KR20130014093A - 무선랜 환경에서 비디오 전송 시스템, 무선 통신 장치 및 방법 - Google Patents

무선랜 환경에서 비디오 전송 시스템, 무선 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서의 비디오 전송에 있어서, 단말장치로 멀티캐스트 비디오 패킷을 전송하여 주는 각각의 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치가 단말장치와의 무선 채널 정보를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC 인코딩 비율을 독립적으로 설정하여 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송 효율을 높이도록 한다. 즉, 비디오 멀티캐스트 서비스를 받는 단말장치들이 무선 채널 정보를 FEC 인코딩 비율 조정 기능을 구비하는 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치로 피드백하고, 무선 채널 정보를 이용하여 액세스 포인트별 독립적인 FEC 인코딩 비율을 사용하도록 함으로써 낮은 FEC 인코딩 비율로 인한 무선 자원의 불필요한 낭비를 방지시킬 수 있다. 또한, 동일 채널에서 동작하는 액세스 포인트들이 서로 겹치는 전송영역을 가지고 있는 경우 액세스 포인트들간 비디오 패킷의 전송 시기를 서로 다르게 설정하여 겹치는 전송영역에 위치한 단말장치에서 비디오 패킷의 충돌이 발생하지 않도록 한다.

Description

무선랜 환경에서 비디오 전송 시스템, 무선 통신 장치 및 방법{VIDEO STREAMING SYSTEM, WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS IN WIRELESS LAN ENVIRONMENT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 무선랜(wireless LAN) 환경에서 비디오 전송 방법에 관한 것으로, 특히 무선랜 기반의 멀티-셀(multi-cell) 멀티캐스트(multicast) 환경에서 단말장치로 멀티캐스트 비디오 패킷(video packet)을 전송하여 주는 각각의 액세스 포인트(access point) 등의 무선 통신 장치가 단말장치와의 무선 채널 정보(wireless channel information)를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC(forward error correction) 인코딩 비율(encoding rate)을 독립적으로 설정하여 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송 효율을 높이도록 하며, 무선 통신 장치 간 겹치는 전송 영역에 대해서는 비디오 패킷의 전송 시기를 다르게 설정하여 비디오 패킷의 충돌(collision)이 발생하지 않도록 하는 무선랜 환경에서 비디오 전송 시스템, 무선 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어, 멀티미디어 인터넷 서비스(mulit-media internet service)에 대한 수요가 크게 증가하면서 무선랜 환경에서도 비디오 스트리밍(video streaming)과 같은 멀티미디어 서비스가 확대되는 상황이다. 특히 하나의 비디오 컨텐츠(video content)를 동시에 여러 가입자에게 전송하는 멀티캐스트(multicast) 방식은 전송 효율측면에서 매우 효과적이라 할 수 있으며, 이러한 비디오 스트리밍 서비스는 넓은 커버리지(coverage)를 가지는 멀티-셀 환경으로 확대되고 있다.
한편, 802.11 무선랜은 기본적으로 유니캐스트(unicast) 전송 방식에서 ARQ(automatic repeat request)를 지원한다. 즉, 수신 단말은 송신 단말에게 미리 정의한 ACK(acknowledgement) 프레임(frame) 전송을 통해 데이터 프레임(data frame)이 성공적으로 수신되었음을 알려주고, 전송 실패 시 ACK 프레임을 전송하지 않음으로써 송신 단말로 하여금 재전송할 수 있도록 지원한다.
하지만, 멀티캐스트 전송 방식에서는 복수개의 수신 단말에 대하여 ACK 프레임 전송을 지원하지 않는다. 이로 인해 송신 단말은 제대로 데이터가 전송되었는지를 확인할 수 없어 재전송이 불가능하다. 무선통신 환경에서는 무선 채널에 따른 손실 및 다른 신호와의 간섭에 의한 손실이 다수 발생할 수 있기 때문에, 위와 같이 ACK 프레임 전송이 지원되지 않는 멀티캐스트 전송 방식에서는 이러한 손실을 제대로 복원할 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래 방법 중 하나로 예를 들어, 어플리케이션 계층(application-layer)에서의 FEC(forward error correction) 방식을 사용할 수 있다. 즉, 어플리케이션 계층에서 미리 정의된 FEC 기법을 사용하여 추가의 리던던트(redundant) 패킷들을 생성하여 전송 중에 부분적인 손실이 발생하더라도 원래의 데이터를 복원하는 방식이다. 이러한 FEC 방식을 이용하는 경우에는 코딩 기법으로 인해 전송하고자 하는 데이터의 양이 증가하기 때문에 성능 측면에서 오버헤드(overhead)가 발생할 수 있으나, 단말 측에서 별다른 재전송 없이 스스로 실패된 데이터를 복구할 수 있다는 강점이 있다. 즉, 재전송이 불가능한 멀티캐스트 전송 방식에 매우 적합하다.
