KR20020021415A - Method for Internet Broadcast-Purpose Audio/Video Streaming Accelerator and Its System - Google Patents
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Abstract
Description
일반적인 인터넷 방송용 시스템을 구축하는 방식은 도 3과 같다. 이때 스트리밍 서비스를 하기 위해서 저장장치(29)로부터 막대한 양의 데이터를 엑세스 하여야 하므로, 스트리밍 서버(25)와 스토리지 장치(29)간의 병목현상이 발생한다. 또한, 스트리밍 서버(25)는 다수의 고객(21)의 스트리밍 요구를 처리해야 하기 때문에, 연산장치의 부하가 많아지며 또한 병목현상이 발생한다. 이러한 병목현상을 해결하기 위해서는 고성능의 서버(25)와 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks) 스토리지(29)를 사용하여 시스템을 구성하는 것이 일반적이다.A method of constructing a general internet broadcasting system is illustrated in FIG. 3. In this case, since a huge amount of data must be accessed from the storage device 29 for the streaming service, a bottleneck between the streaming server 25 and the storage device 29 occurs. In addition, since the streaming server 25 has to handle streaming requests of a plurality of customers 21, the load on the computing device becomes high and a bottleneck occurs. In order to solve this bottleneck, it is common to configure a system using a high-performance server 25 and a redundant array of inexpensive disks (RAID) storage 29.
스트리밍 서버는 자체에 스트리밍 서비스를 위한 소프트웨어(예: Windows Media Technology, Real System G2)를 포함하고 있다. 이러한 소프트웨어는 일반적으로 많이 사용하는 오디오와 비디오 파일(AVI,MOV, MPEG, WAV, MIDI, VRML 등)을 직접 스트리밍할 수 있다. 즉, WAV 또는 AVI와 같은 파일을 전용 포맷 파일로 변환하지 않고서도 실시간 전송을 할 수 있다. 하지만, 고성능의 스트리밍 서버(25)는 서버 자체의 단가와 스트리밍 서비스를 위한 서버급 운영체체를 유지해야 하므로 비용이 비싸고, 스토리지의 확장이 용이하지 않으며, 하나의 서버가 고장이 발생하였을 때 전체 시스템의 성능에 막대한 영향을 미치게 된다.The streaming server itself includes software for streaming services (eg Windows Media Technology, Real System G2). Such software can directly stream commonly used audio and video files (AVI, MOV, MPEG, WAV, MIDI, VRML, etc.). In other words, real-time transmission can be performed without converting a file such as WAV or AVI into a dedicated format file. However, the high performance streaming server 25 is expensive because it must maintain the cost of the server itself and a server-class operating system for the streaming service, it is not easy to expand the storage, and when one server fails, This will have a huge impact on performance.
본 발명은 인터넷에서 멀티미디어 데이터, 특히 오디오/비디오 데이터를 효율적으로 스트리밍 전송하기 위한 장치에 관한 것이다. 스트리밍을 담당하는 서버는 여러 가입자에게 데이터를 전송하여야 하므로 많은 부하와 연산량이 필요하다. 이를 스트리밍을 담당하는 전용 장치를 이용하여 부하를 분산시킬 필요가 있다. 이를 실현하기 위해서는 스트리밍 전용 장치를 서버의 외부에 두고, 서버와 통신을 하며 동시에 스토리지로부터 데이터를 엑세스하는 시스템을 생각할 수 있다. 서버와 스트리밍 전용 장치간에 인터페이스는 다음의 조건을 만족해야 한다. 서버는 기존의 프로그램의 변경 없이, 혹은 간단한 변경으로 스트리밍 전용장치에 스트리밍에 관한 명령을 내리고, 상태를 관측할 수 있어야 한다. 또한, 스트리밍 전용장치의 기능은 서버의 성능에 나쁜 영향을 미쳐서는 안 된다. 또한, 서버에 스트리밍 전용장치의 설치가 쉽고, 확장이 가능하여야 한다.The present invention relates to an apparatus for efficiently streaming multimedia data, in particular audio / video data, over the Internet. The server in charge of streaming needs to send data to many subscribers, which requires a lot of load and computation. It is necessary to distribute the load by using a dedicated device that is responsible for streaming. To achieve this, we can think of a system that puts a streaming-only device outside the server, communicates with the server, and simultaneously accesses data from the storage. The interface between the server and the streaming-only device must meet the following conditions: The server should be able to issue streaming commands to the streaming-only device and observe its status without changing existing programs or with simple changes. In addition, the function of the streaming-only device should not adversely affect the performance of the server. In addition, it should be easy and easy to install the streaming dedicated device on the server.
