CeforeSim Cefore と連携する NS-3 ベース ICN シミュレータ速水祐作, 松園和久, 朝枝仁情報通信研究機構 (NICT) 第 18 回 ICN 研究会 2020 年 12 月 15 日

(1)

CeforeSim 〜Ceforeと連携する

NS-3ベースICNシミュレータ〜

速水祐作，松園和久，朝枝仁

情報通信研究機構（NICT）

第18回ICN研究会 2020年12月15日

(2)

概要

l

研究背景

－

情報指向ネットワーク技術のネットワーク内処理への適用可能性

－

_{多様な環境におけるICNの性能評価の重要性}

l

CeforeSim

－

NS-3ベースのICNシミュレータ

－

CCNx 1.0 protocol（RFC8569, 8609）に準拠

－

_{Ceforeとの相互接続機能}

l

本発表の内容

－

_{CeforeSimの基本機能紹介}

－

_{実世界（Cefore）との相互接続機能のデモンストレーション}

l

まとめ

2

(3)

Information-Centric Networking (ICN)

l

ICN (Information-Centric Networking) [1,2]

-

IPアドレスのようなホスト識別子ではなく、取得するコンテンツの名前を識別子と

して通信するネットワークアーキテクチャ

-

ネットワーク内キャッシュ（

CS: ContentStore）による情報配信の効率化

Interest

ContentObject

Content Store

PIT

“/video.mp4”

Interest

“/video.mp4”

content server

user

FIB: Forwarding Information Base

PIT: Pending Interest Table

CS: Content Store

router’s components

Beyond 5G 時代に向けた将来有望なネットワークアーキテクチャ

[1] V. Jacobson, et al., “Networking Named Content,” in Proc. ACM CoNEXT’09, Rome, Italy, December 2009, pp. 1-12.

(4)

l

ccnSim [3]

－

キャッシュ容量・コンテンツカタログサイズに対してスケーラブル

－

キャッシュアリゴリズムなどの評価可能

－

ネットワーク・通信性能は評価不可

l

ccns3Sim [4]

－

_{CCNx protocol [5] をサポートするns-3-nativeなネットワークシミュレータ}

－

l

ndnSIM [7]

－

_{ns-3ベースのネットワークシミュレータ}

－

ndn-cxx, NFD (NDN Forwarding Daemon) から構成

－

実ネットワークとの連携不可能

[3] R. Chiocchetti, et al., “ccnSim: an Highly Scalable CCN Simulator,” in Proc. IEEE ICC’13, Budapest, Hungary, June 2013. [4] M. Mosko, et al., “A new NS3 Implementation of CCNx 1.0 Protocol,” ArXriv, vo. abs/1707.04749, July 2017.

[5] M.Mosko,et al.,“Content-CentricNetworking(CCNx) Semantics,” available at: https://tools.ietf.org/html/rfc8569

[6] M. Mosko, et al., ``Content-Centric Networking (CCNx) Messages in TLV Format,’’ Available at: https://tools.ietf.org/html/rfc8609

[7] S. Mastorakis, et al., “On the Evolution of ndnSIM: an Open-Source Simulator for NDN Experimentation,” ACM SIGCOMM CCR, vol. 47, no. 3,

(5)

CeforeSim

1.

2. Symbolic Interest (SMI) による効果的なストリーミング機能 [11]

3. CS機能をパケット転送部から分離

4. I-D準拠のネットワーク管理ツールCCNinfoのサポート [12]

5. 仮想インタフェースによる実世界との相互接続機能 [9]

ICNの評価シナリオを拡充し、Beyond 5G時代のネットワークにおい

て想定される多様な環境での性能評価を可能に

[8] Y. Hayamizu, et al., “CeforeSim: Cefore Compliant NS-3-Based Network Simulator,” in Proc. IEEE ICNP’19 Poster Session, Chicago, Illinois, USA, October 2019. [9] Y. Hayamizu, et al., ``Real-Time Video Streaming using CeforeSim: Simulator to the Real World,'' in Proc. 2020 IEEE ICDCS’20, Singapore, July 2020.

[10] H. Asaeda, et al., ``Cefore: Software Platform Enabling Content-Centric Networking and Beyond,’’ IEICE Trans. Commun., vol. E102-B, no. 9, September 2019. [11] K. Matsuzono, et al., ``NMRTS: Content Name-Based Mobile Real-Time Streaming,” IEEE Communications Magazine, vol. 54, no. 8, pp. 92 98, August 2016. [12] H. Asaeda, et al., ``CCNinfo: Discovering Content and Network Information in Content-Centric Networks,’’ IRTF Internet Draft (work in progress), July 2019.

CeforeSim[8,9]: Cefore [10] と連携するns-3ベースのICNシミュレータ

• CeforeSimの基本機能の紹介

• 実世界（Cefore）との相互接続機能のデモンストレーション

本発表の目的

(6)

CeforeSim 基本機能の紹介

Cefnet:

• FIB, PITを管理するパケット転送機構

Csmgr:

• Cefnetから分離可能なキャッシュ機構

Cefgetstream

/Cefputstream:

• Symbolic Interest [11] を用いた

リアルタイムビデオストリーミング

のためのアプリケーション

FIB: Forwarding Information Base

PIT: Pending Interest Table

CS: Content Store

LRU: Least Recently Used

Layer abstraction of CeforeSim

Ne

two

rk

Li

nk

Ether.

WiFi

PPP

. . .

