integrated resource allocation scheme for real-time multicast
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Integrated Resource Allocation Scheme for Real-Time Multicast. 実時間動画像マルチキャスト 通信のための 統合化資源割当制御. 大阪大学 大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻 M2 宮原研究室 山下 岳人. 動画像マルチキャスト通信. 実時間符号化. QoS の保証. サーバ. 動画像品質. 動画像の 復号化. Network. 動画像の 符号化. 情報の損失率 遅延. 実時間復号化. クライアント. 利用可能な資源量は有限 各資源間には相関関係が存在. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
2002/2/19 修士論文発表会 1
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Integrated Resource Allocation Scheme for Real-Time MulticastIntegrated Resource Allocation Scheme for Real-Time Multicast
大阪大学 大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻M2 宮原研究室山下 岳人
大阪大学 大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻M2 宮原研究室山下 岳人
実時間動画像マルチキャスト通信のための統合化資源割当制御
実時間動画像マルチキャスト通信のための統合化資源割当制御
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動画像マルチキャスト通信動画像マルチキャスト通信
NetworkNetwork
NetworkNetwork
実時間符号化
動画像の復号化
動画像の符号化
実時間復号化
情報の損失率遅延
サーバ
クライアント
動画像品質
QoS の保証
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動画像通信のための QoS 保証動画像通信のための QoS 保証
ネットワークにおける QoS 保証帯域予約型ネットワークによる帯域割当
エンドシステムにおける QoS 保証リアルタイム OS による CPU 資源割当
ネットワークにおける QoS 保証帯域予約型ネットワークによる帯域割当
エンドシステムにおける QoS 保証リアルタイム OS による CPU 資源割当
利用可能な資源量は有限利用可能な資源量は有限各資源間には相関関係が存在各資源間には相関関係が存在
利用可能な資源量は有限利用可能な資源量は有限各資源間には相関関係が存在各資源間には相関関係が存在
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 等分資源割当等分資源割当
サーバ
クライアント
ボトルネックリンク
サーバ CPU 資源量
クライアント CPU 資源量
CPU余っている
再生できない
再生できない
等分資源割当
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 統合化資源割当統合化資源割当
サーバ
クライアント
サーバ CPU 資源量
クライアント CPU 資源量
CPU 資源量に応じた動画像を再生できる
圧縮率を上げる→処理負荷増大、帯域減
少圧縮率を下げる→
処理負荷軽減、帯域増大
ボトルネックリンク
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 目的目的
システム全体の資源を考慮した統合的な資源割当制御手法の提案
ネットワーク資源エンドシステム資源
資源環境の異なるユーザに対し,高品資源環境の異なるユーザに対し,高品質な動画像マルチキャスト通信の提供質な動画像マルチキャスト通信の提供
システム全体の資源を考慮した統合的な資源割当制御手法の提案
ネットワーク資源エンドシステム資源
資源環境の異なるユーザに対し,高品資源環境の異なるユーザに対し,高品質な動画像マルチキャスト通信の提供質な動画像マルチキャスト通信の提供
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 統合化資源割当制御手法の概要統合化資源割当制御手法の概要
1. クラスタリングによるマルチキャストグループ構成
共有資源の負荷軽減
2. マルチキャストツリー生成利用リンク数,帯域を抑えたツリーを生成
3. 資源割当と動画像品質の決定効用,利得,コスト関数の定義効用を最大化する資源割当制御
1. クラスタリングによるマルチキャストグループ構成
共有資源の負荷軽減
2. マルチキャストツリー生成利用リンク数,帯域を抑えたツリーを生成
3. 資源割当と動画像品質の決定効用,利得,コスト関数の定義効用を最大化する資源割当制御
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 資源割当制御手順資源割当制御手順
サービス内容ブロードキャスト
利用可能資源量通知
ツリー生成
資源割当
クラスタリング
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 資源割当制御手順資源割当制御手順
ツリー生成
資源割当
クラスタリング
クラスタリング
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クラスタリングによるマルチキャストグループの構成
クラスタリングによるマルチキャストグループの構成
サーバおよびネットワークの負荷を軽減するために,同様の資源状況にあるクライアントを同じグループに収容
基準:各クライアントの利用可能な資源CPU 資源量アクセスリンク帯域
k- 平均クラスタリングアルゴリズム→マルチキャストグループ決定
サーバおよびネットワークの負荷を軽減するために,同様の資源状況にあるクライアントを同じグループに収容
基準:各クライアントの利用可能な資源CPU 資源量アクセスリンク帯域
k- 平均クラスタリングアルゴリズム→マルチキャストグループ決定
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 資源割当制御手順資源割当制御手順
