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 A B 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 A B 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 A B 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 A B 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 A B 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 A B C D 配信ピア A B C D 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 A B C D 配信ピア A B C D 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) (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) (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 Y N

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 = A B C a b c d 論理リンク A-> B, B->C Link a,b,d の集中度 =1 Link 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 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 number of hops 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 iMST number of physical links total number of used physical links SPTProposal (BP=5) Proposal (BP=15) Proposal (BP=10) 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 degree of concentration 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

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 配信ピア ピアは A,B,C,D の順に参加 各ピアの最大次数 =3 A B C D MST による配信ツリー構 築 仮想バックボーンの導 入 SPT,MST の特徴を生かせるよう に予めツリーを構築したらどう か？ そこで， SPT による配信ツリー構 築 例． 同一のデータが流れてい る