デスクトップ画像共有システムのための , トーナメントアルゴリズムを使った負荷分散機構

山之上卓† 1　　杉田裕次郎† 1　小荒田裕理† 1　小田謙太郎† 1　　下園幸一† 1

鹿児島大学

マルチメディア，分散，協調とモバイル (DICOMO2013)シンポジウム2F-4, 2013 7/10@ 北海道十勝川温泉 ホテル大平原

目次 1. はじめに 2. Web Screen Share 3. Distributed Web Screen Share 4. ISC ノードによる平衡２分木の構成 5. トーナメントアルゴリズムによる負荷分散 6. アルゴリズムの拡張 7. 関連研究 8. おわりに

1. はじめに -1

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 )

1. はじめに -2

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

1. はじめに -3

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

1. はじめに -4

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 」

1. はじめに -5

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

1. はじめに -6

2. Web Screen Share-1

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

2. Web Screen Share-2

2. Web Screen Share-3

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 .

2. Web Screen Share-4

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 )

2. Web Screen Share-5

CPU ： intel インテル Celeron デュアルコア E1200 1.6GHz 相当Memory: 2GBScreen Sender : 5fps 解像度 : 1440 x 900 Network: 100Mbps(NIC: 1Gbps)

3. 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

3. Distributed Web Screen Share-2

3. 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

4. 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

4. 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

4. 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。

5. 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 ]

5. 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

5. 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

5. トーナメントアルゴリズムによる負荷分散 -4

0 10 20 30 40 50 60 70 800

1

2

3

4

5

6

サーバ 7台 サーバ 3台

Number of Clients

fps

6. 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

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

7. おわりに 大量のクライアント間の画面共有システムの負荷分散 大量の Wi-Fi 端末を使う会議や授業のための「ポータブル

クラウド」開発中。これに組み込み予定 ノード数が減っていくとき対策として、 Web Client にお

ける定期的な接続やり直しの方法もあり