アドホックネットワークにおけるネットワークトラフィックに適用した

コンテンツフラッディングモデルの提案

大薮 勇輝yaboo@sfc.wide.ad.jp

慶應義塾大学環境情報学部

本研究の背景 アドホックネットワークの現状

不安定なネットワーク環境 無線通信の特徴 アドホックネットワークの特徴

アプリケーションの欠如 現在提案されているアプリケーション例

軍事目的 災害時のレスキューなど

Wireless Issues

Ad-hoc Network Issues

Application

日常的には利用されない

本研究の目的 不安定なネットワーク環境を考慮したアプリケーシ

ョン基盤の実現 アドホックネットワークの以下の特徴を考慮

各ノードの移動性 移動しながら情報取得 ネットワークの局所性 地域的な情報流通 フラットなネットワーク構造 距離 ホップ数≒

通信方式としてフラッディングに注目

提案サービスモデル

コンテンツ伝播範囲

送信ノード

配信されるコンテンツ

- お勧めの曲- 本日のランチ- お買い得情報

データタイプ- 映像・音声- テキスト、画像

アドホックネットワークを利用したロケーションベース広告配信サービス

提案サービスモデル

コンテンツフラッディングの問題点

フラッディングによるネットワークトラフィック発生要因 隣接する中継ノード数（ Nb） データフロー数（ n） データフローサイズ（ XkPk）

本研究のアプローチ 複数データフローに起因する

ネットワークトラフィックの抑制

対象となるアプリケーション End-End のデータ到達性、デ

ータ品質を保障しない

Distribution Range

Network Congestion

ノード密度の高いネットワークにおいて複数のデータフローが送信される場合、ネットワークが破綻する

ノード密度複数データフロー

ノード密度に起因するネットワークトラフィックを解決する既存技術

既存技術の利用 Simplified Multicast Forwarding (SMF)

Multipoint Relay (MPR) set selection algorithm

Classical Flooding MPR Flooding

N = 16 N = 6

複数データフローに起因するネットワークトラフィックの特徴

データフローの伝播範囲の重複地点において発生 送信ノードによる重複地点の予測・検知の困難性

① ネットワークトポロジの利用② 重複地点に配置されるノードからの通知を利用③ 各送信ノードの伝播範囲（ TTL ）及び位置情報を利用

送信ノードが検知・予測の上で可能な対策 伝播範囲の縮小 (n) データフローの送信停止 (n) パケットの送信間隔の変更 (p) パケット送信回数 / 秒の削減 (p) パケットサイズの削減 (x)

中継ノードによる過剰なネットワークトラフィック検知後の対策が必要

伝播範囲全体に影響

予測・検知の困難性

複数データフローに起因するネットワークトラフィック抑制に関連する既存技術

データフロー数（ ）の削減 Differentiated Service （ DiffServ ）

優先度を利用したデータフローの分類 複数の優先クラス間に対して相対的な転送性能差を設定

データフローサイズ（ ）の削減 フレーム内圧縮、階層符号化圧縮を利用する既存技術

DV Stream Control Proxy フレーム内圧縮されたパケットを予め設定したレートに応じてサ

ンプリングした後、ユニキャストまたはマルチキャストを利用して再送する手法

階層符号化マルチキャスト 複数のマルチキャストアドレス宛に対して、階層符号化圧縮によ

り生成されたレイヤ群を割り当る手法

複数データフローに起因するネットワークトラフィックに対する本研究のアプローチ

過剰なネットワークトラフィックの回避 ネットワークトラフィックの常時監視 各データフローに優先度を設定

効率的なフローコントロール ネットワークトラフィック・優先度に応じた再送制御 ネットワークトラフィック・優先度に応じたサンプリング処理

階層符号化圧縮、フレーム内圧縮技術を利用

送信ノード

ab

受信ノードa c

本研究のアプローチ概要図

中継ノード

コンテンツフラッディングモデルの提案Adaptive Application Flooding

Delivery module Delivery moduleDelivery module

Flow Control moduleOriginator’sapplication C

network network

Adaptive Application Flooding

Originator’sapplication B

Originator’sapplication A

Receiver’sapplication C

Receiver’sapplication B

Receiver’sapplication A

data

sam

pled

data

Originator Relay Receiver

ForwardingRequest

DM FC Data DM FC Data

wireless link

Net

wo

rkM

on

ito

rin

g

Simplified Multicast Forwarding (SMF)- SMF ヘッダの利用- 中継ノードの選択処理

Autonomous Flow Management- AFM ヘッダの利用- ネットワークトラフィックの常時監視- ネットワーク状態に応じた優先制御　ポリシの動的設定- ポリシに対応した再送制御- ポリシに対応したサンプリング処理

ユーザアプリケーションに対する機能- 複数アプリケーションからの同時利用- 受信アプリケーションへデータフローの転送- Delivery module の受信するデータフロー情報表示

delivery module

Autonomous Flow Management の設計

AFM core module

Data samplingmodule

Network monitoringmodule

デー

タパ

ケッ

ト

ネットワークトラフィックの監視

ネットワーク状態通知

処理

され

たパ

ケッ

トNetwork

HELLO メッセージ

AFM を構成するモジュール群

Adaptive Application Flooding

Autonomous Flow ManagementAFM ヘッダフォーマット

Sample flag Reserved TTL Sample level Sample mode

Flow option

0 8 16 24 32

Sample flag サンプリングの可否

Reserved TTL 優先度

Sample level 適応されているサンプリングレベル

Sample mode 適応するパケットサイズサンプリング手法（サンプリングレート　　　　　　　　　　　　　　　を利用する手法またはセグメントの先頭バイトを利用する手法　　　　　　　　　　　　　　　の 2種類が設定可能）

