統合化マルチメディアQoSアーキテクチャに関する研究

マルチメディアコンテンツの配信、コンピュータ会議システムやインターネット電話など実時間アプリケーションがすでにインターネットで利用されているが、その品質が問題になっている。ユーザに対する通信品質保証を実現するためには、単にネットワークやエンドシステムを別個に考えるのではなく、それらを統合したQoSアーキテクチャが必要となる。本研究テーマでは、そのような考え方に基づきつつ、マルチメディアネットワークにおける通信品質保証の実現方法に関してさまざまな角度から検討を加え、QoSアーキテクチャのあるべき姿を探っている。

アクティブネットワークにおけるフィルタリングを用いた動画像マルチキャスト

実時間動画像マルチキャスト通信においては、ネットワーク環境やシステム性能などの違いによってさまざまに異なるクライアントの要求品質を満たすため、従来からサイマルキャスト、階層符号化などのアプリケーション層での制御手法が提案されてきた。しかしながら、網内で高機能なパケット処理が可能なアクティブネットワーク技術を用いることにより、帯域やエンドシステム資源をより効率的に利用できる適応型動画像マルチキャスト通信を実現することができる。本研究では、アクティブネットワーク上で効果的な実時間動画像マルチキャスト通信を実現するためのフレームワークを提案している。本手法では、動画像サーバやアクティブノードを根とし、それぞれ提供する動画像品質の異なる複数のマルチキャストセッションを組み合わせることにより、クライアントの様々な要求品質を満たす。そのため、動画像品質調整を行うアクティブノードを適切に選択し、マルチキャストツリーを構築するためのアルゴリズムを提案した。評価の結果、必要帯域を最小化するなどの目的に基づいてツリーを構築する提案アルゴリズムを用いることにより、従来手法と比較してより多くのマルチキャストセッションを設定することができ、効率的な動画像通信が可能であることを示している。

[関連発表論文]

ユーザ効用最大化を目的とした動画像実時間転送のための統合化資源割当

低遅延かつ高品質な動画像通信を提供するためには、資源予約型システム上に構築された動画像マルチキャスト通信において、それぞれ利用可能な資源量の異なるクライアントに対して限られた資源をシステム全体で効果的に割り当てることが必要となる。本研究では、ネットワークおよびエンドシステム双方の資源を考慮してシステム全体で統合的に資源割当を行う制御手法を提案し、実システム上への実装により提案手法の有効性の検証した。すなわち、帯域予約型ネットワークとリアルタイムOSを用いて構築した実システム上において、提案手法を用いてシステムの環境に応じて効率の良い資源割当を実現し、高品質な動画像をユーザに提供できることを示した。

[関連発表論文]

リアルタイム・ノンリアルタイム統合化エンド間輻輳制御に関する研究

インターネットにおいて、TCPとUDPのコネクションが混在した場合、動画像通信に代表されるマルチメディアアプリケーションの生成する大量のUDPトラヒックがなんの制御も行なわれないまま転送されるため、輻輳制御を行うTCPの使用帯域を圧迫して極端な品質劣化を招く。そこで、本研究ではTCPと公平な動画像転送を実現するため、"TCP-friendly"の概念を導入したレート制御を対象に、動画像転送への適用可能性を検討し、効果的な制御手法を提案した。送出レートの設定手法やネットワーク状態の推定法、また適切な制御間隔に関する検討に基づき、動画像をRTTの約32倍の制御間隔でTCPの推定レートにあわせてMPEG-2動画像をイントラスライス符号化して送出すれば、TCPとの公平性を実現しつつ、高品質な動画像転送が可能であることを明らかにした。さらに、提案したレート制御方式を実装し、受信側エンドシステムにおける動画像品質評価や通信状態の観測を行うことにより実システムへの適用可能性を検討した。その結果、使用帯域に関してTCPと公平かつ高品質で安定した動画像通信がじゅうぶん実用に耐えうることを示した。

[関連発表論文]

ストリーミングメディアのプロキシキャッシングに関する研究

コンピュータの高性能化やアプリケーションのマルチメディア化にともない、インターネットにおける動画像トラヒックの占める割合は年々増加している。動画像トラヒックは定常的かつデータ量が多いため、ネットワークに与える負荷が大きく、輻輳の要因となる。その結果、マルチメディアアプリケーションの要求するリアルタイムな動画像通信を提供できないことが大きな問題となっている。WWWシステムで今日広く用いられているプロキシ技術は、網内の中継システム（プロキシ）においてクライアントが過去に利用したデータを蓄積し、新たなデータ転送要求に対してサーバに代って蓄積データを転送することにより、サーバからの伝送遅延を隠蔽し、高速なマルチメディアデータ配送を実現するものである。動画像通信においてもプロキシ技術を用いることにより、ネットワークに大きな負荷を与えることなくアプリケーションの応答性を高めることができると考えられる。さらに、複数のクライアントがそれぞれ異なる品質の動画像を要求する動画像マルチキャスト通信に対して、プロキシにおいて蓄積データを適切に品質調整することにより、ネットワークを流れる動画像トラヒックを減らすと同時に、高品質な動画像を配送することができる。また、サーバから動画像データを取得する場合に比べて、それぞれの動画像通信セッションの往復伝搬遅延が小さくなるため、近年活発に研究が行われている実時間通信のためのレート制御を適用した場合にもより高い制御効果が期待される。そこで、本研究では、レート制御などの結果として与えられる利用可能な帯域の範囲内でユーザの要求を考慮した高品質な動画像通信を実現することのできるプロキシキャッシングアルゴリズムを提案している。提案アルゴリズムでは、クライアントの利用可能な帯域は時間によって変化することを考慮し、動画像ストリームを複数の固まりに分割し、蓄積、転送、再取得の単位とする。データ配送に用いられない空き帯域の利用法、プロキシのバッファが不足した際のデータ掃き出し手法の異なる複数のアルゴリズムを提案し、シミュレーションにより必要となるバッファサイズ、動画像再生開始までの遅延、提供される動画像品質などについて比較評価を行った。

[関連発表論文]