AI 3 プロジェクトにおける SFC の活動◆招待論文◆

AI3 プロジェクトにおけるSFCの活動
The Activities of the AI3 Project in SFC
渡部 陽仁

慶應義塾大学大学院政策・メディア研究科特別研究助教

Haruhito Watanabe
Research Associate, Graduate School of Media and Governance, Keio University

本稿では、AI 3 プロジェクトの設立から今日に至るまでの、当プロジェクトにおける SFC の活動を紹介する。SFC は、当プロジェクトを通して、衛星通信回線を用いたインターネット通信技術の開発、東南アジア地域におけるインターネット通信基盤整備、マルチキャストネットワークの構築、遠隔教育、人材育成など、実に様々な活動を行い、大きな成果を挙げている。本稿では、その概要を紹介する。

This paper describes the activities of the AI3 Project in SFC. Using satellite links, this project
gives contributions to the society by: developing Internet technologies using satellite links, operatingan Internet infrastructure for southeast Asian region including a multicast network, and distanceeducation.
Keywords: インターネット、衛星通信、遠隔教育、途上国支援

KEIO SFC JOURNAL Vol.8 No.2 2008

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特集

アジアにおけるネットワークと遠隔教育

１

AI3 プロジェクト

ナーの増加と衛星通信回線を片方向に用いたブロー慶應義塾大学湘南藤沢キャンパス (SFC) によるドキャストリンク (Uni-Directional-Link, UDL) の利

東南アジア地域のインターネット通信基盤整備の取用開始によって、AI 3 のネットワーク構成は大きくり組みは、1995 年の Asian Internet Interconnection変化した。そうした変化の最も大きな理由は、地上

3

Initiatives Project (AI )[1]

設立をきっかけに始まっ回線の帯域が著しく増加し大幅にコストダウンしたた。AI は、インターネット通信技術の共同研究をのに対し、衛星回線では限られた周波数帯域を効率目的として、アジア地域の研究機関が共同で設立し的に利用することが序々に求められてきたからであた国際研究コンソーシアムである。SFC は本プロる。同様に、衛星インターネットにおける主な研究ジェクトの設立発起メンバーとして、設立時から現対象は、高遅延広帯域回線における高速通信技術か在まで、中心的な役割を果たしている。技術開発をら、高遅延狭帯域の回線をできるだけ効率的に利用目的として設立した本プロジェクトであるが、そのする最適化技術へ移り変わった。また、商用の衛星進行の過程で、東南アジア地域のインターネット通インターネットも、狭帯域な地上回線と広帯域な衛信基盤の整備にも大きな役割を果たすこととなっ星通信回線を併用するモデルから、地上回線が全くた。東南アジアの参加国は、本プロジェクトを通し利用できない地域に衛星回線による双方向インターて、SFC からインターネットの最新技術と運用ノネット接続サービスを安価に提供するモデルへと変ウハウを学んだ。そして、本プロジェクトの参加組化した。

3

織および参加研究者が自国のインターネット通信基

本稿では、東南アジア地域のインターネット通信盤整備を主導し、現在の東南アジア地域のインター基盤整備に大きな役割を果たした、AI 3 ネットワー

ネット通信基盤発展につながった。

クについて述べる。そして、SFC を中心に開発さ3AI が整備運用する研究開発用ネットワークをれ、AI 3 ネットワークに適用した最適化技術とそのAI 3 ネットワークと呼ぶ。その最大の特徴は、衛星運用方法を述べる。また、UDL および UDLR (Uni-通信回線を用いていることである。1995 年のプロDirectional-Link-Routing) [2] 技術の実証実験、アジ

ジェクト設立当時は、東南アジア地域の情報通信イ

ア規模の広域遠隔教育活動におけるインフラストラ

ンフラが未発達であったため、参加組織を地上の専クチャとしての利用、UDL におけるマルチキャス用回線で相互接続することが困難であった。そのたト、アジアへの IPv6 の普及、津波やサイクロン被3め、AI では衛星通信回線を用いた国際バックボー災地へのインターネット通信環境の緊急提供など、ンの構築を開始した。衛星通信回線は、地上回線のAI 3 を通した SFC による活動を報告し、今後の展望整備状況に関わらず利用でき、用途に応じて自由にを述べる。

