KR102330416B1 - 패킷 손실 탐지 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

패킷 손실 탐지방법 및 그를 위한 장치를 개시한다.
복수의 셋탑박스로부터 TS 손실 데이터를 획득하고, 동일한 시간에 TS 패킷의 손실이 발생한 셋탑박스 및 중계노드를 그룹화하며, 그룹 내에서 TS 패킷의 손실이 시작된 패킷 손실 포인트를 검출하는 패킷 손실 탐지방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

패킷 손실 탐지 방법 및 장치{Method and Apparatus for Detecting Packet Loss}
본 실시예는 패킷 손실 탐지방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
IPTV(Internet Protocol Television) 시스템은 인터넷망을 기반으로 디스플레이 장치를 통하여 실시간 방송, VOD 서비스, 및 전자 상거래 콘텐츠 등의 서비스를 복합적으로 제공한다.
IPTV 시스템에서는 컨텐츠 제공장치가 비디오 영상을 압축(부호화: Encoding)하여 IP 망(Internet Protocol Network)으로 전송하고, 셋탑박스(STB: Set-Top Box)는 IP 망으로부터 수신한 압축된 비디오 영상을 복호화(Decoding)하여 디스플레이 장치에 출력한다.
구체적으로 IPTV 시스템에서는 비디오 영상을 부호화하는 데 MPEG-2 표준(ISO/IEC 13818), H.246 및 HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 기반으로 한 코덱(Codec)을 사용한다. 이 경우 비디오 영상은 기본 스트림(ES: Elementary Stream, 이하 'ES'라 칭함)을 발생하기 위해, I, P, B 프레임과 같은 프레임(Picture)으로 부호화된다. ES에는 해당 영상 정보의 길이, 스트림 타입 등의 정보를 포함하는 헤더(Header)가 삽입되어 패킷화 기본 스트림(PES: Packetized Elementary Stream, 이하 'PES'라 칭함) 패킷(Packet)으로 변환된다. PES 패킷은 통신 네트워크 환경에서 송수신이 용이한 형태인 전송 스트림(Transport Stream: TS, 이하 'TS'라 칭함) 패킷으로 분할되고 분배된다. 즉, IPTV의 실시간 방송은 UDP over MPEG2 TS 패킷을 이용해서 전송되는데, 만약 TS 패킷의 전송과정에서 일부 패킷의 손실이 발생하면 셋탑박스에 의해 출력되는 비디오 영상이 끊기거나 소위 모자이크 출력이 나타나는 등 품질저하가 발생할 수 있다. 이러한 경우, TS 패킷 손실이 발생한 구간을 정확히 판단할 수 있으면, 정확한 품질개선 작업이 가능하다.
IPTV 시스템에서의 패킷 손실은 관리서버에 다양한 방법(예: SNMP 등)으로 보고되고 있다. 여기서, 관리서버에 보고되는 패킷 손실 시간은 단말기 예컨대, 셋탑박스에 설정되어 있는 시간으로 표시된다. 이러한 경우, 동일한 패킷 손실이더라도 손실 시간이 모두 다를 수 있고, 관리서버는 모든 단말기 각각에 설정되어 있는 시간을 동기화하기 어렵다. 예를 들면, 상위 네트워크 장비에서 패킷 손실이 발생하여 하위 셋탑박스들에 패킷 손실이 전달되는 경우, 하위 셋탑박스들은 패킷 손실이 발생한 것으로 관리서버에 보고한다. 하지만, 보고 시점에서 셋탑박스들의 시간이 동기화되어 있지 않으면 복수의 하위 셋탑박스들은 서로 다른 패킷 손실 시간을 보고하게 되어, 관리서버에서는 이들이 동일한 원인으로 인한 패킷 손실인 것으로 추정하기 어렵다.
이러한 시간 동기화 문제를 해결하기 위해서는 각 단말기의 시간보정을 위한 별도의 시간 동기화 서버 등을 구비하여야 한다. 한편, 시간 동기화 서버를 구비하더라도 각 단말기와 동기화하는 주기동안 시간이 경과함에 따라 각 단말기들 간의 시간 차이가 다시 발생하게 됨으로, 이러한 방법으로는 패킷 손실시간 등의 이벤트를 위한 정밀 시간보정이 어렵다.