이러한 시스템은 서버와 시리얼, 병렬, LAN, PCI/ISA 형태의 통신 인터페이스를 통하여 구성할 수 있다. 본 발명은 확장이 가능하고 설치가 쉬운 LAN, PCI/ISA 인테페이스를 이용한다. LAN은 스토리지로부터 데이터를 읽어 전송하는 자원으로 사용하므로 적합하지 않고, PCI/ISA 인테페이스가 좋은 방식이라고 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기존의 서버와 PCI/ISA 인터페이스가 가능한 스트리밍 전용장치를 개발하고, 공유 스토리지로부터 데이터를 엑세스하기 위한 인터페이스 회로와 스트리밍 기능을 담당하기 위한 소프트웨어 구성으로 이루어 진다.Such a system can be configured via a server and a serial, parallel, LAN, or PCI / ISA communication interface. The present invention utilizes a scalable, easy-to-install LAN, PCI / ISA interface. LAN is not suitable because it is used as a resource for reading and transmitting data from storage, and the PCI / ISA interface is a good method. Therefore, the present invention is to develop a streaming dedicated device capable of PCI / ISA interface with the existing server, and consists of an interface circuit for accessing data from the shared storage and software configuration for the streaming function.
도 1은 본 발명의 구성도1 is a block diagram of the present invention
도 2은 본 발명의 인터넷 방송 시스템의 구성도2 is a block diagram of an Internet broadcasting system of the present invention
도 3은 기존의 인터넷 방송 시스템의 구성도3 is a block diagram of a conventional Internet broadcasting system
도 4는 본 발명의 네트워크 파일 시스템 구성도4 is a diagram illustrating a network file system configuration of the present invention.
도 5은 본 발명의 파이버 채널 네트워크 구성도5 is a configuration diagram of a fiber channel network of the present invention
도 6은 본 발명의 스트리밍 가속기 병렬처리 구성도6 is a block diagram illustrating a parallel processing of the streaming accelerator of the present invention.
도 7은 본 발명의 병렬 스트리밍 가속기의 부하 분산과 고객 과금 관리 흐름도7 is a flowchart of load balancing and customer billing management of the parallel streaming accelerator of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
11: 이더넷 물리적 연결부 12: 이더넷 제어기11: Ethernet physical connection 12: Ethernet controller
13: SCSI 제어기 14: NAS/SAN 물리적 연결부13: SCSI controller 14: NAS / SAN physical connections
15: NAS/SAN 제어기 16: 시리얼 물리적 연결부15: NAS / SAN Controller 16: Serial Physical Connections
17: 중앙처리장치 18: 중앙처리장치 기억장치17: central processing unit 18: central processing unit storage
19: 통신망 버퍼 기억장치 20: PCI 버스 제어기19: Network buffer storage 20: PCI bus controller
21 : 인터넷 방송 가입자 22 : 인터네트21: Internet broadcast subscriber 22: Internet
23 : 스위치 혹은 허브 24 : 스트리밍 가속 장치23 switch or hub 24 streaming accelerator
25: 스트리밍 서버 26: 인터네트 방송 관리 서버25: streaming server 26: internet broadcast management server
27: LAN 선 28: NAS/SAN 스토리지 네트워크27: LAN Line 28: NAS / SAN Storage Network
29: 스토리지 장치29: storage devices
