QoS 보장을 위한 멀티미디어 데이터 스케줄링 연구

김지원(Ji-Won Kim),신광식(Kwang-Sik Shin),윤완오(Wan-Oh Yoon),최상방(Sang-Bang Choi) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.46 No.5

음성, 영상, 데이터와 같은 다양한 멀티미디어 서비스는 많은 대역폭과 실시간 처리가 필요하기 때문에 데이터의 지연과 손실에 민감한 특성을 가지고 있다. 따라서 네트워크의 혼잡 상황과 무선채널의 에러로 인한 데이터의 손실이 발생하여 사용자에게 QoS를 보장해주지 못하게 된다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 멀티미디어 스트리밍 흐름에 속한 데이터 패킷의 중요도에 따른 차등적인 서비스로 멀티미디어의 품질을 개선하는 알고리즘의 연구가 필요하다. 본 논문에서는 무선손실이 발생했을 경우 IWFQ 알고리즘과 같이 동작하다가 멀티미디어 플로의 재생시간이 촉박할 때 우선적으로 채널을 할당하는 WMS-1(Wireless Multimedia Scheduling-1) 알고리즘과, 멀티미디어 플로에 우선권을 부여하고 프레임 유형에 따라 우선순위가 높은 프레임을 갖는 플로를 먼저 서비스하는 WMS-2(Wireless Multimedia Scheduling-2) 알고리즘을 제안한다. 기존의 알고리즘과의 비교를 통해 제안한 알고리즘의 멀티미디어 서비스 품질이 개선되었고 기지국의 큐 사이즈가 클수록 전체 서비스의 품질과 fairness가 향상된 것을 확인할 수 있었다. Multimedia streaming service is susceptible to loss and delay of data as it requires high bandwidth and real time processing. Therefore QoS cannot be guaranteed due to data loss caused by heavy network traffic and error of wireless channel. To solve these problems, studies about algorithms which improve the quality of multimedia by serving differently according to the priority of packets in multimedia stream. Two algorithms are proposed in this paper. The first algorithm proposed is WMS-1(Wirless Multimedia Scheduling-1) algorithm which acts like IWFQ when any wireless loss is occurred but assigns channels first in case of urgent situation like when the running time of multimedia runs out. The second algorithm proposed is WMS-2(Wirless Multimedia Scheduling-2) algorithm that assigns priority to multimedia flow and schedules flow that has higher priority according to type of frame first. The comparison with other existing scheduling algorithms shows that multimedia service quality of the proposed algorithm is improved and the larger the queue size of base station is, the better total quality of service and fairness were gained.

광대역 접속망에서 QoS 구현을 위한 현실적 접근법

박승철(Seungchul Park) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.33 No.3

DSL, 캐이블 모뎀, 그리고 이더넷 기반으로 구축된 대부분의 광대역 접속망은 주로 인터넷 접속 서비스 제공에 활용되고, 최선형(Best-effort) 인터넷 서비스를 제공하며, 정액제(Flat Rate Pricing) 방식의 요금 체계를 채택하고 있어서 사용자별 그리고/또는 응용 서비스별 차별화된 통신 서비스 제공이 어렵다. 그러나 최근 멀티미디어 통신 기술, 보안 기술 등의 발전으로 최선형 인터넷 접속 서비스 이상의 서비스 품질(QoS-Quality of Service) 제공을 요구하는 대화형/스트리밍형 멀티미디어 서비스와 VPN (Virtual Private Network)의 도입이 확대되고 있다. 인터넷에서 QoS 제공을 위하여 RSVP 기반의 IntServ와 DiffServ 와 같은 다양한 기술들이 개발되어 왔다. 본 논문에서는 현재의 광대역 접속망 구조와 QoS 지원 현황을 분석하고, 광대역 접속망 환경에서 멀티미디어 서비스 지원을 위해 요구되는 QoS를 지원할 수 있는 현실적인 접근법과 구현 방안을 제시한다. 본 논문에서 제시하는 QoS 지원 방안은 종량제 형태의 과금 체계와 DiffServ 방식의 QoS 지원 기법의 결합으로 이루어지고, 기존 광대역 접속망과의 역호환성을 고려한 단계적인 접근 방안을 채택하고 있다. Most of the existing broadband access networks based on DSL, cable modem, and Ethernet support the best-effort internet access service, and adopt the flat rate pricing mechanism. It is almost impossible to provide the differentiated communication services, in current broadband access networks, for the different users and/or the different application services. Currently, however, the advances in multimedia, communication, and security technologies push the interactive and/or streaming multimedia services and VPN services to be widely deployed over Internet, and they require more QoS-sensitive services than the best-effort service. Though various QoS technologies such as RSVP-based IntServ and DiffServ were already developed and under standardization in Internet world, it is impractical to replace the existing QoS-unaware access networks with the QoS-enabled ones at a time to deploy QoS-sensitive services. In this paper, after analyzing current broadband access network architectures and the status of QoS support, we propose a practical approach to support multimedia QoS in the broadband access networks. The approach will be based on the integration of the differentiated pricing and the DiffServ technology. And it will be a step-wise approach to support backward compatibility with the legacy broadband access networks as much as possible.