본 실시예는 복수의 셋탑박스로부터 TS 손실 데이터를 획득하고, 동일한 시간에 TS 패킷의 손실이 발생한 셋탑박스 및 중계노드를 그룹화하며, 그룹 내에서 TS 패킷의 손실이 시작된 패킷 손실 포인트를 검출하는 패킷 손실 탐지방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 적어도 하나의 셋탑박스로부터 전송 스트림(TS: Transport Stream, 이하, 'TS'라 칭함) 손실 데이터를 획득하는 데이터 수집부; 상기 TS 손실 데이터를 분석하여 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스를 확인하는 데이터 분석부; 기 저장된 네트워크 토폴로지(Network Topology) 정보에 근거하여 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 확인하고, 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 기준으로 동일한 시간에 TS 패킷의 손실이 발생한 상기 패킷손실 셋탑박스 및 중계노드를 하나의 손실 그룹으로 그룹화하는 네트워크 확인부; 및 상기 손실 그룹 내에 포함된 상기 패킷손실 셋탑박스 및 상기 중계노드 중 패킷 손실이 시작된 패킷 손실 포인트를 검출하는 포인트 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 패킷손실 탐지장치가 TS 패킷의 손실을 탐지하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 셋탑박스로부터 TS 손실 데이터를 획득하는 데이터 수집과정; 상기 TS 손실 데이터를 분석하여 상기 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스를 확인하는 데이터 분석과정; 기 저장된 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 확인하고, 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 기준으로 동일한 시간에 TS 패킷의 손실이 발생한 상기 패킷손실 셋탑박스 및 중계노드를 하나의 손실 그룹으로 그룹화하는 네트워크 확인과정; 및 상기 손실 그룹 내에 포함된 상기 패킷손실 셋탑박스 및 상기 중계노드 중 패킷 손실이 시작된 패킷 손실 포인트를 검출하는 검출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 손실 탐지방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 복수의 셋탑박스에서 동시 다발적으로 TS 패킷 손실이 발생했을 때, TS 패킷 손실의 원인인 구간 및 노드를 검출할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 IPTV 서비스의 장애에 따른 불피요한 장애지시거의 발급을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 네트워크 토폴로지를 활용하여 TS 패킷 손실의 발생 지점을 검출할 수 있어 정확하고 신속한 품질개선이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 IPTV 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 패킷손실 탐지장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 패킷 손실 탐지방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 패킷 손실 탐지 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 패킷 손실을 탐지하기 위한 전송 스트림 손실 데이터의 구성도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 손실 시작 포인트를 검출하는 동작을 설명하기 위한 네트워크 토폴로지를 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 IPTV 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 IPTV(Internet Protocol Television) 시스템은 컨텐츠 제공장치(110), 중계노드(120), 셋탑박스(130) 및 패킷손실 탐지장치(140)를 포함한다.
컨텐츠 제공장치(110)는 IP 망을 기반으로 실시간 및 비실시간 영상, 음향 및 데이터 서비스를 제공한다. 영상의 경우, 컨텐츠 제공장치(110)는 무압축 비디오 영상을 압축(부호화: Encoding)하여 전송 스트림(TS: Transport Stream, 이하, 'TS'라 칭함) 패킷(Packet)으로 변환한 뒤, 중계노드(120)가 포함된 IP 망을 통하여 셋탑박스(130)로 TS 패킷을 전송한다. 여기서, 무압축 비디오 영상은 복수의 화상(Picture)으로 구성될 수 있고, 복수의 화상은 압축 과정을 통해 I 프레임, B 프레임 및 P 프레임으로 변환된다. TS 패킷은 영상 신호, 음향 신호, 데이터 신호가 다중화(Multiplexing)된 신호일 수 있다. 예를 들어, MPEG-2 규격의 영상 신호, 돌비 AC-3 규격 음향 신호 등이 다중화된 MPEG-2 TS가 될 수 있다.
본 실시예에 따른 컨텐츠 제공장치(110)는 MPEG-2 표준(ISO/IEC 13818), H.246 및 HEVC(High Efficiency Video Coding) 등을 기반으로 한 코덱(Codec)을 이용하여 비디오 영상을 부호화할 수 있다. 컨텐츠 제공장치(110)는 비디오 영상을 I 프레임, B 프레임, 및 P 프레임으로 구성된 기본 스트림(ES: Elementary Stream, 이하 'ES'라 칭함)으로 변환한다. ES는 복수의 프레임으로 구성된 GOP(Group of Pictures) 단위로 구분될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 GOP는 15개의 프레임으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
컨텐츠 제공장치(110)는 ES에 헤더(Header)를 추가하여 패킷화된 기본 스트림(PES: Packetized Elementary Stream, 이하 'PES'라 칭함)을 생성할 수 있다. PES 패킷은 PES 헤더와 PES 페이로드(Payload)로 구성될 수 있다. 여기서 PES 헤더는 영상 패킷에 관한 정보 예컨대, 영상 패킷 시작 지시자, 패킷 길이, 스트림 타입 등을 포함할 수 있다. PES 페이로드는 영상을 구성하는 프레임과 연관된 영상 정보 예컨대, 화면 정보 또는 오디오 정보 등을 포함할 수 있다.
컨텐츠 제공장치(110)는 PES 패킷에 TS 패킷 헤더를 삽입하여 TS 패킷으로 변환할 수 있다. TS 패킷은 통신 네트워크 환경에서 비디오 영상을 송수신이 용이한 형태로 변환한 패킷으로 컨텐츠 제공장치(110)로부터 셋탑박스(130)로 전송된다.
