定常動画配信について 2004年5月27日 高知工科大学 菊池研究室 福家 孝彦 高知工科大学大学院 福家孝彦です。

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1 定常動画配信について 2004年5月27日 高知工科大学 菊池研究室 福家 孝彦 高知工科大学大学院 福家孝彦です。
高知工科大学　菊池研究室 　福家　孝彦 高知工科大学大学院　福家孝彦です。 定常動画配信網におけるリフレクタの構築という題で発表させていただきます。

2 背景 地域間相互接続実験プロジェクトによるJGN上での映像配信実験の実施 2000年3月より26回実施 主としてDVTSを利用
WIDEプロジェクトにより開発されたDVをIPネットワーク上で転送するソフトウェア まず、背景としまして、 地域間相互接続実験プロジェクトでは、JGN上で、2002年3月よりこれまでに26回の映像配信実験を行ってきました。 映像の送受信には主にDigital Video映像をIPネットワーク上で転送することができるDVTSというソフトウェアを用いてきました。 2004/5/27 第15回ITRC研究会

3 これまでの映像配信における問題点 実験毎の準備 実験中のトラブル OSやアプリケーションのインストール ネットワークの設計・構築 etc…
準備段階で労力を強いられ実験に集中できない 実験中のトラブル IEEE1394インタフェースでの異常 しかし、これまでの映像配信実験において、実験毎に映像配信用マシンの準備やネットワークの設計・構築等を行う必要があったために、準備段階での労力が強いられ実験に集中できないという問題がありました。 また、これまで映像の再配信には、DVTSと用いた映像再配信機構を使用してきましたが、IEEE1394インタフェースで異常が発生し、映像が停止するという問題ありました。 回避が困難 2004/5/27 第15回ITRC研究会

4 目的 映像配信実験の準備にかかる労力の削減 解決策 IEEE1394周りでのトラブルの解消 解決策 実験毎に再構築が不要なネットワーク
それぞれの解決策として、実験毎に再構築が不要なネットワークの構築を、また、受信した映像を他のレイヤを介さず転送する再配信機構を提案しました。 解決策 UDPパケットを他レイヤを介さず転送する再配信機構 2004/5/27 第15回ITRC研究会

5 実験毎に再構築が不要なネットワーク（要求分析）
参加・脱退が容易にできること ネットワークへのマシンの追加・撤去が容易 ネットワークの管理コストを抑えられること 研究の本質はコンテンツレイヤである 常に映像配信を行っていればよい 実験毎に再構築が不要なネットワークを設計するにあたり次のような要求がありました。 まず、ネットワークへの参加・脱退が容易であることが求められました。 また、映像配信実験は映像の配信を実験対象としているため、ネットワークにおいての管理コストを抑える必要もありました。 これらを実現するために常に映像配信が可能なネットワークの実現を目指します。 このネットワークを定常動画配信網と呼ぶこととします。 定常動画配信網 2004/5/27 第15回ITRC研究会

6 定常動画配信網（設計） … ネットワークの管理コスト削減 高知に再配信機構を設置する 送信･受信にはDVTSを用いる
レイヤ3以下にdistixを用いる ネットワークの管理コスト削減 高知に再配信機構を設置する 送信･受信にはDVTSを用いる distix JGN ここでは定常動画配信網の設計について説明します。 まず、映像の送受信には、これまでに動作実績の多いDVTSを用いることとしました。 また、基幹となるネットワークにはdistixを用いることとしました。Distixとは次世代IX研究会がJGN上に構築した分散IXで、これを用いることでネットワークにおける管理コストを抑えることが可能となります。 そして、JGNの中でも2.4Gbpsの広帯域な回線をもつ高知に再配信機構を設置することとしました。 再配信機構では映像送信元の切り替えができるように設計しました。 … 送信元の切り替えを可能にする 2004/5/27 第15回ITRC研究会

