DPDKベース低遅延リアルタイム映像処理フレームワークの性能解析システム
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22K12021
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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 60060:Information network-related
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸山 充 神奈川工科大学, 情報学部, 教授 (60636489)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀬林 克啓 神奈川工科大学, 情報学部, 特任教授 (90762394)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | DPDK / 高精細リアルタイム映像処理 / CPUリソース / ネットワークリソース |
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| Outline of Research at the Start |
我々は，超高精細映像のリアルタイム処理の実現を目指し，DPDK （Data Plane Development Kit）フレームワークを映像処理に応用する事で，10Gbps超の性能を実現している．DPDKフレームワークで実装したアプリケーションは，高速度領域のパイプライン処理となるためデバッグが難しい上に，安定動作させるためのハードウェア性能の必要条件が明確でないという課題がある．本研究では，(1)DPDKパイプライン一括モニタ，(2)高精度ネットワークモニタとの連携によるトータルな処理速度の観測機構を開発し，様々なアプリケーション開発を容易化する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
DPDKフレームワークで実装したアプリケーションは，高速度領域のパイプライン処理となるためデバッグが難しい上に，安定動作のためのハードウェア性能の必要条件が明確でないという課題がある．本研究では，(1)DPDKパイプライン一括モニタによる観測機構，(2)高精度ネットワークモニタとの連携による映像処理機能のトータルな処理速度の観測機構を開発し，アプリケーション開発を容易化する．
今期は，研究の基本方針の評価として，我々がDPDKで作成した映像スイッチング処理におけるSRv6のオーバヘッドを題材に簡単な性能測定ツールを作成した．それぞれのデータ量は，24Gbpsである．まず，映像処理機能の各パイプラインステージにCPUのTSCレジスタを活用したクロック数のカウント機能を付加し，外部から簡単に読み出しする機能を作成することで，フレームレベルでの正常処理動作を定期的に監視するシステムを作成した．それと共に，入力された映像パケットが加工されて出力されるまでの遅延を正確に求めるために，10GbEの入力インタフェースおよび出力インタフェースのそれぞれのデータラインを光タップにより分岐し，ARISTA Networks社の汎用L2スイッチに付与されているTapアグリゲーションのタイムスタンプ付与機能を使う事で，該当の入力パケットが映像処理を経て，出力パケットとして出力される処理遅延をnsレベルの粒度で監視可能なシステムを作った．CPUの内部および入出力のパケットが観測対象である事の同定には，映像ストリームデータのフレーム番号およびパケット毎に付与されたシーケンス番号が付与されている特性を活用した．これにより，DPDKにより実装された映像処理機能のパイプライン正常動作の確認と共に，SRv6化によるプロトコル処理オーバヘッドが観測でき，これにより得られた観測結果をNS研究会で公表する事ができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で開発された基本ツールを用いて，映像処理機能の簡単な性能測定に実際に活用できた事．
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| Strategy for Future Research Activity |
[1]高精細リアルタイム映像処理を対象としたDPDKパイプラインステージ性能解析
他の様々な市中ツールも併用した評価を行い，我々が作成したリアルタイム映像処理機能を題材にパイプライン動作を解析する事で，実際に必要なCPUコア数，周波数，キャッシュ量，メモリ量，ネットワークインタフェースカード(NIC)の性能条件や搭載スロット位置などのリソース条件を提示できるシステムを目指す．
[2]高精度ネットワークモニタとの連携によるDPDKフレームワーク上のリアルタイム映像処理の性能解析
トラヒックジェネレータと連携する高精度ネットワークモニタの検討を進め，映像ストリーム用に，精細度，毎秒の映像フレーム数やライン数，パケット間ギャップのパラメータを変更可能なトラヒックジェネレータを作成する事で，様々な映像伝送品質における性能評価を可能とするシステムとする．
さらに，仮想環境におけるリアルタイム映像処理の評価が可能なツールとしての拡張を目指し，仮想マシン上のDPDKフレームワークにおける性能解析への適用性に関して様々な仮想環境で評価を行う．
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