IPTV 시스템은 컨텐츠 제공장치(110) 및 셋탑박스(130) 간의 시각 기준의 일치를 위한 동기화가 필요하다. 예를 들어, 컨텐츠 제공장치(110)에서 셋탑박스(130)로 전송한 TS 패킷에 대해, 영상 및 음성 미디어 간, 컨텐츠 제공장치(110)의 엔코더(Encoder) 및 셋탑박스(130)의 디코더(Decoder) 간의 시각 기준의 일치를 위한 동기화가 필요하다. 이러한 이유로 컨텐츠 제공장치(110) 및 셋탑박스(130) 간에는 프로그램 클럭 참조 정보(PCR: Program Clock Reference, 이하 'PCR 정보'라 칭함)를 이용한다. PCR 정보는 컨텐츠 제공장치(110)의 인코더에 설정된 시간을 샘플링(Sampling)한 값으로, 하나의 채널 예컨대, PMT(Program Map Table) 테이블에 할당된 특정 PID(Packet IDentifier)에 적용되는 시간 기준을 의미한다. 셋탑박스(130)에서 PCR 정보는 오디오 및 비디오 재생시 기준 시각으로 사용된다. PCR 정보에 포함된 PCR Time(PCR 값)은 TS 패킷 헤더에서 48 비트(Bit)의 데이터 필드로 구성되며, 33 비트의 PCR_base 및 9 비트의 PCR_extension 영역으로 구분되고, 0.1 초 내에 최소 1회 이상 전송되도록 TS 패킷의 헤더에 주기적으로 삽입된다.
TS 패킷 내에 포함된 PCR 정보는 매우 정밀한 시간이기 때문에, 셋탑박스(130)는 패킷손실 탐지장치(140)로 PCR 정보를 포함하는 TS 손실 데이터를 전송하고, TS 손실 데이터를 수신한 패킷손실 탐지장치(140)는 셋탑박스(130)에서 발생한 패킷 손실 이벤트에 대해 절대적인 시간으로 비교할 수 있다.
중계노드(120)는 데이터 통신을 중계하는 장치로서, 송신 측에서 보낸 패킷데이터에 포함된 도착지 주소(Destination Address)를 확인하여 수신 측까지의 최적의 통신 경로를 지정한 후, 지정된 통신 경로를 통하여 데이터를 전송하는 장치를 말한다.
본 실시예에 따른 중계노드(120)는 복수의 노드로 구성될 수 있으며, 중계노드(120)의 최상위 노드는 컨텐츠 제공장치(110)와 연결된 노드이고 최하위 노드는 셋탑박스(130)와 연결된 노드를 의미한다. 여기서, 중계노드(120)에 포함된 복수의 노드는 링 토폴로지(Ring Topology), 메시 토폴로지(Mesh Topology), 스타 토폴로지(Star Topology), 라인 토폴로지(Line Topology), 버스 토폴로지(Bus Topology) 등의 다양한 네트워크 토폴로지 구조로 구성될 수 있다.
중계노드(120)는 컨텐츠 제공장치(110)로부터 TS 패킷을 수신하고, 수신된 TS 패킷을 지정된 통신 경로를 경유하여 셋탑박스(130)로 전송한다. 여기서, 중계노드(120)는 라우터(Router), 스위치(Switch), 리피터(Repeater), 중계기, 기지국, 브릿지(Bridge) 등을 포함한 개념으로 사용될 수 있다.
셋탑박스(130)는 컨텐츠 제공장치(110)로부터 중계노드(120)를 경유하여 전송된 TS 패킷을 수신하고, 수신된 TS 패킷을 역다중화(Demultiplexing) 및 복호화(Decoding)한다. 셋탑박스(130)는 TS 패킷을 역다중화 및 복호화한 영상 신호를 디스플레이 장치(미도시)로 전송하여 비디오 영상이 출력되도록 한다.
셋탑박스(130)는 중계노드(120)로부터 수신한 TS 패킷에 대해 TS 손실 데이터를 생성하고, 생성된 TS 손실 데이터를 패킷손실 탐지장치(140)로 전송한다. TS 손실 데이터에는 셋탑박스 ID, TS 손실 개수, PCR 정보 및 노드 위치정보 등을 포함한다. 셋탑박스 ID에는 셋탑박스(130)의 식별정보, TS 손실 개수에는 손실된 TS 패킷의 개수, PCR 정보에는 TS 패킷이 손실된 PCR Time(PCR 값), 노드 위치정보에는 셋탑박스(130)로 TS 패킷을 전송한 중계노드(120)의 논리적인 위치를 포함한다.
