Transcript ppt - 平澤研究室

2004年11月
経営情報学会
2004年度秋季全国研究発表大会
インターネットを用いた
研究支援環境
平澤 茂一＊1，鴻巣 敏之＊2 ，野村 亮＊3 ，
中澤 真＊4 ，松嶋 敏泰＊1
＊1早稲田大学理工学部
経営システム工学科
＊2大阪電気通信大学情報工学部 情報工学科
＊3青山学院大学理工学部 情報テクノロジー学科
＊4会津大学短期大学部
産業情報学科
1
1.はじめに

目的
遠隔地の大学・企業間の研究者の共同研究の場
を提供する．
環境・・・ゼミ・輪講・研究発表討論・研究指導など
(1)
(2)
文書・論文・専門書・ゼミ資料・図表データなど
のデータベースの構築・共有・検索
インターネットを介した音声・文字・映像（動画
像・静止画像）の交信
2

インターネットを用いた
教育活動支援システム
研究活動支援システム
・・・遠隔教育，オンデマンド授業
・・・ARPANET
共同研究活動支援環境「Net-semi」システム構成
(1)ネットワーク型カンファレンスシステム「Net-con」
・・・・電子会議
(2)研究用プライベートデータベース検索システム「PDB」
・・・・登録・検索エンジン
3
2. 研究活動支援環境
「Net-semi」システム構成
（韓）漢陽大
（英）ケンブリッジ大学
李
酒井
（米）UCLA
W.W.Chu
Internet
（米）U.Hawaii
松嶋
早大平澤・松嶋研
大阪電通大
会津大学
鴻巣
中澤
ネットワークカンファレンス端末
プライベート論文DB検索システム「PDB」
早稲田大学Bizmateサーバ
図2.1 「Net-semi」システム構成
4
2.1 ネットワーク型カンファレンスシステム
「Net-con」
ネットワークカンファレンスシステム 「Net-con」
ホワイトボード
タブレット
ビデオカメラ
ヘッドセット
プロジェクタ
送受信PC
スピーカ
マイク
Internet
録画専用
HD
HUB
ゲートウェイ
図2.2 「Net-con」システム構成
5
表 2.1 ネットワーク型カンファレンスシステム「Net-con」
システム機器構成
機器
型名（メーカ）
プロジェクタ
ホワイトボード
マイク・スピーカ
録画専用HD
ビデオカメラ
ELP-710 （エプソン）
Mimio （コクヨ）
YAMAHA
536DX 100GB (Maxtor) *
ビューカムVL-MR1（シャープ）*
タブレット
ヘッドセット
CCDカメラ
PC
Intuos i-600（Wacom）
MM-HS02 （サンワサプライ）
WebCamPlus （Creative）
Dimension 4100 (DELL)
6
2.2 研究用プライベートデータベース
検索システム「PDB」
HUB
ゲートウェイ
プライベートDB検索システム 「PDB」
VR検索エンジン
WWWサーバ
CBS検索エンジン
（導入予定）
OCR
マルチメディア
DB
図2.4 PDBシステム
7
表2.2 「PDB」システム構成機器
機器
型名（メーカ）
ダイレクト検索エンジン
概念検索エンジン
OCR
Visual Recall（富士ゼロックス）
Concept base search (Justsystem)
DocuCenter 400FS（富士ゼロックス）
PC（検索サーバ）
PC（VRデータベースサーバ）
PC（CBSデータベースサーバ）
無停電電源装置
Compaq Proliant 1600（コンパック）
Compaq Proliant 400（コンパック）
Dell Dimension 8100（DELL）
Compaq UPS T1500（コンパック）
8

検索システム（Visual Recall）
コンピュータ
2次情報
転置ファイル
フォーマット化
前処理
ユーザ
ブール式
検索質問
ブール演算
文献番号リスト
文献ファイル
1次情報
検索結果
文献リスト
（タイトル・アブストラクト・本文）
図2.5 硬い検索システム
（Visual Recall）
9

検索システム（Concept base search)
コンピュータ
2次情報
ベクトル空間
モデル
分類エンジン
前処理
関連度計算
ユーザ
文書
検索質問
関連度リスト
文書ファイル
1次情報
検索結果
関連度リスト
（本文）
図2.6 軟らかい検索システム
（Concept base search）
10
Concept Base Searchの特徴

