HTML5 技術を利用した授業や会議向けデスクトップ画面実時間配信システムとその管理システムの試作, 情報処理学会IOT研究会26
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HTML5 技術を利用してデスクトップ画面を、実時間で、数十台の端末に配信するシステムと、その管理システムを試作したことについて述べる。インターネットとプライベートネットワークのどちらにもサーバを配置することにより、授業や会議が遠隔地で分散して実施される場合にも対応できる。大量の端末に効率よくデータを配信するため、複数のサーバを利用するが、Web クライアントを自動的に適切なサーバに割り当てる機能も持っている。負荷分散機能も持っている。サーバを管理するため、Web 画面上でサーバを制御することができる。管理者が適切にサーバを加えたり減らしたりするため、端末数、Web クライアントで表示される単位時間あたりの表示画面枚数、Web クライアントにおけるネットワーク利用バンド幅などの変化も表示可能で、ログも採取できる。 Experimental Implementation of a Real-time PC Screen Distribution System for Classes and Meetings using HTML5 Technology Experimental implementation of a real-time PC screen distribution system for classes and meetings is discussed. This system uses HTML5 technology. So users of this system can use this system just using their own common Web browsers. Several tens web clients can share the screen of a PC. This system is a kind of CDN which unifies servers at the Internet and hierarchical private networks. An appropriate server of the CDN is selected automatically when a Web client is connected to the CDN. This system is also equipped with administration functions for managers of this system.
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HTML5 技術を利用した授業や会議向けデスクトップ画面実時間配信システムとその管理システムの試作, 情報処理学会IOT研究会26
- 1. HTML5 技術を利用した授業や会議向けデスクトップ 画面実時間配信システムとその管理システムの試作 山之上卓 小荒田裕理 小田謙太郎 下園幸一 鹿児島大学 2014 6/28 情報処理学会IOT研究会第２６回@新潟大学
- 2. 目次 • はじめに • System 概要 • 負荷分散機能とプライベートネットワークをまたぐCDN機能 • 管理機能 • 関連研究 • おわりに
- 3. はじめに • 授業やゼミや会議 – パソコン画面をプロジェクタでスクリーンに投影 – -> 遠くから小さな字や絵を見ることが困難 – このような問題に対処するため – -> SOLAR-CATS[1][4] やMulti VNC[7] – -> 会議参加者それぞれに, これらのソフトウェアをインストール したパソコンが必要. – (市村先生のQuick Boardはその問題はありません)
- 4. • 最近, みんな、スマートフォンやノートパソコンを携帯 – 発表者のパソコンのデスクトップ画像を, – このような機器で, – 特別なソフトウェアやアプリをインストールすることなしに, • 共有したい • -> 「Web Screen Share」 • 我々のゼミで利用
- 7. • Web Screen Share – HTML5の Web Socket技術 – パソコンデスクトップ画面共有システム – 複数の, HTML5対応 Webブラウザに, 画像中継Webサーバを通 じて, 送信元パソコンのデスクトップ画面をリアルタイムで配信 • Web Screen Share は, 参加者が２０名程度までなら, 問題 なく動作 • この人数を超えると, 動画を表示するときに, 動きの滑らか さが失われてしまう
- 8. • この問題を, – 平衡２分木上に接続されたサーバ間データ転送ノード – を使うことによって, 解消 • 送信元パソコンのデスクトップ画像を – サーバ間データ転送ノードを使って – 複数の画像中継Web サーバに配送 • Web ブラウザ – 複数の画像中継Webサーバに, 自動的に, 均等に, 接続 • 「Distributed Web Screen Share」
- 9. • Webブラウザの均等割り当て –トーナメントアルゴリズムを使って実現 • Distributed Web Screen Share – 動画表示の動きの滑らかさを損なうことなく, – より多くのWebクライアントで – 同じデスクトップ画面を共有
- 10. • 今回一種の CDN の仕組みを考案し, 試験的に実装 – Distributed Web Screen Share のサーバをインターネットと階層 的なプライベートネットワークの各所に配置 – インターネットと階層的なプライベートネットワークのどちらにも サーバを配置することが可能 – 授業や会議が遠隔地で分散して実施される場合にも対応 – Web クライアントを自動的に適切なサーバに割り当てる機能
- 11. • システムの管理者：Web 画面上でサーバを制御可能 – 管理者が適切にサーバを加えたり減らしたり可能 • 端末数, Web クライアントで表示される単位時間あたりの 表示画面枚数, Web クライアントにおけるネットワーク利用 バンド幅などの変化も表示可能 • ログも採取 • CDN for Web Screen Share, CDN4WSS
- 13. 2. システム概要 • CDN4DWSS – 大量のクライアント間の画面共有 – 異なるプライベートネットワークにあるクライアント間の画面共有 … 遠隔地間の画面共有 – 適切なサーバの自動選択
- 14. • CDN4WSS
- 16. 3. 負荷分散機能とプライベートネットワークを またぐCDN機能 • Web Screen Share • Distributed Web Screen Share • トーナメントアルゴリズムによる負荷分散 • 階層的なネットワークにまたがったCDN
- 17. • Client-Server 型 • HTML5 の Web Socket 技術を使った • パソコンデスクトップ画像の実時間共有システム • 構成 – 1台の Web Server – 複数の Web Client – 画像取得とその画面をサーバに送信する Screen Sender 3.0 Web Screen Share
- 19. • Screen Sender – デスクトップ画像を繰り返し取得 – 通常のSocket を使って Web Server に送信 • Screen Sender から画像を受け取った Web Server – その画像を各Web Client に対応した Queue の最後に追加 – Queue に溜まった画像の量が一定値を超えると, その値を超え ないようにQueue の先頭部分にある画像を削除 – 現在, この一定値は 3 .
