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| 注意： 本製品は既に生産⁄販売を終了しております。 |
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- ◆[Cisco IP/TVサーバの処理能力]
- ◆[Cisco IP/TV 3410および3411コントロール・サーバ]
- ◆[Cisco IP/TVブロードキャスト・サーバ]
- ◆[Cisco IP/TVアーカイブ・サーバ]
この資料では、Cisco IP/TVシステムのパフォーマンスについて解説します。ここで解説する項目には、Cisco IP/TV[R] 3400シリーズの処理能力、パフォーマンス関連要因、およびパフォーマンスを最大にするために役立つIP/TV管理ツールがあります。これらの情報を使って、ネットワーク･ビデオに必要とされる条件をサポートし、適切なパフォーマンスを達成できるサーバと構成を判断してください。
| Cisco IP/TVサーバの処理能力 |
最初に重要になるのは、Cisco IP/TVビデオ・サーバ（コントロール･サーバ、ブロードキャスト･サーバ、およびアーカイブ･サーバ）の処理能力を理解することです。表1を参照してください。ここには、個々のCisco IP/TVサーバの処理能力に関する情報と、それらの数値がどのような条件のもとでテストされた結果であるかが記載されています。
表1：IP/TVサーバの処理能力*1
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モデル |
コンテンツ･マネジャの |
H.261あるいは |
MPEG1による |
MPEG2HD1による |
MPEG2FD1による |
スケジュール式 |
VODサービスの |
ビデオ格納容量 |
| Cisco IP/TV 3410 |
プログラム情報サービスは、最大で60,000のアクティブ・クライアントをサポート。 |
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| Cisco IP/TV 3420 | 可 | 可 | 最大10Mbps | 最大10Mbps | ６GB | |||
| Cisco IP/TV 3430 | 最大27Mbps | 最大36Mbps | 18GB（MPEG1で30時間分） | |||||
| Cisco IP/TV 3411 | プログラム情報サービスは、最大で120,000アクティブ・クライアント、 最大で30,000クライアントをサポート*2。 |
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| Cisco IP/TV 3415 | 可 | 可 | 可 | 最大18Mbps 最低10Mbps |
最大18Mbps 最低10Mbps |
18GB（MPEG1で 30時間分） |
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| Cisco IP/TV 3422 | 可 | 不可 | 不可 | 不可 | 最大24Mbps 最低18Mbps |
最大30Mbps 最低18Mbps |
18GB（MPEG1で 30時間分） |
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| Cisco IP/TV 3423 | 可 | 可 | 可 | 可 | 最大24Mbps 最低18Mbps |
最大30Mbps 最低20Mbps |
18GB（MPEG1で 30時間分） |
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| Cisco IP/TV 3431 | 最大50Mbps 最低33Mbps |
最大60Mbps 最低51Mbps |
72GB（MPEG1で 120時間分） |
*1：
Cisco IP/TV 3400シリーズの実際のパフォーマンスは、表1の数値やこの資料に書かれている数値とは異なる可能性があります。ここに書いてある情報は、実験室でのテスト結果に基づいたパフォーマンスの予測値で、 シスコシステムズが特定の必要条件や製品仕様を説明するための記述ではありません。実際の結果は、状況によって異なります。
*2：
サポートできる最大のクライアント数は、プログラム情報リクエストのポーリング間隔が最大値（60分）の場合での予測値です。この数値は、プログラム情報リクエストのポーリング間隔（最小で10分、最大で60分）や、登録されているプログラムの数によって異なります。ポーリングの間隔をデフォルトの10分に設定した場合、プログラム情報サイズが100Kバイトであれば、Cisco IP/TV 3410では最大10,000アクティブ・クライアントがサポートできます。またCisco IP/TV 3411では、同じ条件で20,000アクティブ・クライアントをサポートできます。ビデオ･オンデマンド（VOD）リクエストのサービスでは、Cisco IP/TV 3410で毎分300リクエストを処理できると考えて、最大クライアント数を15,000としています。また、Cisco IP/TV 3411では毎分600リクエストが処理できると考えて、最大クライアント数を30,000にしています。これらは、ビデオの長さを60分と仮定した場合の予測値ですが、実際にはVODセッションの長さやリクエストのタイミングによって変化します。テストでは、Cisco IP/TV 3410は、最大で毎分300のVODリクエストをサポートし、Cisco IP/TV 3411は毎分600のVOD リクエストをサポートできました。
