1

平澤 茂一＊ 1 ，鴻巣 敏之＊ 2 ，野村 亮＊ 3 ，中澤 真＊ 4 ，松嶋 敏泰＊ 1

＊ 1 早稲田大学理工学部　経営システム工学科 ＊ 2 大阪電気通信大学情報工学部　情報工学科 ＊ 3 青山学院大学理工学部　情報テクノロジー学科 ＊ 4 会津大学短期大学部　産業情報学科

インターネットを用いた研究支援環境

経営情報学会2004 年度秋季全国研究発表大会

2004 年 11 月

2

1. はじめに 目的　遠隔地の大学・企業間の研究者の共同研究の場を提供する．　　環境・・・ゼミ・輪講・研究発表討論・研究指導など(1) 文書・論文・専門書・ゼミ資料・図表データなどのデータベースの構築・共有・検索(2) インターネットを介した音声・文字・映像（動画像・静止画像）の交信

3

インターネットを用いた　　教育活動支援システム　・・・遠隔教育，オンデマンド授業　　研究活動支援システム　・・・ ARPANET

共同研究活動支援環境「 Net-semi 」システム構成(1) ネットワーク型カンファレンスシステム「 Net-con 」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・電子会議(2) 研究用プライベートデータベース検索システム「 PDB 」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・登録・検索エンジン

4

2. 研究活動支援環境　　「 Net-semi 」システム構成（英）ケンブリッジ大学

酒井（韓）漢陽大

李 （米） UCLA

W.W.Chu

ネットワークカンファレンス端末プライベート論文 DB 検索システム「 PDB 」

早大平澤・松嶋研大阪電通大

鴻巣

Internet （米） U.Hawaii

松嶋

図 2.1 「 Net-semi 」システム構成

会津大学 中澤

早稲田大学 Bizmate サーバ

5

2.1 ネットワーク型カンファレンスシステム 「 Net-con 」プロジェクタホワイトボード ビデオカメラ

スピーカマイク

ヘッドセット

録画専用HD

タブレット

HUB ゲートウェイ

Internet

ネットワークカンファレンスシステム 「 Net-con 」

図 2.2 「 Net-con 」システム構成

送受信 PC

6

表 2.1 ネットワーク型カンファレンスシステム「 Net-con 」　　システム機器構成機器 型名（メーカ）

プロジェクタホワイトボードマイク・スピーカ録画専用 HDビデオカメラ

ELP-710 （エプソン）Mimio （コクヨ）YAMAHA536DX 100GB (Maxtor) * ビューカム VL-MR1 （シャープ） *

タブレットヘッドセットCCD カメラ

Intuos i-600 （ Wacom ）MM-HS02 （サンワサプライ）WebCamPlus （ Creative ）

PC Dimension 4100 (DELL)

7

2.2 研究用プライベートデータベース 検索システム「 PDB 」HUB ゲートウェイ

OCR

CBS 検索エンジン（導入予定）VR 検索エンジン

マルチメディアDB

WWW サーバプライベート DB 検索システム 「 PDB 」

図 2.4 　 PDB システム

8

機器 型名（メーカ）ダイレクト検索エンジン概念検索エンジンOCR

Visual Recall （富士ゼロックス）Concept base search (Justsystem)DocuCenter 400FS （富士ゼロックス）

PC （検索サーバ）PC （ VR データベースサーバ）PC （ CBS データベースサーバ）無停電電源装置

Compaq Proliant 1600 （コンパック）Compaq Proliant 400 （コンパック）Dell Dimension 8100 （ DELL ）Compaq UPS T1500 （コンパック）

表 2.2 　「 PDB 」システム構成機器

9

検索システム（ Visual Recall ）

転置ファイル

文献ファイル

2 次情報

フォーマット化前処理

1 次情報

ブール演算

文献番号リスト

検索結果

検索質問

コンピュータ ユーザブール式

文献リスト（タイトル・アブストラクト・本文）図 2.5 　硬い検索システム（ Visual Recall ）

10

検索システム（ Concept base search)