ネットワーク構成を変更できる利点がある。プロ

２

ジェクト開始時点では、地上回線と比較して大きなAI 3 ネットワークの構成と変遷帯域を確保しやすいという優位性もあった。AI 3 ネッ

AI 3 ネットワークの変遷は、図 1 に示す 4 つのトワークは日本の奈良先端技術大学院大学 (NAIST)フェーズに別れる。フェーズ 1 は発足当初のスターをハブとしたスター型トポロジから始まり、1996型ネットワークトポロジである。フェーズ 1 では、年にポイントツーポイントリンク (P2P リンク ) に

比較的小型のアンテナで通信可能なことから Ku バ

よって Institut Teknologi Bandung (ITB, Indonesia),ンドが利用された。また、C バンドは法律的に利用

Asian Institute of Technology (AIT, Thailand),できない国が存在したことも、Ku バンドを利用しHong Kong University of Science and Technologiesた理由であった。現在の AI 3 もスター型トポロジを(HKUST, HongKong) の 3 組織を接続した。AI 3 ネッ

残している。その理由は、多組織が接続してもリトワークを共同で運用し研究開発を行うこれらのンク数が著しく増加しないこと、全ての参加組織

33組織を AI パートナーと呼ぶ。その後、AI パート間が最大 2 ホップの衛星回線で通信できることで50

AI 3 プロジェクトにおける SFC の活動

図1

AI 3 ネットワークの変遷ある。また、AI 3 は「実験ネットワークの運用を通Technology Institute (ASTI, Phillippines), Institute of

して全ての参加グループが技術知識と運用経験をInformation Technology (IOIT, Vietnam) が 参 加 し共有する」ことを目的とし、各参加組織におけるた。NAIST と SFC を 10Mbps の ATM 回線で接続し、固有の経路制御ポリシを実現するため、フェーズ

Ku バンドネットワークと C バンドネットワークを

1 は レ イ ヤ 3 の 国 際 IX(Internet Exchange) と し て相互接続した。[3]運用した。AI 3 は AS 番号 4717 を持つ自律システム

フェーズ 3 では、AI 3 パートナーがハブ (NAISTとして現在も運用を続けており、WIDE(AS2500)、及び SFC) から大量のトラフィックを受信するため、APAN(AS7660) を上流、AIT(AS4767)、ITB(AS4796)、C バンドを用いた広帯域の UDL を導入した。各パー

ASTI(AS9821) を 下 流 と し た ト ラ ン ジ ッ ト 接 続 をトナーは、ハブ局と接続する既存の P2P リンクに行っている。こうした自律システムとしての運用は、加えて、UDL を受信専用の共有リンクとして利用

3ネットワークの構成要素を増加させる反面、AI 独する取り組みが始まった、UDL を導入したもう一自の経路制御ポリシを実現し、運用を通して共有でつの理由には、AI 3 ネットワークを通信基盤に利用きる技術知識や経験が大きく向上する利点がある。

した広範囲への均質で高品質な授業配信が望まれた

フェーズ 2 では、Ku バンドと比べて降雨減衰ことがあった。UDL の導入と同時に、UDLR を用が少なく多雨地域での安定運用が期待できる C バ

いた経路制御の実証実験が開始された。

ン ド の 利 用 を 開 始 し た。C バ ン ド の ネ ッ ト ワ ーフェーズ 4 では、アジア規模の遠隔教育プロジェ

ク は SFC を ハ ブ と し て 新 た に 構 築 し、Temasek

クト (SOI Asia)[4] が発足し、その参加を目的として

Polytechnic (TP, Singapore), University of Science

アジア各地の教育機関 (SOI Asia パートナー ) が接Malaysia (USM, Malaysia), Advanced Science and

続した。SOI Asia パートナーは AI 3 の UDL に受信

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アジアにおけるネットワークと遠隔教育

図2

現在の AI3 ネットワーク

３

専用で接続し、送信に現地の ISP を用いて UDLR

帯域の効率的利用による双方向通信を行っている。こうした受信サイ

インターネットにおけるトラフィック量の増加

トは 2005 年 5 月 31 日現在で 11 存在する。これらは、AI 3 内においても例外なく生じている。これにSOI Asia パートナーの多くはインターネットの利用加えて、AI 3 は SOI Asia などの高品質なマルチメディが発展途上段階の地域から参加しており、AI 3 パーアコミュニケーションの要求に応える必要がある。

トナーの中にも自律システム化が困難な組織が存在これに対し、衛星通信回線は地上回線と比較して帯3したため、AI ネットワークは国際 IX から内部に域あたりの利用料金が高く、金銭的な理由から回線複数の接続組織を含むトランジット AS へと変化し増強が困難である。この問題を解決するため、AI 3た。また同時期、Ku バンドを用いた衛星ネットワー