QoS 적응형 플로우 기반 Active Queue Management 알고리즘 및 성능분석

강현명(Hyun-Myoung Kang),최환석(Hoan-Suk Choi),이우섭(Woo-Seop Rhee) 한국콘텐츠학회 2010 한국콘텐츠학회논문지 Vol.10 No.3

방송 통신의 융합에 따라 차세대 멀티미디어 서비스인 IPTV 서비스가 각광받고 있다. IPTV 서비스는 무한한 채널수용과 미디어의 확장, 품질이 보장되는 서비스의 형태로 발전되면서 기존 네트워크의 트래픽 증가와 서비스 특성에 맞는 품질제어 기술들이 요구되고 이에 따라 플로우별 서비스 품질 제어 기술이 필요하게 되었다. 이를 위해 IETF (Internet Engineering Task Force)에서도 인터넷 상에서 IP QoS를 제공하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있는데 그 중 버퍼 관리 메커니즘으로 RED(Random Early Detection) 알고리즘 및 RED를 변형한 여러 가지 방법들이 제시되고 있으나 다양한 멀티미디어 서비스의 QoS 요구 사항을 충족시키는데 어려움이 있다. 이에 따라, 본 논문에서는 다양한 QoS를 요구하는 인터넷 멀티미디어 서비스를 지원하기 위해 각 서비스가 요구하는 목표 패킷 손실률을 유지시킬 수 있는 QoS적응형 플로우 기반 AQM (Active Queue Management) 알고리즘을 제안하고 ns-2를 이용한 시뮬레이션을 통해 성능 분석을 제시하였다. Due to the convergence of broadcasting and communications, IPTV services are spotlighted as the that next-generation multimedia services. IPTV services should have functionality such as unlimited channel capacity, extension of media, QoS awareness and are required increasing traffic and quality control technology to adapt the attributes of IPTV service. Consequently, flow based quality control techniques are needed. Therefore, many studies for providing Internet QoS are performed at IETF (Internet Engineering Task Force). As the buffer management mechanism among IP QoS methods, active queue management method such as RED(Random Early Detection) and modified RED algorithms have proposed. However, these algorithms have difficulties to satisfy the requirements of various Internet user QoS. Therefore, in this paper we propose the Flow based AQM(Active Queue Management) algorithm for the multimedia services that request various QoS requirements. The proposed algorithm can converge the packet loss ratio to the target packet loss ratio of required QoS requirements. And we present a performance evaluation by the simulations using the ns-2.

MPLS망에서 Q-MOTP를 위한 자원 적응적 QoS 관리

최원근(Won-keun Choi) 대한전자공학회 2014 전자공학회논문지 Vol.51 No.12

본 연구는 멀티미디어 객체 스트림 전송 프로토콜을 위한 QoS지원 기법과 관리에 관한 연구를 수행하였다. 자원관리자는 시스템 자원정보를 QoS관리자에게 제공한다. QoS 및 시스템 자원의 2차원 정보를 가진 QoS 관리자는 자원 관리자와 서로 같은 시간 영역으로 강력하게 유기적으로 결합되어 효과적인 QoS관리를 수행한다. 그러므로 연결 수락에 대한 빠른 판단이 가능하고, 성능 변동(performance fluctuation)들을 실시간으로 감지하고 대응할 수 있다. This paper has described a QoS mechanism and management for multimedia object transport protocol. Resource manager reports the system resource information to the QoS manager. Based on the combination of two informations, the more effective QoS management can be achieved by organic combination between them on the protocol time domain. Therefore, it is possible for QoS manager to decide call admission control quickly and detect and react the performance fluctuations in protocol time domain.

A New Cross-Layer QoS-Provisioning Architecture in Wireless Multimedia Sensor Networks

( Kyungho Sohn ),( Young Yong Kim ),( Navrati Saxena ) 한국인터넷정보학회 2016 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.10 No.12

Emerging applications in automation, medical imaging, traffic monitoring and surveillance need real-time data transmission over Wireless Sensor Networks (WSNs). Guaranteeing Quality of Service (QoS) for real-time traffic over WSNs creates new challenges. Rapid penetration of smart devices, standardization of Machine Type Communications (MTC) in next generation 5G wireless networks have added new dimensions in these challenges. In order to satisfy such precise QoS constraints, in this paper, we propose a new cross-layer QoS-provisioning strategy in Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). The network layer performs statistical estimation of sensory QoS parameters. Identifying QoS-routing problem with multiple objectives as NP-complete, it discovers near-optimal QoS-routes by using evolutionary genetic algorithms. Subsequently, the Medium Access Control (MAC) layer classifies the packets, automatically adapts the contention window, based on QoS requirements and transmits the data by using routing information obtained by the network layer. Performance analysis is carried out to get an estimate of the overall system. Through the simulation results, it is manifested that the proposed strategy is able to achieve better throughput and significant lower delay, at the expense of negligible energy consumption, in comparison to existing WMSN QoS protocols.

