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仮想バックボーンを利用する ALM における常時接続ピアの評価指標に関する検討

仮想バックボーンを利用する ALM における常時接続ピアの評価指標に関する検討. 芝浦工業大学大学院　工学研究科. 杉野博徳　 森野博章　三好匠　. 研究の 背景・目的 – はじめに -. 放送型の 一対多通信 を行うサービスが増加してきている. ex. ストリーミング配信， IPTV. マルチキャスト の利用による効率化. ex. IP マルチキャスト， Flexcast ， ALM (OLM). 各マルチキャストの相違点は パケットの複製・中継を役割を担うノード. IP マルチキャスト. ルータ. ネットワークに専用の設定やノードが必要. Flexcast.

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仮想バックボーンを利用する ALM における常時接続ピアの評価指標に関する検討

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  1. 仮想バックボーンを利用するALMにおける常時接続ピアの評価指標に関する検討仮想バックボーンを利用するALMにおける常時接続ピアの評価指標に関する検討 芝浦工業大学大学院　工学研究科 • 杉野博徳　 森野博章　三好匠　

  2. 研究の背景・目的 –はじめに- 放送型の一対多通信を行うサービスが増加してきている ex.ストリーミング配信，IPTV マルチキャストの利用による効率化 ex. IPマルチキャスト，Flexcast，ALM(OLM) 各マルチキャストの相違点はパケットの複製・中継を役割を担うノード IPマルチキャスト ルータ ネットワークに専用の設定やノードが必要 Flexcast スプリッタ アプリケーションの インストール ALM ユーザ端末 ALMは導入の容易さなどの面で有利である

  3. 研究の背景・目的 –ALMの問題- ALMは基本的に論理網で配信ツリーを構築を行う 配信元 C しかし，物理網を考慮せずに 論理網 例のような配信ツリーを構築すると A B D 冗長なTraffic 1 ルータ 配信元 9 転送遅延の増大 8 物理網 2 C 7 10 6 3 11 今後，ユーザが増加するに従い深刻な問題となる 5 4 12 A B D 配信ツリーの例 データ到達までのHop数が大きく転送遅延が大きい

  4. 問題解決へのアプローチ –従来方式- • MST(Minimum Spanning Tree) D 1 11 2 • 物理Hop数の総和を最小する MST • SPT(Shortest Path Tree) 3 5 10 • 新規参加ピア-配信ピア間のHop数が最小にするように配信ツリーを構築 A 4 9 6 8 C B 7 図はA,B,C,Dの順番でピアが参加 欠点・課題点 D SPT MST • 配信ピアからのHop数の増加 SPT A • 冗長なTrafficの発生 共通 C B • ピアの参加順が影響する

  5. 問題解決へのアプローチ –提案方式 - • VBT(Virtual-Backbone-based Tree) 予め仮想的なバックボーン(Virtual Backbone)を構築しておく バックボーンを利用する効果 Virtual Backbone • 近傍に接続先となるピアが存在 (仮想バックボーン) • 経路集約 Trafficの削減とHop数の低減 配信元 バックボーン構築ピアの選択指針 • ネットワークに常時接続し接続を受け付けられるピア • 各ALM参加ピアからアクセスしやすい位置に存在しているピア 仮想バックボーンを利用した例

  6. Virtual Backboneの構築(1) • ALMに参加するピアの分類 前提として、ALMに参加するピアには次の3種類があると仮定する • 長期視聴・常時接続ピア 長期間サービスを利用するユーザピア ネットワークには常時接続 今回のポイント サービスを利用していなくても，ネットワークに常時接続しているピアを配信ツリーに組み込む！！ • 短期視聴・常時接続ピア 短期間サービスを利用するユーザピア ネットワークには常時接続 • 短期視聴・非常時接続ピア 短期間のみサービスを利用するユーザピア ネットワークには一時的に接続

  7. Virtual Backboneの構築(2) Step1. バックボーン構築ピア(BP)の選択 Hop R->S 常時接続ピアに対して重み付けする 常時接続ピア 重み付けの定義式 R Hop Pi->R S 配信ピア Hop Pi->S 重みの大きいピア(X-1)個と配信ピアをBPとして選択する Pi 重み付けの例 Step2. スタイナー木の作成 Step.1で選択したピアによりスタイナー木を構築