셋탑박스(130)는 기 설정된 주기로 TS 패킷의 수신 상태를 확인하며, 확인된 상태에 대한 TS 손실 데이터를 기 설정된 주기마다 패킷손실 탐지장치(140)로 전송한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 셋탑박스(130)로부터 TS 손실 데이터를 획득하고, TS 손실 데이터를 이용하여 TS 패킷이 손실된 중계노드(120) 또는 셋탑박스(130)의 위치를 탐지한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 동일한 채널에 대한 TS 손실 데이터를 분석하여 TS 패킷이 손실되었다고 보고한 패킷손실 셋탑박스(132)를 확인한다. 여기서, TS 손실 데이터는 셋탑박스 ID, TS 손실 개수, PCR 정보 및 노드 위치정보 등을 포함한다. 셋탑박스 ID는 셋탑박스(130) 각각을 식별하기 위한 식별정보를 의미하고, TS 손실 개수는 손실된 TS 패킷의 개수를 의미한다. PCR 정보는 하나의 채널 프로그램에 대한 기준이 되는 시간값으로, 동일 채널의 TS 패킷에 주기적으로 삽입되는 PCR Time(PCR 값)을 의미하고, 노드 위치정보는 셋탑박스(130)와 연결된 중계노드에 대한 위치정보를 의미한다. 여기서, 위치정보란, 네트워크 토폴로지 상에서 중계노드의 논리적인 위치를 의미한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수를 확인하여 TS 패킷 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(132)를 확인한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 기 저장된 네트워크 토폴로지(Network Topology) 정보에 근거하여 패킷손실 셋탑박스(132)의 위치를 확인하고, 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(132) 및 패킷손실 셋탑박스(132)와 연결된 중계노드(120)를 하나의 손실 그룹으로 그룹화한다. 여기서, 네트워크 토폴로지 정보는 컨텐츠 제공장치(110), 중계노드(120), 셋탑박스(130) 등의 논리적인 연결구조를 나타낸 망 구성 정보를 의미한다. 네트워크 토폴로지 상에서 최상위 노드는 컨텐츠 제공장치(110)와 가장 인접한 중계노드(120)일 수 있고, 최하위 노드는 셋탑박스(130)와 가장 인접한 즉, 셋탑박스(130)와 연결된 중계노드(120)일 수 있으며, 최상위 노드와 최하위 노드 사이에는 복수의 중계노드(120)가 포함될 수 있다.
패킷손실 탐지장치(140)는 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 패킷손실 셋탑박스(132)의 위치를 확인하고, 위치를 확인한 패킷손실 셋탑박스(132)와 동일한 PCR 정보를 갖는 패킷손실 셋탑박스(132)와 패킷손실 셋탑박스(132)의 상위에 위치하는 중계노드(120)들을 하나의 손실 그룹으로 그룹화한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 손실 그룹 내에 포함된 패킷손실 셋탑박스(132) 및 중계노드(120) 중 하나의 노드를 패킷 손실이 시작된 패킷 손실 포인트로 검출한다. 패킷손실 탐지장치(140)는 설정된 손실 그룹 내에서 최상위 노드를 검색하고, 검색된 최상위 노드에서 TS 패킷이 처음으로 손실된 것으로 판단하여, 최상위 노드를 패킷 손실 포인트로 검출한다. 한편, 패킷손실 탐지장치(140)는 손실 그룹 내에 패킷손실 셋탑박스(132)만 존재하는 경우 패킷손실 셋탑박스(132)에서 TS 패킷이 손실된 것으로 판단하여, 해당 패킷손실 셋탑박스(132)를 패킷 손실 포인트로 검출한다.
도 1에서 본 실시예에 따른 패킷손실 탐지장치(140)는 하나의 채널에 대한 패킷 손실 포인트를 검출하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 패킷손실 탐지장치(140)는 복수의 채널이 존재하는 경우 각각의 채널별로 TS 손실 데이터를 분류하고, 각각의 채널 별로 TS 손실 데이터를 기반으로 패킷 손실 포인트를 검출한다.
도 2는 본 실시예에 따른 패킷손실 탐지장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 패킷손실 탐지장치(140)는 데이터 수집부(210), 데이터 분석부(220), 네트워크 확인부(230) 및 포인트 검출부(240)를 포함한다.
데이터 수집부(210)는 셋탑박스(130)로부터 TS 손실 데이터를 획득한다. TS 손실 데이터는 기 설정된 주기마다 적어도 하나의 셋탑박스(130)로부터 전송되는 데이터로서, 셋탑박스 ID, TS 손실 개수, PCR 정보 및 노드 위치정보를 포함한다. 셋탑박스 ID는 셋탑박스(130) 각각을 식별하기 위한 식별정보를 의미하고, TS 손실 개수는 손실된 TS 패킷의 개수를 의미한다. PCR 정보는 하나의 채널 프로그램에 대한 기준이 되는 시간값으로, 동일 채널의 TS 패킷에 주기적으로 삽입되는 PCR Time(PCR 값)을 의미하고, 노드 위치정보는 셋탑박스(130)와 연결된 중계노드에 대한 논리적인 위치정보를 의미한다.
데이터 분석부(220)는 채널별로 TS 손실 데이터를 분류한다. 예를 들어, 적어도 하나의 셋탑박스(130)로부터 S*S 채널, K*S 채널 및 M*C 채널 등 3 개 채널에 대한 복수의 TS 손실 데이터를 획득하는 경우, 데이터 분석부(220)는 각각의 채널별로 TS 손실 데이터를 분류한다. 데이터 분석부(220)는 각각의 채널별로 TS 패킷의 손실 여부와 각각의 채널에서 처음으로 TS 패킷이 손실된 패킷 손실 포인트를 검출하기 위해 각각의 채널별로 TS 손실 데이터를 분류한다.
