KR20030056701A - Ｐ２ｐ 방식을 이용한 멀티미디어 스트리밍 장치 및 방법 - Google Patents

Ｐ２ｐ 방식을 이용한 멀티미디어 스트리밍 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, P2P(Peer-To-Peer) 방식을 사용하여 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 멀티미디어 데이터를 분산 저장하고 있는 다수의 클라이언트와, 클라이언트에 분산 저장된 멀티미디어 데이터의 목록을 관리하는 서버를 포함하는 멀티미디어 스트리밍 장치를 제공한다. 클라이언트는 먼저 자신의 로컬 디스크에 저장된 멀티미디어 데이터를 검색하며, 로컬 디스크에 해당 멀티미디어 데이터가 없는 경우에는, 서버에 멀티미디어 데이터의 목록을 요청한다. 클라이언트는 멀티미디어 데이터의 목록에서 해당 멀티미디어 데이터를 검색하여, 해당 멀티미디어 데이터를 저장하고 있는 클라이언트로부터 스트리밍 서비스를 받는다. 다른 클라이언트가 해당 멀티미디어 데이터를 저장하고 있지 않은 경우에는, 서버로부터 스트리밍 서비스를 받게 된다. 본 발명의 방법에 의하면, 서버-클라이언트 구조에서 발생할 수 있는 서버 부하 및 네트워크 대역폭의 병목현상을 줄이고, 각 클라이언트의 저장용량 및 부하를 효율적으로 활용할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

Description

Ｐ２Ｐ 방식을 이용한 멀티미디어 스트리밍 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING MULTIMEDIA STREAMING SERVICE BY USING POINT-TO-POINT CONNECTION}
본 발명은 최근 WWW(World Wide Web)과 인터넷의 기술 발전으로 인하여 멀티미디어에 대한 사용자의 증대하는 요구에 부응하는 VOD 서비스 방법에 관한 것으로, 클라이언트간의 P2P(Point-To-Point) 데이터 전송 방식을 이용하여 서버와 클라이언트간의 스트리밍을 지원하는 방법에 관한 것이다.
스트리밍(streaming)은 대용량의 비디오, 오디오와 같은 연속 매체(continuous media)를 실시간으로 전송, 수신, 디코딩하여 네트워크와 CPU 리소스를 최적으로 사용하는 기술이다. 일반적으로 전체 볼륨이 모두 사용되는 데이터(예, 압축 파일: ZIP)는 모든 데이터를 서버로부터 다운로딩하여 처리되기 때문에 순간적인 부하를 발생시키지만, 연속 매체는 이러한 대용량 데이터에 비해서 순간적으로 요구되는 네트워크 대역폭 및 CPU 부하가 상대적으로 작기 때문에, 시간에 따라 필요한 데이터만을 처리하면 되는 특징을 갖는다. 일반적으로 스트리밍 기술을 적용하기 위해서는, 네트워크 대역폭과 CPU 부하의 최우선 할당이 필요하다. 그러나, 현재 인터넷에 널리 사용되는 이더넷(Ethernet) 방식은 네트워크 리소스의 고정 할당이 불가능하기 때문에, 네트워크의 상태에 따라 데이터 전송이 지연될 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해서 기존의 스트리밍 기술에서는 클라이언트에 일정 시간(수초)의 데이터를 저장할 수 있는 버퍼를 유지하는 방식이 사용되어 왔다.
도 2는 클라이언트의 로컬 메모리 버퍼(221)를 3 영역으로 나누어 스트리밍을 관리하는 방법을 나타낸다.