하지만, 전송 손실 상황을 고려하지 않고 단순히 고정된 FEC 인코딩 비율을 사용하는 종래 방식은 비효율적일 수도 있고 의미가 없을 수도 있다. FEC 인코딩 비율은 원본데이터 대비 인코딩된 데이터량으로 결정되며 이 값이 낮을수록 전송 손실에 강하지만 더 많은 데이터를 보내야 한다는 단점이 존재한다. 예를 들어, 전송 손실이 거의 없는 상황에서는 FEC 인코딩을 사용하는 것 자체가 불필요한 오버헤드가 될 수 있으며, 전송 손실이 많이 발생하는 환경에서는 좀 더 낮은 코딩 비율이 필요할 수 있다. 이러한 다양한 상황을 고려하지 않고 단순히 고정된 코딩 비율을 사용하는 것은 한계가 존재한다. 위와 같은 고정된 코딩 비율을 사용하는 종래 FEC방식에서의 문제점을 해결하기 위한 방식으로 수신 측에서 보내주는 채널 정보를 바탕으로 동적으로 FEC 인코딩 비율을 변경하는 방식이 있다.
대한민국 등록특허번호 10-0263139호 등록일자 2000년 08월 01일에는 현재 FEC 등급을 가지는 데이터가 수신이 될 때, 채널에 대한 정보를 얻고, 이렇게 얻은 채널 정보를 미리 지정된 임계 레벨(threshold)과 비교한 후, 만약 임계 레벨보다 채널이 더 좋거나 더 나쁠 때에 그에 맞는 FEC 변수를 선택하는 기술이 개시되어 있다. 논문 "VPAL: Video Packet Adaptation Layer for Reliable Video Multicast over IEEE 802.11n WLAN,"(Computer Communications (ComCom), vol. 33, no. 18, pp. 2271-2281, Dec. 2010.)에는 IEEE 802.11n 무선랜 환경에서 효율적인 비디오 멀티캐스트를 위해 Raptor code 기반의 Application layer FEC를 사용하는 방법을 제시한 것으로, 사용자들이 보내주는 채널 정보를 바탕으로 Raptor 코딩 율(rate)과 물리계층(PHY layer) 전송 속도를 동적으로 변화시켜 신뢰성 있는 비디오 스트리밍을 지원하고, 동시에 무선 자원 효율을 최대화 할 수 있는 기술이 개시되어 있다.
하지만, 기존의 동적 FEC 인코딩 비율 변경방식은 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서는 적합하지 않다. 이는 각 셀에서 요구하는 FEC 인코딩 비율이 서로 다를 수 있지만, FEC 인코딩 과정에서는 각 셀로부터 받은 피드백 정보를 종합하여 가장 좋지 못한 채널을 가지는 셀을 기준으로 모두가 동일한 FEC 인코딩 비율을 사용할 수밖에 없기 때문이다. 또한, 각 셀 별로 독립적인 FEC 인코딩 비율을 지원하기 위해서는 각각의 무선 통신 장치 예를 들어 액세스 포인트 등에 별도의 FEC 인코딩 기능을 추가해야 하는 심각한 오버헤드가 발생할 수 있다.
도 1은 종래 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서 비디오 서버(video server)(100)로부터 단말장치(108, 110, 112, 114)까지의 일반적인 어플리케이션 계층 FEC 기반의 비디오 멀티캐스트의 개념을 도시한 것이다. 종래에는 모든 액세스 포인트(102, 104, 106)가 동일한 FEC 인코딩 비율을 가지고 있어 1번째 단말장치(108)와 4번째 단말장치(114)의 경우 양호한 무선 채널 상황에 비해 많은 패리티(parity) 패킷들이 추가되어 불필요한 오버헤드가 발생하고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 2에서 보여 지는 바와 같이 두 개의 액세스 포인트(102, 104)의 무선 전송 영역이 겹치는 영역(200)에 위치한 단말장치(108)에 대해 각각의 액세스 포인트(102, 104)에서 이러한 단말장치(108)의 위치를 고려하지 않고 비디오 패킷을 전송하는 경우 데이터 충돌이 발생하는 문제점이 있었다. 즉, 액세스 포인트(102, 104)는 멀티캐스트(multicast) 및 브로드캐스트(broadcast) 패킷들을 바로 전송하지 않고 대기열에 두어 DTIM(delivery traffic indicator message) beacon이라는 특정 주기로 전송되는 beacon 프레임을 전송한 후 멀티캐스트 비디오 패킷을 전송하는데, 액세스 포인트의 무선 전송 영역이 겹치는 영역(200)에 위치한 단말장치(108)에서는 도 3에서와 같이 비디오 패킷의 충돌이 발생한다.
