| Project/Area Number |
21K11805
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60040:Computer system-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
吉永 努 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60210738)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 動画配信ネットワーク / 分散協調キャッシュ / デバイス間通信 / FPGA応用 / 低遅延処理 / モバイルエッジ処理 / マルチホップ通信 / 無線ネットワーク / 動画配信 / コンテンツ配信ネットワーク / 低遅延通信 / 低消費電力 / D2D通信 / ハンドオーバ / ユーザQoE / FPGA実装 / 低遅延サービス / 低消費電力化 / 通信量削減 / 低遅延応答 |
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| Outline of Research at the Start |
インターネット通信量を削減するためには，通信量の大部分を占めるコンテンツ配信ネットワーク（CDN）の通信効率を改善することが有効である．そこで本研究では，ネットワーク内にキャッシュサーバを分散配置し，それらを独自の軽量な制御で協調動作させて通信路の使用効率を上げる．また，キャッシュサーバに通信プロトコルやストレージ・アクセスを実行する専用ハードウェアを導入し，キャッシュサーバの応答時間を低遅延化する．研究期間内に専用ハードウェアを導入した分散協調キャッシュサーバと実験的CDNを開発し，従来手法に比べ通信量・動的通信電力・コンテンツ取得までの平均遅延時間を大きく削減できることを示す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は，ネットワークの動画配信サービスを対象として，以下の研究を実施した．
１．動画配信ネットワーク用の分散協調キャッシュの改善と評価
2022年度に提案したLBCA方式による分散協調キャッシュについて，実践的な環境を想定したシミュレーション実験を行い，無線通信の電波強度と通信データの再利用度を考慮したキャッシュ制御方式の改善を行った．予備的な評価により，LBCA方式は従来方式に比べてネットワーク混雑時に動画視聴が途切れてしまうユーザ数を減少できることを確認した．また，マルチホップのデバイス間通信をサポートするモバイル分散協調キャッシュについても検討し，現在評価を進めている．
２．FPGA搭載型キャッシュサーバの実装と評価
モバイルエッジ計算（MEC)サーバにFPGA搭載型キャッシュを応用する方式についての実装と評価を実施した．FPGA搭載型キャッシサーバは，ソフトウェアで実装したキャッシュサーバに比べて，キャッシュの応答時間を短縮することができる．キャッシサーバは，コンテンツ要求メッセージをネットワーク経由で受信し，それに応答する．FPGA搭載型キャッシサーバでは，コンテンツ要求メッセージはネットワークインタフェース（I/F）を実装したFPGAで受信してからメモリ（DRAM)に格納し，キャッシュされたコンテンツの検索処理を起動する．我々は，FPGA搭載型キャッシュサーバ処理の応答時間を低遅延化するため，ネットワークI/FとDRAM間のデータパス上にコンテンツ要求メッセージを監視するハードウェアモジュールを追加した．この改良により，FPGA搭載型キャッシュサーバ処理の応答時間が削減できることを実験的に確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年度と2022年度にコロナ禍の影響を受け，実験室での実験が一部滞ったことにより，進捗はやや遅れている．このため，2024年１月末に本研究課題の補助事業期間延長を申請して，2024年度の延長が承認された．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の2024年度への補助事業期間延長が承認されたので，2024年度は以下の通り実施する．
１．動画配信ネットワーク用の分散協調キャッシュの改善と評価
本研究課題で提案したLBCA方式による分散協調キャッシュについて，従来方式との比較が不十分であるため，種々の条件での幅広な比較評価を実施する．
２．FPGA搭載型キャッシュサーバの改善と評価
FPGA内に実装する専用ハードウェア設計を改良すると共に，種々のコンテンツ要求メッセージ到着パターンについての応答時間の評価を実施する．
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