CORBA 환경에서 분산 QoS 관리를 위한 실시간 협약 및 적응 제어 구조의 설계 및 구현

1. CORBA 환경에서 분산 QoS 관리를 위한 실시간 협약 및 적응 제어 구조의 설계 및 구현 발표자 : 조 동훈 원광대학교 컴퓨터공학과 일반대학원 석사과정

2. 발표 순서 • 서론 • 연구 배경 및 연구 목적 • 소개 • 서비스 품질(QoS)에 대한 소개 • 관련 연구 • 설계 • 분산 QoS 관리 구조 설계 • 객체 모듈 및 구성 객체 설계 • 제안된 QoS 제어 기법(실시간 협약 및 동적 적응 기법) • 구현 • 개발 환경 • 분산 QoS 관리 구조 실행 환경 • 결론 및 향후 연구 과제 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

3. 연구 배경 다양한 요구 사항 사용자의 수 증가 새로운 멀티미디어 서비스의 출현 멀티미디어 스트리밍 서비스 서비스 품질(QoS) 보장 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

4. 분산 컴퓨팅 및 미들웨어 기술 CORBA 플랫폼에 독립적인 상호운용성 제공 자원들에 대한 효율적인 관리 멀티미디어 스트림 서비스 위한 분산 QoS 관리 시스템 Streaming Object Model QoS 제어 멀티미디어 기술 객체지향 기술 연구 목적 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

5. 서비스 품질(QoS : Quality of Service) • QoS 정의 • 서비스 사용자와 제공자 사이에서의 약속된 서비스를 유지 하기위한 모든 작업 • QoS 분류 • 사용자 레벨 QoS –사용자의 인지 정도에 따라 서비스 평가 • 어플리케이션 레벨 QoS –사용자와의 인터페이스 제공 • 시스템 레벨 QoS –데이터의 실제 전송과 장치 제어 • QoS 파라미터 • 서비스 사용자의 만족 정도를 결정하는 요소들의 집합 • 예 : <resolution>, <frame-rate>, <bit-rate> 등 • QoS MIB(Management Information Base) • 멀티미디어 서비스에서 QoS를 지원하기 위한 속성 정보 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

6. QoS 등급 등급 프레임 율 해상도 비트 율 CPU 700,000 160 × 120 1.0 5 5 25 - 30 Excellent 160 × 120 1.0 5 25 - 30 650,000 4 Good 1.0 5 600,000 160 × 120 25 - 30 3 Fair 0.8 550,000 15 - 24 160 × 120 4 Poor 2 160 × 120 0.8 15 - 24 4 500,000 1 Bad 0.8 15 - 24 160 × 120 4 450,000 0.6 3 400,000 160 × 120 6 - 14 6 - 14 160 × 120 0.6 350,000 3 등급 QoS 해상도 프레임 율 160 × 120 0.6 3 300,000 6 - 14 Excellent 5 25 - 30 160 × 120 0.4 250,000 160 × 120 2 3 - 5 Good 4 160 × 120 15 - 24 160 × 120 0.4 2 200,000 3 - 5 Fair 3 6 - 14 160 × 120 2 3 - 5 160 × 120 0.4 150,000 Poor 2 160 × 120 3 - 5 0.2 1 - 2 160 × 120 1 100,000 1 Bad 1 - 2 160 × 120 QoS MIB 어플리케이션 레벨과 시스템 및 자원 레벨간의의 매칭 사용자 레벨 • 프레임 율 • 해상도 사용자 레벨과 어플리케이션 레벨간의 매칭 • 비트 율 • CPU 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

7. QoS 제어 기법 • 협약(Negotiation) 기법 • 종단간(End-to-End)에 협약 기능 제공 • 적응(Adaptation) 기법 • 서비스 수행 중 서비스가 중단되지 않도록 서비스 조정 • 매핑(Mapping) 기법 • 사용자 또는 어플리케이션, 시스템간의 상호작용 기능 제공 • 모니터링(Monitoring) 기법 • QoS 파라미터 정보들의 모니터링 및 기록 • 통보(Notification) 기법 • 협약된 서비스 상태로 서비스가 유지되는지를 감시, 위반 사항이 있을 시에는 위반 사항을 검출 및 통보 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

8. QoS 제어 기법 • 자원 예약(Resource Reservation) 기법 • 안정적인 서비스 유지를 위한 네트워크 자원의 예약 기능 • 승인 제어(Admission Control) 기법 • 사용자가 요청한 서비스에 대한 제공 여부를 판단하는 기능 • 스케줄링(Scheduling) 기법 • 효율적인 자원의 배분을 목적으로, 자원을 공정하게 할당하는 알고리즘을 제공 • 정책(Policing) 기법 • 불필요한 패킷을 마킹이나 드롭(drop)을 통해 트래픽 제어 • 종료(Termination) 기법 • 서비스 종료 시 할당된 자원을 반환하는 기능을 제공 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