따라서, 본 발명은 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서 단말장치로 멀티캐스트 비디오 패킷을 전송하여 주는 각각의 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치가 단말장치와의 무선 채널 정보를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC 인코딩 비율을 독립적으로 설정하여 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송 효율을 높이도록 하며, 무선 통신 장치 간 겹치는 전송 영역에 대해서는 비디오 패킷의 전송 시기를 다르게 설정하여 비디오 패킷의 충돌이 발생하지 않도록 하는 무선랜 환경에서 비디오 전송 시스템, 무선 통신 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 본 발명은 비디오 전송 시스템으로서, 비디오 패킷을 전송하는 비디오 서버와, 상기 비디오 서버로부터 멀티캐스트로 전송되는 비디오 패킷을 수신하여 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 따라 상기 비디오 패킷을 인코딩할 FEC(forward error correction) 인코딩 비율을 조정하고, 상기 조정된 FEC 인코딩 비율에 따라 상기 비디오 패킷을 재구성하여 무선 전송시키는 무선 통신 장치와, 상기 무선 통신 장치로부터 전송되는 멀티캐스트의 비디오 패킷을 수신하는 단말장치를 포함한다.
또한, 상기 무선 통신 장치는, 상기 비디오 서버로부터 수신된 비디오 패킷에 대해 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 삭제가 필요한 패킷의 수를 계산하고, 상기 계산된 수만큼의 패킷을 상기 비디오 패킷으로부터 임의로 삭제하는 방식으로 상기 비디오 패킷을 재구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선 통신 장치는, 상기 무선 전송 영역이 서로 겹치는 인접한 다른 무선 통신 장치가 존재하는 경우 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 상기 다른 무선 통신 장치와 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 장치로서, 멀티캐스트로 수신되는 비디오 패킷을 수신하여 무선 전송 영역내 단말장치로 전송하는 중계부와, 상기 비디오 패킷을 수신하여 상기 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 따라 상기 비디오 패킷을 인코딩할 FEC 인코딩 비율을 조정하고, 상기 조정된 FEC 인코딩 비율에 따라 상기 비디오 패킷을 재구성하여 상기 단말장치로 무선 전송시키는 조절부를 포함한다.
또한, 상기 조절부는, 상기 무선 채널 상황이 변경됨에 따라 상기 FEC 인코딩 비율을 상기 변경된 무선 채널 상황에 대응되게 조정시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조절부는, 상기 비디오 패킷에 대해 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 삭제가 필요한 패킷의 수를 계산하고, 상기 계산된 수만큼의 패킷을 상기 비디오 패킷으로부터 임의로 삭제하는 방식으로 상기 비디오 패킷을 재구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조절부는, 상기 무선 전송 영역이 서로 겹치는 인접한 다른 무선 통신 장치가 존재하는 경우 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 상기 다른 무선 통신 장치와 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조절부는, 상기 DTIM beacon의 전송 주기를 변경시키는 것으로 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조절부는, 상기 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 대한 정보를 상기 단말장치로부터 수신 받는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 비디오 전송 방법으로서, 무선 통신 장치에서 통신망상 비디오 서버로부터 멀티캐스트로 전송되는 비디오 패킷을 수신하는 단계와, 상기 무선 통신 장치에서 무선 전송 영역내 단말장치로 상기 비디오 패킷을 송신하기 위한 무선 채널 상황을 검사하는 단계와, 상기 무선 채널 상황에 따라 상기 비디오 패킷에 대한 FEC 인코딩 비율을 새로이 설정하는 단계와, 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 상기 비디오 패킷을 재구성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 FEC 인코딩 비율은, 상기 무선 채널 상황이 변경됨에 따라 상기 변경되는 무선 채널 상황에 대응되게 조정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비디오 패킷을 재구성하는 단계는, 상기 비디오 서버로부터 수신된 상기 비디오 패킷에 대해 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 삭제가 필요한 패킷의 수를 계산하는 단계와, 상기 계산된 수만큼의 패킷을 상기 비디오 패킷으로부터 임의로 삭제하여 상기 비디오 패킷을 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선 통신 장치는, 액세스 포인트인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 비디오 전송 방법으로서, 무선 통신 장치에서 통신망상 비디오 서버로부터 멀티캐스트로 전송되는 비디오 패킷을 수신하는 단계와, 상기 무선 통신 장치에서 무선 전송 영역이 겹치는 인접 지역의 다른 무선 통신 장치가 존재하는지 검사하는 단계와, 상기 다른 무선 통신 장치가 존재하는 경우 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 상기 다른 무선 통신 장치와 서로 다르게 설정하는 단계와, 상기 서로 다르게 설정된 전송 시기로 상기 비디오 패킷을 단말장치로 전송하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 비디오 패킷의 전송 시기는, DTIM beacon의 전송 주기를 변경시키는 것에 의해 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서의 비디오 전송에 있어서, 단말장치로 멀티캐스트 비디오 패킷을 전송하여 주는 각각의 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치가 단말장치와의 무선 채널 정보를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC 인코딩 비율을 독립적으로 설정하여 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송 효율을 높이도록 하는 이점이 있다. 즉, 비디오 멀티캐스트 서비스를 받는 단말장치들이 무선 채널 정보를 FEC 인코딩 비율 조정 기능을 구비하는 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치로 피드백하고, 무선 채널 정보를 이용하여 액세스 포인트별 독립적인 FEC 인코딩 비율을 사용하도록 함으로써 낮은 FEC 인코딩 비율로 인한 무선 자원의 불필요한 낭비를 방지시킬 수 있다.