스트리밍 가속기(24)를 부착한 새로운 형태의 인터넷 방송용 시스템의 기본 구성은 도 2와 같다. 새로운 형태의 인터넷 방송용 시스템은 범용 서버(25)의 PCI혹은 ISA버스에 스트리밍 가속기(24)를 부착한다. 스트리밍 가속기는 하나의 서버에 PCI/ISA 슬롯이 지원하는 개수까지 여러 개의 가속기를 확장하여 사용할 수 있다. 스트리밍 가속기(24)는 100MBps 이더넷(12)을 통하여 직접 WAN 혹은 인터넷 망과 연결된다. 또 하나의 통신포트(15)는 NAS, SAN네트워크에 연결된다. 여기서 중요한 점은 NAS는 Fast Ethernet, Gigabit Ethernet 형태로 네트워크망이 구성되며, NAS스토리지 네트워크(29)에 연결된 스토리지 각각은 파일시스템을 내장하고 있다. SAN스토리지 네트워크(29)는 Fibre Channel 방식(도 5)의 Fablic을 형성하며, SAN에 연결된 스토리지들은 File System (도 4)을 내장하고 있지 않은 점이 다른점이다. 따라서, 스트리밍 가속기(24)가 NAS네트워크에 부착된 스토리지를 엑세스하기 위해서는 가속기 자체에 NAS기반 파일 시스템(도 4)이 포팅되어야 하고, SAN네트워크에 부착된 스토리지를 엑세스 하기 위해서는 Fibre Channel Protocol(도 5)이 포팅된다.The basic configuration of the new type of Internet broadcasting system with the streaming accelerator 24 is shown in FIG. The new type of Internet broadcasting system attaches the streaming accelerator 24 to the PCI or ISA bus of the general purpose server 25. Streaming accelerators can be used with multiple accelerators in one server, up to the number of PCI / ISA slots supported. The streaming accelerator 24 is directly connected to the WAN or the Internet through the 100MBps Ethernet 12. Another communication port 15 is connected to the NAS, SAN network. The important point here is that the NAS is composed of a network in the form of Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, each of the storage connected to the NAS storage network 29 has a built-in file system. The SAN storage network 29 forms a Fablic of a Fiber Channel method (FIG. 5), except that storage connected to a SAN does not have a built-in File System (FIG. 4). Therefore, in order for the streaming accelerator 24 to access storage attached to the NAS network, the NAS-based file system (FIG. 4) must be ported to the accelerator itself, and in order to access storage attached to the SAN network, the Fiber Channel Protocol (FIG. 5). ) Is ported.
스트리밍 가속기가 스토리지를 엑세스 하는 방법은 NAS/SAN이외에 별도의 SCSI 인터페이스(13)를 통하여 RAID시스템에 연결하는 것이다. 따라서, NAS/SAN이 구축되어 있지 않은 인터넷 방송 시스템에서는 공유 RAID를 사용하여 엑세스 할 수 있다. 이러한 SCSI인터페이스 방식의 제공은 기존에 인터넷 방송시스템에서도 호환적으로 사용되는 것을 가능하게 한다. 도 6은 하나의 스트리밍 서버가 다수의 스트리밍 가속기를 사용하여 인터넷 방송을 하기 위한 구성도이다. 다수의 스트리밍 가속기는 스트리밍 서버의 마더보드에서 지원하는 PCI 슬롯에 부착되어 병렬적으로 스트리밍 기능을 담당한다.The way the streaming accelerator accesses storage is to connect to the RAID system via a separate SCSI interface (13) in addition to NAS / SAN. Therefore, in an Internet broadcasting system in which NAS / SAN is not established, it can be accessed using a shared RAID. The provision of such a SCSI interface method makes it possible to be used interchangeably in the existing Internet broadcasting system. 6 is a configuration diagram for one streaming server to broadcast the Internet using a plurality of streaming accelerators. Many streaming accelerators attach to the PCI slots supported by the streaming server's motherboard and perform streaming functions in parallel.
