KG 発表Stream and UOS

代表：杉浦一徳，小川あきみちUhyo@sfc.wide.ad.jp

Akimichi@sfc.wide.ad.jp

October 14th 1999 Red PillBlue Pill

Welcome to the Real World…

Red PillBlue Pill

本日の発表概要

• What is UOS? What is Stream?• 現在のインターネット環境について・・・

– ネットワーク環境からの視点– 人間の行動からの視点– 計算機からみたら視点

• 具体的な活動内容について– 要員– 活動時間，活動実績の報告

• デモ

まずはじめに :

• ネットワークの集合体であるインターネット

• インターネットを利用した環境の変化• 知的支援環境から• 生活支援環境へ

– 生活支援環境で考えられる事 :• 多様化• いつでも , どこでも , だれでも , どのようにで

も , なんでも… .

計算機の持つ処理能力の向上

10

100

1000

性能

199019851980197519701965 1995 年

マイクロプロセッサ

ミニコンピュータ

メインフレーム

スーパーコンピュータ

ゲーム機 PDA

2000

10 倍

10 倍

10 倍

インターネットの発展と情報量

1994 1998 2002 20041990(Year)

10K

100K

1M

10M

100M

1G情報の持つ容量 ( バイト )

ISDN

T-1

T-3OC3

OC12

OC48OC192

ISDN

Analog

アプリケーションの発展

• テキストベースアプリケーションから・・・

• 静止画像，音声• 低解像度の動画像

– RealVideo などの技術• より情報量の大きいメディアへ・・・

– テレビ，ビデオと同等な画質を保証– より高解像度，高情報量なメディア

今は昔・・・

What is STREAM and UOS?

• 焦点：– インターネットの持つ可能性を考える

• 今できないことを実現させる– 例：ネットワークの帯域を必要とするアプリケー

ション？» それが， Killer Application になるためには？

• インターネットのもつ特徴として・・・– それを活かすための end-end システムの役割

» そのために必要となるオペレーティングシステムの役割

http://www.sfc.wide.ad.jp/~uhyo/html/japan/STREAM/stream.html

Stream / UOS 研究軍団

• Stream 研究軍団要員– uhyo, akimichi, tsuchy, aka– hiddy, kiri– popo, to-ru– kaizaki, ash, yambo, kai– nob,miyata

• UOS 研究軍団要員– uhyo, 53++

現在の具体的な研究

Broad-band Network Application Over Internet

• 広帯域，（ Maybe 高速 ) なネットワークを必要とするアプリケーションを・・・– インターネットで利用するための

• インフラストラクチャ• オペレーティングシステムの役割• ネットワークプロトコル• アプリケーションの役割

– について，統合的に開発する．

具体例：　 DV Over IP

Broad-band Network Application Over Internet

• 高品質・低価格なインターネットビデオコミュニケーションツールの実現– DV Stream Over Internet

• 高品質 (NTSC 品質 )• 実時間性の考慮• 画質の制御方式

– 画質制御にかかる負荷の低減

• 民生品を採用

– end-to-end system で実現させる– VIP じゃないのよ。 One of the commodity 。

DV Transceiver System

IEEE1394Cable

Consumer DV Camera

IEEE1394Cable

Internet

DV→Internet PC Internet →DV PC

Consumer DV Deck

Next: DV IP Encapsulation

現在の主要なインターネット会議システム• ネットワーク帯域幅の問題• ビデオストリームに対する強力な圧縮

– RealVideo,Netmeeting• バッファリングによるディレイ• 圧縮によるディレイ，ジッタ

– Teleconference Systems• 高額なハードウェア

Requirements(Request)

• 高画質• NTSC と同等な品質の映像を提供

• 高音質• CD と同等な品質の音質を提供

• ディレイのない (少ない )転送方式の実現

• 低価格で提供可能• 中間帯域 ( 10Mbps 以上 )

解決方法：• DV(Digital Video) over IP を実現した

– 高品質、通信ツール– RTP、 IPv6、 multicast

• DV トラフィックの平滑化を行なうことにより品質を向上させた– CBQ によるバッファリング

• 他トラフィックとの協調を行なう DV over IP を実現した– DV によるバーストトラフィックの平滑化– 途中帯域に合わせた送信レート調整の追加

• TCP friendly Digital Video over IP

Video Screen

Remote Host A

DV Video Deck

DV – Internet PC

Analog VideoAudio

RouterRouter

Camera

Internet

IPIP

Remote Host B

DV CameraDV Video Deck

Bi-directional communication

IEEE1394

100BaseT Full DuplexEthernet

RouterRouter 100BaseTSwitch

IEEE1394

IEEE1394

IEEE1394

DV Camera

100BaseTSwitch

100BaseT Full DuplexEthernet

Analog VideoAudio

DV – Internet PC

デモ１：o311～ ι２２の

DV Over IP at Maximum Rate…

今回の実験インフラストラクチャ

実験機材

• Sender PC:» Pentium II 450MHz» 128MB Memory» PCI IEEE1394 Card(PhotoDV)» DEC DE Based 100Base-TX NIC

• Receiver PC» Pentium III 450MHz» 128MB Memory» PCI IEEE1394 Card(PhotoDV)» Intel FXP 100Base-TX Ethernet NIC

• CBQ /PC» Pentium III 450MHz» 128MB Memory» Intel FXP 100Base-TX Ethernet NIC» DEC DE Based 100Base-TX NIC