이 방식에서는 서버(210)에서 시간당 일정량을 전송하고, 클라이언트(220)의 로컬 메모리 버퍼(221)의 데이터를 충분히 확보하여 디코딩에 필요한 데이터를 클라이언트(220)가 항상 준비할 수 있도록 한다. 만일 로컬 메모리 버퍼(221)에 데이터가 부족해지면 클라이언트(220)는 서버(210)에 더 많은 데이터를 전송해달라고 요청하고, 서버(210)는 이전보다 시간당 많은 데이터를 전송한다. 또한, 버퍼(221)에 데이터가 많이 채워지면 클라이언트(220)는 서버(210)에 좀 적은 데이터를 전송해달라고 요청하고, 서버(210)는 이전보다 시간당 데이터를 적게 전송한다. 만일 버퍼(221)에 데이터가 완전히 소진되면, 클라이언트(220)는 디코딩을 잠시 멈추고 서버(210)로부터 데이터를 버퍼(221)에 채운 후에 다시 재생을 시작하게 된다. 이러한 현상을 지터(zitter)라 한다. 서버(210)와 클라이언트(220) 간의 네트워크가 불안정하거나 서비스 접속 폭주가 발생하면 지터 현상이 자주 발생한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 사용자 종단의 네트워크(105, 107)는 초고속 통신망이 보급되면서 네트워크 대역폭이 상대적으로 확장되었으나, ISP(101)와 사용자(106)를 연결하는 중간 네트워크(104)의 대역폭의 한계로 인해서 스트리밍 서비스의 순간적인 전송 불가 상황이 발생하는 경우가 있다.
기존의 클라이언트-서버(Client-Server) 구조에서는 서버와 클라이언트의 역할이 고정되어 있고, 그 둘 사이에 네트워크 연결되어 있다. 일반적으로, 서버에서제공하는 네트워크 대역폭은 대용량이고 고정적이며, 클라이언트의 멀티미디어 데이터 요청 시에 발생하는 폭주 현상을 막기 위해서, 동시에 접속 가능한 사용자의 수를 제한한다.
그러나, P2P 구조에서는 각 클라이언트의 네트워크 상황도 고정적이 아니며, 클라이언트의 작업 로드 상황도 안정적이지 않다. 특히, 일반 가정의 PC는 도메인도 없고 IP 가 고정되어 있지 않는 것이 일반적이기 때문에, 각 클라이언트가 인터넷에 접속할 때마다 새로운 네트워크 상황을 초기화하는 작업이 필요하다. 또한, 사용자의 고의 또는 실수로 상대방 클라이언트가 다운되는 경우를 고려해야하는 어려움이 있다. 이러한 특성을 고려해서 완전한 형태의 P2P 구조보다는 일부 서버의 제어를 이용하는 하이브리드 방식의 P2P 구조도 사용된다.
이러한 특징 때문에 P2P 구조는 독자적인 스트리밍 서비스에 적용되기에는 복잡한 기술이 될 수 있으며, 제공되는 서비스의 신뢰성이 떨어질 가능성이 많은 문제점이 있다. 따라서, 현재 제공 또는 시도되고 있는 P2P 구조를 이용한 서비스는 비 신뢰적인 데이터 제공에 국한되어 인터넷 메신저, 파일 공유 프로그램 등에 쓰이고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 VOD 서비스 방식처럼 멀티미디어 데이터가 서버에 저장되어 있고 클라이언트가 그 서버의 데이터를 스트리밍 받는 방식이 아니라, 서버의 데이터가 클라이언트에 한번 전송되면 그 클라이언트가 포함되어 있는 클라이언트 군(群) 내에서는 해당 클라이언트가 임시 서버가 되어 멀티미디어 데이터의 스트리밍 서비스를 수행할 수 있는 방식을 제공한다.
