TCPによる動画像ストリーミングのためのデータ転送方式の検討

摘要

In recent years, video streaming services using TCP as a transport layer protocol represented by YouTube have been popular, with rapid increase of the network bandwidth. Congestion control of TCP increases the congestion window until a packet loss is detected. Therefore, the video streaming over TCP sends packets to a network at a higher speed than the video playback speed that takes the bandwidth of other competing traffic unnecessarily. In this report, we first investigate the data transfer mechanism of existing video streaming services using TCP and show that the existing video streaming services perform data transfer at the extremely higher rate than the video playback speed. Then, we propose the data transfer mechanism for video streaming over TCP that does not take the network bandwidth excessively by controlling the data transfer at an application layer. The proposed mechanism acquires the TCP state variables from the source host TCP, and estimates network congestion status. Moreover, the amount of buffered video data is acquired from a destination host. By adjusting the amount of data passed to a source host TCP in one round-trip time based on the network congestion status and the amount of buffered video data, the proposed mechanism controls the data transfer speed. Simulation results show that the proposed mechanism decreases the frequency of buffer underflow at the destination host, and does not take the bandwidth of background traffic.%近年，ネットワークの広帯域化により，YouTubeに代表されるTCPを用いた動画像ストリーミングサービスが普及している．TCPの輻輳制御は，パケット棄却が検知されるまで輻輳ウインドウを増加させる．従って，TCPを用いた動画像ストリーミングは，動画の再生レートより大きなレートでネットワークにパケットを送出し，他のトラヒックの帯域を不要に奪い，問題となる．本稿では，まず，既存のTCPを用いた動画像ストリーミングサービスのデータ転送方式を調査し，既存の動画像ストリーミングサービスが．動画の再生レートより非常に大きなレートでデータ転送していることを示す．さらに，アプリケーション層においてデータ転送を制御することで，トランスポート層プロトコルにTCPを用いるにもかかわらず，必要以上のネットワーク帯域を奪わない，動画像ストリーミングのデータ転送方式を提案する．提案方式は，送信側ホストのTCPからTCPの状態変数を取得し，ネットワークの輻輳状況を推測する．また，受信側ホストから動画のバッファリング量を取得し，ネットワークの輻輳状況と受信側ホストの動画のバッファリング主に基づいて，1ラウンドトリップ時間に送信側ホストのTCPに渡すデータ量を調節することで，転送レートを制御する．シミュレーションによる評価の結果，提案方式は既存の方式と異なり，受信側ホストにおけるバッファアンダーフローの発生を抑え，かつ，バックグラウンドトラヒックの帯域を奪わないことを示す．