  8. 配信ツリーの構築　-ピアの新規参加- • ピアの新規参加 Step1. 最寄りのBPの発見 Step2. 接続先ピアの決定 接続先判定式 R > RT (閾値) となる参加済みピアが， 存在する 参加済みピアを接続先ピアにする 存在しない BPを接続先ピアにする Step3. 接続を行う 接続先ピアの子ピアが接続上限数に達していた場合 子ピアに対して接続動作を行う

  9. 性能評価 -評価指標- • 評価指標 • ピア-配信ピア間の平均物理Hop数 B 論理リンク A-> B, B->C 転送遅延への影響 3 Hop数が少なければ参加ピアへデータが到達する時間が短くなる 4 2 5 1 • 延べ利用物理リンク数 C A ネットワーク全体での帯域の消費 延べ物理リンク数=5 リンク数が少なければネットワークにかかる負荷が少なく効率的といえる

  10. 性能評価-ネットワークモデル-

  11. 性能評価 -トポロジー(1) - 全てのピアが常時接続ピアと仮定した際の各ピアの重みの様子 配信ピア 0.4 <= WN < 0.5 0.5 <= WN < 0.6 0.6 <= WN 配信ピアに近い位置のピアのWRの値が大きい ハブノードに接続されている影響

  12. 評価結果(1)-BPの選択数の変化- 常時接続ピアはランダム配置 配信ピア-参加ピア間の 平均Hop数 延べ物理リンク数 約3割低減 SPT MST VBT (BP=3) VBT (BP=7) VBT (BP=15) VBT (BP=21) 平均Hop数の低減の効果が大きい、ただしBP数には最適値が存在し，大きすぎる場合は性能低下

  13. 評価結果(2)-WNによるBPの選択- WN=(WR/総ピア数)を利用してBPを選択(上限15とする) 配信ピア-参加ピア間の 平均Hop数 延べ物理リンク数 • VBT • VBT • VBT SPT MST • (0.4<=WN<0.5) • (0.5<=WN<0.6) • (0.6<=WN) VBT(0.6<P)の場合，BPは7個しか選択されていない

  14. 性能評価 -トポロジー(2) - コアネットワークがリング型の時の各ピアの重みの様子 配信ピア 0.4 <= WN < 0.5 0.5 <= WN < 0.6 0.6 <= WN コアネットワーク

  15. 評価結果(3)-BPの選択数の変化- 常時接続ピアはランダム配置 延べ物理リンク数 配信ピア-参加ピア間の 平均Hop数 約2割低減 SPT MST VBT (BP=3) VBT (BP=7) VBT (BP=15) VBT (BP=21) 延べ物理リンク数低減の効果が大きい

  16. 評価結果(4)-WNによるBPの選択- WN=(WR/総ピア数)を利用してBPを選択(上限15とする) 延べ物理リンク数 配信ピア-参加ピア間の 平均Hop数 • VBT • VBT • VBT SPT MST • (0.4<=WN<0.5) • (0.5<=WN<0.6) • (0.6<=WN) • (0.5<=WN<0.6) • のピアをBPとすれば十分な性能が出る

  17. 本発表のまとめ • Virtual Backboneを利用した配信ツリー構築方式の提案 比較方式と比べ トポロジー(1) 平均Hop数が約3割低減 延べ物理リンク数が約2割低減 トポロジー(2) コアネットワークがツリーなら平均Hop数、リング型なら延べ物理リンク数に効果があるといえる バックボーン構築ピア(BP) • 選択する数の最適値が存在する • 0.5 < WN < 0.6のピアから選択できれば十分な性能が得られる • 今後の課題 • ネットワーク規模を拡大させて評価 • VBTのツリー構築においてスタイナー木以外の検討

  18. 評価結果(3)-BPの分散と集中- BP同士の位置関係による性能への影響 ここではBP同士が少なくとも4Hop以上離れている場合， BPの位置は分散しているとする ：ピア ：ルータ 近傍とする 分散とする また， 0.5<WN<0.6　と　0.6<WNの時は重み付けの仕方からピアが集中しているので， 0.4<WN<0.5 の重みのピアからBPを選択する　　　

  19. 評価結果(3)-BP同士の位置関係による影響- 延べ物理リンク数 配信ピア-参加ピア間の 平均Hop数 VBT(近傍) VBT(分散) SPT MST 平均Hop数の低減には近傍配置，延べ物理リンク数の低減には分散配置がよい

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