Transcript 挿入率

誤り訂正符号を用いた
トランスポート層プロトコルの実装と評価
株式会社インターネットイニシアティブ
サービスオペレーション本部 カスタマーサポート 島津 圭佑
背景
通信経路ではノイズや輻輳でデータに欠損が発生
•
•
1対1通信では再送を行うことで対処
放送のような1対多や多対多通信が増加
•
•
大量の再送要求が発生してしまうため再送困難
再送が困難な環境で高品質なデータに対する
要求の増加
•
•
2
誤り訂正符号を用いた通信の発展
Forward Error Correction (FEC:前方誤り訂正)
元データに特定の計算をし, 冗長データを付加し
誤りや損失を訂正可能にした符号
•
•
•
符号化とは訂正可能な符号にすること
復号とは元のデータに戻すこと
•
アルゴリズムやパラメータによって, 復号の計算時間
やどの程度訂正可能かが変化
•
例: リードソロモン(RS)符号
•
3
冗長データの半分の量まで訂正可能
通信におけるFECの適応法
複数パケットを集めて訂正
•
•
•
多少パケットが喪失した場合も訂正可能
復号の開始までに待ち時間が存在
パケットごとに訂正
•
•
•
•
4
ヘッダの訂正も可能
即座に復号可能
パケットが喪失した場合訂正不可能
既存研究
RFC 6363 (2011年 10月 公布)
Forward Error Correction (FEC) Framework
•
•
全てに共通するFECを用いた通信の骨組みを提供
アプリケーションとFECを分割
•
•
•
任意のFECの使用が可能
•
信頼性のないトランスポート層のプロトコルの上で
運用
•
受信端末が使う復号器の指定法は未定義
•
5
RFC6364で送受信端末間で復号器指定の
事前やり取りについて記載
既存研究(送信)
アプリケーション
(1)分割された元データ
(3)ソースブロック
FEC フレームワーク
(2)ソースブロックの構築
(6)FECのソースブロックと
訂正ブロックの構築
(7)FECのソースブロックと
訂正ブロック
トランスポート層(UDPやDCCP)
6
FEC スキーマ
(4)符号化
(5)FECソース
ペイロードID
訂正ペイロードID
訂正シンボル
既存研究(受信)
アプリケーション
(6)分割された元データ
(5)複数のソースデータ
FEC フレームワーク
(2)FECソースブロックと
FEC訂正ブロック
(1)FECのソースブロックと
訂正ブロック
トランスポート層(UDPやDCCP)
7
FEC スキーマ
(4)復号
(3)FECソース
ペイロードID
訂正ペイロードID
訂正シンボル
問題点
既存のトランスポート層の上に定義している
•
•
UDPなどのトランスポート層のプロトコルには,
誤りを検出し破棄する機能がある
パケット1
パケット2
パケット3
パケット4
パケット5
パケット6
1符号単位
8
問題点
既存のトランスポート層の上に定義している
•
•
UDPなどのトランスポート層のプロトコルには,
誤りを検出し破棄する機能がある
パケット1
パケット2
パケット3
パケット4
パケット5
パケット6
1符号単位
9
提案手法
•
•
パケットに誤りがあっても破棄をしないFECの使用を
前提としたプロトコルをトランスポート層で定義する
フレームワークで使用する共通ヘッダと
データ部の符号化で使用するFECのヘッダを作成する
•
•
データ部は, 任意のFECを使用可能である
共通ヘッダ, FECヘッダをそれぞれ誤り訂正する
パケット1
パケット2
パケット3
パケット4
パケット5
パケット6
10
1符号単位
消失
提案手法(誤り訂正法)
オレンジ:共通ヘッダ, 黄色:FEC毎のヘッダ
青:元データ, 黄緑:冗長データ, 赤:ビット誤り
•
•
パケット1
パケット2
パケット3
パケット4
パケット5
パケット6
11
消失
提案手法(送信)
アプリケーション
(1)元データと
各種要件
(3)元データと
訂正率
FEC スキーマ
(4)符号化
(5)FECヘッダの作成
FEC フレームワーク
(2)FECを選択
(7)共通ヘッダの作成
(6)符号化データ
(8)作成したデータ
ネットワーク層(IPなど)
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提案手法(受信)