에너지 제한 스케쥴링에서 QoS 저하를 막기 위한 스케쥴링 패턴 보존 기법

조정욱,서의성 한국정보과학회 2012 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.39 No.5

모바일 기기에서 사용자 불만의 가장 큰 요소인 배터리 사용시간을 보장하기 위해 많은 연구들이 진행되어 왔다. 배터리 사용시간 보장을 위해서는 일정 시간 동안 소비되는 에너지를 제한할 수 있는 에너지 제한 스케쥴링 기법이 필요하다. 대부분의 에너지 제한 스케쥴링 기법은 태스크들의 에너지 소비량을 추정하여 사용자가 요구하는 사용시간을 충족시킬 수 있도록 태스크들의 스케쥴링을 제한하여 에너지 소비량을 일정 수준으로 억제한다. 하지만, 기존 연구들에서 널리 사용되는 이러한 에너지 제한 스케쥴링 기법은 멀티미디어 애플리케이션들의 스케쥴링 주기를 불균등하게 분포하게 하여 QoS 저하를 일으킨다. 본 논문은 이러한 현상에 대한 실험적 증거를 처음으로 밝히고, 이에 대한 해결책으로 에너지 제한 스케쥴링 중에도 아이들 스레드를 멀티미디어 애플리케이션들과 교차 실행하여 스케쥴링 패턴을 유지함으로써 에너지 제한 스케쥴링 중에도 QoS를 유지할 수 있는 기법을 제안한다. 제안한 스케쥴링 기법은 구글 안드로이드 스마트폰에 탑재하여 성능을 평가하였다. 평가결과 제안하는 방식은 에너지 소비량을 제한하면서도 스케쥴링 패턴의 변화로 인한 QoS 저하 현상을 막을 수 있음을 확인하였다. Unpredictable battery lifetime arising from multitasking is one of the biggest sources of user dissatisfaction with mobile devices. Many researchers have proposed various resource management schemes for predicting and guaranteeing battery lifetime of mobile devices. The existing battery-lifetime guarantee schemes commonly depend on some forms of energy-constrained schedulers. Energy-constrained schedulers schedule tasks only when the system has sufficient energy to use. Although this approach effectively controls energy usage of tasks, the distorted scheduling pattern from the energy-constrained scheduling significantly affects the QoS of multimedia or interactive applications. This paper experimentally identifies the QoS degradation due to the energy-constrained schedulers, and proposes a QoS preserving energy constrained scheduling scheme that compulsorily schedule idle threads interleaved with tasks to maintain the scheduling pattern. We implement the proposed scheme in a Google Android smart phone and evaluate it. Our evaluation shows that our approach effectively maintain the QoS while restricting energy consumption.

분산 멀티미디어 환경의 세션 초기 프로토콜에서 응용 QoS를 위한 신뢰성

고응남(Eung-Nam Ko) 한국정보기술학회 2009 Proceedings of KIIT Conference Vol.2009 No.-

본 논문에서는 분산 멀티미디어 환경의 세션 초기 프로토콜(SIP)에서 실행되는 FTQ(Fault Tolerance System for Application QoS)의 설계와 구현에 대해서 제안한다. 두레는 분산 멀티미디어 환경의 세션 초기 프로토콜을 위한 좋은 예이다. 그것은 여러 원시적인 서비스 에이전트들을 가지고 있다. FTQ는 다중 에이전트 시스템이다. 그것은 효율적인 두레 환경을 만들고 실험하기 위하여 설계되어졌다. FTQ는 응용 QoS를 위하여 분산 멀티미디어 환경의 세션 초기 프로토콜에 기반한 소프트웨어 오류를 자동적으로 감지하고 복구하는 시스템이다. We propose the design and implementation of the FTQ(Fault Tolerance System for Application QoS) running on SIP of distributed multimedia environment. DOORAE is a good example for SIP of distributed multimedia environment It has primitive service agents. Service functions are implemented with objected oriented concept. FTQ is a multi-agent system. It has been designed and implemented for construction and experiment of effective DOORAE environment. FTQ is a system that is able to detect an error and to recover automatically a software error based on SIP of distributed multimedia environment for application QoS.

