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 z 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） z 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。 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 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。 z 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 z 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 z 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。 z 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 z 市販・市中モニタツールの調査 ¾ 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 ¾ 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 ¾ 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） ¾ 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 ¾ 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 ¾ 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 ¾ 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 z 仮想 NW 制御技術で over Gbps に適用可能な技術調査
¾ 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。 ¾ 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 ¾ 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 z ストリームデータの並列転送技術の基本機能の検討 ¾ 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。 ¾ 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 ¾ 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 ¾ 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 ¾ 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。 z 性能向上に向けた課題抽出実験と考察 ¾ 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 ¾ 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。 ¾ 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 z 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 ¾ 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 ¾ 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 z 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 ¾ 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。 ¾ 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 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 NW BドメインNW Bドメイン NW Cドメイン NW Cドメイン アーカイブ サーバ NW Dドメイン NW Dドメイン 災害現場 危機管理 オペレーションルーム Stream switch Stream switch ②ダイナミック 高速バースト転送 Stream switch Stream switch Stream switch Stream switch Trans coder Trans coder Stream switch Stream switch 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 1982 37391 2249 85734 57 38948 ①ダイナミックストリームパス ③データフォーマットの ダイナミック変換 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 NW BドメインNW Bドメイン NW Cドメイン NW Cドメイン アーカイブ サーバ NW Dドメイン NW Dドメイン 災害現場 危機管理 オペレーションルーム Stream switch Stream switch ②ダイナミック 高速バースト転送 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 switch Stream switch Stream switch Stream switch Trans coder Trans coder Stream switch Stream switch 1982 37391 2249 85734 57 38948 1982 37391 2249 85734 57 38948 ③データフォーマットの ダイナミック変換 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