데이터 분석부(220)는 TS 손실 데이터를 분석하여 셋탑박스(130) 중 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(132)를 확인한다. 다시 말해, 데이터 분석부(220)는 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수를 확인하고, TS 손실 개수가 존재하는 셋탑박스(130)를 패킷손실 셋탑박스(132)로 확인한다. 예를 들어, 데이터 분석부(220)는 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수가 존재 즉, TS 손실 개수가 O 을 초과하는 경우, 해당 TS 손실 데이터에 포함된 셋탑박스 ID에 대응하는 셋탑박스(130)를 패킷손실 셋탑박스(132)인 것으로 판단한다. TS 손실 개수가 복수 개인 경우, 패킷손실 세탑박스(132)에서 동일한 시간 예컨대, 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 복수 개 손실된 것일 수 있다. 한편, 데이터 분석부(220)는 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수가 0 인 경우, TS 패킷의 손실이 발생하지 않은 것으로 판단한다.
네트워크 확인부(230)는 기 저장된 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 패킷손실 셋탑박스(132)의 위치를 확인하고, 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(132) 및 패킷손실 셋탑박스(132)와 연결된 중계노드를 하나의 손실 그룹으로 그룹화한다. 여기서, 네트워크 토폴로지 정보는 컨텐츠 제공장치(110), 중계노드(120), 셋탑박스(130) 등의 물리적인 연결 링크 또는 노드들을 나타낸 망 구성 정보를 의미하며, 최상위 노드는 컨텐츠 제공장치(110)와 가장 인접한 중계노드(120)일 수 있고, 최하위 노드는 셋탑박스(130)와 가장 인접한 즉, 셋탑박스(130)와 연결된 중계노드(120)일 수 있으며, 최상위 노드와 최하위 노드 사이에는 복수의 중계노드(120)가 포함될 수 있다. 네트워크 토폴로지 정보는 트리 토폴로지(Tree Topology) 형태인 것이 일반적이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 메시 토폴로지(Mesh Topology), 스타 토폴로지(Star Topology), 라인 토폴로지(Line Topology) 등의 형태일 수 있다.
네트워크 확인부(230)는 패킷손실 셋탑박스(132)의 위치를 확인하고, 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132)와 패킷손실 셋탑박스(132)의 상위 노드에 해당하는 중계노드를 하나의 손실 그룹으로 그룹화한다.
네트워크 확인부(230)는 각각의 패킷손실 셋탑박스(132)의 PCR 정보를 점검하여 서로 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132)를 확인한다. 네트워크 확인부(230)는 패킷손실 셋탑박스(132)에 대한 노드 위치정보를 이용하여 패킷손실 셋탑박스(132)의 상위 노드인 중계노드(120)를 파악한다. 여기서, 패킷손실 셋탑박스(132)의 상위 노드는 중계노드(120)의 최하위 노드인 것이 바람직하다.
네트워크 확인부(230)는 네트워크 토폴로지 상에서 동일한 레벨을 갖는 중계노드(120)의 TS 패킷 손실 여부를 확인하고, 동일한 레벨에 위치한 중계노드(120)가 모두 TS 패킷 손실이 발생한 경우, 중계노드(120)의 상위 노드에서도 TS 패킷 손실이 발생한 것으로 판단한다. 네트워크 확인부(230)는 이러한 방식으로 TS 패킷 손실이 발생하지 않은 상위 노드가 존재할 때까지 TS 패킷 손실 여부를 확인한다. 네트워크 확인부(230)는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132) 및 TS 패킷이 손실된 모든 중계노드를 포함하여 손실 그룹으로 그룹화한다.
네트워크 확인부(230)는 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132) 또는 중계노드(120)가 존재하지 않는 경우, 패킷손실 셋탑박스(132) 각각을 서로 다른 각각의 손실 그룹으로 설정할 수 있다. 단, 네트워크 확인부(230)는 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132) 또는 중계노드(120)가 존재하지 않는 경우, 손실 그룹을 설정하지 않고 서로 다른 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132) 각각을 패킷 손실 포인트로 검출할 수 있다.
포인트 검출부(240)는 TS 패킷이 최초로 손실되었다고 판단되는 패킷 손실 포인트를 검출한다. 포인트 검출부(240)는 손실 그룹 내에 포함된 패킷손실 셋탑박스(132) 및 중계노드(120) 중 하나의 노드를 패킷 손실이 최초로 시작된 패킷 손실 포인트로 검출한다.
최초의 패킷손실 포인트를 검출함에 있어서, 포인트 검출부(240)는 네트워크 확인부(230)가 설정한 손실 그룹 내에서 최상위 노드를 검색하고, 검색된 최상위 노드에서 TS 패킷이 처음으로 손실된 것으로 판단하여, 최상위 노드를 패킷 손실 포인트로 검출한다. 여기서, 최상위 노드는 중계노드(120) 중 하나일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 포인트 검출부(240)는 설정된 손실 그룹 내에 패킷손실 셋탑박스(132)만 존재하는 경우 패킷손실 셋탑박스(132)에서 TS 패킷이 처음으로 손실된 것으로 판단하여, 해당 패킷손실 셋탑박스(132)를 패킷 손실 포인트로 검출한다.
도 3은 본 실시예에 따른 패킷 손실 탐지방법을 설명하기 위한 순서도이다.