ネットワークでは保持している帯域の効率的な利用クの運用経験が十分に蓄積され、UDL の展開によっを目的に様々な手法を用いたネットワーク構築と運てネットワークの比重が C バンドに大きく傾いた用を行っている。衛星回線では地球局の性能や許容ため、Ku バンドネットワークが廃止され、NAIST、されるエラー率に応じて最適な無線変調方式とエITB、AIT は C バンドに接続を変更した。2008 年 7

ラー訂正方法を選択する必要があり、無線変調方式

3

月現在の AI ネットワークを図 2 に示す。に 8PSK または QPSK、誤り訂正のため FEC を 1/2から 3/4 の比率で適用している。

52

AI 3 プロジェクトにおける SFC の活動

一方、インターネットにおいて衛星通信回線を利数の回線に影響するため、複数の地球局の設定を同用する場合は , 以下に示す効率化手法が考えられる。

時に変更する必要がある。このため、ネットワーク内の地球局を一括して制御するシステムが必要であ

1) 各回線への帯域割り当てを最適化

り、DVB-RCS をはじめ、いくつかの規格が標準化

2) 広帯域の回線にトラフィックを集約されつつある。しかし、既存のシステムの多くは各

3) 利用用途や通信量に応じた帯域の動的な割社独自の仕様に基づいていたり、設定できる変調方式に制限が存在したりする。そのため AI 3 では、こり当て
4) パケットの圧縮や、通信量を減らした独自

れらの影響を受けない独自の帯域割り当てシステム

プロキシの利用など、アプリケーションレイ(Dynamic Bandwidth Allocation system, DBA)[5] をヤにおけるトラフィック量の削減開発し利用している。DBA 導入以前は、帯域の再配置にあたって現地のオペレータが直接衛星モデム

31) の手法に関して、AI では年に数回、一定期間を操作する必要があったが、現在は遠隔地から一人のトラフィック量や回線の利用用途に応じた帯域割のオペレータが複数の衛星モデムを同時に操作可能

3り当ての見直しを行っている。図 3 は、AI におけになり、帯域の再配置に必要な運用コストが大きくる現在の無線帯域の割り当て状況である。衛星回軽減された。

線は、ある無線帯域を分割し、各地球局に割り当

2)、3) の手法は、UDL の利用を通して実現してて、それに基づいて地球局を設定し通信を行う。ト

おり、次節で述べる。4) の手法は、既存のアーキ

ラフィックが少ない回線の帯域を減らしトラフィッ

テクチャの多くがネットワークの利用方法や運用方クが多い回線により大きな帯域を割り当てること法を限定し、AI 3 の多様なネットワーク利用に即さで、帯域の有効活用を図れる。帯域の再配置は複ないため検討段階である。

図3

帯域割り当て表KEIO SFC JOURNAL Vol.8 No.2 2008

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アジアにおけるネットワークと遠隔教育

４UDL の利用

4.1

トラフィックの集約

既存の P2P 回線に比べ広帯域な UDL を導入しパートナー全体の共有回線として運用を開始した。UDL3

図 1 が示すように、フェーズ 2 までの AI ネットへの送信ルータ ( 以下フィーダ ) をハブ局 (SFC) に

ワークは多数の P2P リンクで構成されていた。こ設置し、受信ルータ ( 以下レシーバ ) を各パートナー

れらの P2P リンクはトラフィック量に応じて適切に順次設置した。UDL の導入によって、ハブ局かな帯域を割り当てられていたが、そうした回線の再らパートナーへのトラフィックを UDL に集約でき配置は年に数回であった。これに対し、インターネッるようになり、突発的な傾向が強いトラフィックにトのトラフィック傾向は曜日や時間帯によって大き余裕を持って対応可能になった。また、UDL の利く変化し、一時的に多くの帯域を消費するアプリ用効率が高いことによって、AI 3 の帯域全体をよりケーションも存在する。このため、輻輳によるパケッ効率的に利用できるようになった。

トロスが多く発生している回線や、一部の期間を除いて帯域を十分に利用していない回線が存在した。

4.2

帯域の自動割り当て

その後、DBA によって定期的な帯域の再配置は簡UDL の導入以後、AI 3 では P2P リンクと UDL に単化されたが、そうした回線設定の変更はプロジェトラフィックの負荷分散を行っている。各 P2P リ