7 受信したUDPパケットを直接トランスポート層で反射する
再配信機構 IEEE1394リフレクタ UDPリフレクタ 受信 DVTS マシン 送信 IP ネットワーク IP ネットワーク インタフェースの異常により 映像が停止 次に再配信機構について説明します。 DVTSを用いた再配信機構をIEEE1394リフレクタと呼ぶ事とします。 IEEE1394リフレクタでは、受信したUDPパケットををIEEE1394を経由することで再配信を可能としています。 しかし、インタフェースでの異常により映像が停止するという問題が発生しました。 そこでUDPリフレクタを提案しました。 UDPリフレクタでは、受信したUDPパケットを直接トランスポート層にて送信します。 そのためIEEE1394インタフェースでの異常を回避することができます。 受信したUDPパケットを直接トランスポート層で反射する IEEE1394を経由 2004/5/27 第15回ITRC研究会

8 UDPリフレクタ 受信したUDPパケットを複製して送信 IPv6, IPv4に対応 Perlで作成 同時にヘッダのIPアドレスの書き換え …
シグナル 送信リスト処理 送信リスト処理 UDPリフレクタはperl言語で作成し、IPv6にも対応させました。 IPアドレスを書き換えることで再配信を可能としています。 動作を示します。 受信元と送信先の指定は設定ファイルに記述しておきます。その設定ファイルを読み込み映像を再配信します。 映像の再配信先を変更したいときは、設定ファイルを変更し、HUPシグナルを送信することにより、 起動中にも再配信先を変更することができます。 設定 ファイル recv 3000 send send recv 3000 send send send 設定 ファイル 2004/5/27 第15回ITRC研究会

9 定常動画配信網（実装） distix / JGN 仙台 富山 名古屋 札幌 甲府 高知 定常動画配信網 2004/5/27
受信 DVTS マシン 送信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン 送信 DVTS マシン 送信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン snmp 収集 受信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン MPLS ルータ MPLS ルータ MPLS ルータ MPLS ルータ MPLS ルータ distix / JGN これが実現した定常動画配信網の全体図です。 現在、仙台、富山、名古屋、札幌、甲府、高知の6地域で構成されています。 映像の流れを説明します。 とある地域の送信マシンから映像が高知に送信されてきます。 高知ではその映像を受信し、UDPリフレクタにより各地へ映像を再配信します。 高知 MPLS ルータ :リフレクタ プログラム :イーサネット 2004/5/27 第15回ITRC研究会 定常動画配信網

10 映像配信実験でのコミュニケーション量 準備用メーリングリストの流量により作業量を推測 映像配信実験名 総投稿数 準備日数 定常動画配信網
日食中継2002 247通 15日 不使用 日食中継2003 84通 14日 使用（IEEE1394リフレクタ） JGNシンポジウム2004 57通 7日 使用（UDPリフレクタ） 定常動画配信網の検証としまして、各映像配信実験で作成した準備用メーリングリストの流量より作業量を推測しました。 結果として定常動画配信網を用いた映像配信実験において、メールの総投稿数が約3分の1以下となりました。 また、定常動画配信網とUDPリフレクタを用いた映像配信実験では、7日間という短期間で準備を完了することができました。 2004/5/27 第15回ITRC研究会

11 投稿されたメールの量 2004/5/27 第15回ITRC研究会 これはメーリングリストに投稿されたメールの量を日別に表したグラフです。
赤い線の部分が映像配信実験当日です。 これらの結果から定常動画配信網を使用することにより準備期間での作業量を削減できたといえます。 2004/5/27 第15回ITRC研究会

12 考察 定常動画配信網の実現 UDPリフレクタの作成 映像配信技術の研究を行いやすい 実験環境の提供が可能になった
映像配信実験の準備における労力を削減できた UDPリフレクタの作成 IEEE1394インタフェースでの異常を回避できた 機器の構成が単純になりトラブル発生時の原因特定が容易になった 考察を述べます。 定常動画配信網の実現により映像配信実験の準備における労力を削減することができました。 また、UDPリフレクタの構築によりIEEE1394インタフェースでの異常を回避できるとともに、機器の構成が単純になったためにトラブル発生時の原因の特定が容易になったと考えます。 これらのことにより映像配信技術の研究を行いやすい実験環境が提供できるようになったと考えます。 映像配信技術の研究を行いやすい 　　　　　実験環境の提供が可能になった 2004/5/27 第15回ITRC研究会