도 1은 멀티미디어 스트리밍 서비스가 제공되는 일반적인 클라이언트-서버 시스템의 구조를 나타내는 도이고,
도 2는 멀티미디어 스트리밍 서비스를 제공하는 일반적인 클라이언트의 구성을 나타내는 블록 도이고,
도 3은 본 발명에 따른 P2P 방식을 사용하는 멀티미디어 스트리밍 방법이 사용되는 시스템의 구조를 나타내는 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 서버의 멀티미디어 데이터 목록 테이블의 구성을 나타내는 도이고,
도 5는 본 발명에 따른 멀티미디어 스트리밍 방법을 사용하는 서버의 처리 과정을 나타내는 흐름 도이고,
도 6은 본 발명에 따른 멀티미디어 스트리밍 방법을 사용하는 클라이언트의 처리 과정을 나타내는 흐름 도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
301 : 서버 302 : 클라이언트
303 : 캐슁 데몬 305 : 스트리밍 수신 데몬
401 : 캐슁 목록 관리자
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 멀티미디어 데이터 및/또는 멀티미디어 데이터 목록을 저장하고 있는 서버와, 멀티미디어 데이터를 재생하기 위한 적어도 하나 이상의 클라이언트를 포함하며, 상기 클라이언트는 P2P(Peer-To-Peer) 방식을 이용하여 멀티미디어 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 스트리밍 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 서버와 하나 이상의 클라이언트를 포함하는 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 멀티미디어 스트리밍 방법에 있어서, 상기 클라이언트가 자신의 로컬 디스크에서 재생할 멀티미디어 데이터를 검색하는 제 1 단계와, 상기 로컬 디스크에서 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 검색되지 않는 경우에는 상기 서버에 멀티미디어 데이터 목록을 요청하여 수신하는 제 2 단계와, 상기 수신된 멀티미디어 데이터 목록에 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트에 관한 정보가 포함된 경우에는, 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트에게 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 요청하여 수신하며, 상기 수신된 멀티미디어 데이터 목록에 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트에 관한 정보가 포함되지 않은 경우에는, 상기 서버에게 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 요청하여 수신하는 제 3 단계와, 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 재생하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 스트리밍 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기본적으로 비디오 데이터는 서버에 저장되어 있으나 한번 클라이언트가 비디오 데이터를 수신하면 자신의 로컬 디스크에 임시적으로 저장하여 재 사용할 수 있도록 준비한다. 그리고, 재 사용할 수 있는 비디오 데이터의 목록을 서버에 전송하여 서버에서 유지할 수 있도록 한다. 서버는 다수의 클라이언트에서 받은 비디오 데이터 목록을 정리하여 관리하여 다른 클라이언트의 요청 시에 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 비디오 서버의 구성, 클라이언트의 구성, 동작 방법에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 P2P 방식에 의한 스트리밍 방식이 사용될 수 있는 비디오 데이터 서버와 클라이언트의 구성을 보여준다. 여기서 비디오 데이터라고 하는 것은 MPEG, AVI, ASF 같은 파일 타입으로, 일반적으로 그 데이터의 용량이 매우 크기 때문에, 사용자는 비디오 데이터의 재생을 위하여 미리 모든 비디오 데이터를 수신하는 대신, 일정 기간 동안 재생할 수 있는 데이터만을 수신하여 서비스를 시작할 수 있는 매체(media)를 말한다.
비디오 서비스를 위해서는, 비디오 데이터를 저장하고 필요에 따라 데이터를 전송하는 비디오 서버(101)와, 비디오 데이터를 수신 받아 화면에 재생해주는 클라이언트(106)가 필요하며, 일반적으로 다수의 비디오 서버(101)가 비디오 서버 군(群)을 구성하며, 다수의 클라이언트가 클라이언트 군(105)을 이룬다. 이러한 클라이언트 군은 고 대역폭의 로컬 네트워크로 구성된다. 서버 군과 클라이언트 군 사이에는, 이 둘을 연동시켜주기 위한 인터넷(103)과 접속 네트워크(102, 104)가 있다. 일반적으로 서버 군과 클라이언트 군을 이루는 로컬네트워크에 비해서 인터넷(103)과 접속 네트워크(102, 104)의 대역폭이 작기 때문에 병목현상(bottleneck)이 발생할 가능성이 크다.
비디오 서버(101)에서 클라이언트(106)에게 비디오 데이터를 전송하는 방법은 도 2에 도시되어 있다. 기본적인 VOD 서비스 프로토콜은 클라이언트-풀(Client-Pull) 모델과 서버-푸쉬(Server-Push) 모델이 있다. 서버-푸쉬 모델은 기본적으로 클라이언트와 서버 사이의 상호 정보 교환이 없이, 서버에서 일정한 주기로 데이터를 클라이언트로 전송하는 방식이다. 이 경우 서버에서는 클라이언트 쪽의 상태를 모르기 때문에, 클라이언트 쪽에서 버퍼 오버플로(buffer overflow) 또는 버퍼 언더플로(buffer underflow) 현상이 발생할 수 있다.