또한, 동일 채널에서 동작하는 액세스 포인트들이 서로 겹치는 전송영역을 가지고 있는 경우 액세스 포인트들간 비디오 패킷의 전송 시기를 서로 다르게 설정하여 겹치는 전송영역에 위치한 단말장치에서 비디오 패킷의 충돌이 발생하지 않도록 함으로써 패킷의 전송 효율을 높일 수 있도록 하는 이점이 있다.
도 1은 종래 멀티캐스트 비디오 전송 시스템의 개념도,
도 2는 종래 액세스 포인트간 겹치는 무선 전송 영역의 예시도,
도 3은 종래 동일 채널을 사용하는 액세스 포인트간 비디오 패킷의 충돌 발생 예시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스트 비디오 전송 시스템의 개념도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액세서 포인트의 상세 블록 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트간 비디오 패킷의 충돌을 방지시키기 위한 비디오 전송 시기 조절 예시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 멀티캐스트 비디오 전송을 위한 신호처리 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선랜 기반의 비디오 전송 시스템의 네트워크 구성을 도시한 것으로, 비디오 서버, 무선 통신 장치, 단말장치 등을 포함한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 비디오 전송 시스템의 각 구성장치에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 특히 본 발명에서는 무선 통신 장치에 대해서는 설명의 편의상 무선 통신 장치 중 하나인 액세스 포인트(access point)(402, 404, 406)를 예를 들어 설명하기로 한다.
먼저, 비디오 서버(400)는 멀티미디어 인터넷 서비스(multimedia internet service)를 위해 다양한 비디오 컨텐츠(video contents)를 저장하여 통신망을 통해 단말장치(408, 410, 412, 414)로 제공한다.
무선 통신 환경에서는 무선 채널에 의한 전송 손실이 발생할 수 있다. 또한 802.11 무선랜에서는 충돌 회피 기반의 채널 접속 방식을 지원하고 있지만, 무선 전송 영역이 겹치는 문제 및 확률에 의해 충돌이 발생할 수 있다. 이러한 전송 충돌이 발생할 경우 역시 손실이 발생하기 된다. 하지만, 멀티캐스트 환경에서는 재전송이 불가능하여 이러한 손실을 복원할 수 없다. 이런 문제점을 해결하기 위해 비디오 서버(400)에서는 비디오 데이터를 무선 통신 장치인 액세스 포인트(402, 404, 406)에게 전달하기 전에 비디오 데이터들을 패킷 단위로 나눈 후 미리 약속된 패킷 레벨 FEC(forward error correction) 코딩 기법을 사용하여 인코딩한다. 이렇게 인코딩된 비디오 데이터들은 각각의 액세스 포인트(402, 404, 406)를 통해 단말장치들(408, 410, 412, 414)에게 전송되고, 이들 비디오 데이터들을 수신한 단말장치들(408, 410, 412, 414)은 디코딩을 통해 원래 전송하고자 했던 비디오 데이터들을 복원하게 된다. 이때, 본 발명에서는 위와 같은 동작을 위해 최소 FEC 인코딩 비율이 존재하는 환경을 가정한다.
액세스 포인트(402, 404, 406)는 유선랜과 무선랜을 연결시켜 주는 중계기로, 액세스 포인트(404)의 상세 블록 구성을 도시한 도 5에서 보여지는 바와 같이, 중계부(500), 인증부(502), 제어부(504), 조절부(controller)(506) 등을 포함하여 구성되며, 비디오 서버(400)로부터 복수의 단말장치(410, 412)로 전송되는 멀티캐스트 비디오 패킷을 수신하여 이를 무선 전송 영역내 위치한 각 단말장치(410, 412)로 무선 전송시킨다.
중계부(500)는 컴퓨터 네트워크에서 Wi-Fi, 블루투스 또는 관련된 무선 통신 표준을 사용하여 액세스 포인트(404)에 존재하는 단말장치(410, 412) 각각을 통신망에 접속시킨다. 인증부(502)는 무선 전송 영역내 위치하여 통신망에 접속하고자 하는 단말장치(410, 412)에 대한 인증을 수행한다. 제어부(504)는 소정 동작 프로그램에 따라 액세스 포인트(404)의 전반적인 동작을 제어하며, 중계부(500)와 인증부(502)를 구동시킨다.
조절부(506)는 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서 단말장치(410, 412)로부터 액세스 포인트(404)의 무선 전송 영역에서의 채널 상태 정보를 수신하여 무선 채널 정보를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC 인코딩 비율을 설정한다. 또한 인접한 다른 액세스 포인트(402, 406)와 무선 전송 영역이 겹치는지를 검사하여 액세스 포인트 간 겹치는 전송 영역에 대해서는 비디오 패킷의 전송 시기를 다르게 설정하여 해당 영역내 위치한 단말장치로 비디오 패킷 전송 시 충돌이 발생하지 않도록 제어한다. 위 설명에서는 다수의 액세스 포인트(402, 404, 406) 중 하나의 액세스 포인트(404)를 예를 들어 설명하였으나, 나머지 액세스 포인트(402, 406)에도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 액세스 포인트(404)내 조절부(506)에서의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 조절부(506)는 각각의 단말장치(410, 412)로부터 해당 액세스 포인트(404)와 단말장치(410, 412)간의 무선 채널 상황에 대한 무선 채널 정보를 주기적으로 보고받는다.
