CORBA 기반의 분산 멀티미디어 환경에서 협약 및 적응 스트림 서비스를 위한 QoS 관리 모델의 구축

CORBA 기반의 분산 멀티미디어 환경에서 협약 및 적응 스트림 서비스를 위한 QoS 관리 모델의 구축 이 현철, 조 동훈, 이 건엽, 주 수종 원광대학교 컴퓨터공학과 분산처리연구실

서 론 • 연구 배경 • 분산 객체 기술 등장으로 다양한 응용 서비스 개발이 가능 • 텍스트 위주 서비스에서 멀티미디어 기반서비스로의 전환 • 다양한 멀티미디어 서비스를 통합 관리할 수 있는 관리 모델 요구 • 연구 목적 • CORBA기반의 분산 환경에서 객체 서비스 형태로 멀티미디어 스트림 서비스를 통합 관리하고 협약 및 적응 기법을 통해 스트림 서비스를 제어할 수 있는 QoS 관리 모델을제시하고자 한다. Network Client System Server System Stream Receive System Stream Send System Stream flow control sampling Control System UCM 1 UCM 2 Service Service Monitor Monitor QoSM Control User Interface DB DB Notify Manager Interface Notify User Interface connect Mapper connect negotiation CORBA connection control adaptation control flow UCM : User Control Module QoSM : QoS Management Module control flow stream flow

QoS 제어 기법 • Application Level QoS 제어 기법 • Specification and Mapping • 사용자 중심의 QoS 표현, 사용자, 어플리케이션, 시스템간에 QoS 파라미터 변환 기법을제공 • Negotiation • End-To-End간에 협약 기법을 제공 • Adaptation • 서비스 환경에 서비스의 중단을 방지하고 서비스를 재조정하여 서비스 상태를 지속적으로 유지 • Monitoring • QoS 파라미터 정보들의 모니터링 및 기록 • Notification • 협약된 서비스 유지여부판단하고 위반시에 서비스를 재조정 • System Level QoS 제어 기법 • Admission Control • 서비스 제공여부를 판단 • Resource reservation • 안정적인 서비스 유지를 위한 네트워크 자원의 예약 기능 • Scheduling • 서비스 제공자와 소비자간에 협약된 서비스수준에 따라 적절한 스케줄링 알고리즘 제공(Class of Service) • Policing • 불필요한 패킷을 마킹이나 드롭을 통해 트래픽 제어 • 현재 본 논문에서 제안하는 관리 구조는 Application Level에서의 QoS 제어 기법을 기초로 하여 제안됨

UCM Service Monitor DB User Interface Notify connect 사용자 제어 모듈 구성 요소 • 사용자 제어 모듈(User Control Module) • QoS 관리 모듈과 상호작용을 통해 스트림 서비스의 시작, 중지, 재설정기능을 제공 • 사용자 인터페이스 객체(UIO : User Interface Object) • 어플리케이션 개발에 사용할 수 있는 인터페이스 제공 • 접속 객체(CO : Connect Object) • 서버측 사용자 제어 모듈과의 접속 설정/해제 기능 수행 • 서비스 객체(SO : Service Object) • 스트림 송수신 객체를제어 기능 수행 • 모니터 객체(MO : Monitor Object) • 스트림 데이터의 송수신 상태(대역폭, 지연시간, 전송율, 지연율 등) 및 시스템 자원(CPU, Memory) 상태를 DB에 기록 • 통보 객체(NO : Notify Object) • 기록된 정보를 분석하여 QoS 위반상황을검출하고, 협약이 위반되었을 경우 QoS 관리 모듈내의 제어 객체에게 통보 • DB • 모니터링 데이터를 저장하기 위한 저장소로 사용 CORBA

