 송신소의 송신기(Exciter)에 방송 데이터를 전달하는 복수의 방송사 서버; 및 상기 데이터 저장서버에 저장된 상기 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 상기 방송사 서버에 설치되도록 하기 위한 컨테이너를 저장관리 하면서, 복수의 상기 방송사 서버를 모니터링 하는 중앙관제 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템의 중앙관제 시스템은 상기 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)를 설치하기 위한 상기 컨테이너를 보관하고 헤드엔드 요소가 변경되는 경우 자동으로 상기 방송사 서버에 업데이트를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템의 방송사 서버는 도커(Docker)의 내부에 가상의 네트워크 스위치를 생성하여 내부 컨테이너 간에 멀티 캐스트 주소를 자동으로 할당하고 연결함으로써 헤드엔드 모듈을 설치하고, 상기 도커를 설치하고 해당 도커에 헤드엔드 장비와 관련된 복수의 소프트웨어를 얻어 각 방송사에 해당하는 복수의 스테이션을 구축할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템은 이전의 독립 모듈로 구성된 체인 시스템에 비해 유연성, 컴퓨팅 자원의 할당/재할당을 통한 시스템 효율의 극대화, 운영관리의 효율성이 높아지고, 새로운 서비스(채널의 추가/삭제 등)를 신속하게 적용할 수 있으므로 궁극적으로 사용자에게 QoS(Quality of Service)/QoE(Quality of Experience)의 향상을 가져다 줄 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템은 하드웨어 혹은 전용 소프트웨어 기반의 방송장비를 탈피하고, 방송송출과 관련된 일련의 기능들을 소프트웨어 단위로 모듈화하고 이를 클라우드 환경에서 방송서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 하드웨어 기반의 방송장비 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템을 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템의 모니터링 화면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템의 방송국 서버에 설치된 가상화된 소프트웨어로 구현된 ATSC 3.0 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템에서 최대 대역폭 초과 여부에 따른 서비스 자동 설정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템 대시보드(Dashboard: 100), 중앙관제 시스템(Master Node, Network Operation Center: 200), 방송사 서버(Worker Node, Local Private Cloud: 300), 데이터 저장 서버(Repository, Media Center:400)을 포함한다.
상기 대시보드(100)는 웹에서, 한 화면에서 전체 방송국의 가상화 시스템 현황을 다양한 정보를 바탕으로 중앙 집중적으로 모니터링 및 관리하도록 하는 사용자 인터페이스(UI) 기능을 수행 하는 사용자 단말기에 해당된다.
보다 구체적으로 상기 대시보드(100)는 내장된 지도를 통하여 각 지역에 위치한 방송사(Worker Node)별로 생성된 ATSC3.0 방송 헤드엔드 체인의 서비스 상태를 모니터링 할 수 있으며, 문제점 발생 시 알림 기능, 담당자와의 신속한 연락 채널 등을 제공한다
특히 상기 대시보드(100)는 의사 결정과 작업 분석에 적절한 정보 제공과 사용자 및 그룹 관리가 용이하고, 휴대형 PC와 웹(Web) 브라우저를 사용할 수 있는 모든 이동 또는 고정형 디바이스에서 지원이 가능하다.
나머지, 상기 중앙관제 시스템(Master Node:200), 방송사 서버(Worker Node:300), 및 데이터 저장서버(Media 400)에 대해 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이 상기 대시보드(100)에서 입력되는 제어신호에 의해 상기 중앙관제 시스템(200)은 상기 데이터 저장서버(400)에 상기 방송사 서버(300)로 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비들(인코더/먹스/시그널링/게이트웨이)에 대한 가상화된 소프트웨어를 제공할 수 있도록 제어한다.
상기 데이터 저장서버(400)는 상기 중앙관제 시스템(200)의 제어에 따라 저장된 데이터를 상기 방송사 서버(300)에 제공한다.
또한, 상기 중앙관제 시스템(200)은 상기 방송사 서버(300)에 상기 제공받은 가상화된 소프트웨어를 실행할 수 있도록 제어한다.
상기 중앙관제 시스템(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 마스터(Master)라고도 하며 상기 방송사 서버(300)에 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 설치하기 위한 컨테이너를 저장관리한다.
