インターネットを取り巻く環境変化 2014 年から 2019 年に向けて年にはビデオコンテンツが IP トラフィックの 80% 以上を占めるグローバル IP トラフィックは 59.9EB/M から 168.0EB/M へインターネットユーザーは 28 億人から 39 億人へ接続

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りえふくだ
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1 2015 年 10 月 22 日 NICT オープンハウス情報指向ネットワーク技術 : データ通信路からコンテンツ共有基盤へネットワーク研究本部ネットワークシステム総合研究室朝枝仁 1

2 インターネットを取り巻く環境変化 2014 年から 2019 年に向けて年にはビデオコンテンツが IP トラフィックの 80% 以上を占めるグローバル IP トラフィックは 59.9EB/M から 168.0EB/M へインターネットユーザーは 28 億人から 39 億人へ接続デバイス数は 142 億個から 244 億個へ出典 :Cisco VNI Global IP Traffic Forecast,

3 3 電話からインターネットへ通信識別子 : 電話番号 DNS 通信識別子 :IP アドレス

4 4 インターネットは新世代ネットワークへ通信識別子 : コンテンツ名 DNS 通信識別子 :IP アドレスユーザーの要求情報コンテンツの発信取得サーバーへ接続することが主旨ではないサーバーの位置は気にしない ( どこから取得しても良い ) CDN などの情報分散技術は進化しているが通信の最適化に課題 ( 投資面電力消費量通信量増加高レスポンス化への対応 ) 情報コンテンツを中心とした通信技術

5 5 情報 ( コンテンツ ) 指向ネットワーク技術 (ICN/CCN) IP アドレスを識別子とする End-to-End 通信からコンテンツ名を識別子とした通信へホスト中心の通信からコンテンツ中心の通信へ網からコンテンツを受信サーバーの分散化からコンテンツ ( キャッシュ ) の分散化コンテンツ要求パケット ( 青色実線矢印 ) 宛先 : サーバーの IP アドレスコンテンツ要求パケット ( 青色実線矢印 ) 宛先 : コンテンツ名名前ベース経路制御サーバーネットワーク内キャッシュ

6 6 ICN/CCN におけるコンテンツ配信ルーター Interest( 要求 ) Data( データ ) festival.img A キャッシュルーター B C D F G J E 名前ベース経路制御コンテンツ名を指定してデータ取得を行うことで近隣のノード / ルーターからデータ取得を実現ネットワーク内キャッシュ経路途中のルーターがコンテンツをキャッシュし必要に応じてそれを転送 User A User B

7 7 ICN/CCN が実現する世界高レスポンス低遅延な通信 IPアドレスの変化に柔軟な対応 ( 効率的な移動体通信の実現 ) マルチキャストによるネットワーク資源の効率的利用サーバー資源の効率的利用による省エネルギー通信マルチパス経路を用いた高品質通信や耐障害通信の実現サーバー非依存通信によるIoTやM2Mなどへの応用時差通信 (DTNなど) も含めた新しい通信サービスへの応用サーバーサーバーサーバー中心型通信 ICN/CCN

8 8 ICN/CCN に対する疑問コンテンツ名 / コンテンツ識別子とは? グローバルユニークな識別子とは? コンテンツ名を用いた経路制御って? 500 億以上のコンテンツをキャッシュするの? キャッシュが古い / 壊れていることはないの? 近隣のキャッシュをどうやって探索し誘導するの? セキュアな情報や著作権付きコンテンツなどもキャッシュするの? IPは必要なくなるの? インターネット通信は全てICN/CCNに置き換えられるの?

9 9 情報指向ネットワーク技術の研究分野コンテンツ名管理 (Naming) 名前ベース経路制御ネットワーク内キャッシュ伝送技術 (Transport) セキュリティプロトタイプ実装とテストベッド NICT が現在取り組んでいる研究分野

10 CCN におけるコンテンツ名と経路制御 URL のような階層型 Naming を利用階層型 Naming によりプレフィックス単位の経路制御バージョン管理やコンテンツのセグメント番号もコンテンツ名に付与送信者の Signature 入りデータパケットを利用出典 : V. Jacobson, et.al, Networking Named Content, Proc. ACM CoNEXT 2009, Dec

11 11 CCNx における PIT と FIB 出典 : V. Jacobson, et.al, Networking Named Content, Proc. ACM CoNEXT 2009, Dec