QoSM Control Manager Interface Mapper QoS 관리 모듈 • QoS 관리 모듈(QoS Management Module) • 사용자 제어 모듈을 통해 서비스되는 스트림 서비스 과정에서 QoS 유지,제어 기능 담당 • 관리자 인터페이스 객체(MIO : Manager Interface Object) • QoS MIB와 시스템 카탈로그(System Catalog)의 관리와 사용자 제어 모듈의QoS 제어 요청 처리 • 매퍼 객체(MpO : Mapper Object) • 스트림 서비스 형태에 따라 응용에 맞는 QoSMIB의 등록, 변경, 삭제 기능을 제공하며 제안된 모델 상에서 시스템 카탈로그(System Catalog)정보를 유지 관리 • 제어 객체(CoO : Control Object) • 사용자 제어 모듈의 요청에 따라 협약 및 적응을 이용한 QoS 제어 요청 처리 • 스트림 송수신 객체(Stream Send/Receive Object) • 스트림 패킷을송수신하는 객체나 응용 프로그램 CORBA

negotiation rule setup <frame rate> <bit rate> <resolution> reconfigure <qos level> User Interface Object Control Object Stream Object read status <cpu> <memory> MIB List <qos level> <frame rate> <bit rate> <resolution> : Mapper Object UCM(receive) QoSM UCM(send) QoS 제어 기법 과 객체간의 관계성(1) • 협약 기법(Negotiation Methodology) • 스트림 수신측에서 QoS 관리 모듈의 관리자 인터페이스 객체를 통해 QoS 재설정 요청 • 재설정 메시지를 받은 관리자 인터페이스 객체는 이 메시지를 모듈내의 제어 객체에게전달 • 제어 객체는 수신측에서 원하는 QoS레벨을 제공할 수 있을지 송신측 시스템 자원과 네트웍자원을 기준으로 판단 • 수신측에서 원하는 서비스 레벨이 가능할 경우, 협약이 이루지고 협약된 레벨로 서비스가 가능하도록 송신측 스트림 객체를재설정 통해 협약 절차 수행

DB read status <frame rate> <resolution> <bit rate> write DB <frame rate> <resolution> <bit rate> DB JDBC & API Monitor Object Stream Object UCM(receive) adaptation rule violation detect read DB <frame rate> <resolution> <bit rate> adaptation <frame rate> <resolution> <bit rate> setup <frame rate> <resolution> <bit rate> JDBC & API Notify Object Control Object Stream Object UCM(receive) QoSM UCM(send) QoS 제어 기법 과 객체간의 관계성(2) • 모니터링 기법(Monitoring Methodology) • 수신측에 모니터 객체는 모니터한 데이터를 기록할 DB 테이블생성 • 스트림 수신 객체로부터 모니터링 정보획득 • 획득된 데이터를 테이블에 기록을 통해 모니터링 절차 수행 • 적응 기법(Adaptation Methodology) • 모니터 객체가 기록한 데이터를 DB로부터 읽어 들여 협약된 레벨로 서비스가유지되는지를 판단 • 협약된 QoS 레벨에 위반될 경우, QoS 관리 모듈의 제어 객체가 현재의 서비스 상태정보를 기준으로 서비스 적응 절차 수행

QoSM UCM UCM UCM 구축 환경 • 구축 환경 • 서버 시스템에서 카메라에서 Capture이미지를 RTP 패킷으로 전송하고 클라이언트 시스템에서 패킷을 받아 디스플레이한다, 이 과정에서 QoS 제어를 통해 스트림 서비스를관리할 수 있도록 환경을 구축함 • 시스템- Sun UltraSparc 1s, UltraSparc 2i • 운영체제- Solaris 2.5(client), Solaris 2.7(server) • 미들웨어- OrbixWeb3.1c • 언어, 개발툴- Java, JDK1.2.x, JMF API 2.0beta • DB Engine - Mini SQL 1.0.16 • 장비 - SunVideo/SunVideoPlus Capture Board, Sun Camera Server(스트림 송신) Client(스트림 수신)

클라이언트측 실행 화면(1) • 사용자가 스트림 서비스 질을 조절할 수 있는 윈도우로 클라이언트 측에 제공한다. 제어는 QoS 관리 구조에서 제안한 인터페이스를 통해 조절한다.. 클라이언트 UCM, 서버UCM, QoSM가 위치하는 IP Address을 기입하는 Panel 사용자에 개인 정보 및 DB 접속 Port, 스트림 송수신 Port을 기입하고 이 정보를 파일에 저장하거나 읽어들여 프로그램의 시작시에 기초 정보로 활용