멀티미디어 홈 네트워크에서 응용 QoS를 위한 신뢰성

고응남(EungNam Ko) 한국정보기술학회 2006 Proceedings of KIIT Conference Vol.2006 No.-

본 논문에서는 홈 네트워크 상에서 분산 멀티미디어에서 실행되는 FTQ(Fault Tolerance System for Application QoS)의 설계와 구현에 대해서 제안한다. 두레는 홈 네트워크의 분산 멀티미디어를 위한 좋은 예이다. 그것은 여러 원시적인 서비스 에이전트들을 가지고 있다. FTQ는 다중 에이전트 시스템이다. 그것은 효율적인 두레 환경을 만들고 실험하기 위하여 설계되어졌다. FTQ는 응용 QoS를 위하여 홈 네트워크 환경에서 분산 멀티미디어에 기반한 소프트웨어 오류를 자동적으로 감지하고 복구하는 시스템이다. We propose the design and implementation of the FTQ(Fault Tolerance System for Application QoS) running on distributed multimedia in home network. DOORAE is a good example for distributed multimedia in home network. It has primitive service agents. Service functions are implemented with objected oriented concept. FTQ is a multi-agent system. It has been designed and implemented for construction and experiment of effective DOORAE environment. FTQ is a system that is able to detect an error and to recover automatically a software error based on distributed multimedia in home network environment for ensuring application QoS.

QoS 보장을 위한 멀티미디어 데이터 큐 관리 알고리즘 연구

김지원(Jiwon Kim),윤정희(Jeonghee Yun),장은미(Eunmee Jang),최상방(Sangbang Choi) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.38 No.3

최근 들어 멀티미디어 서비스의 사용자 증가와 기술의 발달로 실시간 멀티미디어 서비스에 대한 수요가 증가하는 추세이다. 이러한 사용자 증가로 인한 트래픽 증가는 네트워크의 혼잡 상황을 유발하는 원인이 된다. 네트워크의 혼잡 상황은 큐잉 지연을 초래하고, 이것이 지속되면 패킷 손실이 발생하여 사용자에게 QoS를 보장해주지 못하게 된다. 이로 인한 문제들을 해결하기 위해 시간에 민감하고 프레임 유형별로 중요도가 다른 멀티미디어 데이터의 특성을 이용하여 멀티미디어의 품질을 개선하는 알고리즘의 연구가 필요하다. 본 논문에서는 기지국의 큐 상태에 따라 패킷을 확률적으로 제거하는 PQM(Priority Queue Management) 알고리즘을 제안한다. 기존의 알고리즘과의 비교를 통해 제안한 알고리즘이 전체 트래픽 양을 감소시켜 네트워크의 혼잡 상황을 줄이고, 중요도가 높은 패킷을 많이 수신함으로써 멀티미디어 서비스의 품질이 개선된 것을 확인할 수 있었다. The demand for real-time multimedia services is increasing as multimedia service users grow and technology advances. The growth of traffic due to these user growth leads to network congestion. Network congestion makes queueing delay, and therefore QoS cannot be guaranteed due to packet loss caused by queueing delay. To solve these problems studies about algorithms which improve the multimedia service quality by using the characteristics which multimedia streams have. In this paper, PQM(Priority Queue Management) algorithm is proposed which removes the packet probabilistically according to the queue status of base station. The comparison with other existing scheduling algorithms shows tht congestion in the network is reduced and multimedia service quality of the proposed algorithm is improved.

A New Cross-Layer QoS-Provisioning Architecture in Wireless Multimedia Sensor Networks

Sohn, Kyungho,Kim, Young Yong,Saxena, Navrati Korean Society for Internet Information 2016 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.10 No.12

Emerging applications in automation, medical imaging, traffic monitoring and surveillance need real-time data transmission over Wireless Sensor Networks (WSNs). Guaranteeing Quality of Service (QoS) for real-time traffic over WSNs creates new challenges. Rapid penetration of smart devices, standardization of Machine Type Communications (MTC) in next generation 5G wireless networks have added new dimensions in these challenges. In order to satisfy such precise QoS constraints, in this paper, we propose a new cross-layer QoS-provisioning strategy in Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs). The network layer performs statistical estimation of sensory QoS parameters. Identifying QoS-routing problem with multiple objectives as NP-complete, it discovers near-optimal QoS-routes by using evolutionary genetic algorithms. Subsequently, the Medium Access Control (MAC) layer classifies the packets, automatically adapts the contention window, based on QoS requirements and transmits the data by using routing information obtained by the network layer. Performance analysis is carried out to get an estimate of the overall system. Through the simulation results, it is manifested that the proposed strategy is able to achieve better throughput and significant lower delay, at the expense of negligible energy consumption, in comparison to existing WMSN QoS protocols.