ベクトル空間モデル

文書ファイル

2 次情報

分類エンジン前処理

1 次情報

関連度計算

関連度リスト

検索結果

検索質問

コンピュータ ユーザ文書

関連度リスト（本文）図 2.6 　軟らかい検索システム（ Concept base search ）

11

Concept Base Search の特徴 自然言語による検索（自然言語インターフェース） 概念類似検索 関連語情報の自動生成 マルチドキュメントフォーマット対応 マルチストレージングプラットフォーム対応

12

ベクトル処理元文書

問い合わせ文

ターム間の重要度を数値化4WD の需要度アウトドア 0.5四輪駆動 0.7・・・

レジャーの重要度ドライブ 0.7家族 0.5・・・

ターム間の重要度をもとに文書の意味をベクトルで表現

問い合わせ文

文書 A文書 B

文書 C

近いベクトルを持つ文書を意味的に類似していると判断図 4.9 　文書のベクトル処理

13

3. インターネットの通信サービス品質(QoS)

条件によっては， Net-semi を成立させる通信サービス品質が確保できない．

ゼミ・研究指導などの成立する条件を明らかにする本研究の目的

インターネット　：　回線品質が変動　　　• パケット損失• パケット遅延時間• ジッタ• スループット

14

メディアに対する QoS （ Quality of Service)

1 10 100 1000 [ms]1

10 － 3

10 － 6

10 － 9

音声動画

イメージ文字・図形

図 3.1 ATM 通信における要求通信品質

遅延時間　 [ms]

ロス率

[%]

15

電話種別 遅延時間固定電話 100ms以下携帯電話 150ms以下IP 電話 200ms以下品質に問題あり 400ms以上

実際の音声通信の遅延時間表 3.1 音声通信における遅延時間

16

ネットゼミ　不成立領域

ネットゼミ　成立領域

遅延時間

パケット棄却

率

図 3.2 ネットゼミ成立領域

17

プロトコル レイヤ 7 （アプリケーション層）　 MPEG 　マルチメディア文書通信プ

ロトコル JPEG 　 ODA

レイヤ 4 （トランスポート層）　 TCP 　

レイヤ 3 （ネットワーク層）　 IP エンドツーエンド通信　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・データ通

信のためのプロトコル

レイヤ 1 （物理層）　 　　　　　 ATM (IPo ATM)動画・音声に対するアプリケーション層のソフト処理の限界（ VoIP ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　→ハードウェア化

18

蓄積型メディア 連続型メディア

内容 文字，図形イメージ（静止画）描画

動画（書画カメラを含む）音声（チャット）

対象 論文（ CD-ROM ）手書き資料数式，グラフ図表　等

討論雰囲気

表 3.2 ミックスモードとプロセッサブルモード（テレマティクス通信）

19

広域ネットワーク インターネット電話網，専用回線網，回線交換網パケット交換網， ISDN ，移動データ通信網等

通信速度 1.2K～ 622M [bps] 保証なし回線コスト 中～高 低利便性 OSI参照モデル 統一プロトコル

(TCP/IP)市販フリーソフト発展性 テレマティクス通信（ G4 ファクス，ビデオテックス，オーディオグラフィック会議，テレライティング等）

マルチメディア通信システム（テレビ会議システム）

自己増殖型ネットワーク高性能化のための標準化作業

表 3.3 インターネットの特徴

20

ネットワーク N-ISDN回線 (64K～ 1.5M[bps])衛星回線 (10K～１ .2G[bps])専用回線 (1.2K～ 156M[bps])CATV-VOD(30M[bps])

B-ISDN(ATM)回線 (156M[bps])xDSL(32K～ 22M[bps])FTTH(10M～ 156M[bps])

標準化 MPEGJPEGH.261(ITU-T) 　・・・テレビ会議システム用

TCP/IPVoIP(IPv6)MPEG-3MPEG-7

グループウェア（例） Office 　 MERMAID NetMeetingPictureTel, net gearCU 　 See 　 MeCentra 　 symposiumProShare

インターネット

表 3.4 　マルチメディア通信

21

3.1 遅延時間

• codec 符号化時間 :tc

• パケット化時間 :tp

• ジッタ吸収バッファ時間 :tb

• codec 復号化時間 :td

• ネットワーク遅延時間 : tn

送信側 受信側End-to-End遅延時間

22

4.1 送受信 PC と QoS の測定(1) 回線遅延時間 tn とパケットロス率の測定 早大 (WU) －英国ケンブリッジ大 (CU)