패킷손실 탐지장치(140)는 적어도 하나의 셋탑박스(130)로부터 TS 손실 데이터를 획득한다(S310). 여기서, 셋탑박스(130)는 기 설정된 주기, 예컨대 0.1 초마다 TS 손실 데이터를 패킷손실 탐지장치(140)에 전송하고, 패킷손실 탐지장치(140)는 TS 손실 데이터를 획득한다. TS 손실 데이터는 셋탑박스 ID, TS 손실 개수, PCR 정보 및 노드 위치정보 등을 포함한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 동일한 채널에 대한 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수를 확인한다(S320). 패킷손실 탐지장치(140)는 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수가 존재하면 TS 패킷의 손실이 발생한 것으로 판단하고, TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(132)를 확인한다. 여기서, 채널이란 IPTV의 영상 채널을 의미하며, 동일한 채널에 대한 TS 손실 데이터는 같은 채널에 대한 TS 패킷을 수신하는 복수의 셋탑박스(130)로부터 전송되는 데이터를 의미한다.
단계 S320에서 TS 손실 개수가 0 인 경우, 패킷손실 탐지장치(140)는 TS 패킷의 손실이 발생하지 않은 것으로 판단한다. 패킷손실 탐지장치(140)는 TS 패킷의 손실이 발생하지 않으면, 단계 S310으로 돌아가서 TS 손실 데이터를 획득하는 동작을 반복한다.
한편, 단계 S320에서 TS 손실 개수가 0 을 초과하여 1 개 이상의 TS 패킷이 손실된 것으로 판단된 경우, 패킷손실 탐지장치(140)는 TS 손실 데이터에 포함된 셋탑박스 ID에 대응하는 셋탑박스(130)를 패킷손실 셋탑박스(132)인 것으로 판단한다(S322).
패킷손실 탐지장치(140)는 TS 손실 데이터에 포함된 PCR 정보를 확인한다(S330).
단계 S330의 확인 결과, 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132)가 존재하지 않으면, 각각의 패킷손실 셋탑박스(132)를 패킷 손실 포인트로 검출한다(S332).
한편, 단계 S330의 확인 결과, 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132)가 복수 개 존재하면, 패킷손실 탐지장치(140)는 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132)의 노드 위치정보를 이용하여 패킷손실 셋탑박스(132)의 상위 노드인 중계노드(120)를 확인하여 동일한 PCR 정보를 갖는 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(132) 및 중계노드(120)를 하나의 손실 그룹으로 그룹화한다(S340).
패킷손실 탐지장치(140)는 기 저장된 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 네트워크 토폴로지 상에서 패킷손실 셋탑박스(132)의 위치를 확인하고, 패킷손실 셋탑박스(132)의 위치를 기준으로 동일한 시간에 TS 패킷의 손실이 발생한 중계노드(120)를 패킷손실 셋탑박스(132)와 묶어 그룹화한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 설정된 손실 그룹 내에서 최상위 노드를 검색하고(S350), 검색된 최상위 노드를 TS 패킷 손실이 시작된 패킷 손실 포인트로 검출한다(S360). 패킷손실 탐지장치(140)는 최상위 노드가 복수 개 존재하는 경우 복수의 최상위 노드를 모두 패킷 손실 포인트로 판단한다.
도 4는 본 실시예에 따른 패킷 손실 탐지 동작을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 본 실시예에 따른 패킷 손실을 탐지하기 위한 전송 스트림 손실 데이터의 구성도이다.
IPTV 시스템에서 컨텐츠 제공장치(110)는 중계노드(120)를 경유하여 복수의 셋탑박스(130)로 TS 패킷을 전송한다. 컨텐츠 제공장치(110)가 전송하는 TS 패킷 내에는 PCR 정보가 포함된다. PCR 정보는 하나의 채널에 대해 컨텐츠 제공장치(110)가 셋탑박스(130)로 TS 패킷을 전송할 때, 셋탑박스(130)의 디코더에서 컨텐츠 제공장치(110)의 인코더와 동기를 맞추기 위해 해당 채널의 기준이 되는 시간값을 의미한다.
패킷의 손실 없이 동작하는 IPTV 시스템에서 컨텐츠 제공장치(110)는 연속하는 복수의 TS 패킷들을 셋탑박스(130)로 전송하고, 셋탑박스(130)는 수신된 TS 패킷을 역다중화 및 복호화하여 디스플레이 장치(미도시)에 비디오 영상이 출력되도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, IPTV 시스템에서 컨텐츠 제공장치(110)는 연속하는 제1 TS 패킷들(410), 제2 TS 패킷들(420), 제3 TS 패킷들(430) 등을 셋탑박스(130)로 전송하는데 있어서, 어떤 이유로 인해 제2 TS 패킷들(420) 중 일부 TS 패킷이 손실될 수 있다. 일부 TS 패킷이 손실된 패킷손실 셋탑박스(132)에서는 제2 TS 패킷들(420)을 이용하여 출력하는 비디오 영상이 끊기거나 모자이크 현상이 발생하게 된다. 이러한 경우, 패킷손실 셋탑박스(132)는 손실된 TS 패킷과 관련된 정보를 포함하는 TS 손실 데이터를 패킷손실 탐지장치(140)로 전송한다. TS 손실 데이터는 해당 패킷손실 셋탑박스(132)의 식별 ID, 손실된 TS 패킷의 개수, 손실된 TS 패킷의 PCR 정보, 패킷손실 셋탑박스(132)와 연결된 상위 중계노드(120)에 대한 정보 등을 포함한다.