クト全体の意思決定が必要であったり、定常運用にンクにおいてトラフィック量が閾値を上回ると、プあるシステムに毎回影響を与えたりするため、頻繁ロジェクト内部で開発したポリシルーティング機構に行うことが困難である。また、トラフィックの増によって、ハブ局から該当するパートナーへ送信す加傾向やアプリケーションに求められる品質向上にるトラフィックが、P2P リンクから UDL に分散さ対し、各 P2P 回線を必要に応じて増強する手法でれる。トラフィックの振り分けは TCP のセッショ3は間に合わないことが予想された。そこで、AI はン単位で行われる。本機構の概要を図 4 に示す。ポSOI Asia パートナー

3AI パートナー

3AI パートナー

図4policy routing54

AI 3 プロジェクトにおける SFC の活動

リシルーティングにより、AI 3 では既存の P2P 回

域な下り回線として用いた多数の受信サイトが構築線と UDL の帯域が無駄なく消費されている。しかされた。これらの受信サイトは前述した SOI Asia

し、最近は UDL の帯域が非常に大きく消費され、パートナーである。受信サイトは UDLR によって新たな問題になっている。そのため、現在は UDL

AI 3 内部で双方向通信を行っている。UDLR は、受の 帯 域 を 利 用 用 途 ご と に 分 配 し 優 先 制 御してい信専用である UDL と、送信機能を持つ他の回線をる。帯域の分配には、ALTQ(Alternate Queueing for併用し、フィーダとレシーバが UDL 上で双方向通BSD UNIX) に 実 装 さ れ て い る HFSC(Hierarchical信するための技術である。レシーバは、UDL に送Fair Service Curve) アルゴリズムを利用している。

信するパケットを、他の回線を用いたトンネリング

HFSC では、分配された帯域のうち利用されなかっによってフィーダへ送信する。フィーダは、受信した分が他の用途に自動的に消費される。以上のようたパケットが自分宛であった場合、それを UDL かに、ポリシルーティングと HFSC による優先制御ら受信したパケットとして扱う。また、受信したパは、UDL における帯域の自動分配を実現しており、ケットが他のノード宛であった場合やマルチキャス

3 で述べた手法の 3) に相当する。

ト ( ブロードキャスト ) パケットの場合、レシーバの代わりに UDL へ送信する。このように、UDLR５ SOI Asia との連携とマルチキャストへの要求

は、UDL を通常のブロードキャストリンクにエミュ

5.1

タリンクアドレス解決機構、IGMP といったインレーションし [2]、これによって経路制御機構、デー受信サイトの構築

UDL の受信局は無線機器の導入コストが既存のターネットの基盤技術を正しく動作させる。レシー

VSAT(Very Small Aperture Terminal) システムと比バからフィーダへのトンネリングは、GRE (Generic

べて格段に低く、電波の送信を伴わないために地球Routing Encapsulation) を利用する。図 5 に、UDLR局免許が不要である。これを利用し、UDL を広帯の概要と標準的な受信サイトのネットワークトポ

図5

UDLR と受信専用サイト

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アジアにおけるネットワークと遠隔教育ロジを示す。UDLR を利用するため、SOI Asia パー

チキャストトラフィックを受信するためには、各レ3

トナーは、UDL を提供する AI と、レシーバからシーバにおいて、マルチキャストの送信者への経の送信に利用する現地 ISP の両方に接続している。

路をフィーダに向ける必要がある。その理由では、

UDLR を用いたネットワーク運用においては、GRE

PIM-SM においてマルチキャストの上流ルータを選によってカプセル化されたパケットをフィルタし破ぶ基準は、「マルチキャストの送信元への最短パス棄する ISP の存在が明らかになった。中間 ISP によにあたる次ホップルータであること」だからであるこうした運用は、UDLR 利用の障害になり、解決る。しかし、そうした環境では、レシーバ及びそのまでに時間を要する。今後は、利用する ISP への十下流のノードからマルチキャストの送信元へのユニ分な告知と共に、GRE 以外のカプセル化手法を利キャストトラフィックは、図 6 の左に示すように必用するなど自律的に問題を回避できる手法が必要でず UDLR のトンネリングを経由してフィーダに転ある。

送され、不必要なオーバーヘッドを伴う。この問題を解決するため、AI 3 では RP(Rendezvous Point) を

UDL におけるマルチキャストルーティング

フィーダの UDL 側インタフェースに設定し、レシーSOI Asia では、UDL を介して双方向のリアルタバおよびその下流のルータが必ず RPT(Rendezvous