自然言語による検索（自然言語インターフェース）

概念類似検索

関連語情報の自動生成

マルチドキュメントフォーマット対応

マルチストレージングプラットフォーム対応
11
ベクトル処理
ターム間の重要度を
数値化
元文書
問い合わせ文
ターム間の重要度をもとに
文書の意味をベクトルで表
現
4WDの需要度
アウトドア 0.5
四輪駆動 0.7
・・・
文書B
文書A
レジャーの重要度
ドライブ 0.7
家族 0.5
・・・
文書C
問い合わせ文
近いベクトルを持つ文書を
意味的に類似していると判断
図4.9 文書のベクトル処理
12
3. インターネットの通信サービス品質(QoS)
インターネット ： 回線品質が変動
•
•
•
•
パケット損失
パケット遅延時間
ジッタ
スループット
条件によっては，Net-semiを成立させる
通信サービス品質が確保できない．
本研究の目的
ゼミ・研究指導などの成立する条件を明らかにする
13
メディアに対するQoS（Quality of Service)
遅延時間 [ms]
1
10
100
1000 [ms]
1
ロ 10－3
ス
率
[%]
10－6
音声
動画
イメージ
文字・図形
10－9
図 3.1 ATM通信における要求通信品質
14
実際の音声通信の遅延時間
表3.1 音声通信における遅延時間
電話種別
遅延時間
固定電話
100ms以下
携帯電話
150ms以下
IP電話
200ms以下
品質に問題あり
400ms以上
15
パ
ケ
ッ
ト
棄
却
率
ネットゼミ
不成立領域
ネットゼミ
成立領域
遅延時間
図3.2 ネットゼミ成立領域
16

プロトコル
レイヤ 7 （アプリケーション層） MPEG マルチメディア文書通信プロトコル
JPEG
ODA
レイヤ 4 （トランスポート層）
TCP
レイヤ 3 （ネットワーク層）
IP
エンドツーエンド通信
・・データ通信のためのプロトコル
レイヤ 1 （物理層）
ATM
(IPo ATM)
動画・音声に対するアプリケーション層のソフト処理の限界（VoIP）
→ハードウェア化
17
表 3.2 ミックスモードとプロセッサブルモード（テレマティクス通信）
蓄積型メディア
連続型メディア
内容
文字，図形
イメージ（静止画）
描画
動画（書画カメラを含む）
音声
（チャット）
対象
論文（CD-ROM）
手書き資料
数式，グラフ
図表 等
討論
雰囲気
18
表 3.3 インターネットの特徴
広域ネットワーク
インターネット
電話網，専用回線網，回線交換網
パケット交換網，ISDN，移動データ通信網等
通信速度
1.2K～622M [bps]
保証なし
回線コスト
中～高
低
利便性
OSI参照モデル
統一プロトコル
(TCP/IP)
市販フリーソフト
発展性
テレマティクス通信（G4ファクス，ビデオ
テックス，オーディオグラフィック会議，テ
レライティング等）
マルチメディア通信システム（テレビ会議
システム）
自己増殖型ネット
ワーク
高性能化のため
の標準化作業
19
表 3.4 マルチメディア通信
ネットワーク
N-ISDN回線(64K～1.5M[bps])
衛星回線(10K～１.2G[bps])
専用回線(1.2K～156M[bps])
CATV-VOD(30M[bps])
B-ISDN(ATM)回線(156M[bps])
xDSL(32K～22M[bps])
FTTH(10M～156M[bps])
標準化
MPEG
JPEG
H.261(ITU-T)
・・・テレビ会議システム用
TCP/IP
VoIP(IPv6)
MPEG-3
MPEG-7
グループウェア
（例）
Office MERMAID
NetMeeting
PictureTel, net gear
CU See Me
Centra symposium
ProShare
インターネット
20
3.1 遅延時間
End-to-End遅延時間
送信側
受信側
• codec 符号化時間:tc
• パケット化時間 :tp
• ジッタ吸収バッファ時間:tb
• codec 復号化時間:td
• ネットワーク遅延時間: tn
21
4. 実験結果と評価
4.1 送受信PCとQoSの測定
(1) 回線遅延時間 tn とパケットロス率の測定
早大(WU) －英国ケンブリッジ大(CU)
－米国カリフォルニア大学
ロスアンジェルス校(UCLA)
－米国ハワイ大学マノア校(UHM)
－早大(LAN内)
22

