WebRTC 기반 P2P 통신 병용 DASH 시스템의 피어 부하 분산 방안 연구 = A study on a peer load balancing method for P2P-assisted DASH systems based on WebRTC

국문 초록 (Abstract)

최근 인터넷 미디어 스트리밍의 사용량이 증가하였고 증가 폭 또한 꾸준히 커질 것으로 예상된다. 이에 따라 미디어 스트리밍 사업자의 CDN(Content Delivery Network) 비용 또한 크게 증가할 것으로 예상되며, CDN 비용을 절감하기 위한 방안의 필요성이 커지고 있다. 이에 따라 최근 WebRTC(Web Real-Time Communication) 기반 P2P 통신 병용(P2P(Peer-to-Peer)-assisted) DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) 시스템이 연구되었으며, 해당 시스템을 이용하여 CDN 비용을 크게 줄일 수 있음을 보였다.

본 논문에서는 WebRTC 기반 P2P 통신 병용 DASH 시스템의 구현에 사용된 WebRTC 표준 API와 이를 이용한 P2P 연결 과정에 대해 설명한다. 그리고 WebRTC 기반 P2P 통신 병용 DASH 시스템에 서의 세그먼트(segment) 전달 과정에 대한 설명을 통해 CDN 비용을 줄일 수 있는 이유에 대해 설명한다.

본 논문에서는 WebRTC 기반 P2P 통신 병용 DASH 시스템의 문제점인 세그먼트 버퍼 관리 방안의 부재와 이에 따른 사용자의 과도한 메모리 소모를 지적한다. 그리고 이러한 문제점을 해결하기 위한 세그먼트 버퍼 관리 방법을 제안한다.

또한 세그먼트 요청 시 이를 제공할 피어를 선택하는 기존 방법들에서는 특정 피어에게 부하가 집중되는 것을 문제점으로서 지적한다. 그리고 이러한 문제점을 해결하기 위해 피어 부하 분산을 위한 피어 선택 방법을 새롭게 제안한다. 그 결과 제안한 방법을 이용하면 CDN 비용을 크게 줄이면서도 특정 피어에게 부하가 집중되는 것 방지할 수 있음을 확인한다.

마지막으로 DASH 시스템에서 P2P 통신을 병용하는 것이 QoS(Quality of Service)에 어떤 영향을 끼치는지에 대해 실험한다. 그 결과 P2P 통신을 병용함에 따른 QoS 감소가 거의 없으며 CDN 서버로 요청이 집중될 때에는 P2P 통신을 병용함으로써 오히려 QoS가 크게 향상될 수도 있음을 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the use of Internet media streaming has increased and expectedly the trend never stops. As a result, the CDN (Contents Delivery Network) cost for media streaming service providers is increasing significantly, and there is a growing need for measures to reduce the CDN cost. For this need, WebRTC-based P2P-assisted DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) system has been studied that can be used to significantly reduce the CDN cost.

This paper describes the WebRTC standard APIs required for the operation of P2P-assisted DASH systems based on WebRTC and the P2P connection process using them. It then explains the segment delivery process in P2P-assisted DASH systems and the reason why you can achieve CDN cost savings by using such systems rather than ordinary DASH systems.

This paper points out that the absence of a segment buffer management method causes excessive peer memory consumption in P2P-assisted DASH systems and proposes a method of segment buffer management to alleviate the problem.

It also points out a problem in existing peer selection methods for segment requests, where to achieve maximum CDN cost savings, segment requests tend to be concentrated on a best-giving peer. To alleviate the problem, it proposes a peer selection method for segment requests that can distribute segment requests among multiple well-giving peers. We conducted various in-lab experiments using a network emulator to compare the performance of existing and proposed peer selection methods for segment requests and to verify the proposed method. As a result, we demonstrated that the proposed method prevents the concentration of segment requests on a specific peer and achieves a good load balancing among peers at a trade-off of small decrease in the CDN cost savings.

Finally, we analyzed the effect on the Quality of Service (QoS) of the Hive system due to the P2P assistance. The experimental results shows that there has been little decrease in the QoS due to the P2P assistance and, in certain circumstances where CDN servers are busy and overloaded, we can obtain a significant improvement in the QoS due to the P2P assistance compared to the ordinary DASH systems.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 WebRTC 4
• 제 1 절 WebRTC 표준 API 4
• 제 2 절 WebRTC를 이용한 P2P 연결 과정 5
• 제 3 장 WebRTC 기반 P2P 통신 병용 DASH 시스템 8
• 제 1 절 시스템 소개 및 CDN 비용 절감 과정 8
• 제 2 절 클라이언트 측 구조 및 프로토콜 10
• 제 4 장 세그먼트 관리 방안 제안 12
• 제 5 장 세그먼트 요청을 위한 피어 선택 방법 17
• 제 1 절 무작위 피어 선택 방법 소개 17
• 제 2 절 이력 기반 피어 선택 방법 소개 18
• 제 3 절 피어 부하 분산을 위한 피어 선택 방법 제안 21
• 제 6 장 피어 선택 방법 실험 24
• 제 1 절 실험 환경 및 방법 24
• 1. 실험 환경 24
• 2. 실험 방법 25
• 제 2 절 실험 결과 27
• 1. 피어 선택 방법간 비교 실험 27
• 2. 피어 부하 분산을 위한 피어 선택 방법의 성능 측정 실험 38
• 제 7 장 시스템 사용에 따른 QoS 변화 42
• 제 1 절 실험 환경 및 방법 43
• 제 1 절 실험 결과 44
• 제 8 장 결론 48
• 참 고 문 헌 50
• Abstract 52