이어, 조절부(506)는 피드백(feed back) 받은 무선 채널 정보를 바탕으로 액세스 포인트(404)에서 가장 좋지 못한 무선 채널 상황을 가지는 단말장치를 선택하고, 그 단말장치를 기준으로 액세스 포인트(404)의 FEC 인코딩 비율을 결정한다. 이는 무선 채널 상황을 반영하여 멀티캐스트 비디오 패킷을 효율적으로 전송하기 위함이다.
이때, 조절부(506)는 각 액세스 포인트(402, 404, 406)에 탑재될 수 있으며, 예를 들어, 가장 낮은 FEC 인코딩 비율에 의해 생성된 데이터의 일부를 임의로 삭제하는 방식으로 액세스 포인트(402, 404, 406) 별로 독립적인 FEC 인코딩 비율 조정한다. 기본적으로 비디오 소스를 가진 비디오 서버(400)는 어플리케이션 계층에서 가장 낮은 FEC 인코딩 비율을 선택하여 FEC 인코딩을 한 후, 각각의 액세스 포인트에게 인코딩된 멀티캐스트 비디오 패킷을 전달한다.
그러면, 인코딩된 멀티캐스트 비디오 패킷을 수신한 각각의 액세스 포인트(402, 404, 406)는 도 4에서 보여 지는 바와 같이 액세스 포인트(402, 404, 406)내 조절부(506)로부터 결정된 FEC 인코딩 비율에 맞춰 멀티캐스트 비디오 패킷들 중 일부를 임의로 삭제하고 남은 비디오 패킷들을 무선으로 각 단말장치(408, 410, 412, 414)로 멀티캐스트 전송한다.
예를 들어, 원래 멀티캐스트 비디오 데이터의 양이 a, 가장 낮은 FEC 인코딩 비율을 통해 얻어진 실제 액세스 포인트(402, 404, 406)가 전달받은 데이터의 양을 b, 해당 액세스 포인트(402, 404, 406)에 적합한 FEC 인코딩 비율이 c라고 하면, 액세스 포인트(402, 404, 406)는 총 b의 데이터 중에 (a/c)의 데이터만 무선으로 전송하고 나머지 (b- (a/c))는 임의로 삭제하여, 실제 얻고자 하는 FEC 인코딩 비율 c을 맞추게 된다. 이는 FEC 인코딩 기법에서 코딩 비율을 변화시키기 위해 사용되는 puncturing 효과와 동일하게 된다.
위와 같이, 임의로 액세스 포인트(402, 404, 406)에서 삭제된 패킷들은 단말장치(408, 410, 412, 414) 측면에서는 전송 손실과 동일하게 적용이 되기 때문에, 마치 이렇게 삭제된 패킷들과 실제 무선 전송에서 발생하는 손실을 합하여 전체 손실로 고려가 되며, 손실되지 않은 부분들을 FEC 디코딩하여 원본 데이터를 복원하게 된다. 이 경우 액세스 포인트(402, 404, 406)는 별다른 FEC 인코딩 기능 없이 단순히 조절부(506)에 의해 결정된 FEC 인코딩 비율에 맞춰, 패킷들 중 일부를 삭제하는 기능만 추가하는 것으로 액세스 포인트(402, 404, 406)별 독립적인 FEC 인코딩을 적용시킬 수 있다.
다음으로, 동일채널에서 동작하는 액세스 포인트(402, 404, 406)가 서로 겹치는 무선 전송 영역을 가지고 있을 경우, 액세스 포인트들(402, 404, 406) 간의 비디오 패킷의 전송 시기를 서로 다르게 하여 멀티캐스트 비디오 패킷간의 충돌을 회피하도록 각각의 액세스 포인트(402, 404, 406)의 비디오 패킷의 전송 시기를 조절할 수 있다.
즉, 액세스 포인트(404)의 조절부(506)는 각각의 액세스 포인트(402, 404, 406)의 위치 및 전송영역을 파악하여 서로 겹치는 무선 전송 영역이 있는지를 확인한다. 이때, 각각의 액세스 포인트(402, 404, 406)의 위치는 데이터베이스(data base)를 통해 파악할 수 있다고 가정한다. 따라서 조절부(506)는 액세스 포인트들(402, 404, 406)간의 거리와 각 액세스 포인트(402, 404, 406)의 전송범위를 고려하여 액세스 포인트들(402, 404, 406)간의 무선 전송 영역이 겹치는지를 확인할 수 있다. 또한 실제 단말장치(408, 410, 412, 414)의 측정을 통해 무선 전송 영역이 겹치는 액세스 포인트들(402, 404, 406)의 관계를 파악할 수도 있다.
