Transcript 1 - 森野研究室

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
Flexcast
ALM
ルータ
スプリッタ
ユーザ端末
ネットワークに専用の
設定やノードが必要
アプリケーションの
インストール
ALMは導入の容易さなどの面で有利である
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
例のような配信ツリーを構築すると
論
理
網
A
B
D
冗長なTraffic
転送遅延の増大
1 ルータ
配信元
9
物
理
網
2
10
3
A
配信ツリーの例
8
7 C
6
11
4
12
D
今後，ユーザが増加するに従い深
刻な問題となる
5
B
データ到達までのHop数が大きく転送遅延が大きい
問題解決へのアプローチ –従来方式MST(Minimum Spanning Tree)
•物理Hop数の総和を最小する
SPT(Shortest Path Tree)
1
2
11
D
MST
3
•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
5
4
10
6
B
8
7
9
C
図はA,B,C,Dの順番でピアが参加
欠点・課題点
MST
D
SPT
•配信ピアからのHop数の増加
SPT
•冗長なTrafficの発生
共通
•ピアの参加順が影響する
A
B
C
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
Virtual Backbone
(仮想バックボーン)
配信元
バックボーンを利用する効果
•近傍に接続先となるピアが存在
•経路集約
Trafficの削減とHop数の低減
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
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
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
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！！
Virtual Backboneの構築(2)
Step1. バックボーン構築ピア(BP)の選択
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
WR =
i
HOPPi→S
HOPPi→R + HOPR→S
R
Hop R->S
HopP ->R
i
WN =WR /N
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
S
HopP ->S
i
Pi
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
重み付けの例
配信ピア
配信ツリーの構築
-ピアの新規参加-
•ピアの新規参加
Virtual Backbone
BP
Step1. 最寄りのBPの発見
参加済みピア
R
Step2. 接続先ピアの決定
HopP->R
接続先判定式
HOPPi→BP
R=
HOPPi→R + HOPR→BP
Hop R->BP
BP
BP
最短経路
Hop
P->BP
新規参加ピア
P
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
BP
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
転送遅延への影響
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
•延べ利用物理リンク数
ネットワーク全体での帯域の消費
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
B
3
論理リンク
A-> B, B->C
4
2
5
1
C
延べ物理リンク数=5
A
性能評価 -ネットワークモデルネットワークトポロジ
Abilene
ピア数
203
常時接続ピア数
20
ピア新規参加時の閾値RT
0.6
各ピアの最大接続数
3
視聴間隔
負の指数分布(平均=10[min])
離脱から次の視聴までの
間隔
シミュレーション時間
負の指数分布(平均=10[min])
1000[min]
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
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
Hop
平配
均信
ピ
ア
数
参
加
ピ
ア
間
の
25
750
平均Hop数
延べ物理リンク数
20
延
べ
600 物
理
450 リ
ン
ク
300 数
-
約
3
割
低
減
15
10
5
150
0
0
VBT
(BP=3)
VBT
VBT
VBT
SPT
(BP=7) (BP=15) (BP=21)
MST
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
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)
Hop
平配
均信
ピ
ア
数
参
加
ピ
ア
間
の
25
平均Hop数
延べ物理リンク数
20
750
600
-
15
450
10
300
5
150
0
VBT
VBT
VBT
(0.4<=WN<0.5) (0.5<=WN<0.6) (0.6<=WN)
SPT
MST
VBT(0.6<P)の場合，BPは7個しか選択されていない
0
延
べ
物
理
リ
ン
ク
数
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
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
Hop
平配
均信
ピ
ア
数
参
加
ピ
ア
間
の
40
35
30
800
平均Hop数
700
延べ物理リンク数
約2割低減
600
-
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
0
SPT
VBT
VBT
VBT
VBT
(BP=3) (BP=7) (BP=15) (BP=21)
MST
延べ物理リンク数低減の効果が大きい
延
べ
物
理
リ
ン
ク
数
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)
Hop
平配
均信
ピ
ア
数
参
加
ピ
ア
間
の
40
800
平均Hop数
35
700
延べ物理リンク数
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
0
-
30
VBT
VBT
VBT
(0.4<=WN<0.5)(0.5<=WN<0.6)(0.6<=WN)
SPT
MST
(0.5<=WN<0.6) のピアをBPとすれば十分な性能が出る
延
べ
物
理
リ
ン
ク
数
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)
トポロジー(2)
平均Hop数が約3割低減
延べ物理リンク数が約2割低減
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
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
評価結果(3) -BP同士の位置関係による影響Hop
平配
均信
ピ
ア
数
参
加
ピ
ア
間
の
25
平均Hop数
750
延べ物理リンク数
600
15
450
10
300
5
150
0
0
-
20
VBT(近傍)
VBT(分散)
SPT
MST
延
べ
物
理
リ
ン
ク
数
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