9. 관련 연구 : 기존에 제시된 QoS 구조 • Heidelberg QoS Model(IBM 유럽 네트워킹 센터) • 네트워크와 종단 시스템들의 보정 제공 • 연속적인 미디어 전송 시스템(HeiTS/TP) 통신 구조 • OMEGA(펜실베니아 대학) • Local 시스템의 가용능력과 글로벌 자원 관리에 효과적인 구조 • QoS 브로커 기반으로 RTAP/RTNP 프로토콜 사용 • Tenet Architecture(캘리포니아 대학) • 광역 ATM 네트워크 상에서 실험적인 프로토콜의 집합으로 구성 • RCAP/RTIP, CMIP 프로토콜 사용 • MASI End-to-End Model(CESAME & Pierre et Marie Curie 대학) • 분산 멀티미디어 어플리케이션 동작에 필요한 QoS 프레임워크 • ATM 기반 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

10. 관련 연구 • 기존 연구의 문제점 • 서로 다른 플랫폼, 통신 프로토콜에 적용- 상호운용성 결여 • 사용자의 요구를 배제한 QoS 제어 및 사용자 인터페이스 • 확장성/재사용성의 문제점 • 선행 연구 • CME의 사용자 위주의 QoS 제어+QuO의 분산 형태의 QoS • CME의 COMMA 구조를 확장해서 QoS 관리 모델 구축 • 중앙 제어 형태로 QoS 제어 –실시간 적인 QoS 제어 미흡 • 본 논문의 특징 • CORBA 기반에서 분산 제어 형태로 시스템 설계 • 실시간 적인 QoS 제어가 가능 –실시간 협약 및 동적 적응 • 다자간 통신에 있어서는 서버 시스템의 부하를 줄이는 이점 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

11. Client System Server System QoS CMM QoS MM Resource Monitor User Interface Service Management Notify Mapper Control Interface DB Control Connect DB Stream Receive Stream Send Control flow ORB ORB Stream flow Network 분산 QoS 관리 구조 시스템 설계 • 시스템 구성도 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

12. 분산 QoS 관리 구조 시스템 설계 • 분산 QoS 관리 구조 • QoS 제어와 관리를 위해 분산 제어 방식의 두 모듈로 구성 • 각 모듈 내부는 QoS 보장을 위한 객체들로 구성 • 스트림 흐름은 IP기반의 RTP 패킷을 처리하는 송수신 객체 • 제어 흐름은 CORBA 기반의 ORB를 통해서 이루어짐 • 분산 QoS 관리 구조의 객체 모듈 구성 • 클라이언트 측의 QoS 제어 관리 모듈(QoS CMM) • 서버 측의 부담을 감소하기 위해 전반적인 QoS 제어 기능을 지원 • 모니터링을 통해 현 시스템에 알맞은 QoS 파라미터 값 통보 기능 • 실시간 협약과 동적 적응 기법을 지원하기 위한 기능을 담당 • 서버 측의 QoS 관리 모듈(QoS MM) • 요청된 QoS 레벨에 맞게 조정하는 기능을 지원 • 자원에 대한 관리 및 서비스 조정 기능을 지원 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

13. 구성 요소들의 기능 • 사용자 인터페이스 객체(User Interface Object) • 양쪽 모듈을 구성하고 있는 객체들과 통신할 수 있는 기능 • 모니터 객체(Monitor Object) • 스트림 데이터의 수신 상태 및 시스템 자원 상태를 기록 • 모니터링 과정을 통해서 얻어진 내용을 DB에 저장 및 관리 • 통보 객체(Notify Object) • 기록된 정보 분석 및 QoS 위반 사항을 검출 • 매퍼 객체(Mapper Object) • MIB의 등록, 삭제, 변경 등을 관리 • 제어 객체(Control Object) • QoS의 전반적인 제어를 담당/MIB를 이용하여 두 시스템간의 QoS 보장 • 제어 인터페이스 객체(Control Interface Object) • 클라이언트 측에서 제공되는 QoS 파라미터 값을 가지고 서버 측에서 클라이언트 요청에 맞는 QoS 등급을 선택하는 기능 제공 • 서비스 관리 객체(Service Management Object) • 클라이언트와 서버간의 협약된 QoS 등급에 따라 자원을 관리하는 기능 제공 • 접속 객체(Connect Object) • 두 모듈 사이에 접속 설정 및 해제 기능 제공 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

14. 설계 • QoS 제어 관리 모듈의 클래스 다이어그램 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

15. 설계 • QoS 관리 모듈의 클래스 다이어그램 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

16. QoS 제어 관리 모듈(QoS CMM) QoS 관리 모듈(QoS MM) negotiation rule setup <frame rate> <resolution> <cpu> User Interface Object Control Interface Object Stream Send Object Control Object configure setup <qos level> <frame rate> <resolution> <cpu> read status <cpu> <memory> read MIB List <qos level> <bit rate> <resolution> <frame rate> : Mapper Object 제안한 QoS 제어 기법(실시간 협약) • 실시간 협약 수행 절차의 데이터 흐름도 • 클라이언트 측에서 서버 측으로 QoS 파라미터 값 전달 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

