CGMコンテンツに適したタグキャッシングルータアーキテクチャの研究

博士論文

本論文では，CGM（Consumer Generated Media）の動画視聴に適したコンテンツ配信 基盤であるタグキャッシングルータ（TCR: Tag Caching Router）アーキテクチャを提案す る．TCR アーキテクチャは，フォークソノミータグをキーとして，コンテンツ検索およ びコンテンツ情報およびコンテンツデータのキャッシングを行ない，適した位置からコ ンテンツデータを取得する．このため，ネットワーク全体のトラヒックを削減し，ネット ワーク負荷の変動による視聴中断を防止することができる． Web2.0 が普及して視聴者が容易にコンテンツを投稿できるようになり動画投稿サイト の利用が促進された．投稿者が増えるにつれコンテンツ数，視聴者とも増加している．加 えて，動画品質の向上から単位時間あたりのデータ量も増加し続けている．また，SNS （Social Networking Service）が普及してコンテンツの評判が急速に視聴者間へ伝搬される ことが多くなった．その結果，ネットワークトラヒックまたは，CMS（Content Management System）サーバ負荷の増加，コンテンツ検索精度の低下が発生している． TCR アーキテクチャは，以下3 点を前提として動画コンテンツ視聴を安定的に行うコ ンテンツ配信基盤を提供する． 1）人気コンテンツのアクセス分布はZipf の法則に従う， 2）動画検索・視聴はフォークソノミータグを利用することが多い， 3）CGMコンテンツ のランキングは時間的変動が大きい． TCR アーキテクチャの特徴は， 1) 通信経路上のルータにコンテンツの情報およびデー タをキャッシュする， 2) フォークソノミータグによりコンテンツ拡散および検索を行な う， 3) 各TCR は他TCR の状態を意識せずに適した通信経路を形成する，の3 点である． TCR アーキテクチャの効果は，シミュレーションにより国内にCMS サーバがあることを 想定したネットワーク環境での平均ダウンロード時間で確認する．評価は，キャッシュを 用いない伝統的な方法，URI (Uniform Resource Identifier）によるキャッシュ方法および タグによるキャッシュ方法を比較しTCR アーキテクチャが一番優れていることを示す． 評価方法は，タグをキーとしてキャッシュする方法の先行研究が無い事から以下のよう に， 1) 視聴端末とCMS サーバの間に1 つのキャッシュルータを持つタンデム構成， 2) CMS サーバが集中配置され視聴端末がCMS サーバと近い位置にある格子状構成， 3) タ グアクセスランキングを考慮した国内CMS へのツリー状構成，4) 先行研究で評価されて いる階層キャッシュの登録方法の影響， 5) 応答性，安定性および経済性からなる総合評 価，の5 段階から確認する． 国内にあるCMS サーバを用いてコンテンツ視聴を行うことを想定したルータ100 台規 模のネットワークシミュレーションでは，URI を検索キーとしたコンテンツキャッシング 方式に対して，タグをキーとしたTCR では，4 から12%のキャッシュサイズでも同等の応 答性および安定性が得られ，評価指標による総合評価においても優れていることを示す． TCR アーキテクチャがCGM 動画視聴に適したFIA（Future Internet Architecture）であ ることを示す．TCR アーキテクチャは，FIA，特にCCN（Content-Centric Networking）で 提案されているアーキテクチャにおいてCGM動画視聴に特化するため以下の前提を除外 することで単純かつ効率的なコンテンツ配信基盤を提供する． 1) コンテンツの名前解決 とコンテンツデータ保持は別システムにより管理される， 2) コンテンツが任意の場所か ら生成され保持される， 3) コンテンツを一意に特定しコンテンツデータを取得する． 現実的なCGM 動画視聴環境と評価環境の相違点は，現実的にはタグ数およびコンテ ンツ数が評価環境より大きいが，タグランキング分布はZipf 状となると想定されること から，TCR に実装するキャッシュ容量をスケールアップすることによりTCR アーキテク チャは現実モデルに適応できると考える． 将来課題として，TCR アーキテクチャの性能は，コンテンツに割り当てられるタグ数， コンテンツ数，人気コンテンツの評判の伝搬速度により強く依存すると考えられるため， タグアクセスの時間的変動も含め，より現実的なアクセス状況での評価が必要である． TCR アーキテクチャは，既存のルータ，SNS または視聴端末への実装が容易であり， 既存のインターネットに少数のTCR ルータから導入可能である．またFIA, CCN のルー ティングまたは名前解決機構との組み合わせによる統合の可能性が得られた． Abstract This paper proposes a tag caching router (TCR) architecture that supports folksonomies(tag)- based search and content caching for consumer-generated media (CGM) content. TCR architecture propose the architecture of the Tag Caching Router (TCR) to cache content information and content to the router on the communication path used as a search key folksonomy tags. To retrieve contents from the point at which it was appropriate, thereby reducing overall network traffic, we watch to prevent interruptions due to fluctuations in network load in this TCR network. The TCR architecture assumes the following characteristics of CGM video viewing. 1) Tag access ranking distribution is subjected by the Zipf’s law. 2) Almost viewers of CGM content use folksonomies for finding target contents. 3) Temporal variation of ranking of CGM content that has been posted by the viewers is change dynamically. TCR architecture is characterized by the following three points. 1) TCRs on the communication path can cache information and data content. 2) Each TCR can advertise content information and search content using the folksonomies. 3) Each TCR works searching contents or caching contents without state of other TCRs. In order to confirm the effect of the TCR architecture, we have evaluated the performance by the average download time in a networked environment is assumed to create the simulator for CMS servers in Japan domestic. Evaluation results were compared among traditional method(without cache), cached contents by URIs, and cached contents with tags. The result of tag-based caching is most excellent on this environment. In order that there is no previous research on how to cache as tags. We had plan to concrete evaluation method in four stages. 1) Tandem configuration: Caching router between viewer’s terminals and CMS servers. This case is very simple. 2) Lattice topology: Routers are connected to a grid-like. Viewer’s terminals are connected to a router of the outer edge of the grid. CMS servers are located in some of the inner grid routers. 3) Tree-like topology: Access ranking survey by tags on tree-like topology. 4) Comprehensive evaluation contains three factors such as response, stability, and economic efficiency. Also, how to put for cache hierarchy in previous studies for assumed network was evaluated on the tree-like topology. The simulation results indicate that the TCR architecture can achieve the equal download time and download time variation to those of a caching architecture with a URI-based search while the TCR architecture requires 4 to 12% of the cache capacity of the URI-based caching architecture. TCR architecture is explained that it is the architecture that specializes in video viewing CGM. TCR architecture provides a simple and efficient content delivery platform that specializes in video viewing CGM by omitting the following assumptions of the proposed architecture in Future Internet Architecture (FIA). 1) Name resolution and data content that retention of the content is managed by another system. 2) Be stored content is generated from any location. 3) Viewers can get the content data to uniquely identify the content. Difference in the evaluation environment and realistic video viewing environment was mentioned. The number of tags and content on the evaluation environment is sufficiently smaller than the real model. However, We believe that the distribution of tag access similar the Zipf distribution. Therefore, the real model can be achieved by scaling up the capacity of the cache of each TCR routers of evaluation model. Future challenges of this study is to evaluate the performance of the TCR architecture access conditions more realistic. It is possible for the reason, the network performance is strongly depended by the propagation speed on social network, the number of attached tags to the content, and the number of content. TCR architecture is expected to be combined with both name resolution function and routing of FIA and/or CCN technologies.

総研大甲第1604号