Flow option 各サンプリングレベルにおけるサンプリングレートまたは棄却　　　　　　　　　　　　　　　するデータセグメントの先頭バイトを指定

STALE

AFM core module による優先制御ポリシの動的設定

AFM core module Network monitoring module

3 種類のネットワーク状態通知CONGESTED サンプリングレベルを上げるWARNING サンプリングレベルを保持STALE サンプリングレベルを下げる

ネットワーク状態通知

優先グループReserved TTL = 0

優先グループReserved TTL = 1

level 1level 2level 3level 4level 1level 2

DROPCONGESTED

優先制御ポリシ

AFM ヘッダ内の情報と優先制御ポリシの比較及び処理決定

Delivery module

sampling module

Network monitoring module によるネットワーク状態遷移の検知

WARNING

CONGESTED

STALE

受信するネットワークトラフィックが 1秒以内に Traffic Thresholdを超えた場合

polling timeが経過するまでにネットワーク状態が CONGESTEDにならなかった場合

ネットワーク

状態遷移

AFM Core module へのネットワーク状態通知 .

ネットワーク状態遷移

Network monitoring module detects networkcongestion by promiscuous mode.

AFM Core moduleが通知を反映させた場合

AFM Core module へのネットワーク状態通知 .

AFM Core module へのネットワーク状態通知 .

ネットワーク

状態遷移

Sampling module によるサンプリング処理

AFM ヘッダ内 “ Sample mode” の参照 サンプリング処理の決定

“Sampling level” 及び “ Flow option” の参照 サンプリング処理におけるパラメータの決定

サンプリングレート or セグメントの先頭バイト

Sample flag Reserved TTL Sample level Sample mode

Flow option

0 8 16 24 32

Adaptive Application Flooding 実装 実装言語： C 言語 使用ライブラリ： zebra-0.95pre, libpthread, libpcap

実装内容 Delivery module

smf6d Flow Control module

Autonomous Flow Management for SMF extension APIs for user’s application

Forwarding Request Information Request

動作環境 UNIX 系 OS 全般

Autonomous Flow Management の評価評価実験環境の構築

Topology Emulator Cent OS kernel 2.6.11 Xeon 1.8GHz Memory 1024MB 10 ether port

Nodes fec0::1 mac darwin kernel 8.2.0 fec0::2 mac darwin kernel 8.2.0 fec0::3 mac darwin kernel 8.2.0 fec0::4 mac darwin kernel 8.2.0 fec0::5 Debian Linux kernel-2.6.9 fec0::6 Cent OS kernel-2.6.11 fec0::7 FreeBSD-5.4 fec0::8 Debian Linux kernel-2.6.9 fec0::9 FreeBSD-5.4 fec0::10 Cent OS kernel-2.6.11

fec0::8

fec0::1 fec0::2

fec0::3

fec0::6

fec0::4

fec0::5 fec0::7

fec0::9

fec0::10

Target

R

NetworkCongested Spot

Autonomous Flow Management の評価評価実験環境の構築

while(1){ usleep(20000); send_packet(1000byte);}

1 framesingle video or audio frame only in a packet

想定するパケット構成

パケット送信アルゴリズム

1/2 rate sampling

評価実験 Traffic Threshold に応じて消費帯域が削減されるか

Reserved TTL （優先度）fec0::1 1, fec0::2 2,fec0::4 1, fec0::5 2,fec0::7 2, fec0::9 1

Sampling level and ratelevel 1: 1/2 　 level 2: 1/3level 3: 1/4 　 level 4: 1/5

Traffic threshold 625Kbytepolling time 10sec

(A) AFM 利用しない (B)AFM を利用する

評価実験優先グループ毎にサンプリング処理が適用されるか

fec0::5 Debian Linux優先度 2

fec0::7 FreeBSD優先度 2

fec0::9 FreeBSD優先度 1

fec0::1 Mac優先度 1

fec0::2 Mac優先度 2

fec0::4 Mac優先度 1

評価実験優先度のばらつきによる送受信バイト

に対する標準偏差の変化

R (KB)ノード の受信バイトの標準偏差

0

200

400

600

800

1000

1200

基礎実験 実験１ 実験２ 実験３

R (KB)ノード の送信バイトの標準偏差

0

5

10

15

20

25

30

35

40

基礎実験 実験１ 実験２ 実験３

本研究の結論 本研究の成果

アドホックネットワークにおけるネットワークトラフィックに適応するコンテンツフラッディングモデルを実現した

本技術を利用することでアドホックネットワークの特徴を活かしたアプリケーションが容易に構築可能となった

本技術を利用した複数のアプリケーションが展開されることによりアドホックネットワークの普及可能性を向上することが出来る

本研究の結論 今後の課題

ネットワーク状態遷移検知に利用される閾値の動的設定

シミュレーション及び実環境における評価実験

本技術を利用するアプリケーションの提案・構築

フラッディングを利用したアプリケーションFlooding Messenger

(implemented by yaboo and sora)

フラッディングを利用したアプリケーション距離を利用した広告配信サービス

volume

なんか聞こえる… 結構いい曲かも？この曲いいな！Tower Record 行こう！

Distance 1hop2hop3hop

“HOP数 どれだけ離れているか≒ ”を利用してコンテンツ再生時に表現を変化させる（音量を変えるなど）

例）音楽配信Tower Recordに近い方がお勧めの曲が大きく聞こえる

効果：曲を気に入った人は情報元に引き寄せられる