DV over IP での送信レート制御

FrameVideo data in frameaudio data in frame

• Full rate digital video stream

• Half rate digital video stream

• 1/3 rate digital video stream

DV Packet with Audio

DV Packet without Audio

DV over IP の使用する帯域

フレーム レート

IPv4 での帯域(Mbps)

IPv6 での帯域 (Mbps)

1/1 30.47 31.70

1/2 15.72 16.83

1/3 11.48 11.84

1/10 4.74 4.87

1/20 3.26 3.39

デモ２：色々な フレームレートでの転

送• 環境：

– ネットワーク： 100Base-TX

DV stream の特徴

• 定期的にバーストトラフィックが発生する

• 例えば ,１／３のレートで送信したとき

0

10

20

30

40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

frame number

band

wid

th (M

bps)

デモ３：1/4 フレームレートでの転送

• 環境：– ネットワーク： 10Base-T

DV トラフィックの平滑化

• DV によるバーストトラフィックを平滑化する実験を行なった

sender receiver

DV stream

10Mbps100Mbps

sender receiverCBQ

DV stream

10Mbps100Mbps

もう一回、今回の実験インフラストラク

チャ

デモ４：CBQ を用いた

バーストトラフィックの平滑化

• 環境：– ネットワーク： 10Base-T– 1/4 フレームレート

送信者からの１ /１、１ /２、１ /３レート DV

0100020003000400050006000

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

with CBQwithout CBQ

0

500

1000

1500

2000

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91

with CBQwithout CBQ

0

100200

300

400500

600

1 12 23 34 45 56 67 78 89 100

with CBQwithout CBQ

１０Mpbs以上だからCBQ あってもなくても一緒

１ /４、１ /５レート DV

0100200300400500600

1 13 25 37 49 61 73 85 97

time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

with CBQwithout CBQ

0

100

200

300

400

1 13 25 37 49 61 73 85 97

time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

with CBQwithout CBQ

CBQ あれば落ちない

１ /１０、１ /２０、１ /３０レート DV

0

50

100

150

200

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

with CBQwithout CBQ

020406080

100120

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91

time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

with CBQwithout CBQ

0102030405060

1 12 23 34 45 56 67 78 89 100

time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

with CBQwithout CBQ

CBQ あれば落ちない！！！

動的なレート調整

• RTCP を使用して受信者から送信者へ　　パケットロスに関する情報を渡す

• 送信者は TCP以上に帯域を使っていたらレートを下げる

• TCP の使いうる最大帯域の式（ by S.Floyd）– TCP friendly traffic

T : トラフィック量B : パケットサイズp : パケットロス率R : RTT

Questions????

動的なレート調整

• 以下の式が満たされた場合 , レート下げる

• 以下の式が満たされた場合 , レート上げる T : トラフィック量

B : パケットサイズp : パケットロス率R : RTT

T : トラフィック量B : パケットサイズp : パケットロス率R : RTT

動的レート調整実証実験

• 途中経路の輻輳に見立てて CBQ ルータを設置

vr0vr1

sender receiver

CBQ

DV stream

feedback

100Mbps100Mbps

動的レート調整

• 送信者からの送信レートの推移– 途中で帯域が制限されてるとレートが変わっていきます

0

2

4

6

8

10

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97

time (3 sec)

fram

e ra

te (1/

rate

)

5M10M20M30M40M

動的レート調整

• 受信者で計測されたパケットロス数

02000400060008000

1000012000

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91time (sec)

pack

et lo

ss (pa

cket

)

5M10M20M30M40M

はじめは 100％

レートが落ちたからパケット落ちなくなった

動的レート調整

• 受信者に近い方のインターフェースでの input bytes– CBQ で shaping された後

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100

time (3 sec)

inpu

t (b

ytes

)

5M10M20M30M40M

動的レート調整

• 送信者に近いほうのインターフェースでの input byte– shaping される前

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97

time (3 sec)

inpu

t (b

ytes

)

5M10M20M30M40M

結論

• DV によるバーストトラフィックを解決した– CBQ によるシェーピング

• DV による動的なレート調整機能を開発した– パケットロスの軽減– TCP friendly– 他トラフィックとの協調

鯔（ Todo)

• やることたくさん…– 1394 Application Protocol

• 再生しろとか、入力切り替えしろとか• TCP で送りたい重要なコマンド？

– End-to-end System• 平滑化を end-end で実現

– 会議みたいにたくさんの人で……– 新たなる敵（おもちゃ）

• D-VHS, D-Hivision

Conclusion:For More Informations…

http://www.sfc.wide.ad.jp/~uhyo/STREAM/stream.html

You can get the latest ppt files, sources, results, meeting logs, etc.at:

I would like to apologize that some of the contents are written in 伝統的日本語 (Traditional Japanese) :-)English pages are also available.

Stream UOS に興味を持った方：

• 毎週木曜日研究会の後、ミーティング• 人は常に募集中• やることいっぱい• 論文、発表、デモなどなど• 主に o308、 o311 周辺に生息• I want you! I need you!

最後のデモンストレーション

• 日頃お世話になっている皆様に：– Stream, UOS の研究成果をデモという形で．．．

• 最先端の研究なので・・・– 途中入場不可– 携帯切ってね– 教室を出たら忘れる．– 他言無用– 守れない人は今でていく．

• そのさいは，紙提出してね• 帰ってももちろんとがめません（＾＾

• デモ時間：約 136分