SRv6を用いた低遅延リアルタイム配信処理プラットフォーム
2023.10.5○瀬林 克啓・丸山 充・岩田 一(神奈川工科大学)・
君山 博之(大同大学)・仲地 孝之(琉球大学)・
加藤 康久・青木 弘太(ミハル通信)・
三島 航・深川 祐太・小原 泰弘(NTTコミュニケーションズ)・
漆谷 重雄・栗本 崇(NII)・
河合 栄治・大槻 英樹(NICT)・小林 和真(NICT/IPA)
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1

研究開発の取り組み
モチベーション
• 8K超高精細映像を使った番組制作環境をクラウドインフラで実現– 編集設備のアクセラレーションはできないか• 医療用8K映像を用いた遠隔診断・遠隔医療を自在に行う環境をクラウドイン
フラで実現– 内視鏡映像や顕微鏡映像のデータベース化や医学教材としての利活用
ハイビジョンの16倍、4Kの4倍の空間解像度（7680 x 4320）を持つ映像

映像処理プラットフォーム技術
エッジ・クラウド上でのリアルタイム8K映像処理
映像レート：24Gbps-48Gbps
伝送レート：25.6Gbps-51.2Gbps
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研究のスタンス
映像処理プラットフォーム技術• エッジ・クラウド上でのリアルタイム処理

協調

フィードバック
市場性、技術の方向性

ネットワーク・クラウド制御技術• 高精度モニタ技術、仮想ネットワーク制御• 高精度CPUリソース監視
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実証実験

SINET6
JGN
学生への刺激の場
実践教育の場
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広帯域・低遅延リアルタイム配信処理プラットフォーム
Edge

映像素材配信 Cloud

AI cloud

映像処理

Edge

Edge
Edge

VVFを自由自在に組み合わせて映像制作ワークフローを実現（サービスファンクションチェイニング）
広告挿入
メディア分離・合成

AI機能

自動翻訳

字幕挿入
物体検出

Edge

B5Gネットワーク

DPDK*を用いてソフトウェアで実現した映像処理機能(VVF)
遅延調整
モニタリング機能

フロー品質
トラヒック特性メディア同期ADVNET2023(2023.10.5)

映像処理機能色調整

トランスコーディング

4

VVF(Virtualized Video handling Function)
通常の処理

DPDKを使用したVVFの処理• DPDK*を用いてソフトウェアで実現した映像処理機能• SIMD（AVX-512）を併用• Over 100Gbpsのパケッ
ト処理性能を達成*DPDK：Data Plane
Development Kit
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5

相模原DCのエッジ装置

４００Gbpsの処理性能

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デモンストレーションビデオ
• 相模原DCに構築した400Gbpsエッジ装置の映像処理– 映像スイッチング– トランスコード＋色調整– HD切り出し• MIDIコントローラによる制御– 簡易的なライブスイッチャー

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7

国際回線を用いたSC22 NRE 実験展示
• ダラスの会場からエッジ装置を操作• 処理前と後の8K映像を会場で表示• 6本の国際回線から主にSINET6国際回線を使用
神奈川工科大学(KAIT)
大同大学
琉球大学
ミハル通信株式会社
国立情報学研究所(NII)
情報通信研究機構(NICT)ADVNET2023(2023.10.5)

8広域SRv6サービスチェイニングの実現に向けた検討
KAIT
映像処理機能の連携
VVF実装
SRｖ6の適用

網サービスの有益なアプリケーション例
として映像処理を適用

NTTコミュニケーションズ
SRv6/SR-MPLS
トポロジ制約のないSFC*手法
インラインコンピューティング*SFC: Service Function Chaining

インラインサービスチェイニングのモデル化
データプレーンをテスト実装・評価
NS研究会（2023年3月）で発表
IETFへの標準化提案を勧めるコメント

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9課題: サービスチェイニング技術の制約• Network Functionとの接続方式によるトポロジ上の制約– Service Function ForwarderとService Function Chaining (SFC)
Proxyによる転送– Network Functionの配置変更には, 物理的な構成変更が必要– 経由ノードの増加に伴い転送遅延も増加

トポロジ制約のないSFC手法が必要
需要に応じたNetwork Functionの配置,負荷に応じた水平展開を実現したい！

Decap.
SFC Traffic

Head end
RouterNetworkFunction
SFC ProxyService Function
Forwarder(SFF)

non-SFC Traffic Overlay Domain
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Encap.