이러한 현상을 방지하기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같은 피드백 구조가 사용된다. 즉, 만일 로컬 메모리 버퍼(221)에 데이터가 부족해지면, 플래그(222)가 버퍼(221)에 데이터가 가득 차있지 않음을 나타내고, 이러한 플래그(222)의 상태가 서버(210)에 피드백되어, 서버(210)는 이전보다 시간당 많은 데이터를 전송한다. 또한, 버퍼(221)에 데이터가 많이 채워지면, 플래그(222)가 버퍼(221)에 데이터가 가득 차 있음을 나타내고, 이러한 플래그(222)의 상태가 서버에 피드백되어, 서버(210)는 이전보다 시간당 데이터를 적게 전송한다.
클라이언트-풀 모델은 클라이언트에서 필요한 데이터를 매번 서버에 요구하는 구조이다. 이러한 구조에서는 클라이언트에서 데이터 전송량을 조정할 수 있기 때문에, 안정적인 VOD 서비스를 구현할 있으나, 빈번한 컨트롤 메시지 전송이 발생하며, 서버 쪽에서 서비스 스케줄링을 수행해야 하는 오버헤드가 발생한다.
도 3은 본 발명에 따른 P2P 방식의 비디오 데이터 스트리밍 방법이 사용되는 시스템의 구성을 나타내고 있다.
클라이언트(302)는 기본적인 스트리밍 수신 데몬(Stream Receive Daemon)(305)과 캐슁 데몬(Cooperative Caching Daemon)(303)으로 구성된다. 클라이언트(302)가 비디오 데이터를 요청 시에, 서버(301)에 먼저 현재 자신이 속한 클라이언트 군에 속하는 클라이언트 중의 하나가 그 비디오 데이터를 저장하고 있는지를 살펴본다. 만일, 클라이언트 중의 하나가 비디오 데이터를 저장하고 있지 않다면, 클라이언트는 비디오 데이터를 서버로부터 수신한다. 만일, 클라이언트 중의 하나가 비디오 데이터를 저장하고 있다면, 해당 클라이언트의 캐슁 데몬(303)에게 비디오 송신 요청을 하고, 비디오 송신 요청을 한 클라이언트의 스트리밍 수신 데몬(305)이 그 비디오 데이터를 수신한다.
각 클라이언트(302)가 비디오 데이터를 수신하면, 자신의 로컬 디스크(307)에 임시적으로 저장하고 자신이 보유하고 있는 비디오 데이터 목록을 서버(301)로 보낸다. 도 4는 서버(301)에서 관리되는 비디오 데이터 목록의 구성을 보여주고 있다.
비디오 서버(301)는 각 클라이언트(401)에게서 받은 비디오 목록을 캐슁 목록 관리자(Caching Catalog Manager)(401)에 저장하여 관리한다. 이 목록은 다른 클라이언트가 목록 요청을 해올 때 검색되어 사용된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 목록에는 비디오 데이터를 저장하고 있는 클라이언트의 ID(ClientID), 각 클라이언트가 저장하고 있는 비디오 데이터의 ID(VideoID), 각 클라이언트가 저장하고 있는 비디오 데이터의 시작위치(Start)와 종료위치(End)가 저장되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 P2P 방식의 스트리밍 방법을 사용하는 서버의 처리 과정을 나타내고 있다.
먼저, 서버는 시스템을 초기화하고(단계 501), 비디오 데이터의 전송 준비를 한다(단계 502). 서버가 클라이언트로부터 수신된 패킷의 내용을 검사하여(단계 503), 그것이 클라이언트로부터의 캐슁 목록 요청인 경우에는 서버에 저장된 목록을 클라이언트에게 전송한다(단계 504). 만약 수신된 패킷이 클라이언트로부터의 비디오 데이터 전송 요청인 경우에는 해당 비디오 데이터를 클라이언트에게 전송한다(단계 505). 만약 수신된 패킷이 클라이언트로부터의 캐슁 모록 추가 요청인 경우에는 해당 목록을 추가하여 저장한다(단계 506). 서버가 시스템을 종료하는 경우를 제외하고, 서버는 상기한 단계들을 수행한 후에 다시 비디오 데이터 전송 준비를 한다.