コンテンツを保管しているサーバの処理能力は、ライブ放送かどうかだけでなく、スケジュール式やVODであっても、使用されているCODECやデータレートによっても異なります。また、ライブ放送をコード化する場合には、どのようなコード化方式を使うかによっても処理能力が異なります。ここでは、実験室のなかで様々なCODECやデータをテストした結果として得られたパフォーマンスの最低値と最大値を示します。このなかでは、ライブ放送におけるコード化も状況に応じて行われています。さらに詳しい情報については、「付録」を参照してください。
Cisco IP/TV 3410および3411コントロール･サーバCisco IP/TV 3410および3411コントロール･サーバは、多くのビュアにサービスを提供し、大量のアーカイブ･サーバとブロードキャスト･サーバを管理できるように設計されています。また、IP/TVのアーキテクチャ自身に複数のコントロール･サーバをサポートする仕組みが組み込まれています。コントロール･サーバが表1に示したような数多くのビュアをサポートするためには、以下の要因を考慮する必要があります。
- コントロール･サーバがプログラム情報サービスのためにサポートできるクライアント数は、クライアントに関するプログラム情報更新のポーリング間隔によって左右されます。
- クライアントに送られるプログラム情報ファイルのサイズは、登録されたプログラムの数によって異なります。プログラム数が多ければ、プログラム情報ファイルも大きくなります。プログラム情報ファイルのサイズが大きくなると、コントロール･サーバがサポートできるクライアントの数は減少します。
- サーバの実際の処理能力を考える時には、特定の時間帯に開始されるVODプログラムの数や各ビデオの平均時間（あるいは、実際にユーザーが見る時間）を予測する必要があります。VODリクエストの状況がコントロール･サーバのサービス処理能力を超えるかどうかは、この予測値によって決まります。この値を使って、あるビデオを放送するために何台のコントロール・サーバが必要になるかを計算します。たとえば、Cisco IP/TV 3411は同時に300のVODセッションをサポートします。放送するビデオの平均時間が30分で、1時間に最大で600のリクエストがあるとすれば、リクエストの数は毎分10（= 600 / 60）ですから、これはCisco IP/TV 3411の最大処理能力をはるかに下回っています。
IP/TVのクライアントは、プログラムに関する最新情報を得るために、コントロール･サーバに対してポーリングを送信します。（ポーリング間隔はデフォルトでは10分間隔になっていますが、この値は、最大60分間隔まで自由に変更できます。）表1には、コントロール･サーバのパフォーマンスの予測値が示されています。たとえば、デフォルト設定を使った場合、数多くのVODリクエストがあって、定義されているプログラム数が多ければ、Cisco IP/TV 3411コントロール･サーバは10,000以上のアクティブ･クライアントを処理し、10分間隔でプログラム情報リクエストをポーリングできると予測しています。予想されるプログラム要求がコントロール･サーバの処理能力を超える場合は、Cisco IP/TVコントロール･サーバの数を増やす、クライアントによるポーリング間隔を延長する、より高速なコントロール・サーバにアップグレードするといった方策を考えます。
VODリクエスト･サービスIP/TVのVODリクエスト･サービスは、1つのVODセッションのなかのリクエスト数や、どのサーバがサービスを提供するかなどを管理します。コントロール･サーバは、それぞれのVODセッションの最初のリクエストを受け取ると、適切なVODサーバにクライアントを割り当てます。コントロール･サーバは、自分が制御しているビデオ･サーバの負荷状態を監視し、指定されたコンテンツをサポートするクラスタのなかで最も負荷が少ないサーバへリクエストを送ります。
たとえば、Cisco IP/TV 3410コントロール･サーバは毎分300以上、Cisco IP/TV 3411は毎分600以上のリクエストを処理します。ビデオを開始したり終了したりするリクエストの数がこれらの予測値を超える場合は、必要とされる高速処理が可能になるように、適切なコントロール･サーバを追加します。
Cisco IP/TVコントロール･サーバに関する処理能力のテスト方法コントロール･サーバの処理能力を調べるため、シスコではVODリクエスト･サービスとプログラム情報サービスの2つのコントロール・サーバ機能についてテストしました。この2つのサービスは同時に発生することが多いので、両方とも同時に測定しました。
コントロール･サーバのプログラム情報サービスのテストでは、クライアント数が60の場合のシミュレーションを行うため、Ziff DavisのWebenchというWebベンチマーク用ツールを使用しました。ここでは、60クライアントがプログラムガイド情報をコントロール・サーバから取得する場合をシミュレートし、平均ファイル転送量を調べて、コントロール･サーバの平均ファイル転送量を計測しました。このような大量のVODリクエストサービスを加えた場合、Cisco IP/TV 3410のファイル･スループットは約400,000バイト/秒でした。VODリクエストサービスが少なければ、スループットは約700,000倍度/秒まで向上しました。同様の状態でのCisco IP/TV 3411のテスト結果は、Cisco IP/TV 3410の約2倍となりました。