셋탑박스(130)는 기 설정된 주기마다 TS 패킷의 손실을 탐지하기 위한 TS 손실 데이터를 패킷손실 탐지장치(140)로 전송한다. TS 손실 데이터의 패킷구조는 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 TS 패킷에 손실이 발생하게 되면, 패킷손실 셋탑박스(132)는 TS 손실 데이터를 패킷손실 탐지장치(140)로 전송한다.
도 6은 본 실시예에 따른 손실 시작 포인트를 검출하는 동작을 설명하기 위한 네트워크 토폴로지를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 L0(610) 내지 L6(616)는 IP 망에서 패킷을 전송하는 중계노드(120)이고, L3 및 L4의 하위 셋탑박스는 정상적으로 TS 패킷이 수신된 셋탑박스이며, L5(614) 및 L6(616)의 하위 셋탑박스는 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스(620, 630)인 것으로 가정하여 설명하도록 한다. 도면의 예에서 L0(610)는 컨텐츠 제공장치(110)일 수 있으나, 컨텐츠 제공장치(110)와 가장 인접한 중계 노드(120)일 수 있으며, L3, L4, L5(614) 및 L6(616)는 중계 노드(120)의 최하위 노드를 의미한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 복수의 셋탑박스 각각으로부터 기 설정된 주기마다 TS 손실 데이터를 획득한다. 획득된 TS 손실 데이터로부터 패킷손실 탐지장치(140)는 TS 손실 데이터에 TS 손실 개수가 1 이상인 제1 셋탑박스 그룹(620) 및 제2 셋탑박스 그룹(630)을 확인한다. 여기서, 패킷손실 탐지장치(140)는 동일한 채널에 대한 TS 손실 개수를 확인하여 패킷손실 셋탑박스(620, 630)를 검출한다. 다시 말해, 패킷손실 탐지장치(140)는 각각의 채널별로 TS 손실 개수를 확인하고, 각각의 채널별로 TS 패킷의 손실이 존재하는 패킷손실 셋탑박스를 검출한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 도 6에 도시된 바와 같이, 기 저장된 네트워크 토폴로지 상에서 PCR 정보가 동일한 패킷손실 셋탑박스(620, 630)의 위치를 확인한다. 예를 들어, 패킷손실 탐지장치(140)는 PCR 정보가 동일한 제1 셋탑박스 그룹(620)의 위치를 확인하고, 제1 셋탑박스 그룹(620)의 셋탑박스에 대한 TS 손실 데이터를 기초로 상위 노드인 L5(614)의 위치를 확인한다. 또한, 패킷손실 탐지장치(140)는 PCR 정보가 동일한 제2 셋탑박스 그룹(630)을 확인하고, 제2 셋탑박스 그룹(630)의 셋탑박스에 대한 TS 손실 데이터를 기초로 상위 노드인 L6(616)의 위치를 확인한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 동일한 상위 노드를 갖는 레벨 2에 위치하는 L5(614) 및 L6(616)의 TS 패킷 손실 여부를 확인한다. 동일한 레벨에 위치하는 L5(614) 및 L6(616)에서 모두 TS 패킷이 손실된 경우, L5(614) 및 L6(616)의 상위 노드인 L2(612)에서도 TS 패킷이 손실된 것으로 판단하여 L2(612)의 위치를 확인한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 L2(612)와 동일한 레벨을 갖는 노드를 검색한다. L2(612)와 동일한 레벨 예컨대, 레벨 3에 위치하는 L1이 파악되었다고 가정할 때, L1에서 TS 패킷이 손실이 발생하였는지 확인한다. L1에서 TS 패킷 손실이 발생하지 않은 것으로 확인되면, L2(612)를 기준으로 L2(612) 이하에 연결된 모든 하위 노드를 하나의 손실 그룹(640)으로 그룹화한다.
패킷손실 탐지장치(140)는 설정된 손실 그룹(640)에서 최상위 노드를 검색하고, 검색된 L2(612)에서 TS 패킷이 처음으로 손실된 것으로 판단하여 L2(612)를 패킷 손실 포인트로 검출한다.