イム授業や講義マテリアルの配信を実施している。

Point Tree) を使うと設定している。レシーバから授業実施時は、日本から各受信サイトへ約 3.5Mbps

RP への最短経路は UDL 上のオンリンク通信であの映像と音声トラフィックをマルチキャストで送るため、レシーバは必ずマルチキャストの上流ルー信する。各受信サイトからは、UDLR を利用して低タにフィーダを選択する。これにより、レシーバお解像度の映像や音声が UDL 上にマルチキャストさよびその下流ノードは、図 6 の右に示すように、マれ、日本へのフィードバックや教室間のコミュニルチキャストの送信元への経路を UDL 以外の回線ケーションに利用される。これら受信サイトからのを用いた最短経路に設定可能になり、UDLR のトン

マルチキャストトラフィックは , 合計約 1.5Mbps でネリングによるオーバーヘッドを回避できる。

5.2[6]ある。一方、ルーティングプロトコルに PIM-SMを利用する場合、レシーバが UDL を経由してマル

図6

UDL における PIM-SM の設定

56

AI 3 プロジェクトにおける SFC の活動

６

IPv6 の展開たインドネシア・バンダアチェの大学に対して、イ3

AI はアジア地域における IP v6 の普及を目指し、ンターネット接続環境の緊急提供を行った。

ほぼ全てのネットワークが IP v4 と IP v6 のデュア

この経験により、インターネット接続環境の緊急

ル ス タ ッ ク で 動 作 し て い る。IP v4 が OSPFv2 と提供に、衛星通信回線の利用が非常に有効であるこ

BGP4 で運用されているのに対し、IP v6 は OSPFv3とが実証できた。今後は、この経験で得たノウハウと BGP4+ で運用されており、ほぼ同一の経路制御を、被災支援担当行政庁や通信会社に役立ててもら3が実現されている。AI は 1999 年に WIDE プロジェ

えるよう、手順書の整備や「緊急提供パッケージ」

クトから NLA1 を取得し、6bone への接続を行っての整備を行う必要がある。

きた。また、2003 年には APNIC から sTLA を取得し、AI 3 パートナーおよび SOI Asia パートナーへの８3

今後の展望アドレス配布を開始した。AI で独自の sTLA を取

今後、アジア地域のインターネットは、地上回線得した主な理由には、1)IP v6 に関するより広範囲整備による広帯域化が実現される地域と、引き続きの運用技術と運用経験を参加組織間で修得し共有すインターネット接続自体が困難あるいは貧弱な地域ること、2) 各参加組織が現地で独自の IP v6 ネットとが混在した環境が維持されると予想される。このワークを構築するために十分なアドレス空間を確保

状況では、デジタル・デバイド解消に資する情報共すること、3)IP v4 から IP v6 への移行に備えて IPv4有技術が強く求められ、衛星インターネットが果たと同様に自律的な経路制御を行えること (2004 年、すべき役割は大きい。今後は、一層多くの通信要求

3

AI は NSPIXP6 に接続し、より多数の研究組織とに対応する高度な運用技術が必要であり、広範囲への経路交換を開始した ) があげられる。IPv6 の運の緊急通信やアジア規模のマルチキャスト網など、3用は AI 内の IP v6 ワーキンググループを中心に展規模性を有効に利用した新たなサービスの実現が望開され、実際の IPv6 ネットワーク構築と IPv6 に関まれる。SFC は、引き続き AI 3 を通して、東南アジする技術情報や運用技術の共有が進められている。

アにおけるインターネット通信基盤整備の活動を拡

また、新たに参加した SOI Asia パートナーは、受大していく予定である。また、東南アジアにおける信サイトの構築時に IP v4 と IP v6 の同時設定が強くノウハウの蓄積を生かして、アフリカ地域の基盤整推奨されており、ワークショップなどの教育活動を備にも着手する予定である。

通して IP v6 技術の普及促進が計られている。

７

被災地域へのインターネット接続環境の提供

東南アジア地域の中には、地上の通信基盤が未発
達な地域が多数ある。このような地域の通信網は、帯域が狭いだけでなく、災害時の耐性面でも問題がある。自然災害で主要回線が切断されると、数ヶ月にわたって接続が復旧しないこともある。
このような被災地域への、インターネット接続環境の緊急提供に適している通信手段は、衛星通信である。SFC は、AI 3 の活動を通して長年にわたり衛星通信回線を用いたインターネット接続環境の構築を行ってきた。この経験を生かして、SFC は、2005 年にスマトラ沖地震津波で壊滅的被害を受け

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