Study on efficient content delivery network design and multicast control

Abstract

최근 콘텐츠 트래픽은 급격히 증가하고 있으며, 이를 효과적으로 수용하기 위해 네트워크 다방면으로 연구가 진행되어 왔다. 특히, 멀티캐스트와 콘텐츠 전달망은 콘텐츠 서비스의 핵심 기술로서 본 학위논문에서는 효율적인 멀티캐스트 제어 및 콘텐츠 전달망 연구를 수행한다.

멀티캐스트는 학계에서 오랫동안 연구되어온 중요 연구 기술들 중 하나이다. 초창기 멀티캐스트 연구는 유선 네트워크를 대상으로 성능 모델링 및 제어 연구가 이루어져 왔다. 멀티캐스트 성능 모델링으로는 Steiner Tree Packing 방법이 이 널리 알려져 사용되어 왔으며, 최근에는 Intrasession Network Coding을 이용한 Conceptual Flow 기반의 멀티캐스트 성능 모델링 기법이 제안되었다. 이러한 성능 모델링을 기반으로, 다양한 offline 및 online 멀티캐스트 제어 알고리즘들이 연구되었다. 하지만 무선 네트워크의 멀티캐스트 성능 모델링 및 최적 제어 알고리즘 연구는 제한적으로 이루어져 왔다. 즉, 기존에는 미리 정해진 단일 혹은 다수 멀티캐스트 라우팅 경로들을 기반으로 스캐줄링 및 파워 제어를 최적화 하여 멀티캐스트 성능 향상시키는 연구가 주로 이루어져 왔으며, 동적인 라우팅 기반의 최적 멀티캐스트 성능을 달성하는 알고리즘연구는 이루어지지 않았다. 본 학위논문에서는 무선 네트워크에서 멀티캐스트 성능을 모델링하고 이를 달성할 수 있는 동적 제어 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘의 성능 및 구현 복잡도를 분석하고, 이를 바탕으로 실제 구현할 수 있는 최적 멀티캐스트 제어 알고리즘을 개발 / 분석한다. 무선 멀티캐스트 성능을 더 개선하기 위해서, 멀티캐스트에 적용할 수 있는 간단한 네트워크 코딩 방법을 제안하고, 제안한 네트워크 코딩 기법으로 달성할 수 있는 최적 멀티캐스트 성능을 모델링한다. 멀티캐스트 성능 모델을 기반으로, 최적 성능을 달성할 수 있는 네트워크 코딩, 라우팅, 스케쥴링의 교차 계층 제어 알고리즘을 제안하고 제안 알고리즘의 성능 및 구현 복잡도를 분석한다.

콘텐츠 전달망은 네트워크에 지리적으로 분산된 콘텐츠 캐시 서버를 포설하고, 사용자의 콘텐츠 요청을 가장 가까운 캐시 서버에서 처리하도록 함으로써, 적은 네트워크 자원을 사용하여 높은 서비스 품질을 제공하는 기술이다. 최근에 인터넷 서비스 사업자와 콘텐츠 전달망 사업자간의 긴밀한 협력을 통하여 콘텐츠 전달망의 성능을 향상 시킬 수 있다는 연구결과가 발표되고 있으며, 이를 가능하게 하는 다양한 시스템 구조가 제안되고 있다. 이러한 협력 시스템의 대표적인 예로, 인터넷 서비스 사업자가 운용하는 콘텐츠 전달망 (ISP-operated CDN) 을 예로들 수 있다. 본 학위논문에서는 ISP-operated CDN의 성능을 최적화 하기 위해 traffic engineering을 고려한 콘텐츠 전달망 디자인 연구를 수행한다. 이를 위해서, ISP-operated CDN의 성능을 모델링하고 이를 기반으로 최적 디자인 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 traffic engineering을 고려한 최적 콘텐츠 전달망 디자인을 제시하는 반면, 정수 선형 계획법 기반의 높은 복잡성을 가지고 있는 단점이 있다. 따라서, 실제 적용 가능한 휴리스틱 디자인 알고리즘을 제안하고 제안한 휴리스틱 알고리즘의 성능을 시뮬레이션을 통하여 분석 비교 한다.