차세대 IP Network에서 IPTV 영상서비스품질 최적화에 관한 연구

Abstract

IP 네트워크에서 유무선 광대역 네트워크 기술, 디지털 방송 기술 및 멀티미디어 기술 등이 발전함에 따라 통신과 방송이 융합된 IPTV 등 신규 서비스들이 속속 선보이면서 서비스, 사업자, 단말기 등이 융합되는 IP 기반의 NGN으로 패러다임이 본격화되고 있는 양상이다. 멀티미디어 서비스들이 증가함으로 인하여 네트워크상의 데이터 처리량의 급속한 증가를 고려하고 다양한 인터넷 서비스를 구현하기 위해서 인터넷 프로토콜을 통한 고화질의 데이터 처리가 요구되어진다. 본 논문은 IPTV 사업을 추진하고자 하는 다양한 사업자들에게 최적의 네트워크를 구성할 수 있도록 실험 결과를 제안하는 것을 목표로 하였다. 특히 차세대 인터넷 프로토콜인 IPv6 네트워크에서 대표적 방송/통신 융합서비스이며 높은 대역폭을 필요로 하는 IPTV서비스 망에서의 영상 화질이 성능을 네트워크 구성에 따라 변화되는 측정값 을 수학적 왜곡 계산 방법인 PSNR을 이용하여 산출하였으며, 다양한 환경을 갖는 서비스 사업자들에게 최적의 솔루션들을 비교할 수 있도록 14개의 네트워크 시나리오를 구성 하였으며 각각의 시나리오별로 객관적인 측정값을 검증하기 위하여 트래픽 발생률에 따라 3번씩 실험 한 후, 그 평균값을 측정하였다. 실험대상 구성도에 사용된 라우팅 프로토콜은 거리벡터 라우팅 프로토콜과 링크상태 라우팅 프로토콜 중 대표적인 RIP 과 OSPF 를 사용하였으며 차세대 IP 망으로의 전이를 위한 Transition 메커니즘을 적용하여 실험하였다. 본 논문의 실험 결과로 차세대 IP 네트워크 인 IPv6의 구성이 기존의 IPv4의 네트워크 구성보다 우수한 성능을 나타냈으며, 특히 차세대 인터넷 라우팅 프로토콜인 RIPng와 OSPFv3가 적용 구성에서는 기존의 라우팅 프로토콜보다 성능이 전반적으로 우수한 것으로 측정 되었다. 그러나 패킷발생률 93%이하의 네트워크에서는 비교대상이었던 14가지의 네트워크 시나리오가 모두 우수한 성능을 나타내었으며, 동영상 요구 대역폭인 96%의 트래픽 발생에서는 차세대 거리 벡터 라우팅프로토콜인 RIPng 가 링크 상태 라우팅 프로토콜인 OSPF 보다 높은 측정값을 보이고 있어서, 15개의 홉을 넘지 않는 소규모 IPTV 사업자들에게 설계가 복잡한 대규모 라우팅 프로토콜인 링크상태 라우팅 프로토콜을 사용하기 보다는 네트워크 구성이 용이한 거리벡터 라우팅 프로토콜 중 차세대 라우팅 프로토콜인 RIPng의 사용이 효율적임을 알 수 있다. 또한 본 논문의 실험 결과에 의하면, 요구 대역폭 이상의 트래픽 발생이 많은 IPTV 사업자들은 기존의 망에서 차세대 IP 네트워크 으로의 전환을 고려하여야 하며 라우팅 프로토콜에서도 QoS 를 적용하여야만 원본영상과 동일한 수준의 서비스를 제공 할 수 있다. 그러나 IPv4 네트워크의 QoS 보장이 IPv6 네트워크의 경우보다 높은 PSNR값을 가진 점으로 보아 완전한 IPv6 네트워크로 전환하기 전에 기존의 IPv4 네트워크에서 QoS를 보장하는 것이 경제적인 면에서 효율적임을 알 수 있었다. 특히 기존의 IP 네트워크 과 차세대 IP 네트워크 의 상호 호환이 가능한 Transition 메커니즘 을 설계하는 사업자들은, 듀얼스택 의 네트워크 구성이 6 to 4 의 터널링 구성보다 우수한 측정값을 나타내었으며 라우팅 프로토콜로서 OSPF 의사용이 최적화임을 실험을 통하여 알 수 있었다. 향후 과제로 본 논문의 실험 환경에서 사용 된 라우팅 프로토콜인 RIP과 OSPF 이외의 향후 차세대 IP 네트워크에서 다양하게 사용 되어질 멀티캐스트 라우팅 기술과 이동성 및 보안을 고려한 네트워크 환경 하에서의 IPTV 서비스를 위한 영상화질 최적화에 대한 연구가 필요 하다. 특히 스위칭 프로토콜로서 효율적인 성능을 보장하는 MPLS(Multi-Protocol Label Switching)의 기능이 차세대 IP 네트워크에서의 IPTV 영상화질 성능에 미치는 영향에 대한 연구는 대규모 네트워크 을 구성하고 있는 ISP 사업자들에게 최적의 네트워크 솔루션을 제공할 수 있는 방안으로 제시되어야 할 것이다.

Development of IP network technology creates new service which applying to fusion technologies such as IPTV, VoIP, and so on. Especially, Next generation IP is called IPv6 which will solve the lack of IP. IPv6 is very important on IPTV which needs best quality of service about security, QoS, and bandwidth. In this dissertation, we, first, introduce various IPv6 and IPTV network technology. And then, we construct various experimental network for performance measurement of IPTV video quality in IPv6 network. On constructed experimental network, we, second, measure PSNR which computes the peak signal-to-reconstructed video measurement in experimental network environment, analyze PSNR value. And as a result of measurement, we, third, propose optimum network environment for IPTV service provider and transition mechanism designer. Finally, we guarantee that our experimental data will be used for best video quality measurement in the Next Generation IPTV network environment.