別紙 3 ダイナミックネットワーク技術の研究開発サブテーマ 1: ダイナミックネットワークの構造設計 構築 制御に関わる課題課題イ : 実時間ストリーミング指向の制御に関する技術 (1) 研究の目的時間連続性を持つストリームデータを多種多様なブロードバンド環境を活用し安定的伝送するための 実時間ストリーミング指向の制御に関する技術 の確立を目指し 1 ネットワーク状況の観測結果に基づき ネットワークのリソースを制御することで リアルタイム性を確保しながら 広帯域なストリームデータを安定的に伝送することが可能なダイナミックなネットワーク伝送技術 2 ストリームデータの性質と利用者の要求に応じてネットワークの空き時間を活用してダイナミックにバースト転送を行う技術 3 ネットワーク状況と利用者の端末環境に対応して適切な品質のストリームデータにダイナミックに変換し伝送する技術 の 3 つの観点から研究開発を行うと共に 実コンテンツを用いた実証実験を通して有効性を検証する (2) 研究期間平成 19 年度から平成 22 年度 (4 年間 ) (3) 委託先企業日本電信電話 < 幹事 > エヌ ティ ティ コミュニケーションズ (4) 研究予算 ( 百万円 ) 平成 19 年度 98( 契約金額 )
(5) 研究開発課題と担当課題イ : 実時間ストリーミング指向の制御に関する技術イ-1 ネットワーク実時間測定技術及びストリームパス設定技術イ-1-1 トラヒック測定ノード構築技術 ( 日本電信電話 ) イ-1-2 マルチレイヤにおけるストリーム観測技術 ( エヌ ティ ティ コミュニケーションズ ) イ-1-3 ストリームパス設定技術 ( 日本電信電話 ) イ-2 ネットワークの使用状況を考慮した柔軟な転送制御技術 ( 日本電信電話 ) イ-3 ダイナミックトランスコーディング技術 ( 日本電信電話 ) (6) 主な研究成果特許出願 : 0 件外部発表 : 6 件上記件数には 投稿済み ( 未発表 査読中のもの ) のものを含みます 具体的な成果イ-1 イ-1-1 トラヒック測定ノード構築技術 汎用 PC に自社技術である 10GbpsNIC を使った高速プロトコル処理機能を付加した装置を構築 (ICC2009 投稿中 ) JGN2Plus を利用した 実ネットワーク上での短期 長期ストリームトラヒックの測定実験を実施 IMC2008における短期ストリームトラヒックの測定実験大阪 大手町 NTT 武蔵野 R&D センタにおいてストリームトラヒック特性の変化をリアルタイム観測し 特性の変動を可視化した 長期ストリームトラヒック測定実験を実施実時間ストリームと 蓄積トラヒックの特性の差異を可視化 また 1 秒間隔で パケット間ギャップ分布の特性変化を測定 トラヒックのバースト特性を低減するためには サーバと測定ノードが協調したダイナミックトラヒック制御 ( シェーピング ) 機構が必要であることを明確化 光パケットスイッチ測定大阪大学 NiCT 富士通研究所 慶応大学の粒度可変ネットワークを用いた広帯域映像伝送に関する共同研究の中で 超高
速 容量可変ネットワークを実現する光パケットスイッチを 高品質映像ストリーム転送へ適用した際の トラヒック特性へ与える影響を高精度に測定する実験を実施 0.1 秒間のトラヒック特性をパケット欠落無くキャプチャした 上記により 本課題の技術要件である 高速性 精度 即時性 フロー解析 の観点から下記を実現した 高速性 :10Gbps ワイヤーレート かつノンサンプリングでのストリームトラヒック特性の測定 取得 精度 :50μs 粒度でのトラヒックのビットレート変動を検出 100ns 単位でのパケット間ギャップ分布の取得 即時性 :1 秒間隔でパケット間ギャップ分布特性の変化を検知 0.l 秒設定でもパケット欠落が発生することなく特性の蓄積 フロー解析 : ハードウェアのヘッダ抽出機能により10Gbps のワイヤーレートでネットフロープローブ処理が可能 イ-1-2 マルチレイヤにおけるストリーム観測技術 市販 市中モニタツールの調査 測定の目的 要求条件から抽出 整理した測定対象 項目に対応する市販 市中モニタツールを定性評価 SNMP ツール (Cacti) NetFlow ツール (NFsen) 可用帯域推定ツール (pathload) を測定実験の評価対象として選定 測定実験 (IMC2008 において SNMP ツール NetFlow ツールを用い 4/2K[6.5/1.5Gbps] 放送素材のストリーム測定実験 ) 時間的観測粒度 ( ストリームの送信 停止を把握 ) は 5 秒程度が必要 フロー単位観測では測定パラメータ設定 ( 送信契機 サンプリングレート等 ) が重要 市販 市中モニタツールのトラヒック測定ノードへの適用への課題 : フロー単位の特定ストリーム測定対象粒度は NetFlow プローブで 1 分程度 SNMP での測定粒度は 5 秒間隔の測定が可能 課題イ-1-1 の高精度の測定値を用いて SNMP や NetFlow の測定値から統計的に補完する手法が必要 イ-1-3 ストリームパス設定技術 仮想 NW 制御技術で over Gbps に適用可能な技術調査