위와 같은 비디오 패킷의 전송 시기 조절을 위해 조절부(506)는 단위 시간 당 비디오 패킷의 양, 물리계층 전송 속도, 무선랜 MAC 오버헤드, 최소 FEC 인코딩 비율 등을 고려하여 단위 시간 당 최대 비디오 전송 시간을 계산한다.
예를 들어, 비디오는 보통 비디오 인코딩 단위인 Group of Pictures(GoP)단위로 전송이 되므로, 단위 시간을 GoP 시간이라고 할 때, 가장 낮은 FEC 인코딩 비율을 고려하여 GoP 시간 당 최대 비디오 전송 시간을 계산한다. 이를 통해 하나의 GoP 시간 안에 몇 번의 비디오 전송이 가능한지를 계산하고, 이를 최대 겹치지 않는 개수로 표현한다. 즉, GoP 시간이 0.5 초이고 GoP 시간 동안 전송될 비디오는 가장 낮은 FEC 인코딩 비율을 사용하는 경우 0.1 초가 필요하다면, 최대 겹치지 않는 개수는 5개가 된다.
IEEE 802.11 표준에서는 전력절약 기법(Power saving)을 사용하는 단말장치가 있을 경우, 멀티캐스트 및 브로드캐스트 패킷들을 바로 전송하지 않고 대기열에 두어 DTM(delivery traffic indicator message) beacon이라는 특정 주기로 전송되는 beacon 프레임 이후에 전송하도록 규정하고 있다. 이를 활용하여 조절부(506)는 동일채널에서 동작하는 서로 겹치는 전송영역을 가진 액세스 포인트들(402, 404, 406)이 DTIM beacon을 보내는 시기를 서로 다르게 하여 비디오 패킷들 간의 충돌을 회피시키도록 할 수 있다.
도 6은 각 액세스 포인트(402, 404, 406)마다 비디오 패킷의 전송 시기를 다르게 하여 충돌을 회피하는 상황의 예시를 도시한 것으로, GoP 시간 당 비디오 전송 시간을 계산하여 서로 인접하는 액세스 포인트의 경우 그 비디오 전송 시간만큼 DTIM beacon을 전송하는 시기를 다르게 하여 비디오 패킷 간의 충돌이 방지되도록 할 수 있다.
즉, 조절부(506)는 각 액세스 포인트의 DTIM beacon이 전송되는 주기인 DTIM 주기(interval)를 GoP 시간과 동일하게 설정하여 매 DTIM beacon 직후에 멀티캐스트 프레임들이 전송되도록 구현한다.
예를 들어, GoP 시간이 0.5초이면 DTIM 주기 역시 0.5 초가 되고, GoP 시간 동안 전송될 비디오는 0.1 초가 필요하다면 서로 겹치는 전송영역을 가진 액세스 포인트들의 DTIM beacon 전송 시기를 0.1 초만큼 차이를 두어 전송하도록 제어할 수 있다. 이때, 통신 사업자는 비디오 멀티캐스트 서비스를 위한 액세스 포인트들을 설치할 때 최대 인접 액세스 포인트들의 개수를 앞에서 계산한 비디오가 서로 최대 겹치지 않는 개수보다 작거나 같게 조정하여 배치할 수 있다. 이를 통해 액세스 포인트들의 전송영역이 서로 겹치는 경우 비디오 전송 시기가 모두 다르게 구현 가능하다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 비디오 전송 시스템에서 멀티캐스트 비디오 전송을 위한 신호 처리 흐름을 도시한 것이다.
이하, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 특히 본 발명의 설명에서는 설명의 편의상 액세스 포인트(404)에서의 동작을 예를 들어 설명하나, 다른 액세스 포인트(402, 406)에서도 동일하게 적용 가능한다.
먼저, 통신 사업자는 비디오 멀티캐스트 서비스를 위한 액세스 포인트들(402, 404, 406)을 설치할 때 최대 인접 액세스 포인트들의 개수를 고려하여 액세스 포인트를 배치할 수 있으며, 무선랜 기반의 비디오 멀티캐스트 환경이 구축되는 경우 비디오 서버(400)는 어플리케이션 계층의 FEC 인코딩 기법으로 멀티캐스트 비디오 패킷을 단말장치(408, 410, 412, 414)로 전송하게 된다.
위와 같은 비디오 멀티캐스트 환경이 구축되는 경우 액세스 포인트(404)는 비디오 서버(400)로부터 수신한 멀티캐스트 비디오 패킷을 단말장치(410)로 전송하기 위한 DTIM beacon 전송 시기를 결정한다(S700). 이때, 액세스 포인트(404)는 데이터베이스 등에 저장된 정보를 이용하여 인접한 위치에 존재하는 다수의 액세스 포인트들(402, 406)과의 무선 전송 영역이 겹치는지를 확인하고, 무선 전송 영역이 겹치는 액세스 포인트가 있는 경우 해당 액세스 포인트와 통신을 통해 DTIM beacon의 전송 시기를 서로 다르게 설정함으로써 비디오 패킷의 충돌을 방지시킬 수 있다.