반면, L2(612)에 TS 패킷의 손실이 발생하지 않은 L7(미도시)이 존재하는 것으로 가정하면, 레벨 2에 위치하는 L5(614) 및 L6(616)에서는 TS 패킷 손실이 발생하였지만, L7(미도시)에서는 TS 패킷 손실이 발생하지 않았기 때문에 L2(612)에서도 TS 패킷이 손실되지 않은 것으로 판단한다. 따라서, 이러한 경우에는 L5(614) 및 L6(616) 이하에 연결된 모든 패킷손실 셋탑박스(620, 630)를 하나의 손실 그룹으로 그룹화하고, 손실 그룹 내에서 L5(614) 및 L6(616)가 패킷 손실 포인트로 검출된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예는 컨텐츠 서비스 제공 분야에 적용되어, 복수의 셋탑박스에서 동시 다발적으로 TS 패킷 손실이 발생했을 때, TS 패킷 손실의 원인인 구간 및 노드를 검출하고, 네트워크 토폴로지를 활용하여 TS 패킷 손실의 발생 지점을 검출할 수 있어 정확하고 신속한 품질개선이 가능한 효과를 발생하는 유용한 발명이다.
110: 컨텐츠 제공장치 120: 중계노드
130: 셋탑박스(130) 132: 패킷손실 셋탑박스
140: 패킷손실 탐지장치
210: 데이터 수집부 220: 데이터 분석부
230: 네트워크 확인부 240: 포인트 검출부

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 셋탑박스로부터 전송 스트림(TS: Transport Stream, 이하, 'TS'라 칭함) 손실 데이터를 획득하는 데이터 수집부;
    상기 TS 손실 데이터를 분석하여 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스를 확인하는 데이터 분석부;
    기 저장된 네트워크 토폴로지(Network Topology) 정보에 근거하여 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 확인하고, 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 기준으로 동일한 프로그램 클럭 참조 정보(PCR: Program Clock Reference, 이하 'PCR 정보'라 칭함)를 갖는 상기 패킷손실 셋탑박스 및 중계노드를 하나의 손실 그룹으로 그룹화하는 네트워크 확인부; 및
    상기 손실 그룹 내에 포함된 상기 패킷손실 셋탑박스 및 상기 중계노드 중 패킷 손실이 시작된 패킷 손실 포인트를 검출하는 포인트 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는,
    동일한 채널의 상기 TS 손실 데이터에 포함된 TS 손실 개수에 근거하여 상기 TS 패킷의 손실이 발생한 상기 패킷손실 셋탑박스를 확인하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 확인부는,
    상기 동일한 PCR 정보를 갖는 상기 패킷손실 셋탑박스 및 상기 패킷손실 셋탑박스와 연결된 상기 중계노드를 상기 손실 그룹으로 설정하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 네트워크 확인부는,
    상기 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 확인하고, 상기 동일한 PCR 정보를 갖는 상기 패킷손실 셋탑박스와 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 기준으로 상위 노드에 해당하는 상기 중계노드를 상기 손실 그룹으로 설정하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 포인트 검출부는,
    상기 손실 그룹의 최상위 노드를 상기 TS 패킷이 처음으로 손실된 상기 패킷 손실 포인트로 검출하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 네트워크 확인부는,
    상기 동일한 PCR 정보를 갖는 상기 패킷손실 셋탑박스 또는 상기 중계노드가 존재하지 않는다고 판단하는 경우, 상기 패킷손실 셋탑박스를 하나의 손실 그룹으로 설정하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포인트 검출부는,
    상기 손실 그룹 내에 상기 패킷손실 셋탑박스만 존재하는 경우 상기 패킷손실 셋탑박스에서 상기 TS 패킷이 처음으로 손실된 것으로 판단하여, 상기 패킷손실 셋탑박스를 상기 패킷 손실 포인트로 검출하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 수집부는,
    셋탑박스 ID, TS 손실 개수, 프로그램 클럭 참조정보 및 노드 위치정보를 포함하는 상기 TS 손실 데이터를 상기 적어도 하나의 셋탑박스로부터 기 설정된 주기마다 획득하는 것을 특징으로 하는 패킷손실 탐지장치.
  9. 패킷손실 탐지장치를 이용하여 TS 패킷 손실을 탐지하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 셋탑박스로부터 TS 손실 데이터를 획득하는 데이터 수집과정;
    상기 TS 손실 데이터를 분석하여 상기 TS 패킷의 손실이 발생한 패킷손실 셋탑박스를 확인하는 데이터 분석과정;
    기 저장된 네트워크 토폴로지 정보에 근거하여 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 확인하고, 상기 패킷손실 셋탑박스의 위치를 기준으로 동일한 프로그램 클럭 참조 정보(PCR: Program Clock Reference, 이하 'PCR 정보'라 칭함)를 갖는 상기 패킷손실 셋탑박스 및 중계노드를 하나의 손실 그룹으로 그룹화하는 네트워크 확인과정; 및
    상기 손실 그룹 내에 포함된 상기 패킷손실 셋탑박스 및 상기 중계노드 중 패킷 손실이 시작된 패킷 손실 포인트를 검출하는 검출과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 손실 탐지방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 네트워크 확인과정은,
    상기 동일한 PCR 정보를 갖는 상기 패킷손실 셋탑박스 및 상기 패킷손실 셋탑박스와 연결된 상기 중계노드를 상기 손실 그룹으로 설정하며, 상기 검출과정은 상기 손실 그룹 중 최상위 노드를 상기 TS 패킷이 처음으로 손실된 상기 패킷 손실 포인트로 검출하는 것을 특징으로 하는 패킷 손실 탐지방법.
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