KR20020007048A - 멀티캐스트 전송 기술을 이용한 효율적 노래방 서비스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서버의 부하 과다와 부족한 네트워크 자원으로 동영상 및 음성 데이터를 포함하는 멀티미디어 데이터를 인터넷을 통해 멀티캐스트 전송(Multicast Delivery) 기술을 사용하여 일반 가정(클라이언트)에서도 노래방 서비스를 원활하게 이용할 수 있도록 새로운 노래방 서비스 장치를 발명하였다.

MOD(Music-on-Demand) 장치의 성능을 최대화시키기 위해 고안된 새로운 노래방 장치는 특정의 인기 곡들의 경우 서비스 요청이 폭주한다는 사실에 따라 서버는 각 클라이언트들이 신청한 동일한 인기 곡들을 각각의 개별적인 단일(unicast)-채널을 사용하여 서비스하지 않고 이들을 한 개의 멀티캐스트 채널로 서비스를 제공함으로서 서버의 부하를 격감시킴과 동시에 부족한 네트워크 자원을 고갈시키지 않는 방식이다.

따라서 노래방 서버는 우선 클라이언트들로부터 몇 곡의 신청 곡을 예약 받게 되며, 특정 클라이언트 A의 첫 번째 예약 곡이 단일-신청 곡일 경우에는 단일-채널로 서비스를 제공하지만, 이후의 예약 곡(후-순위 신청 곡)들이 다른 클라이언트들의 신청 곡과 동일할 경우에 서버는 한 개의 멀티캐스트 채널을 통해 클라이언트 A의 후-순위 예약 곡들을 서비스하게 된다. 이때 클라이언트 A는 앞서 단일-채널로 첫 번째 신청 곡을 서비스 받음과 동시에 멀티캐스트-채널을 통해 서비스되는 후-순위 예약 곡을 장착된 소량의 버퍼에 저장한다. 결과적으로 클라이언트 A는 단일-채널을 통한 첫 번째 곡을 서비스 받은 다음에는 서버와 네트워크를 통하지 않고 직접 자신의 버퍼로부터 다른 후-순위 예약 곡을 서비스 받게 되는 방식을 사용한다.

따라서 발명된 노래방 시스템은 서버의 부하를 크게 줄일 수 있기 때문에 값이 저렴한 낮은 성능의 서버를 사용할 수 있음과 동시에 부족한 네트워크 자원을 고갈시키지 않고 효율적으로 노래방 서비스를 제공할 수 있다.

Description

멀티캐스트 전송 기술을 이용한 효율적 노래방 서비스 장치{Development of the Noraebang Service device using Multicast Delivery}

새로이 발명된 노래방 서비스 장치는 클라이언트들이 몇 개의 곡을 미리 예약하고, 서버는 첫 번째 클라이언트의 첫 번째 신청 곡은 즉시 단일-채널로 서비스를 제공하지만 이후의 후-순위 예약 곡들과 다른 클라이언트들이 신청한 예약 곡들은 모두 스케줄러를 사용하여 서로 비교하게 된다. 즉 다수의 클라이언트들로부터 신청된 예약 곡들 가운데 동일 곡의 유무를 판단하여 이들 신청 곡의 서비스를 위하여 서버는 단일-채널 또는 멀티캐스트-채널들을 할당하게 된다. 이와 함께 서버는 스케줄링 결과에 따라 단일-채널의 멀티캐스트 채널로의 전환 및 멀티캐스트-채널의 단일-채널로의 전환 또한 수행한다.

