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저지연 및 견고한 피어-투-피어 비디오 스트리밍에 관하여


<재단 제25기 해외유학장학생 Stanford U. 전기공학 박사>

인터넷 상에서 다중 사용자에게 비디오를 전송하는 방법의 하나로서, 비용면에서 효율적이면서도 확장성이 좋은 피어-투-피어 (P2P) 시스템이 각광을 받고 있다. P2P 시스템 내에서는 사용자들이 비디오를 소비할 뿐만 아니라 자신의 자원을 활용하여 다른 사용자에게 비디오를 전달해주는 역할을 하기 때문에 P2P 시스템은 기존의 클라이언트-서버 시스템에 비해 좋은 확장성을 보여 준다. 하지만, P2P 시스템을 설계하는 데 있어 해결해야 할 문제점들이 존재한다. 예로써, 피어들의 속성인 비신뢰성, 피어들이 제공하는 비균일(heterogeneous) 자원들, 피어들 자체의 비균일 성능, 그리고 NAT/방화벽과 같은 네트웍 장비로 인해 피어간의 원활한 소통에 생기는 제약 등이다.


이 논문은 Stanford Peer-to-Peer (SPPM)이라고 불리는 P2P 기반의 비디오 전송 시스템을 제안한다. SPPM은 저지연(low latency) 과 견고한 (robust) 품질의 비디어 전송을 위해서 다중의 보상적 트리 (multiple complementary trees)를 구성하며, 능동적 오버레이 관리 (active overlay management)를 통해 피어들의 위치를 끊임없이 수정하며, 중앙관리자 없이 피어들이 스스로 트리 구성 및 관리를 수행하도록 해준다. 또한, 본 논문은 피어간의 원활한 소통을 보장하기 위해 분산적 네트워크 자원 할당 알고리즘을 제안한다.


다음으로 본 논문은 사용자들이 비디오 재생을 개별적으로 제어할 수 있도록 time-shifted streaming 기능을 SPPM에 추가한다. 이는 피어들로 하여금 비디오의 지난 부분을 저장하게 한후 필요시 비디오 서버를 대신하여 비디오를 서비스하게 해 준다. 이는 결국 비디오 서버에 부과되는 부담을 경감시켜 시스템의 확장성을 증가시켜 준다. 서버 부하를 추가적으로 경감하기 위해 본 논문은 fast prefetching이라 하여 피어들이 비디오를 보다 빠르게 시스템 내에서 확산시키도록 도와주는 알고리즘을 제안한다. 모의실험을 통해, fast prefetching이 서버 부하 경감뿐 아니라 피어들의 비디오 재생시 끊김 현상의 빈도가 감소함을 관찰되었다.

마지막으로, 모바일 사용자들에게도 비디오를 전송할 수 있도록 SPPM 시스템을 확장하였다. 모바일 사용자가 비디오를 보기 위해서는 비디오를 모바일 기기에 맞게 변환하는 과정인 트랜스코딩(transcoding)이 일반적으로 요구되는데, 본 논문은 길쌈 분산식 트랜스코딩(interleaved distributed transcoding, IDT) 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 다중의 피어가 비디오를 변환할수 있도록 해주며, 변환된 비디오 스트림들이 모바일 기기에서 수신된 후, 하나의 스트림으로 통합되어 H.264/AVC Baseline Profile을 준수하는 임의의 비디오 디코더에서도 재생이 가능하도록 해준다. 모의실험 및 수학적 분석을 통해, IDT가 각 피어들의 트랜스코딩 부하를 줄일뿐 아니라 여러 상황에서 훨씬 안정적인 스트리밍을 가능하게 함을 증명하였다.




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