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2004 年 11 月. 経営情報学会 2004 年度秋季全国研究発表大会. インターネットを用いた 研究支援環境. 平澤 茂一 * 1 ,鴻巣 敏之 * 2 ,野村 亮 * 3 , 中澤 真 * 4 ,松嶋 敏泰 * 1 * 1 早稲田大学理工学部 経営システム工学科 * 2 大阪電気通信大学情報工学部 情報工学科 * 3 青山学院大学理工学部 情報テクノロジー学科

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Presentation Transcript

2004年11月

経営情報学会2004年度秋季全国研究発表大会

インターネットを用いた研究支援環境

平澤 茂一*1,鴻巣 敏之*2,野村 亮*3,

中澤 真*4,松嶋 敏泰*1

*1早稲田大学理工学部 経営システム工学科

*2大阪電気通信大学情報工学部 情報工学科

*3青山学院大学理工学部 情報テクノロジー学科

*4会津大学短期大学部 産業情報学科


1.はじめに

  • 目的

     遠隔地の大学・企業間の研究者の共同研究の場を提供する.

    環境・・・ゼミ・輪講・研究発表討論・研究指導など

  • 文書・論文・専門書・ゼミ資料・図表データなどのデータベースの構築・共有・検索

  • インターネットを介した音声・文字・映像(動画像・静止画像)の交信


  • インターネットを用いた

      教育活動支援システム ・・・遠隔教育,オンデマンド授業

      研究活動支援システム ・・・ARPANET

共同研究活動支援環境「Net-semi」システム構成

(1)ネットワーク型カンファレンスシステム「Net-con」

                    ・・・・電子会議

(2)研究用プライベートデータベース検索システム「PDB」

                    ・・・・登録・検索エンジン


2 net semi

(韓)漢陽大

早大平澤・松嶋研

ネットワークカンファレンス端末

プライベート論文DB検索システム「PDB」

2. 研究活動支援環境  「Net-semi」システム構成

(英)ケンブリッジ大学

酒井

(米)UCLA

W.W.Chu

Internet

(米)U.Hawaii

松嶋

会津大学

中澤

大阪電通大

鴻巣

早稲田大学Bizmateサーバ

図2.1 「Net-semi」システム構成


2 1 net con

ネットワークカンファレンスシステム 「Net-con」

プロジェクタ

ビデオカメラ

ホワイトボード

タブレット

ヘッドセット

スピーカ

Internet

マイク

録画専用

HD

ゲートウェイ

HUB

2.1 ネットワーク型カンファレンスシステム 「Net-con」

送受信PC

図2.2 「Net-con」システム構成


2.1 ネットワーク型カンファレンスシステム「Net-con」

  システム機器構成


2 2 pdb
2.2 研究用プライベートデータベース 検索システム「PDB」

ゲートウェイ

HUB

プライベートDB検索システム 「PDB」

WWWサーバ

VR検索エンジン

CBS検索エンジン

(導入予定)

OCR

マルチメディア

DB

図2.4PDBシステム


2.2 「PDB」システム構成機器


コンピュータ

ユーザ

2次情報

ブール式

転置ファイル

ブール演算

文献番号リスト

検索質問

フォーマット化

前処理

文献ファイル

検索結果

1次情報

文献リスト

(タイトル・アブストラクト・本文)

  • 検索システム(Visual Recall)

図2.5 硬い検索システム

(Visual Recall)


コンピュータ

関連度計算

関連度リスト

ユーザ

検索質問

2次情報

文書

ベクトル空間

モデル

文書ファイル

分類エンジン

検索結果

前処理

1次情報

関連度リスト

(本文)

  • 検索システム(Concept base search)

図2.6 軟らかい検索システム

(Concept base search)


Concept base search
Concept Base Searchの特徴

  • 自然言語による検索(自然言語インターフェース)

  • 概念類似検索

  • 関連語情報の自動生成

  • マルチドキュメントフォーマット対応

  • マルチストレージングプラットフォーム対応


ベクトル処理

ターム間の重要度をもとに文書の意味をベクトルで表現

ターム間の重要度を

数値化

4WDの需要度

アウトドア 0.5

四輪駆動 0.7

・・・

元文書

文書B

文書A

レジャーの重要度

ドライブ 0.7

家族 0.5

・・・

文書C

問い合わせ文

問い合わせ文

近いベクトルを持つ文書を

意味的に類似していると判断

図4.9 文書のベクトル処理


3. インターネットの通信サービス品質(QoS)

  • パケット損失

  • パケット遅延時間

  • ジッタ

  • スループット

インターネット : 回線品質が変動   

条件によっては,Net-semiを成立させる

通信サービス品質が確保できない.