17. QoS 제어 관리 모듈(QoS CMM) QoS 관리 모듈(QoS MM) 시퀀스 다이어그램 • 실시간 협약 수행 절차의 시퀀스 다이어그램 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

18. QoS 제어 관리 모듈(QoS CMM) QoS 관리 모듈(QoS MM) violation detect adaptation rule Notify Object Control Object Control Interface Object Stream Send Object JDBC&API read DB adaptation setup setup DB <frame rate> <resolution> <bit rate> <frame rate> <resolution> <cpu> <frame rate> <resolution> <cpu> <frame rate> <resolution> <cpu> read MIB List <qos level> <bit rate> <resolution> <frame rate> : Mapper Object 제안된 QoS 제어 기법(동적 적응) • 동적 적응 수행 절차의 데이터 흐름도 • 수신된 QoS 파라미터 값과 협약된 QoS 파라미터 값 비교 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

19. QoS 제어 관리 모듈(QoS CMM) QoS 관리 모듈(QoS MM) 시퀀스 다이어그램 • 동적 적응 수행 절차의 시퀀스 다이어그램 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

20. 데이터베이스 스키마 설계 • 모니터링을 위한 DB 엔진 및 인터페이스 • DB 엔진 : Mini SQL 1.0.16 • 인터페이스 : mSQL-JDBC 드라이버 2.0 • 클라이언트와 서버의 모니터링을 위한 DB 스키마 Tabel Name Attribute Name Attribute Type Sample C_Counter 정수(integer) 250 C_Member 문자열(25) blue@210.112.129.32 C_Framerate 실수(real) 26.0 fps C_Resolution 문자열(10) 160X120 C_Monitor C_Bitrate 정수(integer) 692.000 bps C_Compression 문자열(10) jpeg/rtp C_Buffersize 정수(integer) 270 C_PacketSize 정수(integer) 1024 C_Quality 실수(real) 1.0 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

21. Stream flow Client System Server System QoS MM QoS CMM • 시스템 : Sun UltraSparc 1s, Sun UltraSparc 2i • 운영체제 : Solaris 2.5, Solaris 2.7 • 미들웨어 : OrbixWeb 3.1c • 언어 및 개발 툴 : Java, JDK1.2.x, JMF API 2.0 • DB 엔진 : Mini SQL 1.O.16 • 장비(1) : SunVideo/SunVideoPlusCapture Board • 장비(2) : Sun Camera Sun UltraSparc 2i Solaris 2.7 SunVideoPlus Sun Camera Sun UltraSparc 1s Solaris 2.5 SunVideo Control flow 개발 환경 클라이언트의 요청으로 서버 시스템에 설치된 카메라를 통해 Capture한 이미지를 RTP 패킷으로 전송하고, 클라이언트에서는 전송된 패킷을 받아 GUI 화면에 디스플레이 한다. 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

22. 분산 QoS 관리 구조의 실행 환경 • 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 구현 로케이션 패널 디스플레이 창 QoS 등급 바 명령 패널 모니터링 패널 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

23. GUI 실행을 통한 제안된 QoS 제어 기법 검증 초기 클라이언트와 서버간의 협약된 QoS 등급 및 모니터링 정보 클라이언트 측의 네트워크 지연으로 인해서 협약된 QoS 등급이 내려감 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

24. 협약 과정 적응 과정 GUI 실행을 통한 제안된 QoS 제어 기법 검증 • 클라이언트 측과 서버 측의 실시간 협약 및 동적 적응 과정을 두 시스템간의 DB 로직을 통해 보임 클라이언트 측 DB 로직 서버 측 DB 로직 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

25. GUI 실행을 통한 제안된 QoS 제어 기법 검증 • 클라이언트와 서버간의 실시간 협약 및 적응 과정을 통해서 스트림 서비스를 재전송 받는 GUI 화면 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈

26. 결론 및 향후 연구과제 • 결론 • 스트림 서비스를 위한 분산 QoS 관리 구조를 제안 • 분산 제어 형태를 위해 객체 형태로 모듈 설계 • 서버 시스템의 부하를 줄이고, 모듈 확장과 재사용이 가능 • 실시간 협약과 동적 적응에 중점을 두어 QoS 제어 향상 • 향후 연구과제 • 세분화된 QoS 제어와 관리를 위해 다양한 알고리즘 적용 • 실시간 특성을 고려한 폭 넓은 범위의 분산 응용 지원 방안 • 실제 인터넷 환경에서 제안된 분산 QoS 관리 구조가 어느 정도의 QoS를 만족시킬 수 있는지를 성능 평가 원광대학교 컴퓨터공학과조동훈