노래방 서버는 클라이언트들로부터 서비스 요청을 접수한 결과 "클라이언트 A"의 몇 개 예약 곡 가운데 첫 번째 예약 곡이 단일 신청 곡(예:노래 1)일 경우 서버는 단일(unicast)-채널을 할당하여 노래 1을 서비스한다. 이와 동시에 후-순위 예약 곡(예:노래 3)이 다른 클라이언트들의 선-순위 예약곡들과 동일할 경우 서버는 "노래 3"을 한 개의 멀티캐스트 채널로 할당하여 서비스를 제공하게 된다. 이때 "클라이언트 A"는 노래 1을 서비스 받음과 동시에 멀티캐스트 채널을 통해 전송되는 후-순위 예약 곡인 노래 3을 자신의 버퍼에 저장하여 단일-채널을 통한 노래 1의 서비스가 종료됨과 동시에 네트워크와 노래방 서버를 통하지 않고 클라이언트 측에 장착된 버퍼로부터 직접 노래 3을 서비스 받는 새로운 방법을 사용한다. 발명된 멀티캐스팅 전송 기술을 사용한 노래방 서비스 장치는 사용자(클라이언트)의 예약곡 수가 많을수록 소요되는 채널의 수가 크게 감소되어 성능이 낮은 값이 저렴한 서버로도 노래방과 같은 멀티미디어 서비스를 원활하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 부족한 네트워크 자원도 전혀 고갈시키지 않게 된다. 그리고 각 클라이언트(가정)에서 약 5곡 정도를 예약할 경우 버퍼의 크기도 불과 20MB 정도이기 때문에 클라이언트 측 수신장치의 제작에 있어서 버퍼의 장착으로 인해 추가되는 경제적인 부담이 거의 없게 된다.

두 번째 경우는 "단일-채널의 멀티캐스트-채널 전환"의 예로서 "클라이언트 A"가 신청한 "노래 1"이 단일-채널로 서비스되는 도중 "클라이언트 B"가 노래 1을신청할 경우 서버는 이미 서비스된 부분에 대해서는 클라이언트 B에게 단일-채널로 서비스함과 동시에 나머지 부분은 클라이언트 A와 함께 멀티캐스트로 서비스를 제공하게 된다. 서버는 클라이언트 A만을 위해 단일-채널로 서비스된 "노래 1"의 나머지 부분을 클라이언트 A와 B에 동시에 서비스하기 위해 이 단일-채널을 멀티캐스트 채널로 변환하게 된다. 따라서 클라이언트 B는 단일-채널로 노래 1의 초반부를 서비스 받음과 동시에 멀티캐스트-채널로 전송되는 노래 1의 나머지 부분은 자신의 버퍼에 저장하게 되며, 물론 클라이언트 A는 멀티캐스트-채널을 통해 서비스 받게 된다. 결과적으로 클라이언트 B는 "노래 1"의 나머지 부분은 서버와 네트워크를 통하지 않고 자신의 버퍼로부터 직접 서비스 받게된다.

세 번째 경우는 두 번째 경우와 유사한 경우로서 "멀티캐스트-채널의 단일-채널로의 전환" 예이며, 이는 다른 클라이언트들의 노래 K가 멀티캐스트-채널로 서비스되는 도중에 뒤늦게 클라이언트 A가 노래 K를 후-순위 예약곡으로 신청한 경우(이후 다른 클라이언트들이 노래 K를 신청하지 않은 경우)로서 이때 클라이언트 A는 선-순위 예약 곡을 서비스 받음과 동시에 노래 K의 후반부를 멀티캐스트-채널을 통해 버퍼에 저장하고, 선-순위 예약곡을 서비스 받은 다음 노래 K의 서비스를 위해 서버는 노래 K의 전반부를 단일-채널로 서비스한 다음 이어서 클라이언트 A는 단일-채널을 양도하고 두 번째 경우와 동일하게 버퍼로부터 서비스를 계속 받게 된다.