実回線の典型的なQoS
: 回線遅延時間（往復），パケットロス率
1)Waseda Univ. (Japan) –Cambridge Univ.(GB)
2)Waseda Univ. (Japan) – UCLA (USA)
3)Waseda Univ. (Japan) – University of Hawaii (USA)
4)Local area network in Waseda Univ.
表 4.1 実回線のQoS: 回線遅延時間 tn ，パケットロス率
パケットロス率 [%]
回線遅延時間 [ms]
スループット [KB/s]
パケットサイズ
64 [Byte]
1K[Byte]
64[Byte]
1K[Byte]
WU - CU
0.270
0.763
278.089
284.074
WU - UCLA
0.000
0.003
144.4
148.5
WU-UH
0.000
0.000
177. 0
187.3
within LAN
0.000
0.000
0.945
2.806
248
30
23
早大－ ケンブリッジ大 回線品質特性
10
遅 350
延
時 300
間
[
]
[
パ
ケ
ッ
6 % ト
ロ
ス
4
率
8
250
m
s 200
0
4
8
12
時刻
16
1Kbyte
Packet Loss
2
64byte
Packet Delay
0
1Kbyte
Packet Delay
]
150
64byte
Packet Loss
20
図4.1 実回線QoSの日内実測例（CU-WUの場合）
24
早大－ ケンブリッジ大 回線品質特性
350
5
パ
ケ
300 ッ
ト
遅
延
250 時
間
パ
4
ケ
ッ
ト
3
棄
却
率
2
[
[
%
]
200 m
s
0
150
]
1
日
月
火
水
木
金
64byte Packet
Loss
1Kbyte Packet
Loss
64byte Packet
Delay
1Kbyte Packet
Delay
土
図4.1 実回線QoSの週内実測例（CU-WUの場合）
25
早大 － UCLA 回線品質特性
250
遅 200
延
時 150
間
［ 100
ｍ
ｓ
50
5
22
21
13
5
20
12
3
18
11
10
2
18
0
10
2
］
56Byte
1000Byte
時刻［時］
図4.2 UCLA-WSのQoSの日内実測例
26
早大 － ハワイ大 回線品質特性
300
遅 250
延
時 200
間
150
［
ｍ 100
ｓ
50
］
0
5
23
17
11
5
23
17
11
5
23
17
11
5
23
17
56Byte
1000Byte
時刻［時］
図4.3 UHM-WSのQoSの日内実測例
27
OHP33