도 6은 본 발명에 따른 P2P 방식의 스트리밍 방법을 사용하는 클라이언트의 처리 과정을 나타내고 있다.
먼저, 클라이언트는 비디오 재생 서비스를 시작하고(단계 601), 재생할 비디오 데이터가 자신의 로컬 디스크에 있는지 검사한다(단계 602). 만약 비디오 데이터가 자신의 로컬 디스크에 저장되어 있는 경우에는, 해당 비디오 데이터를 재생하고(단계 607), 서비스를 종료한다(단계 609). 만약 비디오 데이터가 자신의 로컬 디스크에 저장되어 있지 않은 경우에는, 서버에게 비디오 데이터의 목록을 요청하여, 그 목록에 해당 비디오 데이터에 관한 정보가 있는지 검사한다(단계 603). 만약 그 목록에 해당 비디오 데이터에 관한 정보가 있는 경우에는, 해당 비디오 데이터가 저장된 클라이언트에게 해당 비디오 데이터의 전송을 요청한다(단계 604). 만약 그 목록에 해당 비디오 데이터에 관한 정보가 없는 경우에는, 서버에 해당 비디오 데이터의 전송을 요청한다(단계 605). 다음으로 클라이언트는 해당 비디오 데이터를 수신하여(단계 606), 자신의 로컬 디스크에 저장한다(단계 607). 클라이언트는 자신의 로컬 디스크에 저장된 해당 비디오 데이터를 재생하고(단계 608), 서비스를 종료한다(단계 609).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 서버-클라이언트 구조에서 P2P 방식을 사용하여 스트리밍 서비스를 제공함으로써, 기존의 서버-클라이언트 구조에서 발생하는 서버의 부하 및 네트워크 대역폭의 병목현상을 완화하여, 전체 시스템의 효율을 높이며 전체적인 서비스 이용자의 수를 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 멀티미디어 스트리밍 장치에 있어서,
    멀티미디어 데이터 및/또는 멀티미디어 데이터 목록을 저장하고 있는 서버와,
    멀티미디어 데이터를 재생하기 위한 적어도 하나 이상의 클라이언트를 포함하며,
    상기 클라이언트는 P2P(Peer-To-Peer) 방식을 이용하여 멀티미디어 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 스트리밍 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티미디어 데이터 목록은 상기 클라이언트에 저장된 멀티미디어 데이터에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 스트리밍 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클라이언트는 상기 멀티미디어 데이터 목록에서 재생할 멀티미디어 데이터에 관한 정보를 검색하며,
    상기 멀티미디어 데이터 목록에서 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 검색되지 않은 경우에는, 상기 서버로부터 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 수신하며,
    상기 멀티미디어 데이터 목록에서 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 검색되는 경우에는, 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트로부터 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 스트리밍 장치.
  4. 서버와 하나 이상의 클라이언트를 포함하는 멀티미디어 스트리밍 서비스를 위한 멀티미디어 스트리밍 방법에 있어서,
    상기 클라이언트가 자신의 로컬 디스크에서 재생할 멀티미디어 데이터를 검색하는 제 1 단계와,
    상기 로컬 디스크에서 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 검색되지 않는 경우에는 상기 서버에 멀티미디어 데이터 목록을 요청하여 수신하는 제 2 단계와,
    상기 수신된 멀티미디어 데이터 목록에 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트에 관한 정보가 포함된 경우에는, 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트에게 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 요청하여 수신하며,
    상기 수신된 멀티미디어 데이터 목록에 상기 재생할 멀티미디어 데이터가 저장된 클라이언트에 관한 정보가 포함되지 않은 경우에는, 상기 서버에게 상기 재생할 멀티미디어 데이터를 요청하여 수신하는 제 3 단계와,
    상기 재생할 멀티미디어 데이터를 재생하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티미디어 스트리밍 방법.
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