이때, 상기 중앙관제 시스템(200)은 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)를 설치하기 위한 상기 컨테이너를 보관하고 헤드엔드 요소가 변경되는 경우 자동으로 상기 방송사 서버(300)에 업데이트를 수행하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 중앙관제 시스템(200)은 상기 데이터 저장서버(400)에서 상기 방송사 서버(300)에 제공한 가상화된 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비들이 제대로 설치되어 정상적으로 작동하고 있는지 모니터링하고 관리한다.
상기 중앙관제 시스템(200)은 상기 데이터 저장서버(400)에서 상기 방송사 서버(300)에 제공한 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 가상화된 헤드엔드 장비들 중, Encoder, Packager, 및 Scheduler 장비들에 대한 소프트웨어 데이터가 복수의 상기 방송사 서버(300)에서 제대로 설치되어 정상적으로 작동하고 있는지 모리터링하고 관리할 수 있다.
예를 들어, 상기 방송사 서버(300)는 서울에 있는 방송사, 대전에 있는 방송사, 부산에 있는 방송사 등 복수의 방송사가 해당할 수 있고, 상기 중앙관제 시스템(200)은 복수의 방송사 서버(300)에 동시에 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비의 가상화된 소프트웨어 데이터가 상기 방송사 서버(300)에서 제대로 설치되어 정상적으로 작동하고 있는지 도 4에 도시된 바와 같은 화면을 통해 모니터링하고 관리할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템에서, 상기 데이터 저장서버(400)가 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비의 가상화된 소프트웨어 데이터를 상기 방송사 서버(300)에 제공하면, 상기 중앙관제 시스템(200)은 상기 방송사 서버(300)가 정상적으로 작동하고 있는지 도 4에 도시된 바와 같이 문제가 생기면 빨간색으로 표시하고, 문제가 없으면 초록색으로 표시하며, 문제 발생이 예상되는 위험한 상황이면 주황색으로 표시하여 모니터링이 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써 관리자로 하여금 신속한 점검을 유도한다.
상기 방송사 서버(300)는 기존 하드웨어에 해당하는 방송 헤드엔드 시스템 기능을 모두 포함한 가상화 시스템으로 종래의 방송장비 기능을 수행한다.
즉, 상기 방송사 서버(300)는 상기 데이터 저장서버(400)로부터 헤드엔드 장비의 가상화된 프트웨어 데이터를 제공받아 기존 헤드엔드 시스템의 역할을 하며 송신소의 송신기(Exciter)에 방송데이터를 전달한다.
상기 데이터 저장서버(400)는 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비와 관련된 모든 소프트웨어가 저장되어, 상기 중앙관제 시스템(200)의 제어를 받아 상기 방송사 서버(300)에 제공한다.
상기 방송사 서버 운용 단말(500)은 상기 방송사 서버(300)와 연결되어 운용자가 상기 방송사 서버를 웹으로 제어한다.
한편, 상기 방송사 서버(300)는 내부적으로 도커(docker) 네트워크가 포함되어 있는데 상세한 구조는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 도커 마스터 노드는 Encoder, Packager, 및 Scheduler가 각각 독립된 컨테이너(Container)에 저장되며 워커(Worker) 노드에 단일 또는 그 이상의 헤드엔드 체인(Headend Chain)을 구성하여 워커 노드 상에서 컨테이너 안에 소프트웨어 응용 프로그램들이 자동배치되고 이미지화되어 동작되도록 해준다.
이때, 상기 방송사 서버(300)는 상기 Encoder, Packager, 및 Scheduler의 멀티캐스트 주소를 자동으로 연결하여 설치 오류를 줄이는 것이 바람직하다.
즉, 상기 방송사 서버(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 도커의 내부 가상스위치를 생성하여 내부 컨테이너 간에 멀티 캐스트 주소를 자동으로 할당하고 연결함으로써 헤드엔드 모듈 설치를 수행한다.
또한, 할당된 물리 대역폭에 맞추어 서비스의 최대 설정 가능 치를 자동으로 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 방송사 서버(300)는 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비와 관련된 모든 소프트웨어의 스케줄러 파라미터를 설정하고 해당 스케줄러 전송 대역폭을 계산한다.