CU-WUのリンクパス
表4.2 CU-WUのリンクパス例
ホップ数
ルータ・ゲートウェイ名
時間[ms]
1
hirasa.mgmt.waseda.ac.jp
0.371
2
c751361b.cfi.waseda.ac.jp
0.609
3
c751361c.cfi.waseda.ac.jp
0.655
4
c751324c.cfi.waseda.ac.jp
0.823
5
toumon.cfi.waseda.ac.jp
2.154
6
im-tyx-01-fddi1-0.inoc.imnet.ad.jp
2.361
7
im-tyx-03-fe5-0-0.inoc.imnet.ad.jp
2.289
8
apan-fe-tpr2.inoc.imnet.ad.jp
3.415
9
abilene-tpr2.jp.apan.net
144.902
10
clev-ipls.abilene.ucaid.edu
153.635
11
nycm-clev.abilene.ucaid.edu
163.958
12
ny-pop.ja.net
163.722
13
us-gw.ja.net
253.673
14
london-bar1.ja.net
246.033
15
pos9-0.lond-scr.ja.net
265.398
16
cambridge-bar.ja.net
251.348
17
route-sj4.cam.ac.uk
250.556
18
route-down-3.cam.ac.uk
250.533
19
route-cent-8.cam.ac.uk
267.349
20
heathrow.cl.cam.ac.uk
267.777
21
visitor4.al.cl.cam.ac.uk
267.503
28
(2) パケット化遅延時間とバッファ遅延時間 tp+tb
送信PC
受信PC
理想的な通信路と仮定
送信PCの環境
CPU : Pentium4 (1.2GHz)
OS : Windows XP
Net-conのPCをハ
ブなどを経由せず
に直に接続
QCHECK （フリー
ウェア）を用いて
End-to-End遅延を
測定することにより，
パケット化遅延時間
＋バッファ遅延時間
を求める．
受信PCの環境
比較項目
Case
固定項目
1
Windows98
Windows2000
Cerelon (400MHz)
2
WindowsXP
Windows2000
Pentium3 (1GHz)
3 Pentium4 (2GHz) Pentium3 (1GHz) Cerelon (400MHz)
Windows2000
29
OSの違いによる遅延時間への影響 （Case1）
16
14
12
2K
98
10
8
6
TCP (average)
4
2
0
0
2000
4000
6000
8000
Data Size(byte)
10000
ave. response time (ms)
ave. response time (ms)
UDP (average)
12000
12
10
8
6
2K
98
4
2
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Data Size (bytes)
30
OSの違いによる遅延時間への影響 （Case2）
UDP (average)
7
6
5
2K
XP
4
3
2
1
TCP (average)
0
0
2000
4000
6000
8000
Data Size (byte)
10000
12000
8
ave. response time (ms)
max. response time (ms)
8
7
6
5
2K
XP
4
3
2
1
0
0
2000
4000
6000
8000
Data Size(byte)
10000
12000
31
OSの違いによるスループットへの影響 （Case2）
Streaming
Actual Throughput (kbps)
1200
1000
800
2K
XP
600
400
200
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Data Size(kbps)
32
CPUの違いによる遅延時間への影響 （Case3）
UDP (average)
9
7
6
5
Pen4(2GHz)
4
Pen3(1GHz)
3
Cerelon(400MHz)
2
TCP (average)
1
0
0
2000
4000
6000
8000
Data Size(byte)
10000
ave. response time (ms)
ave. response time (ms)
8
9
12000
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
2000
Pen4(2GHz)
Pen3(1GHz)
Cerelon(400MHz)
4000
6000
8000
Data Size(byte)
10000
12000
33
CPUの違いによる遅延時間への影響 （Case3）
Streaming
Actual Throughput (kbps)
1200
1000
800
Pen4(2G)
Pen3(1G)
Cerelon(400M)
600
400
200
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Data Size(kbps)
34
パケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめ

OSの違いによる遅延時間への影響
 Windows98

＞ Windows2000
MTUやRWINの設定
 Windows
XP ＞ Windows2000
処理速度より安定性を重視した設計
 Windows XPのためのCPUパワーが不十分
 アプリケーションを用いたベンチマークテストでも同様の結果
[5]


CPUの違いによる遅延時間への影響
 Cerelon(400MHz)
＞ Pentium3(1GHz) ＝
Pentium4(2GHz)
35
(3) codec遅延時間 tc+td の測定
音響測定系
スピーカ
送（受）信ＰＣ
マイク
（送）受信ＰＣ
スピーカ
マイク
tc
tp
tn
tb
td
全遅延時間 to
符号化遅延時間
tc ジッタ吸収用バッファ遅延時間 tb
パケット化遅延時間
tp 復号遅延時間
回線（ネットワーク）遅延時間
tn
全遅延時間
to
図4.4 codec遅延時間測定実験系
td
36
表4.5 通信ソフト比較
Windows
Messenger(*)
Yahoo! メッセン
ジャ-
Net Meeting
Skype
BizMate
価格
無償
無償
無償
無償
有償
アカウントの登録
要
要
不要
要
要
カメラ映像
1対複数
1対複数
1対1 (*1)
×
最大16人
音声
1対1
多人数可(*3)
1対1 (*1)
最大４人
最大16人
codec
SIREN (*2)
チャット（文字）
最大14人
多人数可
最大8人
多人数可
最大16人
ホワイトボード
○
×
○
×
○
ファイル転送
○
○
○
○
○
アプリケーション共有
○
×
○
×
○
NAT/Firewallの影響
強く受ける
受ける
受ける
受けない
受ける
発言権限の付与機能
×
×
×
×
○
2004.10月現在のVersion
5.0
5.1.0
3.01
1.0
Pro2.0
(*)MSN Messengerと互換性あり
G723.1
MCVC (*2)
(*1) ゲートキーパ使用により多地点間通信に対応可
(*2) 独自のcodec
(*3) 最大3~5名程度
37
表4.4 CPUとOSの違いによる平均codec遅延時間([s])
比較対象PC － 同定PC(Panasonic CF-W2)
DELL Dimension4100
使用ソフト
Panasonic CF-W2
接続種類
直結
0.522
0.483
回線経由
0.544
0.464
BizMate
回線経由
1.013
0.961
MSN Messenger
回線経由
0.146
0.134
MS NetMeeting
比較対象PC
メーカー型番
DELL Dimension4100
Panasonic CF-W2
CPU
Pentium 3
Pentium M
クロック周波数
1GHz
1GHz
メモリ
128MB
524MB
OS
Win XP
Win XP
38
4.2 擬似回線による「NetCon」の
評価
Microsoft NetMeeting
Net-con
Net-con
回線シミュレータ
(Radcom社「Internet Simulator」)
MS-PowerPointのスライドショーを用いて発表後，議論
回線品質パラメータ
（遅延時間，パケット損失率）
ゼミが成立するか ＝ アンケートにより調査
39
実験内容
ゼミ発表者と参加者はMS Power pointファイル
を共有しながら説明する．
 発表者が説明中でも他の参加者は随時質問がで
き，質疑応答が始まる．
 隣接研究室間には互いに様子を映す小型CCDカ
メラでコマ送り程度の小画面動画像を表示する．