13 まとめ 映像配信実験における問題点を提示した 解決策の提案と実現を行った 定常動画配信網 UDPリフレクタ 準備における労力の削減
IEEE1394インタフェースにおいて異常の回避 最後に、本研究では、これまでの映像配信実験における問題点を提示し、 その解決法として定常動画配信網およびUDPリフレクタを提案し、実現しました。 今後、映像が集中するUDPリフレクタの負荷対策および機能強化が課題となります。 以上で発表を終わります。 ご清聴ありがとうございました。 2004/5/27 第15回ITRC研究会

14 今後のリフレクタ設置場所は？ 1000Mbps 100Mbps 622Mbps 100Mbps 1000Mbps 菊池研究室 LAN機械室
高知工科大学 本館 高知新情報ハイウェイ （NTT西 中ビル） NICT/JGNⅡ四国１ （NTTコミュニケーションズ 南ビル） 1000Mbps 100Mbps 622Mbps 高知新情報ハイウェイ KUT-AP 100Mbps JGNⅡ四国２ 1000Mbps 2004/5/27 第15回ITRC研究会

15 2004/5/27 第15回ITRC研究会

16 2004/5/27 第15回ITRC研究会

17 2004/5/27 第15回ITRC研究会

18 地域間相互接続実験プロジェクト RIBB（Regional Internet BackBone）
JGN（Japan Gigabit Network）上のプロジェクト プロジェクトリーダー ： 林　英輔　教授（麗澤大学） 活動期間 ： １９９９年５月 ～ 現在 参加団体 ： ３５団体（２００１年度末、JGN最大） 目的 地域間での情報リソースの共有 高速アクセス技術の確立 超高速バックボーン技術の向上 2004/5/27 第15回ITRC研究会

19 映像配信実験 City-Net JGNv6 高知-IX JGNシンポジウム 会場 2004/5/27 第15回ITRC研究会
distix/JGN 甲府 仙台 札幌 富山 名古屋 京都 JGN 高知（菊池研究室） MPLSルータ (Ayame1go) /29 :f000::1 ::1 .1 /24 石川 (Ayame3go) LinkUnit DVTS受信マシン (catcher) MPLS ルータ ATM-SW JGNシンポジウム 会場 .243 JGNv6 IPv6ルータ (GR2000) 高知-IXルータ City-Net .242 (Ayame2go) .241 .244 .2 高知-IX UDPリフレクタ teidou/distix/JGN 映像配信実験 2004/5/27 第15回ITRC研究会

20 distix / JGN 仙台 富山 名古屋 札幌 甲府 高知 定常動画配信網 南極大陸 IIJ-MC JGNv6 2004/5/27
受信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン 送信 DVTS マシン マルチ キャスト ルータ 受信 DVTS マシン 送信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン 受信 DVTS マシン マルチ キャスト ルータ snmp 収集 IIJ-MC マルチ キャスト ルータ マルチ キャスト ルータ Panasonic センター MPLS ルータ MPLS ルータ MPLS ルータ MPLS ルータ MPLS ルータ 送信 DVTS マシン distix / JGN JGNv6 高知 MRTG テレビ MPLS ルータ 受信 DVTS マシン DVデッキ メディア コンバータ 送信 DVTS マシン HUB マルチキャスト ルータ ギガビットHUB :イーサネット :IEEE1394 :S端子+音声 2004/5/27 第15回ITRC研究会 定常動画配信網

21 JGN 仙台 富山 京都 山口 山梨 高知 オースト ラリア・ ボツワナ 日本科学 未来館 NTT コミュニケ ーションズ 大手町 ビル
受信DVTSマシン 受信DVTSマシン 受信DVTSマシン 受信DVTSマシン 受信DVTSマシン 日本科学 未来館 KPIX NTT コミュニケ ーションズ 大手町 ビル ATM ルータ ATM ルータ ATM ルータ ATM ルータ ATM ルータ Internet JGN 高知 WME WMS LinkUnit ATM ルータ 送信DVTSマシン WMS ATM ルータ :イーサネット :IEEE1394 :S端子+音声 WME 2004/5/27 第15回ITRC研究会