클라이언트 실행 화면(2) 좌측의 ProgressBar -> 현재 서비스 수신 QoS 레벨 우측의 SliderBar -> 원하는 QoS 레벨을 선택하기 위해 사용 스트림 수신 상태를 여러 파라미터에 따라 모니터링 하는 윈도우 우측에 CheckBox는 모니터링 여부를 체크 BitRate, FrameRate, Encoding, Quality(CPU 사용량), Buffer Size

서버측 실행 화면(1) • Capture Board 선택 • 클라이언트 측으로 부터 접속이 성공되면 서버에서는 스트림 객체를 송신 모드로실행한다. • 이 과정에서 Capture Device선택 다이얼로그 박스를 이용하여 원하는 서비스에 맞는 장치를 선택하게 된다. 서버 시스템에서 등록되어 있는 Capture Device 목록을 나타내는 Panel 선택된 Capture Device에서 지원하는 Encoding Format, Size, maximum Frame Rate을 선택할 수 있는 Panel

서버측 실행 화면(2) Capture한 이미지를 JPEG(or H261, H263)으로 인코딩하여 스트림 객체 로 생성된RTP 패킷을 클라언트 스트림 객체에게 전송 스트림 수신 상태를 여러 파라미터에 따라 모니터링 하는 윈도우 우측에 CheckBox는 모니터링 여부를 체크 BitRate, FrameRate, Encoding, Resolution Quality(CPU 사용량), Buffer Size

전체적인 실행 화면 • 실행 화면 클라이언트측 화면 서버측 화면

Monitor Stream Service Application Application Stream Object Stream Object QoS Application Application Network Operation Service Object & ObjectGroup Object & ObjectGroup Object & ObjectGroup Distributed Computing Middleware Trader Trader Federation Trader Trader 결론 및 향후 연구과제 • 결론 • 플랫폼 독립된 형태로 스트림 서비스를 통합 관리할 수 있는 QoS 관리구조 제안 • 재사용 및확장이 용이한 객체 서비스형태의 관리 구조 제안 • 스트림 기술과 분산 객체 기술의 접목 • 향후 연구과제 • 다자간 서비스가 가능하도록 관리 구조를 구현을 확장 • 멀티 스트림 서비스의 지원 • 스트림 서비스의 성능 향상을 위한 적응 알고리즘에대한 연구 • 관리 구조에 세션 관리를 확장 • 트레이딩 서비스를 이용한 스트림 객체의 접속 방안 모색

사용자 제어 모듈의 클래스 다이어그램 • 사용자 제어 모듈의 클래스 다이어그램

QoS 관리 모듈의 클래스 다이어그램 • QoS 관리 모듈의 클래스 다이어그램

QoS Management Module User Control Module 1 Stream Receive Object Stream Send Object User Interface Manager Interface UCM2 UI Connect Service Monitor Notify DBMS Control Mapper start start_conn connection start_media start_service start_media start_monitor create_table start_notification stream transport reset negotiation evaluate get setup setup_media setup_service setup_media stream transport adaptation evaluate get setup setup_media Setup_media setup_service setup_media stream transport 사건 추적 다이어그램(ETD) • ETD(Event Trance Diagram) 접속 절차 협약 절차 적응 절차

객체 모듈 • 객체 모듈의 정의 • 동일한 응용에 관련되어지는 객체들의 참조자를관리할 수 있도록 하는 그룹 개념으로 객체의 참조자를 관리할 수 있는 인터페이스 객체를 통해 관련된 여러 객체의 참조자를 관리하고 메시지를 적절한 객체에게 분배(dispatch)한다. • User Interface Object(사용자 제어 모듈) • 사용자 제어 모듈내의 접속 객체, 서비스 객체, 모니터 객체, 통보 객체에 대한 관리 및 메시지 분배 • Manager Interface Object(QoS 관리 모듈) • QoS 관리자 모듈내의 제어 객체, 매퍼 객체에 대한 참조자의 관리 및 메시지 분배

CORBA 기반의 분산 멀티미디어 환경에서 협약 및 적응 스트림 서비스를 위한 QoS 관리 모델의 구축