ゼミ・研究指導などの成立する条件を明らかにする

本研究の目的


1 10 100 1000 [ms]

1

10-3

音声

動画

イメージ

文字・図形

10-6

10-9

メディアに対するQoS(Quality of Service)

遅延時間 [ms]

ロス率[%]

図 3.1 ATM通信における要求通信品質


実際の音声通信の遅延時間 1000 [ms]

表3.1 音声通信における遅延時間


パケット棄却率 1000 [ms]

ネットゼミ

 不成立領域

ネットゼミ

 成立領域

遅延時間

図3.2 ネットゼミ成立領域


  • プロトコル 1000 [ms]

    レイヤ 7 (アプリケーション層) MPEG マルチメディア文書通信プロトコル

    JPEG

    ODA

    レイヤ 4 (トランスポート層)  TCP

    レイヤ 3 (ネットワーク層)  IP エンドツーエンド通信

                                 ・・データ通信のためのプロトコル

    レイヤ 1 (物理層)       ATM (IPo ATM)

動画・音声に対するアプリケーション層のソフト処理の限界(VoIP)

                               →ハードウェア化


1000 [ms]3.2 ミックスモードとプロセッサブルモード(テレマティクス通信)


1000 [ms]3.3 インターネットの特徴


インターネット 1000 [ms]

表 3.4 マルチメディア通信


3.1 1000 [ms]遅延時間

End-to-End遅延時間

送信側

受信側

  • codec 符号化時間:tc

  • パケット化時間 :tp

  • ジッタ吸収バッファ時間:tb

  • codec 復号化時間:td

  • ネットワーク遅延時間: tn


4. 1000 [ms]実験結果と評価

4.1 送受信PCとQoSの測定

(1) 回線遅延時間 tnとパケットロス率の測定

早大(WU) -英国ケンブリッジ大(CU)

-米国カリフォルニア大学

            ロスアンジェルス校(UCLA)

          -米国ハワイ大学マノア校(UHM)

-早大(LAN内)


  • 実回線の典型的な 1000 [ms]QoS

    : 回線遅延時間(往復),パケットロス率

    1)Waseda Univ. (Japan) –Cambridge Univ.(GB)

    2)Waseda Univ. (Japan) – UCLA (USA)

    3)Waseda Univ. (Japan) – University of Hawaii (USA)

    4)Local area network in Waseda Univ.

表 4.1 実回線のQoS: 回線遅延時間 tn,パケットロス率


 早大- ケンブリッジ大 回線品質特性 1000 [ms]

図4.1 実回線QoSの日内実測例(CU-WUの場合)


 早大- ケンブリッジ大 回線品質特性 1000 [ms]

図4.1 実回線QoSの週内実測例(CU-WUの場合)


 早大 - 1000 [ms]UCLA 回線品質特性

図4.2 UCLA-WSのQoSの日内実測例


 早大 - ハワイ大 回線品質特性 1000 [ms]

図4.3 UHM-WSのQoSの日内実測例


OHP33 1000 [ms]

  • CU-WUのリンクパス

表4.2 CU-WUのリンクパス例


送信 1000 [ms]PC

受信PC

QCHECK (フリーウェア)を用いて

End-to-End遅延を測定することにより,パケット化遅延時間+バッファ遅延時間を求める.

(2) パケット化遅延時間とバッファ遅延時間 tp+tb

理想的な通信路と仮定

Net-conのPCをハブなどを経由せずに直に接続

  • 送信PCの環境

    • CPU : Pentium4 (1.2GHz)

    • OS : Windows XP

受信PCの環境


OS 1000 [ms]の違いによる遅延時間への影響 (Case1)


OS 1000 [ms]の違いによる遅延時間への影響 (Case2)


OS 1000 [ms]の違いによるスループットへの影響 (Case2)


CPU 1000 [ms]の違いによる遅延時間への影響 (Case3)


CPU 1000 [ms]の違いによる遅延時間への影響 (Case3)


パケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめパケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめ

  • OSの違いによる遅延時間への影響

    • Windows98 > Windows2000

      • MTUやRWINの設定

    • Windows XP > Windows2000

      • 処理速度より安定性を重視した設計

      • Windows XPのためのCPUパワーが不十分

      • アプリケーションを用いたベンチマークテストでも同様の結果 [5]

