仮想バックボーンの導入による P2P 網の帯域利用効率化の検討

仮想バックボーンの導入による P2P 網の帯域利用効率化の検討芝浦工業大学　工学研究科杉野博徳　森野博章　三好匠

研究の目的

AB

C

Application Level Multicast(ALM) における配信ツリーを物理網を考慮して構築する

D

配信ピア

AB

C

D

論理網

物理網

配信ピア

•ALM の配信ツリーは参加ピア同士の論理リンクにより構築

•論理リンクにより各ピアの中継数の分散をする制御

図は， A,B,C,D の順にピアが配信ツリーに参加している例 ( 各ピアの最大次数 =3)

物理網を十分に考慮しているわけではないので，非効率な経路を利用している可能性がある

研究の背景 (1)物理網を考慮した配信ツリーの構築

MST(Minimum Spanning Tree)•物理 Hop 数の総和が最小になるように配信ツリーを構築

AB

C

D配信ピアツリー構築の 2 つのアプローチ•MST(Minimum Spanning Tree)

•SPT(Shortest Path Tree)

•配信ピアまでの Hop 数が大きくなる可能性AB

C

D配信ピア

MST

例 . 　ピア D の場合， 10Hop

物理網を考慮しないツリー

研究の背景 (2)物理網を考慮した配信ツリーの構築SPT(Shortest Path Tree)

•新規参加ピア - 配信ピア間の Hop数が最小にするように配信ツリーを構築AB

C

D配信ピアSPT

例 . ピア D は，ピア A,B,Cのうちピア C と接続•利用効率が落ちる可能性

例 . 配信ピア ->C と C->Dの通信で同じ経路に同じデータが流れるAB

C

D配信ピア

物理網を考慮しないツリー

研究の背景 (3)SPT ， MST による配信ツリー構築•それぞれ長所，短所がある

•ピアの参加する順番に左右される

AB

C

D配信ピア

AB

C

D配信ピア

MST の場合

ピア B とピア A の参加順が逆だとよりよいツリーの構築が可能AB

C

D配信ピア

AB

C

D配信ピア

SPT の場合

ピア D と C の参加順が逆だとよりよいツリーの構築が可能仮想バックボーンの導入

SPT,MST の特徴を生かせるように予め配信ツリーを構築したらどうか？そこで，

ピアは A,B,C,D の順に参加各ピアの最大次数 =3

仮想バックボーンの構築 (1)ALM に参加するピアの分類

前提として、 ALM に参加するピアには次の 3 種類があると仮定する長期視聴・常時接続ピア

短期視聴・非常時接続ピア

長期間サービスを利用するユーザピアネットワークには常時接続

短期間のみサービスを利用するユーザピアネットワークには一時的に接続

短期視聴・常時接続ピア短期間サービスを利用するユーザピアネットワークには常時接続

今回のポイントサービスを利用していなくても，ネットワークに常時接続しているピアを配信ツリーに組み込む！！

仮想バックボーンの構築(2)仮想バックボーンの構築

Step1. バックボーン構築ピアの選択

Step2. 重みの大きいピアによりスタイナー木を作成する

A 　 -> C

B C

重みづけの例

•任意の 2 ピア間の最短経路を計算•ある最短経路上に存在するピアの重みを 1 増加 ( ただし，両端は除く )

C 　 -> A

A(0) (0)(2)

図の場合， (A->B), (A->C), (B->A), (B->C), (C->B), (C->A)

ピアに対して重み付けし，重みが大きいピアを選択重み付け

重み

仮想バックボーンの構築(3)

配信ピア

仮想バックボーンツリー常時接続ピア

バックボーンツリーの例

(3)

(16) (13)

(13)

(8)

(0)

バックボーンを構築するピア (BP)

(0)

() 内の数値は重み

配信ツリーの構築•ピアの参加アルゴリズム

接続先候補ピア = 最寄りのBP

接続先候補ピアと接続可能？接続

新規参加ピア -BP 間の経路上に参加ピアは存在するか？

接続先候補ピア =接続先候補ピアの子ピア

新規参加ピアの最寄りの BP を発見

接続先候補ピア = 経路上の参加ピアY

N

YN

シミュレーションによる性能評価 (1)評価指標

•延べ利用物理リンク数

•ピア - 配信ピア間の平均物理 Hop数

•平均リンク集中度

遅延への影響

物理リンクがどれぐらいの論理リンクにより利用されているか

ネットワーク全体での帯域の消費延べ物理リンク数=5

51

23

4

A

B

Ca

bc

d

論理リンクA-> B, B->C

Link a,b,d の集中度=1Link c の集中度 =2

平均 Link 集中度=1.25

シミュレーションによる性能評価(2)比較方式

iMST

SPT

•incremental MST

•通常の SPT(Shortest Path Tree) によるアプローチ•新規参加ピアは，配信ピアとの間の物理 Hop数が最小になるように物理リンクを追加

•新規参加ピアは，既存の配信ツリーに対して物理 Hop 数の総和が最小になるように物理リンクを追加

シミュレーションによる性能評価(3)

各方式におけるピアの分類今回のシミュレーションでは，次のような仮定をしている

長期視聴・常時接続ピア

短期視聴・非常時接続ピア

短期視聴・常時接続ピア

提案方式・・・存在しない比較方式・・・存在しない

比較方式・・・存在しない提案方式・・・ BP として選ばれるピアは全てこの分類

比較方式・・・全てのピアがこの分類提案方式・・・ BP 以外のピア

シミュレーションによる性能評価(4)ネットワークモデル

ネットワークトポロジ 米国 Abilene ネットワークピア数 367

ルータ数 126

各ピアの最大次数 3

視聴間隔 負の指数分布 ( 平均 =10[min])

離脱から次の視聴までの間隔

負の指数分布 ( 平均 =10[min])

シミュレーション時間 1000[min]

評価結果 (1) 　配信ピアまでの平均 Hop数average number of hops between the server and a peer

num

ber o

f hop

s

0

10

20

30

40

50

60

iMST SPT Proposal(BP=5)

Proposal(BP=15)

Proposal(BP=10)

仮想バックボーンにより， BP もしくは BP に近いピアと接続すれば配信ピアまでのホップ数の低減ができたと考えられる

評価結果 (2) 　延べ物理リンク数

iMSTnum

ber o

f phy

sical

link

s

total number of used physical links

SPT Proposal(BP=5)

Proposal(BP=15)

Proposal(BP=10)

0

200

400

600

800

1000

1200

各ピアと BP との接続経路には最短経路を利用するため，物理リンク数の低減があまり起こらなかったのではないかと考えられる

評価結果 (3) 　リンクの集中度concentration of logical links

degr

ee o

f con

cent

ratio

n

00.5

11.5

22.5

33.5

4

iMST SPT Proposal(BP=5)

Proposal(BP=15)

Proposal(BP=10)

延べ物理リンク数と同様の理由で集中度の低減が起こってないのではないかと考えられる

評価結果のまとめ•延べ利用物理リンク数

•ピア - 配信ピア間の平均物理 Hop数•平均リンク集中度

Proposal に Hop 数の低減効果が見られた，BP の数が多いほど効果が大きい

Proposal は iMST とほぼ同じ結果

Proposal は SPT より小さく， iMST より大きい結果

本発表のまとめ物理網を考慮して ALM の配信ツリーを構築するために仮想バックボーンの導入を検討した今後の課題

•バックボーンを構築するピアの最大次数を変化させた場合の評価

•提案方式の性能と常時接続ピアの配置との関連性の評価