－米国カリフォルニア大学　　　　　　　　　　　　ロスアンジェルス校 (UCLA)　　　　　　　　　 －米国ハワイ大学マノア校 (UHM) －早大 (LAN内 )

4. 実験結果と評価

23

　 パケットロス率 [%] 回線遅延時間 [ms] スループット [KB/s]パケットサイズ 64 [Byte] 1K[Byte] 64[Byte] 1K[Byte]

WU - CU 0.270 0.763 278.089 284.074 248

WU - UCLA 0.000 0.003 144.4 148.5

WU-UH 0.000 0.000 177. 0 187.3

within LAN 0.000 0.000 0.945 2.806 30

実回線の典型的な QoS: 回線遅延時間（往復），パケットロス率1)Waseda Univ. (Japan) –Cambridge Univ.(GB)2)Waseda Univ. (Japan) – UCLA (USA)3)Waseda Univ. (Japan) – University of Hawaii (USA)4)Local area network in Waseda Univ.

表 4.1 実回線の QoS: 回線遅延時間 tn ，パケットロス率

24

150

200

250

300

350

0 4 8 12 16 20時刻

遅延時間 [

ms]

0

2

4

6

8

10

パケッ

トロス率

[

%]64bytePacket Loss1KbytePacket Loss64bytePacket Delay1KbytePacket Delay

　早大－ ケンブリッジ大　回線品質特性

図 4.1 実回線 QoS の日内実測例（ CU-WU の場合）

25

0

1

2

3

4

5

日 月 火 水 木 金 土

パケッ

ト棄却率 [

%]

150

200

250

300

350パケット遅延時間 [

ms]

64byte PacketLoss

1Kbyte PacketLoss

64byte PacketDelay

1Kbyte PacketDelay

図 4.1 実回線 QoS の週内実測例（ CU-WU の場合）

　早大－ ケンブリッジ大　回線品質特性

26

　早大 － UCLA 　回線品質特性

0

50

100

150

200

25010 2 18 10 2 18 11 3 20 12 5 21 13 5 22

時刻［時］

遅延時間［

ｍｓ］

56Byte1000Byte

図 4.2 UCLA-WS の QoS の日内実測例

27

050

10015020025030017 23 5 11 17 23 5 11 17 23 5 11 17 23 5

時刻［時］

遅延時間

［

ｍｓ

］

56Byte1000Byte

図 4.3 UHM-WS の QoS の日内実測例

　早大 － ハワイ大　回線品質特性

28

ホップ数 　 ルータ・ゲートウェイ名 時間 [ms]1 　 hirasa.mgmt.waseda.ac.jp 0.3712 　 c751361b.cfi.waseda.ac.jp 0.6093 　 c751361c.cfi.waseda.ac.jp 0.6554 　 c751324c.cfi.waseda.ac.jp 0.8235 　 toumon.cfi.waseda.ac.jp 2.1546 　 im-tyx-01-fddi1-0.inoc.imnet.ad.jp 2.3617 　 im-tyx-03-fe5-0-0.inoc.imnet.ad.jp 2.2898 　 apan-fe-tpr2.inoc.imnet.ad.jp 3.4159 　 abilene-tpr2.jp.apan.net 144.902

10 　 clev-ipls.abilene.ucaid.edu 153.63511 　 nycm-clev.abilene.ucaid.edu 163.95812 　 ny-pop.ja.net 163.72213 　 us-gw.ja.net 253.67314 　 london-bar1.ja.net 246.03315 　 pos9-0.lond-scr.ja.net 265.39816 　 cambridge-bar.ja.net 251.34817 　 route-sj4.cam.ac.uk 250.55618 　 route-down-3.cam.ac.uk 250.53319 　 route-cent-8.cam.ac.uk 267.34920 　 heathrow.cl.cam.ac.uk 267.77721 　 visitor4.al.cl.cam.ac.uk 267.503

CU-WUのリンクパス　

表 4.2 CU-WU のリンクパス例OHP33

29

受信 PC の環境 Case 固定項目

1 Cerelon (400MHz)2 Pentium3 (1GHz)3 Windows2000

比較項目

Pentium4 (2GHz) Pentium3 (1GHz) Cerelon (400MHz)