12 12 NICT が現在取り組んでいる情報指向ネットワーク技術研究 1 コンテンツ名管理 (Naming) 名前ベース経路制御ネットワーク内キャッシュ伝送技術 (Transport) セキュリティプロトタイプ実装とテストベッド

13 Potential Based Routing (PBR) ネットワーク内キャッシュと連動するイントラドメインの経路制御プロトコルネットワーク内キャッシュの近傍性を計算し効率的かつ迅速なコンテンツ取得を実現モバイル環境に適用しシームレスなコンテンツ提供を実現 Caching router Consumer Publisher Q ( n) N j j 1 dist( n, n

13 13 Potential Based Routing (PBR) ネットワーク内キャッシュと連動するイントラドメインの経路制御プロトコルネットワーク内キャッシュの近傍性を計算し効率的かつ迅速なコンテンツ取得を実現モバイル環境に適用しシームレスなコンテンツ提供を実現 Caching router Consumer Publisher Q ( n) N j j 1 dist( n, n j ) Ψ(n): potential value at node n. N: the number of nodes which have the content j. Q: Expected quality of the content. dist: distance between node n and n j with content j. δ: attenuation factor.

14 14 Local Tree Hunting (LTH) ダウンロード時中継ノードがコンテンツをキャッシュコンテンツサーバ要求者に最も近いキャッシングノードを探索するネットワーク内キャッシュ技術部分的探索でも全探索に匹敵する探索能力を有する要求者最も近いところにキャッシュされているコンテンツを取得転送経路上の直近の Fork Node ( キャッシュを持っているかキャッシュした履歴を持っている ) F コンテンツ所有者 (Publisher) コンテンツ名で特定される転送経路コンテンツ要求者 (Consumer) Local Tree 内のキャッシュノードのうち最小ホップ数のノードを選択探索範囲 : Fork Node を Root とする Local Tree

15 15 Community-Oriented Route Coordination using ICN(CORIN) グループメンバー ( ノード人 ) 間の低遅延な情報流通 / 交換コンテンツ名の代わりにコミュニティ名を定義例 : 温度 A 会社 B 支店 C 倉庫 20 度以上スコープサービス識別子コミュニティ識別子ネットワーク識別子多対多通信を実現する双方通信経路を形成通信の堅牢性と情報共有範囲の特定を実現適用例 :

16 16 NICT が現在取り組んでいる情報指向ネットワーク技術研究 2 コンテンツ名管理 (Naming) 名前ベース経路制御ネットワーク内キャッシュ伝送技術 (Transport) セキュリティプロトタイプ実装とテストベッド

17 Content-Name-based Real-time Streaming

パケット損失をモニターしながらネットワークの状態を推測し冗長度とビデオ品質を動的に調整

17 17 Content-Name-based Real-time Streaming (NRTS) 高信頼性低遅延な高精細ストリーミングを多様な通信環境に対して実現する ICN/CCNトランスポートプロトコルネットワーク内低遅延を維持しつつ受信映像品質を最大化手法パケット損失をモニターしながらネットワークの状態を推測し冗長度とビデオ品質を動的に調整マルチキャストやマルチパス転送を活用することでネットワーク資源を有効活用ビデオデータ ( 最大品質 ) ビデオ品質適応冗長データエラー訂正マルチパス転送マルチキャスト

18 18 NICT が現在取り組んでいる情報指向ネットワーク技術研究 3 コンテンツ名管理 (Naming) 名前ベース経路制御ネットワーク内キャッシュ伝送技術 (Transport) セキュリティプロトタイプ実装とテストベッド

19 ICN オープンテストベッドと Linux コンテナ (LXC) によるノード仮想化

IP Common container (lxc0) Global IP Common

19 19 ICN オープンテストベッドと Linux コンテナ (LXC) によるノード仮想化 VM1 VM2 User container (lxc1) User container (lxc2) User container (lxc1) User container (lxc2) Private IP Private IP Private IP Private IP Common container (lxc0) Global IP Common container (lxc0) Global IP VMware ESXi etc. Bridge Global IP Bridge