- 20. • Web Client – HTML5 , Web Socket – Web Server に対して get コマンドを繰り返し発行 • Web Server が get コマンドを受け取ると – Web Client に対応した Queue の先頭にある画像を, – get コマンドを受け取った Socket に対して送信 – その画像を Queue から削除 • 画像を受け取った Web Client …その画像を表示する. • Jetty を利用(開発当時は Web Socket が利用できるWeb サーバ)
- 21. CPU ：intel インテル Celeron デュアルコアE1200 1.6GHz 相当 Memory: 2GB Screen Sender : 5fps 解像度: 1440 x 900 Network: 100Mbps (NIC: 1Gbps)
- 22. 3. 1 Distributed Web Screen Share-1 • 大規模な会議にも対応したい-> • 数百台のWeb クライアントが画面共有できるようにしたい • Web クライアント増加による性能劣化を緩和したい –Distributed Web Screen Share (DWSS)を開発 • DWSS – Node System を平衡2分木状に接続 – 葉の位置にあるNode system の Web Server にWeb Client をで きるだけ均等に割り当て
- 23. 3. 1 Distributed Web Screen Share-2
- 24. 3. 1 Distributed Web Screen Share-3 • 平衡2分木のすべてのISC Node に画像を中継するため,以下の multi-casting 手続きを利用する. • 準備 – すべてのノード（ISCノード）は、 • 親、左（の子）、右（の子） – の３つの全２重のTCP 接続を持つ null の場合もある • 手続き – どれかのTCP接続から multicast データを受け取ったら, それを他の接 続に転送する – 受け取った multicast データのノード内処理を行う
- 25. 3. 1 ISCノードによる平衡２分木の構成-1 • 特許 No. 5186624, (Feb. 2013) • 新規ノード追加時 • 準備 – すべてのノードは、自分の左右それぞれの子孫の数を記憶 • 葉ノードはそれぞれ０ – 根以外のノードは、一定間隔で、 自分（１）＋左の子孫の数＋右の子孫の数 を親ノードに通知
- 26. 3.1 ISCノードによる平衡２分木の構成-2 • ノード追加処理 (recursive procedure) – あるノードにおいて、 • 左右ともども子孫がいなかったら、左に追加 • 左に子孫がいて、右にいなかったら、右に追加 • それ以外は子孫の数の少ない方に対してノード追加 処理 – 新規ノードは（原則として）(グループの)根ノードから追加
- 27. 3.1 ISCノードによる平衡２分木の構成-3 • グループ内ノード障害発生時・離脱時の処理 – ノード数情報を親ノードに送るとき、親から反応がない場合は親 がいなくなったと判断 – 根以外のグループ内の任意のノードは、親がいなくなったら、自 分を新規ノードとして根に追加処理を依頼 • 一時的にバランスはくずれるが、徐々にバランスが保たれ る方向にノードが追加される。
- 28. 3.2 トーナメントアルゴリズムによる負荷分散-1 • 準備 • 任意のノードは、以下の情報を持つ – [自分のWebサーバの情報, そのWeb Client の数] – 左の子孫における[Web Client 接続先候補, そのWeb Client の 数] – 右の子孫における[Web Client 接続先候補, そのWeb Client の 数] – ノードの[Web Client 接続先候補, そのWeb Client の数]
- 29. 3.2 トーナメントアルゴリズムによる負荷分散-2 • 定期的に以下を行う – 葉ノードは、[自分のWeb サーバの情報, そのWeb Client の数] を [Web Client 接続先候補, その Web Client の数]とする – 節ノードは、左右を比較して、Web Client の数が少ない方(勝っ た方)の [Web Client 接続先候補, その Web Client の数]を ノードの[Web Client 接続先候補, その Web Client の数]と する
- 30. – 根ノード以外は ノードの[Web Client 接続先候補, その Web Client の数] を親ノードに伝える
- 31. 3. 2 トーナメントアルゴリズムによる負荷分散-3 • 新規に Web Client が接続されるとき – その Web Cliet は根ノードに接続する. – 次に、根ノードの Web Client 接続先候補に redirect する。 • 葉ノードの中で最も Web Client 数が少ない Web サーバ に接続する --- 負荷分散
- 32. 3.2 トーナメントアルゴリズムによる負荷分散-4 0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 fps Number of Clients サーバ7台 サーバ3台
- 33. 3.2 アルゴリズムの拡張 • １つの葉ノードに接続される Web Client の制限 • 全Web Client 数のモニタ… Web Client 増加時には ノード を追加するなどに利用 • （Web Client数減少時）葉ノードへのWeb Client の接続制 限 葉ノードを空にしてグループから削除
- 34. 3.3階層的なネットワークにまたがったCDN • 3.3.1 階層的ネットワークのモデル • 3.3.2 CDN4WSS • 3.3.3 適切なサーバ割り当てアルゴリズム
- 35. 3.3.1 階層的ネットワークのモデル Global Network Private Private Private Private Private Private Private HalfConnectable harfConnectable fullConnnectable address(h) addressAt(h,H) host(a,H) NATではなくNAPT を想定
- 36. 3.3.2 CDN4WSS connected Sをノードとする木 S : 一つの ネットワーク にあるCDN4WSS のサーバの 集合 communicable(h1,h2)
- 37. 3.3.3 適切なサーバ割り当てアルゴリズム • privateRootServers(s∊S)= {addressAt(sxr,Sx)| connected(sxr,sy) where s∊Sy, sy∊Sy, sxr∊Sx, and (sx,sy)∊D}
- 38. Procedure connectToAnAppropriateServer(a∈A) begin connect to ℎ𝑜𝑠𝑡 𝑎, 𝐻 temporally; privates←privateRootServers(ℎ𝑜𝑠𝑡(𝑎, 𝐻)); default← 𝑑𝑒𝑓𝑎𝑢𝑙𝑡𝑆𝑒𝑟𝑣𝑒𝑟 ℎ𝑜𝑠𝑡(𝑎, 𝐻 ) ; if privates≠ 𝜙 then for each 𝑠 𝑟𝑖 ∈ 𝑝𝑟𝑖𝑣𝑎𝑡𝑒𝑠 if connectable(𝑡ℎ𝑖𝑠, 𝑠 𝑟𝑖) then connectToAnAppropriateServer(𝑠 𝑟𝑖) ; connect to default as a client; end;