도 7은 스트리밍 서버가 다수의 고객의 스트리밍 요청이 들어왔을 때, 다수의 가용한 스트리밍 가속기에서 적당한 후보를 선택하여 스트리밍 명령을 전송하고 고객의 과금을 관리하는 일련의 프로그램 처리 순서도이다. 스트리밍 서버는 부착된 스트리밍 가속 장치들로부터 상태를 입력 받아 적당한 후보를 선택한다. 스트리밍 서버로부터 선택한 스트리밍 가속장치로 전달되는 정보는 요청한 스트리밍 데이터명, 고객의 IP주소, 고객의 IP Prot등이다. 적당한 후보를 선택하는 것은 스트리밍 가속기의 부하를 줄이기 위한 부하 분산 방식을 제안하여 사용한다. 부하분산 방식은 Round-Robin방식과 Least Load First Service방식이다. Round-Robin방식은 고객의 요구가 들어 올 때마다, 가용한 가속기들을 순서대로 할당하는 방식으로 할당을 위한 연산이 단순하다는 장점이 있다. Least Load First Service방식은 스트리밍 가속기로부터 전송되어온 부하상태정보를 이용하여, 가장 부하가 적은 가속장치에 요청 고객을 할당하는 방식이며, 부하 부산을 최적화 할 수 있는 장점이 있다.7 is a series of program processing flow diagrams where a streaming server selects an appropriate candidate from multiple available streaming accelerators to send a streaming command and manages the customer's billing when multiple streaming requests are received. The streaming server receives the state from the attached streaming accelerators and selects a suitable candidate. The information transferred from the streaming server to the selected streaming accelerator is the requested streaming data name, the customer's IP address, and the customer's IP Prot. Selecting a suitable candidate suggests and uses a load balancing scheme to reduce the load on the streaming accelerator. Load balancing method is Round-Robin method and Least Load First Service method. The round-robin method has the advantage that the operation for assigning is simple by assigning the available accelerators in order whenever a customer's request comes in. The Least Load First Service method uses the load state information transmitted from the streaming accelerator to allocate the requesting customer to the accelerator with the least load, and has the advantage of optimizing load balancing.
본 발명을 통해 고효율성 (High Efficiency)을 얻을 수 있다. 데이터가 저장된 저장장치로부터 고객(Client)까지의 경로를 단축하여 트래픽의 부하를 줄이고, 데이터의 전송시간을 줄일 수 있다. 또한, 저비용 (Low Cost)의 효과를 얻는다. 전용의 스트리밍 하드웨어 장치와 임베디드 소프트웨어를 통하여 고성능/저비용의 스트리밍 가속기 개발이 가능하다. 호환성 (Inter-operability)측면의 효과로는 기존의 인터넷 방송에 사용하던 장치와 함께 그대로 사용이 가능하다. 고신뢰성 (High Reliability) 측면의 효과로 특정 서버의 고장(Fault)이나 장애(Error)를 극복할 수 있으며, 확장가능성 (Scalability) 측면의 효과로서 스토리지의 확장과 스트리밍 서버의 확장에 젼혀 지장을 주지 않으며, 확장이 용이하도록 한다.High efficiency can be obtained through the present invention. By shortening the path from the storage device where the data is stored to the client, the traffic load can be reduced, and the data transmission time can be shortened. In addition, a low cost effect is obtained. Dedicated streaming hardware devices and embedded software enable the development of high performance and low cost streaming accelerators. In terms of inter-operability, it can be used together with the devices used in existing Internet broadcasting. High Reliability effect can overcome the fault or failure of a specific server. Scalability effect prevents the expansion of storage and streaming server. To facilitate expansion.
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