현재 멀티미디어 데이터를 인터넷을 통해 서비스할 경우 과도한 서버 부하로 인하여 고성능의 서버를 필요로 할뿐만 아니라 부족한 네트워크 자원을 고갈시키는큰 단점이 있으며, 또한 현재 기초적으로 제공되고 있는 노래방 서비스는 모든 경우를 단일-채널로 서비스하기 때문에 서버 부하의 과다로 인하여 서비스가 원활히 제공되지 못할 뿐만 아니라 일단 다운-로드 후 서비스가 개시되기 때문에 반드시 일정시간을 대기한 다음 서비스가 이루어지고 이어서 다시 다음 곡을 예약하는 등 매우 불편한 단점 또한 내포하고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 멀티캐스팅 전송기술과 새로운 캐슁(cacheing) 기술을 사용하여 낮은 성능의 값이 저렴한 서버를 사용하여 네트워크 자원을 고갈시키지 않는 새로운 형태의 멀티캐스팅 기술을 사용하여 실-시간(real-time)으로 보다 효율적인 노래방 서비스를 제공하는데 있으며, 클라이언트 측에 부가되는 버퍼의 용량은 5곡 정도의 노래를 저장할 경우 약 20MB 정도의 소량의 버퍼만이 필요하므로 시스템을 구현하는데 경제적인 부담이 거의 없게 되어 인터넷을 통한 노래방 서비스를 포함한 모든 멀티미디어 서비스에 기본적으로 사용될 수 있기 때문에 인터넷을 통한 주문형 서비스 분야(VOD, NOD, EOD)에 보다 값이 저렴한 하드웨어를 사용하여 양질의 서비스를 제공할 수 있다.

멀티미디어 정보 시스템은 텍스트, 이미지, 음성과 비디오를 포함하는 다양한 형태의 데이터들을 저장, 통신 및 표현하는 기술을 통합하는 분야로서 현재 교육, 의료와 오락 산업분야에 광범위하게 이용되고 계속적인 증가될 것이다. 이와 함께 멀티미디어 정보 서비스는 언제, 어디서나 사용자가 원하는 시점에 서비스가 제공되는 주문형(On-demand) 서비스의 형태로 발전하고 있다. 가정에서 시청할 수 있는 오락용의 VOD 서비스, 뉴스와 강의를 시청할 수 있는 NOD와 EOD 서비스 등으로 구분할 수 있다. 이와 함께 시청각교육, 원격영상회의, 홈쇼핑, 대화형 영화, 전자게임, 지리정보 시스템, 전자서적, 전자도서관 등도 멀티미디어 처리 분야에서 급속도로 개발되고 있다.

VOD, NOD와 EOD 같은 주문형 서비스를 제공하기 위해서는 다양한 데이터 스트림(stream)들을 필요로 하고, 실시간 검색(real-time retrieval) 및 매우 방대한 양의 데이터를 저장하여야 하기 때문에 우선적으로 초고속 네트워크, 대용량의 저장장치와 데이터 압축기술 및 지능을 갖춘 멀티미디어 서버의 개발과 같은 기술적인 발전이 필수적으로 이루어져야 한다. 이와 같은 기술적인 발전과 함께 영화, 음악과 뉴스 및 원격교육 등을 주문형으로 서비스를 제공할 수 있는 MOD 시스템의 실현을 위한 노력이 가속화되고 있다. 따라서 연속 매체(continuous media)인 비디오와 음성 신호는 물론 애니메이션과 같은 동영상 서비스를 실시간으로 제공할 수 있는 멀티미디어 서버의 설계에 대한 연구로서 음악과 동영상을 서비스하는 네트워크를 통한 노래방 서비스는 앞으로 수요가 크게 증가할 것으로 기대된다.

그리고 지금까지의 노래방 서비스를 포함하는 멀티미디어 전송방식은 unicast를 통한 단일 대역폭으로 일대일의 전송방식으로 이루어지고 있다. 이로 인한 부족한 네트워크상황에서 보다 나은, 보다 많은 소비자에게 데이터 전송을 위한 방식을 필요로 하게 되었다. 이를 해결하기 위한 기술 중 하나로 멀티캐스트 전송기법을 사용해 한번의 데이터 전송으로 다수의 소비자를 만족시킬 수 있게 된다. 그래서 지금까지의 unicast 전송방식으로의 한계를 극복할 수 있다.