20 20 ICN オープンテストベッド (H 時点 ) VM on ESXi VM on KVM 慶應義塾大学 (JP) 東京農工大学 (JP) 国立台湾大学 (TW) VM on Linux / Windows ソウル国立大学 (KR) 清華大学 (CN) INRIA (FR) NICT (JP) 高麗大学 (KR) 早稲田大学 (JP) 大阪市立大学 (JP) フロリダ大学 (US) パナソニック ( 株 ) (JP) 関西大学 (JP)

21 21 ( 参考 ) 日欧共同研究公募欧州との連携による情報指向ネットワーキングに関する実証的研究開発 ( 欧州側テーマ名 Experimental testbeds on Information-Centric Networking) 情報指向ネットワーク (Information-Centric Networking (ICN)) 技術展開に効果を発揮するグローバルなテストベッドを構築フェデレーションし高品質メディアやコンテンツ配信などを多様な環境にある多数のユーザーやノードに対して効率的に実現するための ICN プロトコルやフレームワークを研究開発する国際標準化を睨みながら欧州との共同研究開発に取り組み情報通信基盤の共通化を通じた豊かな通信社会への貢献を目指すネットワーク内キャッシュやマルチパスを活用した効率的な通信自主研究との連携 ICN プロトタイプ実装超高精細端末特性が異なる多様かつ多数の端末に対して遅延やデータ損失を最小限にするための高信頼性通信 ICN テストベッド移動体端末情報指向ネットワーク技術実証を行うグローバルテストベッド構築フェデレーション

22 22 まとめ情報指向ネットワーク (ICN/CCN) は近年注目されている新しい通信技術です今後ネットワーク内キャッシュ経路制御技術の提案などを通じて当研究領域を率い ICN/CCN によるコンテンツ流通基盤の研究を発展させます IoT におけるや M2M への適用そして 5G ネットワークを含む新世代ネットワークの実現に向けた研究開発を推進していきます研究成果を含む ICN プロトタイプ開発を行いさらなる接続サイトの拡大を見据えた ICN テストベッドを用いた広域実験を計画しています電子情報通信学会 ICN 時限研専での活動 AsiaFI 欧米研究機関との国際連携 ITU-T や IETF/IRTF での標準化活動も含め広く研究を進めていきます

23 23 参考文献 1. [PBR1] Potential Based Routing (PBR) with Content Caching for ICN, Proc. ACM ICN workshop, Aug [PBR2] CATT: Cache Aware Target Identification for ICN, IEEE Commun. Mag., Vol.50, No.12, Dec [LTH1] Content Hunting for In-Network Cache: Design and Performance Analysis, Proc. IEEE ICC, Jun [LTH2] Local Tree Hunting: Finding the Closest Contents in an In-Network Cache, IEICE Trans. Inf. & Syst., Vol.E98-D, No.3, Mar [CORIN1] A Community-Oriented Route Coordination Using Information Centric Networking Approach, Proc. IEEE LCN, Oct [CORIN2] DataClouds: Enabling Community-Based Data-Centric Services over Internet of Things, IEEE IoT Journal, Vol.1, No.5, Oct [NRTS] NRTS: Content-Name-based Real-time Streaming, IEEE CCNC, Jan [Testbed1] Container-Based Unified Testbed for Information-Centric Networking, IEEE Network, Vol.28, No.6, Nov [Testbed2] Contrace: A Tool for Measuring and Tracing Content-Centric Networks, IEEE Commun. Mag., Vol.53, No.3, Mar. 2015

24 ご清聴有難うございました 24

6 情報指向ネットワーク情報指向ネットワークがもたらす可能性と研究課題朝枝仁情報指向( またはコンテンツ指向 ) ネットワーク :Information/Content-Centric Networking (ICN/CCN) はコンテンツ名を通信の識別子として利用することで所望のコンテンツ

6 情報指向ネットワーク情報指向ネットワークがもたらす可能性と研究課題朝枝仁情報指向( またはコンテンツ指向 ) ネットワーク :Information/Content-Centric Networking (ICN/CCN) はコンテンツ名を通信の識別子として利用することで所望のコンテンツ情報指向ネットワークがもたらす可能性と研究課題朝枝仁情報指向( またはコンテンツ指向 ) ネットワーク :Information/Content-Centric Networking (ICN/CCN) はコンテンツ名を通信の識別子として利用することで所望のコンテンツを近隣ルーターや近隣ノードから直接取得し迅速かつ効率的な情報提供を可能とする新世代ネットワーク技術の 1 つである本稿では