Windows98WindowsXP

Windows2000Windows2000

送信 PC 受信 PC

Net-con の PC をハブなどを経由せずに直に接続

理想的な通信路と仮定QCHECK （フリーウェア）を用いてEnd-to-End遅延を測定することにより，パケット化遅延時間＋バッファ遅延時間を求める．

送信 PC の環境 CPU : Pentium4 (1.2GHz)OS : Windows XP

(2) パケット化遅延時間とバッファ遅延時間　 tp+tb

30

UDP (average)

02468

10121416

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Data Size(byte)

ave.

resp

onse

tim

e (m

s)

2K98

TCP (average)

02468

10

12

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Data Size (bytes)

ave.

resp

onse

tim

e (m

s)2K98

OS の違いによる遅延時間への影響 （ Case1 ）

31

UDP (average)

012345678

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Data Size (byte)

max

. res

pons

e tim

e (m

s)

2KXP

TCP (average)

012345678

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Data Size(byte)

ave.

resp

onse

tim

e (m

s)2KXP

OS の違いによる遅延時間への影響 （ Case2 ）

32

OS の違いによるスループットへの影響 （ Case2 ）Streaming

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200

Data Size(kbps)

Act

ual T

hrou

ghpu

t (kb

ps)

2KXP

33

TCP (average)

0123456789

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Data Size(byte)

ave.

resp

onse

tim

e (m

s)

Pen4(2GHz)Pen3(1GHz)Cerelon(400MHz)

UDP (average)

0123456789

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000Data Size(byte)

ave.

resp

onse

tim

e (m

s)

Pen4(2GHz)

Pen3(1GHz)

Cerelon(400MHz)

CPU の違いによる遅延時間への影響 （ Case3 ）

34

CPU の違いによる遅延時間への影響 （ Case3 ）Streaming

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200

Data Size(kbps)

Act

ual T

hrou

ghpu

t (kb

ps)

Pen4(2G)Pen3(1G)Cerelon(400M)

35

OS の違いによる遅延時間への影響Windows98 ＞ Windows2000

MTUや RWIN の設定Windows XP ＞ Windows2000

処理速度より安定性を重視した設計 Windows XP のための CPUパワーが不十分 アプリケーションを用いたベンチマークテストでも同様の結果 [5]

CPU の違いによる遅延時間への影響Cerelon(400MHz) ＞ Pentium3(1GHz) ＝

Pentium4(2GHz)

パケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめ

36

(3) codec 遅延時間 tc+td の測定

送（受）信ＰＣ （送）受信ＰＣマイク スピーカ

音響測定系スピーカ マイク

図 4.4 codec遅延時間測定実験系

tc tp tn tb td

全遅延時間 to

符号化遅延時間 tc ジッタ吸収用バッファ遅延時間 tb

パケット化遅延時間 tp 復号遅延時間 td

回線（ネットワーク）遅延時間 tn

全遅延時間 to

37

　 WindowsMessenger

(*)

Yahoo! メッセンジャ -

Net Meeting

Skype BizMate

価格 無償 無償 無償 無償 有償アカウントの登録 要 要 不要 要 要カメラ映像 1 対複数 1 対複数 1 対 1 (*1) × 最大 16人音声 1 対 1 多人数可 (*3) 1 対 1 (*1) 最大４人 最大 16人codec SIREN (*2) 　 G723.1 　 MCVC (*2)

チャット（文字） 最大 14人 多人数可 最大 8人 多人数可 最大 16人ホワイトボード ○ × ○ × ○ファイル転送 ○ ○ ○ ○ ○アプリケーション共有 ○ × ○ × ○NAT/Firewall の影響 強く受ける 受ける 受ける 受けない 受ける発言権限の付与機能 × × × × ○2004.10 月現在の

Version 5.0 5.1.0 3.01 1.0 Pro2.0

表 4.5 通信ソフト比較

(*1) ゲートキーパ使用により多地点間通信に対応可(*2) 独自の codec(*3) 最大 3~5 名程度

(*)MSN Messenger と互換性あり

38

表 4.4 CPU と OS の違いによる平均 codec遅延時間([s])

　

比較対象 PC － 同定 PC(Panasonic CF-W2)

