2016 Fiscal Year Annual Research Report
P2P型ビデオストリーミング基盤のための理論的性能保証手法の研究
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16H02807
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
藤田 聡 広島大学, 工学研究院, 教授 (40228995)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | P2Pストリーミング / アルゴリズム理論 / 質保証アルゴリズム / 攻撃耐性 / インセンティブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２８年に得られた研究成果は以下の通りである．
(1) 配信される動画の品質と，各ピアが備えるべきアップロード帯域の関係をあきらかにした．具体的には，中継ピアによる転送ホップ数を高々２に制限した系において，与えられた品質の動画をn台の購読ピアに配信するのに必要十分なアップロード帯域bを理論的に導出した．これにより， パラメータnとbが与えられたときに，どの程度の品質の動画を転送遅延２以内で配信できるのかという理論限界と，その限界を達成するための具体的な配信方法が示されたことになる．この結果はパラメータnとbがそれぞれ固定されているという仮定のもとで理論的に導かれており，各パラメータが動的に変化する現実の系における制御法と評価は次年度以降の課題として残されている．(2)フラッシュクラウド発生時の性能保証ストリーミング配信アルゴリズムの提案と評価をおこなった．提案アルゴリズムは，研究代表者が2014年に提案したチャンクストリームの最適ブロードキャストアルゴリズムの拡張であり，フラッシュクラウド時においても各チャンクを最小遅延で配信できることが理論的に保証されている．(3)マルチツリー型ストリーミングシステムにおける，DoS攻撃による最大ダメージを最小化するようなオーバーレイ更新手続きの提案と評価をおこなった．シミュレーション評価の結果，提案手法は，理論的な下限を２上回る程度の最大ダメージを達成することが実験的に示された．(4)提案する性能保証手法の妥当性を検証するためのテストベッドを構築した．テストベッドは，異種プラットフォーム上で動作することを重視し，WebRTC上に完全結合型のストリーミングシステムとして構築した．またそれと並行して，より大規模な環境での評価をおこなうためのシミュレーション環境を計算サーバ上に構築している．
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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
まずストリーミングの質保証の問題に関しては，ある保証すべき動画品質(配信遅延とビットレート)のもとでのピア数nとアップロード帯域bの間の厳密な関係性があきらかになったことで，P2Pストリーミングの質保証に関する理論を構築していくための方向性が見えてきたと考えている．具体的には，現実のP2Pシステムで発生しうるピア数の増減や各ピアのアップロード帯域の動的な変化を導出されたパラメータ間の関係性に照らして整理し理解し直すことで，ストリーミング品質の理論限界を現実のP2Pシステム上で達成するための道筋が見えてくるものと認識している．そのような「パラメータの変化に応じて配信方法を適応的に変化させていく手法」は，パラメータの変化が比較的緩やかな場合は有効であると考えられるが，ピア数が急激に変化するフラッシュクラウドのような状況では，それとは別なアドホックなアプローチも必要である．この問題に対しても，２８年度の成果により，ある程度の見通しが立ったと考えている．残る課題としては，アドホックな手法に切り替えるタイミングの決定方法とフラッシュクラウドの発生・収束の検知方法などがあるが，それらについては，２９年度以降の研究で実証的にあきらかにしていくことになる．
不特定多数のピアが参加するP2P環境に特有な，外部からの攻撃に対する脆弱性を軽減する方法に関しても，おおよそモデル化のめどが立ったと考えている．現状では攻撃による影響はサービスの停止のみであると考えているが，これを拡張し，サービスに関する一時的な性能低下が起こるようなモデル化をおこなうことで，より現実に近い設定でのモデル化がなされると考えている．最後に，シミュレーションや実アプリケーションを通しての評価という点についても，環境の整備から始まり，基本となるストリーミングシステムの実装までを完了しており，当初の計画通りの進捗状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずストリーミングの質保証の問題に関しては，理論の枠組みの中で保証される動画品質の幅を順次広げていく予定である．またピア数の増減や各ピアのアップロード帯域の動的な変化に対して配信方法を適応的に変えていく具体的なアルゴリズムを設計し，その性能を理論的に解析するとともにシミュレーションによる評価をおこなっていく．性能を安定化していくには，帯域や参加ピア集合の不安定さを吸収するための何らかの工夫が必要と考えている．そのためのひとつのアプローチとして，ネットワークコーディング(NC)の応用についても検討を進めていく．予備的な結果として，NCの使用によって保証される動画の品質が真に向上することがあきらかになっており，今後はこの知見をさらに発展させていく予定である．２８年度に考察してきたフラッシュクラウド時の性能保証に関しては，計算サーバを使った網羅的なシミュレーションをおこなうことで提案手法の性能を実証的に評価していく． 外部からの攻撃に対する脆弱性を軽減する方法に関しては，攻撃によるダメージのモデル化を完成させ，ダメージを最小化するような具体的なオーバーレイ更新アルゴリズムの設計と解析をおこなっていく．また２９年度からは，各ピアに対してシステムに貢献するインセンティブを与えるための具体的な手法の設計もおこなっていく．予備的な結果として，レイヤードコーディングに基づいて異なる品質の動画を生成し，各ピアが視聴可能な動画品質をそのピアの貢献度に応じて上下させる分散アルゴリズムの設計が完了しており，２９年度以降は，このアルゴリズムをベースとしてインセンティブ機構の検討を進めていく．最後に，シミュレーションや実アプリケーションを通しての評価に関しては，基本となるストリーミングシステムを拡張し，本研究課題で提案したいくつかのアルゴリズムを実アプリケーション中で実装していくことを計画している．
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