Cefnet

FIB

PIT

Forwarding Strategy

. . .

Cefget-file

Cefput-file

Cefget-stream

CCNin fo

Cefput-stream

Csmgr

LRU ... External cache CCNi nfo

A

p

lica

ti

o

n

UDP

UDP:

• ns-3パケットをUDPセグメント化

• 仮想インタフェースを通して実世界

ネットワークへ転送

6

(7)

マルチキャスト機能の性能評価[8]

“/video.mp4”

server

client 1

client 2

client 3

10 Mbps

10 ms

Interest

ContentObject

評価方式

• Regular Interest

• Symbolic Interest

[8] Y. Hayamizu, et al., “CeforeSim: Cefore Compliant NS-3-Based Network Simulator,” in Proc. IEEE ICNP’19 Poster Session, Chicago, Illinois, USA, October 2019.

ビデオストリーミングにおけるマルチキャスト機能の基礎評価

評価指標

• サーバ負荷

• 遅延

評価モデル

Symbolic Interest (SMI) によるマルチキャスト機能による

トラヒック削減効果、遅延性能の評価

(8)

評価結果[8]

0 40000

80000

120000

160000

200000

S

e

rve

r

lo

a

d

[

p

a

cke

t]

Regular Interest

Symbolic Interest

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14 A

ve

ra

g

e

d

e

la

y

[s]

Regular Interest

Symbolic Interest

サーバ負荷

遅延

Regular

_Regular

Symbolic

• Regular Interest ではPITにおけるInterest集約が発生しないため、マルチキャ

ストが機能せずサーバ負荷、遅延ともに性能が悪化

• Symbolic Interest

はマルチキャストを効果的に実現し、輻輳の発生を抑制す

るため、高い通信性能を発揮

(9)

実世界（Cefore）との相互接続機能

Cefnet:

• FIB, PITを管理するパケット転送機構

Csmgr:

• Cefnetから分離可能なキャッシュ機構

Cefgetstream

/Cefputstream:

• Symbolic Interest [11] を用いた

リアルタイムビデオストリーミング

のためのアプリケーション

FIB: Forwarding Information Base

PIT: Pending Interest Table

CS: Content Store

LRU: Least Recently Used

Layer abstraction of CeforeSim

Ne

two

rk

Li

nk

Ether.

WiFi

PPP

. . .

Cefnet

FIB

PIT

Forwarding Strategy

. . .

Cefget-file

Cefput-file

Cefget-stream

CCNin fo

Cefput-stream

Csmgr

LRU ... External cache CCNi nfo

A

p

lica

ti

o

n

UDP

UDP:

• ns-3パケットをUDPセグメント化

• 仮想インタフェースを通して実世界

ネットワークへ転送

9

(10)

Use-case 1: Consumer/Publisher mobility [9]

AP

1 AP

2 consumer

publisher

router 1

_{real file}

router 2

real world

CeforeSim world

_data

コンシューマ/パブリッシャモビリティ実験

通信の接続維持性やハンドオーバ時の通信品質の変化などを

再現性の高い形で評価、かつ、視認可能

[9] Y. Hayamizu, et al., ``Real-Time Video Streaming using CeforeSim: Simulator to the Real World,'' in Proc. 2020 IEEE ICDCS’20, Singapore,

(11)

Use-case 2: Large scale sensor network [9]

consumer

real world

router

CeforeSim world

...

sensor (publisher)

...

data

大規模センサネットワークシミュレーション

[9] Y. Hayamizu, et al., ``Real-Time Video Streaming using CeforeSim: Simulator to the Real World,'' in Proc. 2020 IEEE ICDCS’20, Singapore, July 2020.

大規模なセンサネットワークを簡単、かつ、即座に構築して評価可能

(12)

デモシナリオ

CeforeSim (ns-3)

host A

Cefore

consumer

Interest

ContentObject

Cefnet

Cefgetstream

Cefputstream

publisher

“BigBuckBunny_480p_time.ts”

FFmpeg

Cefnet

GW

AP

VirtualNetDev.

FdNetDev.

Cefnetd

WiFi

CSMA

UDP

ffplay

host B

12

(13)

デモ環境

(14)

デモンストレーション

(15)

まとめ

l

発表内容

－

ICNの評価シナリオ拡充を目標にしたCeforeSimの開発

－

CeforeSimの基本機能を紹介

－

パブリッシャモビリティにおけるコンシューマの動画再生品質の変化をデモ

l

今後の展望

－

Ceforeとの連携機能の強化

－

MPIシミュレーションによる高速化

l

参考資料

－

_{IEEE ICNP’19}

• Y. Hayamizu, et al., “CeforeSim: Cefore Compliant NS-3-Based Network Simulator,” in

Proc. IEEE ICNP’19 Poster Session, Chicago, Illinois, USA, October 2019.

－

IEEE ICDCS’20

• Y. Hayamizu, et al., ``Real-Time Video Streaming using CeforeSim: Simulator to the

Real World,'' in Proc. 2020 IEEE ICDCS’20, Singapore, July 2020.

－

Cefore

• available at

https://cefore.net/

謝辞:

本研究の一部は、JSPS科研費19K20264により得られたものである。

CeforeSim Cefore と連携する NS-3 ベース ICN シミュレータ 速水祐作, 松園和久, 朝枝仁 情報通信研究機構 (NICT) 第 18 回 ICN 研究会 2020 年 12 月 15 日