22 映像配信実験の目的 地域間相互接続実験プロジェクトにおける映像配信実験 目的 内容 地域間の連携 映像配信技術の向上
JGNを用いて各地のイベントを中継 地域間相互接続実験プロジェクトによる映像配信実験の目的は、地域間の連携および映像配信技術の向上です。 また、映像配信実験の内容としましては、Japan Gigabit Networkで接続している各地との間で各地のイベントを中継するというものです。 2004/5/27 第15回ITRC研究会

23 DVTSとは Digital Video映像をIPを使用したネットワークを介して送受信できるソフトウェア
マシン メディア コンバータ 送信 :CAT5 :IEEE1394 :S端子+音声 IPネットワーク Digital Video映像をIPを使用したネットワークを介して送受信できるソフトウェア 1998年　WIDEプロジェクトが開発 対応OS FreeBSD, Windows, MacOS, Linux　など IEEE1394インタフェースと組み合わせる事により安価に映像配信システムを構築できる。 2004/5/27 第15回ITRC研究会

24 distixとは IX（Internet eXchange）にMPLS技術を適用した分散IX 次世代IX研究会がJGN上に構築
各参加地のedgeルータと、それらを結ぶ役割をする複数のcoreルータで構成 IPv4ユニキャストのみに対応 2004/5/27 第15回ITRC研究会

25 メーリングリスト総投稿数 約6分の1 約3分の1 2004/5/27 第15回ITRC研究会

26 UDPリフレクタの負荷分散 スケーラビリティの確保 リフレクタ リフレクタ リフレクタ リフレクタ リフレクタ リフレクタ リフレクタ
2004/5/27 第15回ITRC研究会

27 IEEE1394リフレクタとUDPリフレクタ IEEE1394リフレクタ UDPリフレクタ 受信映像の確認 可能 不可能 機材の構成
最小2台 最小1台 送信先の指定 引数 設定ファイル プログラム起動中の送信先変更 オプションの指定 CPU使用率（送信先7ヶ所） 約25% 約37% メモリ使用量（送信先7ヶ所） 約3220KB 約3570KB 2004/5/27 第15回ITRC研究会

28 UDPリフレクタの機能強化 フレームレートの変更 パケットロス率の表示 受信映像の確認 CPU使用率の低減 2004/5/27
第15回ITRC研究会

29 送信数別のCPU使用率 2004/5/27 第15回ITRC研究会

30 CPU使用率の推移（送信7ヶ所） UDP リフレクタ IEEE1394 リフレクタ 2004/5/27 第15回ITRC研究会

31 送信数別のメモリ使用量 2004/5/27 第15回ITRC研究会

32 導通確認　日食２００２ 2004/5/27 第15回ITRC研究会

33 導通確認　日食２００３ 2004/5/27 第15回ITRC研究会

34 導通確認　JGNシンポジウム２００４ 2004/5/27 第15回ITRC研究会

35 ユニキャストとマルチキャスト マルチキャストで配信すると、joinしたとき初めてトラフィックが流れる
ユニキャストであれば、送信した時にトラフィックが流れる 送信時にトラブルの発見ができる 2004/5/27 第15回ITRC研究会

36 労力の計測は困難 「労力」を測る基準がない 労力を測るのは困難 労力を定量化する基準としてメールを用いた 2004/5/27
第15回ITRC研究会

37 定常動画配信網の応用 2004年2月5日、6日の2日間 さっぽろ雪まつり中継 JGNを用いた テレビ局への映像配信 テレビ局では生放送に使用
毎日放送・北海道放送・RKB毎日・山陽放送・琉球放送 テレビ局では生放送に使用 放送の新たな形？テレビ局への情報配信？ 2004/5/27 第15回ITRC研究会

38 DV以外では使用できる？ 画像のフォーマットには依存しない 通信方法 UDP 一方向の通信 2004/5/27 第15回ITRC研究会