Tail end
Router10

提案: インラインサービスチェイニング
• 中継ルータをインラインサービスチェイニングルータとして構成– Virtual Network Function (VNF) を収容可能なハイパーバイザ機能• 任意の箇所の中継ルータでVNFを提供– 需要に応じてVNFをデプロイ, スケーリング可能
設計のポイント• 映像遅延の最小化 (1フレーム = 16ms以内での転送)• 既存IPv6ネットワークへの導入→ 汎用サーバ上で中継ルータ機能とNetwork Function機能を提供

VNF
SFC Traffic

Head end
Router
non-SFC Traffic

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Inline SFC
Transit Router

Tail end
RouterOverlay Domain

11アプローチ• インラインサービスチェイニングを実現するためにEnd.ANを採用– End.ANの定義: ”TBA1-1 End.AN - SR-aware function(native) [This.ID] ”• SRv6対応のNetwork Functionを提供するためのbehavior• 定義は上記のみ. 詳細や実装例, ユースケースは無し

具体化, 詳細設計が必要

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12設計: SRv6 End.ANの具体化• 未定義のEnd.ANの処理を本研究にて設計○○○

Segment Listを1つ進めるとともに, 宛先アドレスを更新SID(Segment ID)にマッチするNetwork Functionへ接続しSFCを適用！
SFCを利用しないパケットは通常のIP転送

パケット処理の例

今回設計したEnd.ANのアルゴリズム→ 具体化したEnd.ANを映像処理アプリケーションに組み込み実装
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End.ANの動作

SIDにより、Network Function (=VVF)を選択的に適用！
End.ANSR header
Head end
Router(Encap.)

End.ANVVF(SID_A))VVF(SID_A
VVF(SID n)PayloadEnd.AN capable
Transit Router

non-SR
PayloadheaderTail end
Router(Decap.)

IPv6 forwarding
Overlay Domain
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映像アプリケーションの例• 映像スイッチング機能– 2系統の非圧縮8K映像を1フレーム以内に選択切り替え・出力する機能– 映像パケットのうちペイロードのみを差し替え

ADVNET2023(2023.10.5)15実装: End.ANを用いた映像スイッチング機能• End.ANと, 映像スイッチングを実現するVVFを実装– 主系統, 副系統それぞれのEnd.ANをLocal SIDとして設定– パケットに付与されたSIDを元に, 対応する系統の入力に振り分け

ADVNET2023(2023.10.5)

16評価①: 性能評価実験• パケットレベルで遅延性能を計測– 計測用サーバでスイッチングサーバ発着のパケットのタイムスタンプを比較– 下記の4つのCaseについて評価
CaseDescription

Case 0

通常のIPv6転送

Case 1

通常のEnd処理

Case 2

End.ANを適用（主系統出力）

Case 2.5 End.ANを適用（副系統出力）
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Case

Description

Latency

Case 0

通常のIPv6転送

4.5 μsCase 1

通常のEnd処理

6 μs

Case 2End.ANを適用（主系統出力） 6.7 μs

Case 2.5 End.ANを適用（副系統出力） 7.7 μs

Latency(ns)評価①: 性能評価実験（結果）提案手法により, 1フレーム未満の遅延= 16ms以内での転送を実現

ADVNET2023(2023.10.5)

18評価②: 実証実験
• NICT主催「さっぽろ雪まつり」における実証実験– 複数拠点からの映像を使用し, 8Kライブ映像のワークフローを実現••

相模原拠点にEnd.ANを実装した
Transit Routerを配置• 映像スイッチングVVF• トランスコーディング (色調整&8KDG→8KFull) VVF• トランスコーディング(8KFull→8KDG)VVF
各拠点にミニエッジ(Head/Tailend router)を高信頼NFV（Kamuee）に配置

実用網で3日間の安定運用に成功
ADVNET2023(2023.10.5)

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NICT雪まつり実験(2023年2月)

SRv6を用いた広域サービスチェイニング
札幌
8K仮想サーバ

うめきた
ミニエッジ
Encap
伝送装置

K大手町

400

伝送装置

HTB/プレハブ

400

ＵＤＸ
8K LCD
伝送装置
各種

相模原DC

大阪DC

400

100

400
東京DC

名古屋DC

アストロ
8K-3D
カメラ

8K LCD

400

伝送装置

N大手町

SRv6ドメイン宜野座ITオペレーションパーク
8K SONY LCD

100

次世代NFV
Encapエッジ

池上8K カメラ
100

400

ミニエッジ
Encap

堂島
400

8K -3Dプロジェクタ

100

100

北陸

HOTNET

NII エッジ

次世代NFV
Encapエッジ

8K
LCD

8K LCD

100エッジ
Decap

相模原エッジEnd.AN

大同大学
ADVNET2023(2023.10.5)

