ユーザプリファレンスに基づく転送制御を行う...

ユーザプリファレンスに基づく転送制御を行う

アプリケーションレベルマルチキャストの一方式

山口弘純　中村嘉隆　廣森聡仁　東野輝夫　谷口健一（大阪大学　大学院基礎工学研究科）

安本慶一（滋賀大学経済学部）

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研究の動機複数人による映像会議アプリケーションを実現したい

規模：小規模コミュニティ（数十程度のエンドユーザ）形態： P2P 型（とにかくサーバレス）性質：各ユーザが映像メディアを継続的に送信

通信方式はユニキャスト or マルチキャスト？

Internet

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研究の背景 IP マルチキャスト

配信側にとってはよい少なくとも現状では，小規模 P2P コミュニケーショ

ンシステムで手軽に利用できる状況にないなぜか？

インフラ整備信頼性グローバルアドレスセキュリティ etc…

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といってユニキャストは非効率的ある程度のユーザ数＆実時間連続メディアだと不利

アプリケーション層マルチキャスト（ ALM ）の可能性既存トランスポート層機能が利用可能グローバルマルチキャストアドレスが不要自由なルーティングプロトコル設計が可能

研究の背景（続き）

SA

BC

SA

BC

ユニキャスト ALMD D

エンドノード

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Internet

研究内容複数人の映像会議システム向け ALM プロトコル Emma (End-u

ser Multicast for Multi-party Application) の提案エンドホストは自身の映像を継続発信，他の映像の一部を受信エンドホストの映像に対するプリファレンスに基づく転送制御

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紫が見たい．．


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Emma の概要セッション参加前

セッション情報提供（ロビーサーバ）セッション参加時

オーバレイネットワーク（エンド間チャネルによる仮想ネットワーク）構築

セッション継続中遅延と帯域，プリファレンスをメトリックとしたメ

ディア配信木構築，維持管理セッション離脱

エンドホスト離脱に対する相互接続性の維持

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セッション情報提供エンドホストはロビーサーバによりメンバの IP

アドレスを獲得，自身を登録ロビーサーバ

A:133.1.xx.xxB:129.3.yy.yyC: …

C

B A

D

E FG

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オーバレイネットワーク構築エンド間遅延または帯域を測定，適当な数ノードと

エンド間チャネル（オーバレイチャネル）を構築 RTT 測定： ping ／（物理）帯域測定： pathchar etc. チャネル数⇔（利点）経路自由度，相互接続性

（欠点）コネクション管理，制御メッセージ数

C

B A

DE F

G

H

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メディア配信木構築：方針前提

各エンドホストはオーディオを排他的に送信，他の全ノードが受信ビデオは継続的に並行送信，他のいくつかのエンドホストからのビデ

オを受信（他ホストのビデオに対しプリファレンス指定）

方針オーディオ用に．．

恒久的な spanning tree （共有木として利用）を構築（ノード離脱時の相互接続性維持にも利用）

ビデオ用に．．各エンドホストからの source-based tree を構築（遅延をメトリッ

ク）明示的な受信要求があるまでは配信しない各エンドホストのプリファレンスがなるべく満足されるように，各

オーバレイチャネルに配送するビデオ集合を動的に制御

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オーディオ配信木構築オーバレイチャネル生成直後に接ぎ木，配信開始

親子関係に基づくバックアップ用オーバレイチャネルの追加構築（相互接続性維持）

親

子

親の親

バックアップ用オーバレイチャネル

エンドホストオーバレイチャネル

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ビデオ配信木構築（ DVMRP like に）定期的なフラッディングに基づき，遅延を

メトリックとした source-based tree（＝ shortest-path tree ）を構築

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エンドホストの要求に基づくビデオ配信構築した tree に基づき，受信したいビデオに対する受信要求（ join ）

を上流へ．空きがあれば配信開始 bid※（プリファレンス）を受信要求時に指定

A

B

C

B: 5

A: 8

C: 6

※N.Shacham et.al,”Admission Control Algorithms for Multicast Sessions with Multiple Streams”, IEEE JSAC,1995

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エンドホストの要求に基づくビデオ配信空き帯域がない場合は，既存の配信をカットする場合のプリファレンス損失の最小値を

転送過程で計算しながら，計算結果を上流に転送既存木ではじめに受け取ったノードは，最小のプリファレンス損失を計算，利得と比較

A

B

C

B: 5

A: 8

C: 6

DD:15

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エンドホストの要求に基づくビデオ配信計算例：木“ X” の場合

赤の配送をやめた場合 A と B の赤に対するプリ

ファレンス木“ Z” のプリファレンス損失最小

の総和緑の配送をやめた場合

A と C の緑に対するプリファレンス

木“ Y” のプリファレンス損失最小

の総和 Y Z

XA

B C

両者を比較，小さい方が木 “ X” のプリファレンス損失最小

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エンドホストの要求に基づくビデオ配信プリファレンス損失＜プリファレンス利得，なら

配信受け入れ

A

B

C

B: 5

A: 8

C: 6

D

D:15

C: 6

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性能評価基準 ALM (Application Level Multicast) としてのオーバヘッド

リンク効率：ユニキャスト≦ ALM≦マルチキャスト遅延効率： ALM ≦ユニキャスト＆マルチキャストエンドホスト負荷（転送制御，コネクション管理）相互接続性維持 (self organization)

Emma の性能とオーバヘッド制御メッセージ量（緩やかな時間同期で抑制はしてい

る）レスポンス性能（要求受け入れ時からメディア配信開始

までのレスポンス時間）動画切替時の安定性ユーザ満足度：満足されたプリファレンスの時間積総和

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簡単な性能評価実験 Emma を NS-2 上に実装ネットワーク

階層型 34～ 64 ノード，オーバレイチャネル次数３測定結果

ノード数（オーバレイリンク数）

エンドホスト数

制御メッセージ平均要求応答時間

34 （ 96 ）

17 0.8kbps 1.3s

44 （ 126 ）

19 0.7kbps 1.6s

54 （ 156 ）

25 1.1kbps 2.0s

64 （ 186 ）

30 1.1kbps 3.8s

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実装計画データ： RTP over UDP 制御メッセージ： TCP ビデオキャプチャ： Java Media Framework パラメータ，ポリシの決定

エンドホストのネットワーク／ホスト能力とコネクション数，転送数制限の関係，プリファレンス管理ポリシ，メッセージ送出時間間隔等）など

トータルとしては Java Middleware

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関連研究Ｐ 2P 型

Narada [Zhang at.el, ACM Sigcomm2001] など P2P＋ IP マルチキャスト型

Cast365 (http://www.cast365.com/) Yallcast (http://www.yallcast.com/) など

アドホック MAODV (Multicast Adhoc On-demand Distance Vecto

r) など

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おわりにまとめ

映像会議システムなどを P2P 型アプリケーションとして実現する場合に適したアプリケーション層マルチキャストプロトコル Emma の提案

プリファレンスに基づく並行配信メディアの転送制御簡単なシミュレーションによる性能評価と考察

今後の課題ミドルウェア設計と実会議システムへの応用

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