이때, 상기 방송사 서버(300)는 계산한 스케줄러 전송 대역폭을 전송하여 데이터 베이스부에 저장한다.
이후, 상기 방송사 서버(300)는 계산된 스케줄러의 전송 대역폭에 방송 서비스를 추가하고 스케줄러의 물리 대역폭을 확인하여 최대 대역폭의 초과여부를 판단한다.
그리고 나서 상기 방송사 서버(300)는 물리 대역폭의 최대 대역폭이 초과한 경우 방송 서비스 추가를 중지하고, 반대로 물리 대역폭의 최대 대역폭이 초과하지 않은 경우 인코더에 미초과 정보를 전달하여 방송 서비스를 추가함으로써 할당된 물리 대역폭에 맞추어 서비스의 최대 설정 가능치를 자동으로 설정할 수 있다.
한편, 대전 KBS 방송국을 생각했을 때, 방송국 내에 KBS 1이 있고 KBS 2가 있으면 방송이 두 개이므로 상기 방송사 서버(300)를 두 개 구축하여 스테이션을 두 개 만들 수 있다.
상술한 내용의 연장선상에서 본 발명에 따른 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템은 하나의 방송사 서버(300)에 두 개 이상의 복수의 스테이션을 구축할 수 있다. 방송사에서는 일반적으로 방송 송출의 안정성을 위해 주/예비 시스템을 동시에 운용하고 있다.
이를 위해 방송사에서는 하나 또는 복수의 물리 서버(300)를 구성하고 도커(Docker)를 설치하고 그 위에 방송 헤드엔드 장비와 관련된 복수의 소프트웨어를 마스터 노드로부터 얻어 각 방송사에 송신체인을 구성함으로써 복수의 스테이션을 구축할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 대시보드(Dashboard)
200 : 중앙관제 시스템(Network Operation Center)
300 : 방송사 서버(Local Private Cloud)
400 : 데이터 저장서버(Media Center)
500 : 방송사 서버 운용 단말

Claims (5)

  1. ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 헤드엔드 장비와 관련된 모든 소프트웨어에 해당하는 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)이 저장된 데이터 저장서버;
    상기 데이터 저장서버에 저장된 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 설치하여 기존 헤드엔드 시스템의 기능을 수행함으로써 송신소의 송신기(Exciter)에 방송 데이터를 전달하는 복수의 방송사 서버; 및
    상기 데이터 저장서버에 저장된 상기 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)을 상기 방송사 서버에 설치되도록 하기 위한 컨테이너를 저장관리 하면서, 복수의 상기 방송사 서버를 모니터링 하는 중앙관제 시스템;을 포함하되,
    상기 중앙관제 시스템은
    상기 방송 헤드엔드 요소기능(BHVC)를 설치하기 위한 상기 컨테이너를 보관하고 헤드엔드 요소가 변경되는 경우 자동으로 상기 방송사 서버에 업데이트를 수행하고,
    상기 방송사 서버는
    도커의 내부 가상스위치를 생성하여 내부 컨테이너 간에 멀티 캐스트 주소를 자동으로 할당하고 연결함으로써 헤드엔드 모듈을 설치하고,
    하나 또는 복수의 물리 서버를 구성하고 도커(Docker)를 설치하여 그 위에 방송 헤드엔드 장비와 관련된 복수의 소프트웨어를 마스터 노드로부터 얻어 각 방송사에 송신체인을 구성함으로써 복수의 스테이션을 구축할 수 있으며,
    상기 ATSC 3.0 지상파 방송 송출을 위한 스케줄러의 파라미터를 설정하여 상기 스케줄러의 전송 대역폭을 계산한 후, 해당 전송 대역폭에 방송 서비스를 추가하고 최대 대역폭의 초과 여부를 판단한 후, 초과한 경우 방송 서비스 추가를 중지하고, 초과하지 않은 경우 방송 서비스를 더 추가함으로써 할당된 물리 대역폭에 맞추어 서비스의 최대 설정 가능치를 자동으로 설정하는 것을 특징으로 하는 가상화된 방송 프레임 워크를 기반으로 한 지상파 방송 헤드엔드 시스템.
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