アプリケーション
(8)複数の元データ
(7)複数の元データ
FEC スキーマ
(5) FECへッダ の訂正
(6)復号
FEC フレームワーク
(2) 共通ヘッダ の訂正
(3) ポートの指定
(4) シークエンス番号
データ
(1)送られてきたデータ
ネットワーク層(IPなど)
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実験で使用される用語の定義
•
•
選択率とは誤りを入れるパケットを選択する率である
挿入率とは選択されたパケットに誤りを挿入する率である
•
•
•
パケット内で起こるバースト的な誤りを再現できる
誤り率とは, 復号後に残ったデータの誤りの率である
受信時間とは, データの送信から復号終了までの
時間である
14
実験手順
•
送信端末はデータを符号化し, 既存手法，提案手法
それぞれ送信する
•
中継機は, 選択率, 挿入率を任意に設定し,
誤りを挿入し受信端末に送信する
•
受信端末はデータを復号し, その結果を計測する
送信
端末
15
中継機
受信
端末
実験1
•
1.1MBの画像データを(100,80)RS符号で符号化し,
既存手法と提案手法のプロトコルでそれぞれ送信する
•
•
•
•
•
•
10%の誤りまで訂正出来る
1パケットあたり既存手法では1040オクテット,
提案手法では1052オクテットである
1400パケットが作成された
挿入率を0.1%に固定する
選択率0%から80%まで変更する
結果は10回の平均値である
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挿入率0.1% 誤り率
90
80
70
誤り率(%)
60
50
既存手法
40
提案手法
30
20
10
0
0
17
20
40
選択率(%)
60
80
挿入率0.1% 受信時間
3.5
2.738sec
3.0
時間(sec)
2.5
2.0
既存手法
1.5
提案手法
1.295sec
1.0
0.5
0.0
0
18
10
20
30
40
選択率(%)
50
60
70
80
実験2
•
1.1MBの画像データを(100,80)RS符号で符号化し,
既存手法と提案手法のプロトコルでそれぞれ送信する
•
•
•
•
•
•
10%の誤りまで訂正出来る
1パケットあたり既存手法では1040オクテット,
提案手法では1052オクテットである
1400パケットが作成された
選択率を10%に固定する
挿入率0.1%から20%までに変更する
結果は30回の平均値である
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選択率10% 誤り率
6
5
誤り率(%)
4
既存手法
3
提案手法
2
1
0
0
20
5
10
挿入率(%)
15
20
選択率10% 受信時間
3.5
3.0
時間(sec)
2.5
2.0
既存手法
1.5
提案手法
1.0
0.5
0.0
0
21
5
10
挿入率(%)
15
20
考察
•
挿入率が低い場合, 提案手法は誤り率の面で
既存手法より優れている
•
挿入率が高くなるに従って, 提案手法の誤り率は
既存手法との差が小さくなる
•
選択率が増加した場合, 下位ヘッダに誤りが挿入され,
トランスポート層までデータが渡されない
•
受信にかかる時間は, 同程度である
•
応答なしで通信するため, 1対多の通信に
利用可能である
22
今後の課題
•
中継機でフレームチェックシークエンスの再計算を
行っているため，再計算なしでの検証をする
•
提案手法のプロトコルの使用するためには, 双方の端末
に新たに実装する必要がある
•
復号状況に応じて, FECの種類や符号化率の変更を
可能にする機構の実装をする
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まとめ
•
誤り訂正符号の使用を前提としたトランスポート層の
プロトコルを提案し評価した
•
挿入率が低い場合, 誤り率は選択率が高いほど
提案手法が既存手法に比べて優れている
•
挿入率が高くなると, 提案手法は既存手法に
誤り率が漸近する
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