40
実験条件

回線品質パラメータ



パケット遅延時間 0 , 300, 500, 1000 (ms)
パケット損失率
0,
5,
8, 10 (%)
アンケート項目

「通常のゼミ通り－慣れれば問題ない－成立しない」
5
1
（５段階評価）

音声，カメラ画像，総合の三項目

被験者 ： 平澤研，松嶋研学生12名
 MS NetMeetingの設定


送信映像のサイズ ： 大 ， 送信映像の質 ： 高
41
実験 結果 ［3 （慣れれば成立する）以上を選んだ割合］
100%
80%
満足度
60%
40%
20%
0%
0%
パケットロス率
0
5%
300
8%
500
10%
回線遅延時間[ms]
1000
図4.6 QoSに対する「NetSemi」の満足度
42
実験結果
－3(慣れれば問題ない)以上を選んだ人の割合－
表6 結果
ポインタの指示と会話の同期
82%
ページの切り替えと会話の同期
80%
質疑応答について
91%
ページ切り替えと会話の同期
70%
資料説明時
質疑応答時
•質疑応答は主として音声のやりとりであるので，高い割合になっている．
•質疑応答時のページ切り替えと会話の同期に問題がある．
•双方が同時に意見を述べると遅延により会話に混乱が生じる．これは発
言者が注意することで解決可能である．
43
5.考察
5.1 送受信PCのQoS
 PCのハードウェア・OSの違いによる差は大きくないが，PC内
遅延時間 は483-522 msと大きい．
 パケット化遅延時間とバッファ遅延時間の合計はcodec遅延時
間に比べ十分小さい
 改善されたMS Messengerを用いると許容できる回線遅延時
間に余裕が出来る
5.2 実回線のQoS
 インターネットで結ぶ研究室が位置する国のビジネスアワーの
影響が大きい
 回線遅延時間は距離だけではなくパスを構成するリンクの影
響を受ける．(UHM-WUよりUCLA-WUの方が遅延時間が小さ
い
 QoSはパスリンクとルータの繁忙時間の影響を受ける
44
考察
5.3 全遅延時間とパケットロス
 許容可能QoSは
回線遅延時間300ms（パケットロス率0%）
パケットロス率5%（回線遅延時間0の時）
 遅延時間とパケットロス率はトレードオフの関係にあ
る．
－アンケートによる評価より
 スライド画面・動画像使用有無の影響はPC内遅延時
間にほとんど影響がない
 音声の劣化は画像の劣化より影響が大きい
 パケットロス率の増加は音声より画像の劣化への影
響が大きい
45
6.むすび

研究活動支援システムとして利用できるQoSの
範囲を示した．

実用化のためには，最新のグループウェアと最新
のPCでアンケート調査を実施し，比較・調査をす
ることが必要
46
パ
ケ
ッ
ト
棄 10
却
率
8○
（
％
）
5○
ネットゼミ
不成立領域
×
ネットゼミ
成立領域
0
0
日英間
○
300
○
500
パケット遅延時間(ms)
図5.1ネットゼミ成立領域
47

満足度（オピニオン評価）
平均オピニオン評価法（mean opinion test)
100
非常に悪い
まあよい
悪い
50
よい
非常によい
0
0
1
1.5
オピニオンスコア
（5段階評価平均点）
2
2.5
3
4
5
MOS(mean opinion score)
48