- 39. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Global Internet Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Node-L is a leaf node in the global Internet, and it has the smallest number of web clients or node systems at private networks. Private IP: PA0 Private network-0
- 40. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Global Internet Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Node-L is a leaf node in the global Internet, and it has the smallest number of web clients or node systems at private networks. Private IP: PA0 Private network-0 I’d like to join your group. Global IP address is GA0 Temporal WebSocket Connection
- 41. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Global Internet Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Global IP address is GA0 Does anyone has the private node link, the address of which is GA0?.
- 42. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Global InternetRoot Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Global IP address is GA0 I have it. The private addresses of it is PA0.
- 43. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Try to connect to PA0. If failed to connect to it, try to connect to Node-L
- 44. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Is it possible to connect to PA0? If yes, …
- 45. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 I’d like to join your group.
- 46. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L1 Private IP: PA2R1 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Does anyone has the private node link, the address of which is P10?. Private IP address is P10
- 47. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Private IP address is P10 I have it. The private addresses of it is PA2R0. I have it. The private addresses of it is PA2L0.
- 48. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Try to connect to PA2R0 or PA2L0. If failed to connect to it, try to connect to Node-P0L Node-P0L
- 49. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Node-P0L Is it possible to connect to PA2R0? If No, …
- 50. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Node-P0L Is it possible to connect to PA2L0? If Yes, …
- 51. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Node-P0L I’d like to join your group
- 52. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Node-P0L I have no children Nodes. So the new web client can connect to me as my web client.
- 53. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client ? Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Node-P0L Connect to me as my web client.
- 54. Screen Sender Private network-2L Private network-2R Private network-1 Root Node System New Web Client Private IP:PA2L0 Private IP: PA2R0 Node-L Node-R Private IP: PA0 Private network-0 Node-P0L Connect as a web client
- 57. 4. 管理機能 • Web GUI • Node System の追加と削除 • Node System の接続状況の把握 • 接続クライアントの把握 • 変化の把握 – Node system 数 – クライアント数 – Fps, バンド幅
- 61. 7. 関連研究 • SOLAR-CATS … Web Client ではない • 拡張Edutab … 負荷分散はない • AKAMAI … 限られたIP範囲内の、せいのでドーンには向 かない • FCAN … 特殊なDNS を利用 • Ustream Live Producer … 遅延が大きい – Web RTC … DWSS に使えるかも
- 62. 7. おわりに • CDN4DWSS – 大量のクライアント間の画面共有 – 異なるプライベートネットワークにあるクライアント間の画面共有 … 遠隔地間の画面共有 – 適切なサーバの自動選択 • 今後 – モデルと現実の違いの対策 – 上田らの研究成果の利用 – セキュリティ