노래방 서비스 장치의 발명은 현재의 부족한 네트워크 환경에서 서버 측과 수신자 측에서의 장치 발명을 통해 해결하려 했다. 그 기술로는 서버 측에서는 서버의 구성요소중 하나인 스케줄러를 통한다 - 도2. 그리고 해당 발명의 중심인 전송기술인 멀티캐스팅 전송기법을 사용해 노래방 서비스를 지원한다. 수신자 측에서는 set-top-box를 이용해 선 예약으로 적은 저장공간을 가지고 실시간( Real-time )전송을 할 수 있다 - 도3.

도 1은 노래방 시스템 블록도

도 2은 스케줄러 동작도

도 3은 Set-Top-Box 동작도

도 4은 클라이언트 측 장치

도 5은 서버 측 장치

도 6은 서비스 요청에 따라 소요되는 채널 수

멀티캐스팅 전송 기술을 사용한 노래방 서비스에 대한 장치는 멀티캐스팅 전송 노래방 서버 측 장치 와 클라이언트 측 을 구분하여 도4와 도5과 같이 구현된다.

1. 비디오 서버 및 저장장치

비디오 서버 및 저장장치는 노래의 특성 또는 사용자의 취향에 맞는 다양한 동영상이 저장되어 있고 또한 네트워크에 데이터 스트림을 전송한다. 물론 동영상 데이터는 MPEG I 또는 MPEG II로 압축되어 저장되어 있다. 동영상 스트림의 경우 뮤직비디오의 부재와 낮은 대역폭으로 인하여 소수의 대표화면(전원 풍경, 수영복 등)으로 브로드캐스트 또는 사용자의 취향에 맞게 멀티캐스트 방식으로 전송된다.

2. 오디오 서버 및 저장장치

악기 반주를 포함한 다양한 오디오 신호와 가사 등이 저장되고 네트워크에 데이터 스트림을 전송한다. 데이터는 CD 음질의 MP3로 압축되어 있다.

3. 스케줄러

스케줄러는 사용자 그룹들로부터 서비스 요청을 접수하여 서비스 가능 여부를 알려주고, 예약된 노래에 대해 서비스를 위한 스케줄을 잡음과 동시에 멀티캐스팅 전송이 가능한 노래를 선별하여 비디오 서버와 오디오 서버를 제어한다.

따라서 클라이언트 A로부터 요청이 접수될 경우 노래방 서버는 지금까지 다른 클라이언트들이 요청한 곡목들과 다를 경우 클라이언트 A에게 유니캐스트-채널을 할당하여 첫 번째 신청 곡을 서비스한다. 이후의 신청 곡들이 클라이언트 B(또는 C, D . . .)의 신청 곡과 동일할 경우 서버는 이들에게 멀티캐스트-채널을 할당하고 이어서 후 순위로 예약한 클라이언트들에게 버퍼 저장 토큰을 전송하여 이를 클라이언트들에게 알린다. 버퍼 저장 제어 메시지를 수신한 클라이언트들(클라이언트 A 포함)은 현재 서비스 중인 자신의 선 순위 예약 곡을 서비스 받음과 동시에 멀티캐스트-채널로 전송 중인 곡을 자신의 버퍼에 저장하여 선 순위 예약 곡을 서비스 받은 후 노래방 서버와 네트워크를 통하지 않고 자신의 버퍼로부터 후 순위 예약 곡을 서비스 받게 된다. 물론 이 곡을 선 순위 곡으로 예약했던 클라이언트들은 동일한 멀티캐스트-채널을 사용하여 네트워크를 통해 직접 서비스 받게 된다.