이어, 액세스 포인트(404)는 무선 전송 영역내 무선 채널 정보를 이용하여 액세스 포인트별 독립적인 FEC 인코딩 비율을 새로이 설정하고, 비디오 패킷을 전송함으로써 보다 효율적으로 비디오 패킷을 전송할 수 있다.
즉, 단말장치(410)는 주기적으로 액세스 포인트(404)의 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 대한 무선 채널 정보를 송신하게 되는데(S702), 액세스 포인트(404)는 단말장치(410)로부터 무선 전송 영역내 채널 상황에 대한 무선 채널 정보를 수신 받아(S704), 비디오 서버(400)에서 전송되는 비디오 패킷의 FEC 인코딩 비율과 다르게 액세스 포인트(404)의 독립적인 FEC 인코딩 비율을 새로이 설정한다(S706).
이후, 비디오 서버(400)로부터 액세스 포인트(404)로 멀티캐스트 비디오 패킷이 전송되는 경우(S708), 액세스 포인트(404)는 비디오 서버(400)로부터 멀티캐스트 비디오 패킷을 수신하고(S710), 액세스 포인트(404)가 독립적으로 설정한 FEC 인코딩 비율로 비디오 패킷을 재구성한다(S712).
이때, 위와 같은 비디오 패킷의 재구성에 있어서, 액세스 포인트(404)는 도 4에서 보여 지는 바와 같이, FEC 인코딩 비율에 맞게 계산된 일정 수의 패킷을 비디오 서버(400)로부터 수신 받은 멀티캐스트 비디오 패킷들 중에서 임의로 삭제하는 방식으로 비디오 패킷을 재구성하고, 재구성된 비디오 패킷을 무선으로 각 단말장치(410)로 멀티캐스트 전송한다.
예를 들어, 원래 멀티캐스트 비디오 데이터의 양이 a, 가장 낮은 FEC 인코딩 비율을 통해 얻어진 실제 액세스 포인트(404)가 전달받은 데이터의 양을 b, 해당 액세스 포인트(404)에 적합한 FEC 인코딩 비율이 c라고 하면, 액세스 포인트(404)는 총 b의 데이터 중에 (a/c)의 데이터만 무선으로 전송하고 나머지 (b- (a/c))는 임의로 삭제하여, 실제 얻고자 하는 FEC 인코딩 비율 c를 맞추게 된다.
이어, 액세스 포인트(404)는 위와 같이 재구성된 비디오 패킷을 액세스 포인트 무선 전송 영역내 위치한 단말장치(410)로 전송한다(S714).
이에 따라, 단말장치(410)는 FEC 디코딩을 통해 비디오 패킷을 복원하여 재생시키게 되며, 또한 액세스 포인트(404)의 무선 전송 영역에 대한 무선 채널 정보를 송신하게 된다(S716).
그러면, 액세스 포인트(404)는 단말장치(410)로부터 액세스 포인트(404)의 무선 전송 영역에 대한 무선 채널 정보를 피드백(feedback) 수신하고(S718), 무선 채널 정보를 분석하여 FEC 인코딩 비율의 조정이 필요한지 검사한 후, 채널 상황이 변하여 FEC 인코딩 비율의 조정이 필요한 경우 무선 채널 정보에 맞게 FEC 인코딩 비율을 다시 조정한 후(S720), 조정된 FEC 인코딩 비율로 비디오 패킷을 재구성하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서의 비디오 전송에 있어서, 단말장치로 멀티캐스트 비디오 패킷을 전송하여 주는 각각의 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치가 단말장치와의 무선 채널 정보를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC 인코딩 비율을 독립적으로 설정하여 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송 효율을 높이도록 한다.
즉, 비디오 멀티캐스트 서비스를 받는 단말장치들이 무선 채널 정보를 FEC 인코딩 비율 조정 기능을 구비하는 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치로 피드백하고, 무선 채널 정보를 이용하여 액세스 포인트별 독립적인 FEC 인코딩 비율을 사용하도록 함으로써 낮은 FEC 인코딩 비율로 인한 무선 자원의 불필요한 낭비를 방지시킬 수 있다.
또한, 동일 채널에서 동작하는 액세스 포인트들이 서로 겹치는 전송영역을 가지고 있는 경우 액세스 포인트들간 비디오 패킷의 전송 시기를 서로 다르게 설정하여 겹치는 전송영역에 위치한 단말장치에서 비디오 패킷의 충돌이 발생하지 않도록 한다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 FEC 인코딩 비율을 액세스 포인트별 독립적으로 설정함에 있어서 FEC 인코딩 비율을 설정하는 기능을 액세스 포인트에 구비시키는 것을 예를 들어 설명하였으나, 비디오 서버가 각 액세스 포인트의 FEC 인코딩 비율을 설정하도록 할 수도 있으며, 다수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트가 각각의 액세스 포인트에 대한 FEC 인코딩 비율을 설정할 수도 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
본 발명에서는 무선랜 기반의 멀티-셀 멀티캐스트 환경에서의 비디오 전송에 있어서, 단말장치로 멀티캐스트 비디오 패킷을 전송하여 주는 각각의 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치가 단말장치와의 무선 채널 정보를 바탕으로 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송을 위한 FEC 인코딩 비율을 독립적으로 설정하여 멀티캐스트 비디오 패킷의 전송 효율을 높이는 것으로, 무선 통신망과 액세스 포인트 등의 무선 통신 장치에 적용할 수 있다.