IP オプティカルネットワーキング技術 (GMPLS) と DCN(Dynamic Circuit Network) に関して調査を実施した ネットワーク機器が主体となるパス制御 ストリーミングサーバが主体となるパス制御に分類 課題イー 2や課題イー 3との協調動作を念頭に 並列パス割り当て 最低帯域保障 パス切り替え主体 パス切り替え速度 の観点で整理し 特徴をまとめた イ-2 ネットワークの使用状況を考慮した柔軟な転送制御技術 ストリームデータの並列転送技術の基本機能の検討 1 本のストリームデータのフローから成る IP パケット群を ストリームスイッチ間を結ぶアグリゲートされた複数の 10Gbps 回線上でバースト転送する方式に関して 基本検討に特化した簡明な動作仕様のもと 基本方式の策定 機能設計 実装までを実施 現在 実装にソフトウェアをデバック中 データ並列転送 ( 分散 RAID 方式 ) において 各蓄積装置内に格納されたセグメントと通信サーバモジュールとの対応の付け方で 3 方式を比較し ランダムシークの発生があるが 映像フレームのサイズが大きく影響が少ないとしてバッファ管理の容易な方式 1( 番組セグメントは全て同一通信サーバモジュールから送信する方式 ) を選択し仕様策定 システム構成として クラスタ内部データ通信方式として InfiniBand udapl 使用し ディスクへの映像フレーム格納に分散 RAID を適用したアーキテクチャを選定 基本機能のソフトウェアモジュールの設計と実装を実施 検証用の装置は 通信サーバモジュールと蓄積サーバモジュールが各 5 台 計 10 台の PC で構成し 基本動作確認をした 性能向上に向けた課題抽出実験と考察 トータルスループットを 40Gbps までの転送性能へ拡張する場合の課題の抽出を目的に 本ストリームスイッチのベースとなる i-visto exmedia Server を使って内部処理におけるボトルネックとなる部分の処理時間 ( 内部転送処理時間および蓄積装置転送処理時間 ) を計測 内部転送処理時間計測および蓄積装置転送処理時間計測実験の結果 Disk Server( ストリームスイッチの蓄積サーバモジュールに相当 ) の処理負荷が増えるに従って 内部転送処理時間および平均読み出し転送時間が増えていく事が確認できたが 処理負荷は 40Gbps の場合で
も 10 ストリーム転送時の負荷より大きくなることはない事 負荷均等になっている事がそれぞれ確認できた 上記の処理時間計測の結果 InfiniBand を相互結合網として用いたアーキテクチャにより 40Gbps までの転送性能の達成見込みを得た イ-3 ダイナミックトランスコーディング技術 放送局内での映像フォーマットの利用状況についての調査 現状の放送業務では 様々な映像フォーマットと様々な場所でのフォーマット変換が行われており トランスコーダの配置方法が重要 ワークフローでの適用性の観点から非圧縮および DVCproHD 方式が有望で この 2 種を映像フォーマットとして選択 各種映像フォーマットのソフトウェアコーデック変換速度の測定調査 非圧縮および DVCproHD 方式が有望で DVCproHD はソフトウェアコーデックでリアルタイム処理が可能であり 現時点ではまずは DVCproHD 方式を用いて 放送ワークフローにおけるトランスコーダーの適用性の検証を進めることが適当であると判断した DVCproHD 以外の方式においても その計算リソースの見積もりを行うことで 並列処理等の必要とされる高速化技術の判断材料を得た
(7) 研究開発イメージ図 災害現場 制御? ポリシープレーン要求品質 網状態に応じてダイナミックに協調制御データプレーン NW リソース ストリームコンピューティング ( スイッチ 蓄積 演算 ) リソース NW A ドメイン NW A ドメイン Stream 2 ダイナミックアーカイブ高速バースト転送サーバ 観測 アクティブバンド幅 Delay エラー率制御 ダイナミックパス設定 プロトコル決定 Shaping 設定 1 ダイナミックストリームパス Stream NW D ドメイン NW Bドメイン NW NW B ドメイン Stream Dドメイン NW NW C ドメイン C ドメイン Stream Trans coder 3 データフォーマットのダイナミック変換 危機管理オペレーションルーム 1982 37391 2249 85734 57 38948 実時間ストリーミング指向の制御に関する技術のイメージ図