이와 같이 스케줄러는 서비스를 요청한 클라이언트들의 서비스 가능 여부는 물론 예약 곡들간의 중복 여부를 판단하여 유니캐스트 또는 멀티캐스트 채널을 할당할 뿐만 아니라 버퍼 저장 메시지의 전송과 같은 제어 메시지도 전송하여야 하며, 또한 서비스를 요청한 모든 사용자 그룹에게 이와 같은 프로그램의 스케줄 결과를 전송한다. 이 밖에 서비스할 수 있는 채널 수의 제한으로 요청이 거부될 경우 거부되는 회수를 나타내기 위한 계수기를 보유하고 있으며, 이는 다음 스케줄링에서 우선 순위를 갖도록 제어한다.

도2에 스케줄러의 동작 도를 나타내었다.

4. 네트워크

효과적인 멀티캐스트 전송을 구현하고, 사용자에게 서비스될 수 있는 QoS를 제공하기 위한 충분한 대역폭을 확보해야 한다. 여기서 충분한 대역폭이란 서버로부터 서비스되는 채널 당 소요되는 대역폭(오디오 신호의 경우 135Kbps)을 의미하며, 노래방 서버는 수백 개 이상의 채널을 지원할 수 있어야 한다. 이와 더불어 클라이언트로부터의 노래방 서비스의 요청, 정지 및 취소 기능과 같은 제어신호의 전달과 요청된 스트림에 대해 서버로부터의 데이터 전송과 서비스 요청의 허가 및 다른 채널로 전송되는 다른 스트림의 캐슁과 같은 제반 제어신호를 전달할 수 있도록 양방향 통신을 제공한다.

5. 수신장치

수신장치는 전송된 데이터 스트림을 수신하여 버퍼에 저장하고, 수신된 압축 스트림을 디코드하며 비디오 및 오디오 스트림을 각각 모니터에 디스플레이 함과 동시에 스피커를 구동한다. 수신장치는 버퍼가 장착되어야 하며 버퍼는 서버 측에 서비스 요청을 한 사용자 그룹의 예약된 노래들이 다른 채널로 서비스될 경우 서버 측의 제어에 의해 이들을 캐슁(caching)하고, 현재 유니캐스트 채널로부터 서비스되고 있는 요청된 노래가 종료될 경우 네트워크를 통해 서버에 연결하지 않고 부가된 버퍼로부터 요청된 노래를 디스플레이 하도록 한다.

본 문서에서 기술한 네트워크를 통한 새로이 발명된 노래방 서비스 장치는 부족한 네트워크 자원을 멀티캐스팅 전송 기법을 사용하여 요구되는 채널의 수를 크게 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 노래방 서버가 제공할 수 있는 노래의 곡목 수가 5000곡이고, 클라이언트들의 서비스 요청 율이 분당 100∼1000회일 경우 도6은 각 클라이언트들이 한 개 곡만을 요청할 때 unicast 서비스에 비해 채널 수가 49.6%로 줄어들 수 있다. 그러나 5개 곡을 예약할 경우 요구되는 채널의 수는 두 번째 예약 곡의 경우 16.3%로 줄어들고, 세 번째 예약 곡의 경우 8.3%로, 네 번째 예약 곡의 경우 5.7%로 감소되며, 또한 다섯 번째 예약 곡의 경우에는 불과 요구되는 채널의 수가 3.7%로 줄어들기 때문에 새로운 노래방 시스템의 성능이 크게 향상되고 있음을 알 수 있다.

따라서 멀티캐스팅을 사용한 새로운 노래방 시스템의 발명은 성능이 낮은 값이 저렴한 서버로도 서비스에 문제가 없을 뿐만 아니라 앞으로 발명된 스케줄링 기법과 멀티캐스팅 전송기술을 사용하여 VOD(video-on-demand)를 포함하는 모든 주문형 서비스를 위한 멀티미디어 서버로 사용될 수 있다.

Claims (1)

1. 스케줄러를 포함한 서버 측 장치(Server device including scheduler) 스트림 캐슁을 위한 클라이언트 측 장치(Client device for stream caching