ツリー生成
資源割当
クラスタリング
ツリー生成
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group マルチキャストツリー生成マルチキャストツリー生成
クラスタリングにより決定されたクラスタごとにマルチキャストツリーを生成
特定のノードに対する Minimum Spanning Tree を生成 (Steiner Tree 問題 )
単純なアルゴリズムで近似解を得るLCM アルゴリズム [11] を利用
クラスタリングにより決定されたクラスタごとにマルチキャストツリーを生成
特定のノードに対する Minimum Spanning Tree を生成 (Steiner Tree 問題 )
単純なアルゴリズムで近似解を得るLCM アルゴリズム [11] を利用
[11] A. Shaikh, S. Lu, and K. Shin, “Localized multicast routing,” in Proceedings of IEEE GLOBECOM ’95, pp. 1352 – 1356, November 1995
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 資源割当制御手順資源割当制御手順
Maximize ΣUi
ツリー生成
資源割当
クラスタリング
資源割当
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iii /CostBenefitU
資源割当制御資源割当制御効用関数の定義効用関数の定義
グループ i の効用
得られる動画像品質で表される利得
各割当資源にかかるコスト
ストCPUクライアント コ
CPUサーバ コスト
帯域コスト
iCost
画質iBenefit
最大化利用可能な
資源量を考慮した効率的な資源割当
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 効用を最大化する資源割当制御効用を最大化する資源割当制御
1. サーバCPU資源,共有ネットワーク帯域を各クラスタへ均等割当
2. クラスタごとに利用可能な資源量の範囲内で資源割当を決定
3. 余剰資源をそれによる効用の増分の最も大きいクラスタへ追加配分し,再び資源割当を計算する
4. どのクラスタの効用も上がらなくなるか余剰資源が生じなくなるまで3を繰り返す
1. サーバCPU資源,共有ネットワーク帯域を各クラスタへ均等割当
2. クラスタごとに利用可能な資源量の範囲内で資源割当を決定
3. 余剰資源をそれによる効用の増分の最も大きいクラスタへ追加配分し,再び資源割当を計算する
4. どのクラスタの効用も上がらなくなるか余剰資源が生じなくなるまで3を繰り返す
k
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free
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group ネットワークモデルへの適用ネットワークモデルへの適用
資源環境がさまざまに異なるネットワークモデルを用いて提案資源割当手法の評価を行う
シングルボトルネックリンクモデルMCI ネットワークモデル
等分資源割当との比較評価クラスタリング手法の違いによる評価
資源環境がさまざまに異なるネットワークモデルを用いて提案資源割当手法の評価を行う
シングルボトルネックリンクモデルMCI ネットワークモデル
等分資源割当との比較評価クラスタリング手法の違いによる評価
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group MCI ネットワークモデルMCI ネットワークモデル
26.0 GcpsS
2.0 Mbps3.0 Mbps
1.8 Mbps0.8 Mbps
6.0 Mbps
クライアント数:クライアント数:1010台台 ,100,100台台
クライアント数:クライアント数:1010台台 ,100,100台台
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得られる効用の総和得られる効用の総和
MCI ネットワークモデル
クライアント数 10 クライアント数 100
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group おわりにおわりに
まとめ資源予約型の動画像マルチキャスト通信システムにおいて,ユーザに高品質な動画像を提供するための統合的な資源割当制御手法を提案したユーザごとに資源環境の異なるネットワークモデルへ適用し提案手法の有効性を検証した
今後の課題より高いスケーラビリティのための分散型処理クラスタリングと資源割当を統合的に扱う手法
まとめ資源予約型の動画像マルチキャスト通信システムにおいて,ユーザに高品質な動画像を提供するための統合的な資源割当制御手法を提案したユーザごとに資源環境の異なるネットワークモデルへ適用し提案手法の有効性を検証した
今後の課題より高いスケーラビリティのための分散型処理クラスタリングと資源割当を統合的に扱う手法
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AdvancedNetworkArchitectureRes. Group 利得,コスト各関数の定義利得,コスト各関数の定義
iii mQQBenefit /max
100/ ifree
i nWW帯域コスト
100/ freei SSCPUサーバ コスト
100/1
j
freeiji
i
CCm
ストCPUクライアント コ
222 }{}{}{利用率利用率利用率
帯域 クライアント サーバ CPUCPU iCost
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動画像品質と必要資源量の関係動画像品質と必要資源量の関係
帯域
サーバ CPU
クライアント CPU
帯域
サーバ CPU
クライアント CPU
MPEGMPEG 符号化パラメータから予測可能符号化パラメータから予測可能 MPEGMPEG 符号化パラメータから予測可能符号化パラメータから予測可能
base
R
WF
QQGFQRW
301.3),,,(
2480640
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30480640
FRSS G
3048064040
FR
N
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NWC BP