400 : 비디오 서버 402, 404, 406 : 액세스 포인트
408, 410, 412, 414 : 단말장치

Claims (15)

  1. 비디오 패킷을 전송하는 비디오 서버와,
    상기 비디오 서버로부터 멀티캐스트로 전송되는 비디오 패킷을 수신하여 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 따라 상기 비디오 패킷을 인코딩할 FEC(forward error correction) 인코딩 비율을 조정하고, 상기 조정된 FEC 인코딩 비율에 따라 상기 비디오 패킷을 재구성하여 무선 전송시키는 무선 통신 장치와,
    상기 무선 통신 장치로부터 전송되는 멀티캐스트의 비디오 패킷을 수신하는 단말장치
    를 포함하는 비디오 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    상기 비디오 서버로부터 수신된 비디오 패킷에 대해 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 삭제가 필요한 패킷의 수를 계산하고, 상기 계산된 수만큼의 패킷을 상기 비디오 패킷으로부터 임의로 삭제하는 방식으로 상기 비디오 패킷을 재구성하는 것을 특징으로 하는 비디오 전송 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    상기 무선 전송 영역이 서로 겹치는 인접한 다른 무선 통신 장치가 존재하는 경우 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 상기 다른 무선 통신 장치와 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 비디오 전송 시스템.
  4. 멀티캐스트로 수신되는 비디오 패킷을 수신하여 무선 전송 영역내 단말장치로 전송하는 중계부와,
    상기 비디오 패킷을 수신하여 상기 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 따라 상기 비디오 패킷을 인코딩할 FEC 인코딩 비율을 조정하고, 상기 조정된 FEC 인코딩 비율에 따라 상기 비디오 패킷을 재구성하여 상기 단말장치로 무선 전송시키는 조절부
    를 포함하는 무선 통신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 무선 채널 상황이 변경됨에 따라 상기 FEC 인코딩 비율을 상기 변경된 무선 채널 상황에 대응되게 조정시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 비디오 패킷에 대해 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 삭제가 필요한 패킷의 수를 계산하고, 상기 계산된 수만큼의 패킷을 상기 비디오 패킷으로부터 임의로 삭제하는 방식으로 상기 비디오 패킷을 재구성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 무선 전송 영역이 서로 겹치는 인접한 다른 무선 통신 장치가 존재하는 경우 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 상기 다른 무선 통신 장치와 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 DTIM beacon의 전송 주기를 변경시키는 것으로 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 조절하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 조절부는,
    상기 무선 전송 영역내 무선 채널 상황에 대한 정보를 상기 단말장치로부터 수신 받는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  10. 무선 통신 장치에서 통신망상 비디오 서버로부터 멀티캐스트로 전송되는 비디오 패킷을 수신하는 단계와,
    상기 무선 통신 장치에서 무선 전송 영역내 단말장치로 상기 비디오 패킷을 송신하기 위한 무선 채널 상황을 검사하는 단계와,
    상기 무선 채널 상황에 따라 상기 비디오 패킷에 대한 FEC 인코딩 비율을 새로이 설정하는 단계와,
    상기 FEC 인코딩 비율에 따라 상기 비디오 패킷을 재구성하는 단계
    를 포함하는 비디오 전송 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 FEC 인코딩 비율은,
    상기 무선 채널 상황이 변경됨에 따라 상기 변경되는 무선 채널 상황에 대응되게 조정되는 것을 특징으로 하는 비디오 전송 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 비디오 패킷을 재구성하는 단계는,
    상기 비디오 서버로부터 수신된 상기 비디오 패킷에 대해 상기 FEC 인코딩 비율에 따라 삭제가 필요한 패킷의 수를 계산하는 단계와,
    상기 계산된 수만큼의 패킷을 상기 비디오 패킷으로부터 임의로 삭제하여 상기 비디오 패킷을 재구성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 전송 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는,
    액세스 포인트인 것을 특징으로 하는 비디오 전송 방법.
  14. 무선 통신 장치에서 통신망상 비디오 서버로부터 멀티캐스트로 전송되는 비디오 패킷을 수신하는 단계와,
    상기 무선 통신 장치에서 무선 전송 영역이 겹치는 인접 지역의 다른 무선 통신 장치가 존재하는지 검사하는 단계와,
    상기 다른 무선 통신 장치가 존재하는 경우 상기 비디오 패킷의 전송 시기를 상기 다른 무선 통신 장치와 서로 다르게 설정하는 단계와,
    상기 서로 다르게 설정된 전송 시기로 상기 비디오 패킷을 단말장치로 전송하는 단계
    를 포함하는 비디오 전송 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 비디오 패킷의 전송 시기는,
    DTIM beacon의 전송 주기를 변경시키는 것에 의해 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 비디오 전송 방법.
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