動画像ストリーミングサービスのための プロキシキャッシングシステムの 設計と実装および評価

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1 動画像ストリーミングサービスのための プロキシキャッシングシステムの 設計と実装および評価
Design, Implementation, and Evaluation of Proxy Caching Mechanisms for Video Streaming Services 動画像ストリーミングサービスのための プロキシキャッシングシステムの 設計と実装および評価 谷口 義明 大阪大学 大学院情報科学研究科 情報ネットワーク学専攻 村田研究室 博士前期課程 修士論文発表会用資料 日時：2/13 14:00-14:15 場所：待兼山会館2階会議室． 発表：発表9分（最大10分）＋質疑5分．10分を越えると打ち切り．

2 動画像ストリーミングサービス 定常的に大量のトラヒックが発生 さまざまな利用者環境 プロキシ技術による負荷，配送遅延の軽減
ネットワーク，サーバの負荷の増大 データ配送遅延の増大 さまざまな利用者環境 ネットワークへの接続形態（FTTH，ADSL，Mobile） システム性能（PC，PDA，PocketPC） プロキシ技術による負荷，配送遅延の軽減 利用者環境に合わせた動画像品質調整 Feb 20th, 2004 修士論文発表会

3 動画像品質調整機能を有する プロキシキャッシングシステム
Proxy Video Server Client 広帯域 蓄積 高品質 転送（高品質） プロキシ間で蓄積データ共有 転送（低品質） 低品質 狭帯域 Client 動画像 品質調整 キャッシュバッファ Feb 20th, 2004 修士論文発表会

4 修士論文の構成 過去の提案 提案に基づくプロキシキャッシングシステムの設計，実装および評価 プロキシキャッシングメカニズム [8]
プロキシ協調型キャッシングメカニズム [9] 提案に基づくプロキシキャッシングシステムの設計，実装および評価 既存のMPEG-4動画像配信サービスを対象 市販のサーバ，クライアントアプリケーションを利用 （Darwin，RealOne，QuickTime） [8] Masahiro Sasabe, Yoshiaki Taniguchi, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata, Hideo Miyahara, ``Proxy Caching mechanisms with quality adjustment for video streaming services’’, IEICE Transactions on Communications Special Issue on Content Delivery Networks, vol.E86-B, pp , June 2003 [9] Naoki Wakamiya, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, ``Video Streaming Systems with Cooperative Caching Mechanisms’’, in Proceedings of SPIE International Symposium ITCom 2002, pp , July 2002. Feb 20th, 2004 修士論文発表会

5 基本動作 Server or Neighboring Proxy Proxy Client Play-out Signal
動画像ストリームを一定 時間ごとのブロックに 分割し，管理，取得， 蓄積の単位とする 蓄積ブロックを提供 ブロック読み出し 品質調整，転送 ブロックを取得し提供 取得先サーバを選択 ブロック取得，蓄積 品質調整，転送 Server or Neighboring Proxy Ｒｅｑｕｅｓｔ 各ブロックを 適切な方法で提供 Proxy Ｒｅｑｕｅｓｔ 1 2 3 動画像配信の設定 Client 　Play-out Delay 1 2 3 動画像フォーマット MPEG-4 Play-out 動画像配信制御 RTSP/TCP 動画像転送 RTP/UDP Signal Video Data Feb 20th, 2004 修士論文発表会

6 プロキシ間協調のための情報取得 近隣プロキシが持つブロックの情報が必要 伝播遅延，帯域の推定が必要 RTSP メッセージを用いて問い合わせる
RTCP セッションより得られるフィードバック情報を利用する TFRC を利用して利用可能な帯域を推定する Feb 20th, 2004 修士論文発表会

7 市販アプリケーションを用いる ことによる問題点
サーバは符号化レートで動画像を送信するため帯域を有効に利用できない サーバ／プロキシ間の動画像セッションをクライアント毎に張る クライアントは許容可能な動画像品質を通知しない プロキシは再生に間に合うもののうち最も高い品質のブロックを提供する Feb 20th, 2004 修士論文発表会

8 実装システムの概要 Proxy Video Server Proxy Proxy Client Client 設定 動画像フォーマット
Table Cache Signal Darwin Table Cache Video Data Cooperation Process Proxy 設定 動画像フォーマット MPEG-4 Proxy Process Proxy Process Table Cache 動画像配信制御 RTSP/TCP 動画像転送 RTP/UDP フィードバック情報収集 RTCP/UDP 帯域の推定方法 TFRC 動画像品質調整手法 フレーム棄却 Client Client Feb 20th, 2004 修士論文発表会 RealOne

9 実験システムの構成 評価指標 プロキシ2と クライアントの 受信レート サーバ プロキシ1 プロキシ2 クライアント1 クライアント2
レート：平均 1Mbps 長さ　：200 秒 (30fps) ブロック数：20 評価指標 プロキシ2と クライアントの 受信レート サーバ 1 Mbps 100 ms 1 Mbps 100 ms プロキシ1 プロキシ2 キャッシュ内ブロック キャッシュ内ブロック 2 Mbps 50 ms ブロック レート b1～b20 1Mbps ブロック レート b1～b6 1 Mbps b7～b20 0 kbps 時刻 260 秒 700kbps に変化 時刻 200 秒までに全てのブロックが蓄積 1.5 Mbps 10 ms 1.5 Mbps 10 ms 時刻 200 秒 サービスに参加 時刻 0 秒 サービスに参加 クライアント1 クライアント2 Feb 20th, 2004 修士論文発表会

10 プロキシ２の受信レート プロキシ1からブロックを取得 2500 from proxy1 S from server P1 P2 2000
1Mbps 1Mbps b7 b8 b9 P1 P2 2000 2Mbps 700kbps サーバから ブロックを取得 reception rate [kbps] 1500 C1 C2 b10 b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18 b19 1000 b20 再生に間に合うよう，プロキシ1から品質調整されたブロックを取得 自身の持つ ブロックを配信 500 時刻260秒 帯域の変化 200 250 300 350 400 time [sec] Feb 20th, 2004 修士論文発表会

11 全ての動画像ブロックが再生に間に合うタイミングで到着
クライアント２の受信レート 2000 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 1500 b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18 b19 1000 b20 reception rate [kbps] 全ての動画像ブロックが再生に間に合うタイミングで到着 500 200 250 300 350 400 time [sec] ブロック到着間隔の様子 Play-out Play-out delay Feb 20th, 2004 修士論文発表会

12 まとめと今後の課題 まとめ 今後の課題 提案手法にもとづいたプロキシキャッシング システムの設計，実装 有効性，実用性の検証
MPEG-4動画像配信サービスを対象 市販のサーバ，クライアントアプリケーションを利用 有効性，実用性の検証 今後の課題 大規模なネットワークでの実証実験 適切なプロキシの配置 Feb 20th, 2004 修士論文発表会