DELL Dimension4100 Panasonic CF-W2

使用ソフト 接続種類 　 　MS NetMeeting 直結 0.522 0.483

回線経由 0.544 0.464BizMate 回線経由 1.013 0.961

MSN Messenger 回線経由 0.146 0.134比較対象 PC

メーカー型番 DELL Dimension4100 Panasonic CF-W2CPU Pentium 3 Pentium Mクロック周波数 1GHz 1GHzメモリ 128MB 524MBOS Win XP Win XP

39

4.2 　擬似回線による「 NetCon 」の　　　評価

Net-con Net-con回線シミュレータ(Radcom社「 Internet Simulator 」 )

Microsoft 　 NetMeeting

回線品質パラメータ　　（遅延時間，パケット損失率）ゼミが成立するか　＝　アンケートにより調査

MS-PowerPoint のスライドショーを用いて発表後，議論

40

実験内容 ゼミ発表者と参加者は MS Power point ファイルを共有しながら説明する． 発表者が説明中でも他の参加者は随時質問ができ，質疑応答が始まる．隣接研究室間には互いに様子を映す小型 CCDカメラでコマ送り程度の小画面動画像を表示する．

41

回線品質パラメータ　 パケット遅延時間 0 , 300, 500, 1000 (ms) パケット損失率 0, 5, 8, 10 (%)

アンケート項目　 「通常のゼミ通り－慣れれば問題ない－成立しない」 　　　　　 5 　 1

（５段階評価） 音声，カメラ画像，総合の三項目

被験者　：　平澤研，松嶋研学生 12 名 MS NetMeeting の設定　

送信映像のサイズ ： 大 ，　送信映像の質 ： 高

実験条件

42

実験 結果 ［ 3 （慣れれば成立する）以上を選んだ割合］

図 4.6 QoS に対する「 NetSemi 」の満足度

0300

5001000

0%5%

8%10%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

回線遅延時間 [ms]パケットロス率

満足度

43

－ 3(慣れれば問題ない )以上を選んだ人の割合－

資料説明時 ポインタの指示と会話の同期 82%ページの切り替えと会話の同期 80%

質疑応答時 質疑応答について 91%ページ切り替えと会話の同期 70%

•質疑応答は主として音声のやりとりであるので，高い割合になっている．•質疑応答時のページ切り替えと会話の同期に問題がある．•双方が同時に意見を述べると遅延により会話に混乱が生じる．これは発言者が注意することで解決可能である．

表 6 結果

実験結果

44

5.考察5.1 送受信 PC の QoS

PC のハードウェア・ OS の違いによる差は大きくないが，PC 内遅延時間　は 483-522 ms と大きい．

パケット化遅延時間とバッファ遅延時間の合計は codec遅延時間に比べ十分小さい

改善された MS Messenger を用いると許容できる回線遅延時間に余裕が出来る

5.2 実回線の QoS インターネットで結ぶ研究室が位置する国のビジネスア

ワーの影響が大きい 回線遅延時間は距離だけではなくパスを構成するリンク

の影響を受ける． (UHM-WU より UCLA-WU の方が遅延時間が小さい

QoS はパスリンクとルータの繁忙時間の影響を受ける

45

考察5.3 全遅延時間とパケットロス

許容可能 QoS は　　回線遅延時間 300ms （パケットロス率 0% ）　　パケットロス率 5% （回線遅延時間 0 の時）遅延時間とパケットロス率はトレードオフの関係にある．－アンケートによる評価よりスライド画面・動画像使用有無の影響は PC内遅延時間にほとんど影響がない音声の劣化は画像の劣化より影響が大きいパケットロス率の増加は音声より画像の劣化への影響が大きい

46

6.むすび 研究活動支援システムとして利用できる QoSの範囲を示した．実用化のためには，最新のグループウェアと最新の PCでアンケート調査を実施し，比較・調査をすることが必要

47

ネットゼミ　不成立領域

ネットゼミ　成立領域

パケット遅延時間 (ms)

パケット棄却率

（％）

00 300 500

5

10

8 ○

○

×

図 5.1 ネットゼミ成立領域

○

○日英間

48

満足度（オピニオン評価）　　平均オピニオン評価法（ mean opinion test)

0

100

50

0 52.51 1.5 2 3 4

非常に悪い

悪い まあよい

よい非常によい

MOS(mean opinion score)オピニオンスコア（ 5段階評価平均点）