  • CPUの違いによる遅延時間への影響

    • Cerelon(400MHz) > Pentium3(1GHz) = Pentium4(2GHz)


音響測定系パケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめ

to

全遅延時間

スピーカ

マイク

(3) codec遅延時間 tc+tdの測定

送(受)信PC

(送)受信PC

スピーカ

マイク

td

tc

tp

tn

tb

図4.4 codec遅延時間測定実験系


パケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめ4.5 通信ソフト比較

(*1) ゲートキーパ使用により多地点間通信に対応可

(*2) 独自のcodec

(*3) 最大3~5名程度

(*)MSN Messengerと互換性あり


パケット化遅延時間とバッファ遅延時間実験結果まとめ4.4 CPUとOSの違いによる平均codec遅延時間([s])


4 2 netcon

回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

ゼミが成立するか = アンケートにより調査

4.2 擬似回線による「NetCon」の   評価

MicrosoftNetMeeting

Net-con

Net-con

回線シミュレータ

(Radcom社「Internet Simulator」)

MS-PowerPointのスライドショーを用いて発表後,議論


実験内容回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

  • ゼミ発表者と参加者はMS Power pointファイルを共有しながら説明する.

  • 発表者が説明中でも他の参加者は随時質問ができ,質疑応答が始まる.

  • 隣接研究室間には互いに様子を映す小型CCDカメラでコマ送り程度の小画面動画像を表示する.


実験条件回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

  • 回線品質パラメータ 

    • パケット遅延時間 0 , 300, 500, 1000 (ms)

    • パケット損失率 0, 5, 8, 10 (%)

  • アンケート項目 

    • 「通常のゼミ通り-慣れれば問題ない-成立しない」

    • 5 1

      (5段階評価)

    • 音声,カメラ画像,総合の三項目

  • 被験者 : 平澤研,松嶋研学生12名

  • MS NetMeetingの設定 

    • 送信映像のサイズ : 大 , 送信映像の質 : 高


実験 結果 [回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)3 (慣れれば成立する)以上を選んだ割合]

満足度

パケットロス率

回線遅延時間[ms]

図4.6 QoSに対する「NetSemi」の満足度


実験結果回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

-3(慣れれば問題ない)以上を選んだ人の割合-

表6 結果

  • 質疑応答は主として音声のやりとりであるので,高い割合になっている.

  • 質疑応答時のページ切り替えと会話の同期に問題がある.

  • 双方が同時に意見を述べると遅延により会話に混乱が生じる.これは発言者が注意することで解決可能である.


5.回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)考察

5.1 送受信PCのQoS

  • PCのハードウェア・OSの違いによる差は大きくないが,PC内遅延時間 は483-522 msと大きい.

  • パケット化遅延時間とバッファ遅延時間の合計はcodec遅延時間に比べ十分小さい

  • 改善されたMS Messengerを用いると許容できる回線遅延時間に余裕が出来る

    5.2 実回線のQoS

  • インターネットで結ぶ研究室が位置する国のビジネスアワーの影響が大きい

  • 回線遅延時間は距離だけではなくパスを構成するリンクの影響を受ける.(UHM-WUよりUCLA-WUの方が遅延時間が小さい

  • QoSはパスリンクとルータの繁忙時間の影響を受ける


考察回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

5.3 全遅延時間とパケットロス

  • 許容可能QoSは

      回線遅延時間300ms(パケットロス率0%)

      パケットロス率5%(回線遅延時間0の時)

  • 遅延時間とパケットロス率はトレードオフの関係にある.

    -アンケートによる評価より

  • スライド画面・動画像使用有無の影響はPC内遅延時間にほとんど影響がない

  • 音声の劣化は画像の劣化より影響が大きい

  • パケットロス率の増加は音声より画像の劣化への影響が大きい


6.回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)むすび

  • 研究活動支援システムとして利用できるQoSの範囲を示した.

  • 実用化のためには,最新のグループウェアと最新のPCでアンケート調査を実施し,比較・調査をすることが必要


パケット棄却率(%)回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

ネットゼミ

 不成立領域

10

8

5

×

ネットゼミ

 成立領域

日英間

0

0

300

500

パケット遅延時間(ms)

図5.1ネットゼミ成立領域


100回線品質パラメータ  (遅延時間,パケット損失率)

  • 満足度(オピニオン評価)

      平均オピニオン評価法(mean opinion test)

非常に悪い

まあよい

悪い

50

よい

非常によい

0

0

1

1.5

2

2.5

3

4

5

オピニオンスコア

(5段階評価平均点)

MOS(mean opinion score)


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