伝送装置

８Ｋサーバ

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結論

インラインサービスチェイニングにより既存SFCの課題を解決！

• SFCの効率的な実現を目指し, インラインサービスチェイニングを提案– 映像遅延の最小化– 既存IPv6ネットワークへの導入⇒既存SFCのトポロジ制約から脱却！

• End.ANの詳細を設計＆実装– SRv6 behaviorによる中継ルータでのNetwork Function提供＆IP転送を実現• 映像ワークフローのサービスチェイニングを実証– 性能評価：映像品質に影響を与えない遅延性能を実現（< 7.7 μs）– 実証実験：IPv6網へ導入. 3日間の安定・正常動作を実証
ADVNET2023(2023.10.5)

21

Interop Tokyo 2023

（6月14日～16日＠幕張メッセ）

広域SRv6サービスチェイニングを用いた映像制作

広域SRv6ドメイン
8Kカメラ(KAIT）

100Gbps
Encap

100Gbps KAITエッジ

ブースエッジ

DG - Full変換VVF

Full - DG
変換VVF

映像SW
VVF

映像SW
VVF

色調整
VVF

Full - DG
変換VVF

映像SW
VVF

DG - Full
変換VVF

VVF

Decap

Encap

100G
100G
サービス
チェイニング
色調整
400G
APN（NTTcom)

Segment Listの変更で
8Kカメラ
400Gbps相模原エッジ(宜野座)
映像処理ワークフローを自在に変更

400G

高信頼
NFV（堂島）Encap
ADVNET2023(2023.10.5)

8Kカメラ
(ブース)

KAITブースまで
SRv6を延伸

高信頼NFV（北陸）

Encap

8K映像素材StarBED1

Encap

8K映像素材StarBED2

22

SC23 NRE@DENVER, CO • NOV 12–17
NRE-028: Uncompressed 8K video processing
using SRv6-based service function chaining
広域SRv6ドメイン
between Japan and U.S.

NICTブース

HDモニタ（切り抜き）

Decap

8Kカメラ
(KAIT）

Encap

Segment Listの変更で映像処理ワークフローを自在に変更
8Kカメラ
(宜野座)

Traffic meter/
Stream monitor

100Gbps

100Gbps KAITエッジ
Full - DG
変換VVF

ブースエッジ

映像SW
VVF

Decap

400Gbps相模原エッジ

サービス
チェイニング

Full - DG
変換VVF

DG - Full
変換VVF

映像SW
VVF

色調整
VVF

４Kモニタ
（処理後）

NICTブースまで
SRv6を延伸

国際回線

高信頼NFV
Kamuee 100Gbps
Encap 堂島エッジ

高信頼NFVADVNET2023(2023.10.5)

KamueeEncap

8K映像素材StarBED1

KamueeEncap

8K映像素材StarBED2

23

謝辞• NICT雪まつり実験2023の実証実験の実施にあたり，NIIのSINET6，NICTJGNの皆様には環境構築にご尽力いただきました．独立行政法人 情報処理推進機構 産業サイバーセキュリティーセンター様，サイバー関西プロジェク
ト様，宜野座村ITオペレーションパーク様，北海道テレビ放送株式会社様，池上通信機株式会社様，アストロデザイン株式会社様，アリスタネットワークス
ジャパン合同会社様，セイコーソリューションズ株式会社様，株式会社オービス様，ピュアロジック株式会社様をはじめ関連組織の皆様のご協力頂きました．
• Interop Tokyo 2023の実証実験の実施にあたり，NIIのSINET6，NICTJGN，ShowNetの皆様には環境構築にご尽力いただきました．また，アリス
タネットワークジャパン合同会社様，ピュアロジック株式会社様をはじめ関連組織の皆様のご協力を頂きました．
• 本研究の一部は，NICT委託研究（採択番号 03101）及びJSPS 科研費
22K12021、 22K12003 により得られたものである。
ADVNET2022 (2022.10.14)

24ご清聴、ありがとうございました。
ADVNET2023(2023.10.5)25以下、質問対応

ADVNET2023(2023.10.5)

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ネットワークリソースのリアルタイム可視化技術
ストリームモニタ• コンフィグにより様々なストリーム解析結果の表示が可能• 以下はレーン間の遅延差の可視化例

レスポンス時間重視
8K映像が乱れた瞬間の状況を表示

8K映像トラヒックメータ• 解像度、パケット量・転送レートの上限、グラフ表示の変更がキーボードから可能

ストリーム毎の統計情報表示
8K映像の乱れの原因のあるスリームを特定
ADVNET2023(2023.10.5)

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