以上の情報に基づき、プログラム情報ファイルサイズが100KBでポーリング間隔を10分と仮定して、Cisco IP/TVがサポートできるクライアント数の予測値を出しました。プログラム情報サービスがサポートできるクライアント数は、プログラム情報ファイルのサイズ（登録されているプログラムの数）と指定されているポーリング間隔によって大きく異なります。（ポーリング間隔が長ければ、多くのクライアントに対してプログラム情報サービスを提供できます。IP/TVクライアントはプログラム情報をキャッシュしているため、プログラム情報サービスのポーリングがタイムアウトしてもクライアントにはそれほど大きな問題にはなりません。リクエストが失敗した場合でも、クライアントは以前にリクエストが成功した時のプログラム情報を持っているので、ユーザーはプログラムを見ることができます。）
VODリクエスト･サーバの場合、クライアントのVODリクエストは最初にコントロール･サーバに送られ、その後で適切なサーバへ送られます。VODリクエスト・サーバのテストでは、数百のクライアントから新しいVODセッションを決まった間隔で繰り返しリクエストし、CPUが100%使用状態に達してリクエストが成功しなくなるまでリクエストを継続しました。このようなテストの結果、Cisco IP/TV 3410では最適な状態で5秒あたり25リクエスト、つまり毎秒5リクエストを処理することができました。また、Cisco IP/TV 3411ではこの値は毎秒10リクエストになりました。
Cisco IP/TVブロードキャスト･サーバブロードキャスト･サーバは、ライブ放送のスケジュール式プログラムと、保管されている数多くのプログラムを放送するように設計されています。あらかじめ録画されているコンテンツをライブ放送の間に送信する場合は、スケジュール式プログラムの数を制限して、処理能力を超えないように注意する必要があります。送信できるスケジュール式プログラムの数は、ライブ放送で使用するコード化方式によって異なります。MPEGコード化方式では、エンコーダーカードに装着された特殊なハードウェアを使用します。その他のライブ放送では、ビデオのコード化にブロードキャスト･サーバのCPUを使います。
Cisco IP/TVブロードキャスト･サーバに関する処理能力のテスト方法このテストでは、コード化されたフレームの90%以上の受信に成功すれば、受け入れ可能なパフォーマンスと定義しました。たとえば、毎秒30フレームのビデオの場合、最低でも毎秒27フレームが受信されれば、このサーバ負荷テストでは合格です。
VODのテストでは、各セッションが異なるファイルからの送信という、最悪の場合を想定しています。1Mbpsで36のVODリクエストを送信するテストでは、サーバは36個の1Mbpsストリームを送信し、それぞれのストリームはサーバ上の異なるファイルを送るということです。そして、36番目のストリームを検査し、コード化されたフレームの90%以上が受信されているかどうかを調べます。したがって、複数のユーザーが同じファイルに対するVODリクエストを送信した場合は、表に記載されている数値を上回ることもあります。
Cisco IP/TVアーカイブ･サーバアーカイブ･サーバは、大量の録画済みプログラムをオンデマンドで送信します。たとえば、Cisco IP/TV 3430ブロードキャスト･サーバは、およそ36Mbpsの処理能力を持っています。サポート可能なストリーム数は、36Mbpsをビデオのデータレートで割れば予測できます。500kbpsのデータレートでビデオを送った場合、Cisco IP/TV 3430は約72 （36Mbps/500kbps）のストリームを送信できることになります。
Cisco IP/TVアーカイブ･サーバに関する処理能力のテスト方法ここでも、コード化されたフレームの90%以上を受信できれば、受け入れ可能なパフォーマンスとしています。アーカイブ・サーバにおけるVODのテストは、ブロードキャスト･サーバのテストと同様な方法で行われました。
| パフォーマンス関連要因 |
導入したCisco IP/TVのパフォーマンスを判断するには、IP/TVサーバの基本的な処理能力を理解する必要があります。以下に、パフォーマンスに影響する主要な要因についての質問を挙げます。
- サポートすべきアクティブなVODユーザーの数は？ アクティブなIP/TV VODクライアントの総数は？
- ユーザーがいる場所は？ ユーザーはネットワーク上で地理的に分散されていますか？
- 同時に実行されるスケジュール式セッションやマルチキャストセッションの数は？ スケジュール式プログラムのライブ放送の数は？
- 必要なビデオ･データレートは？ ビデオの送信に使用されるデータレート（単位はkbps）は？
- ビデオが必要とする帯域幅、あるいはビデオが利用可能な帯域幅はどのくらいありますか？
以下では、これらの質問の内容について説明します。
アクティブなVODユーザー数VODユーザーの数は、パフォーマンスを計算する上で重要な情報です。Cisco IP/TVの各VODクライアントは、VODセッションを要求しますが、これはビデオ・サーバの負荷になります。また、定期的なプログラム情報サービスとVODリクエストを送信するため、これがコントロール･サーバの負荷になります。VODリクエスト･サービスでは、クライアントが増える度に負荷が追加されていくため、VODは大量のサーバリソースを消費することになります。Cisco IP/TVは、マルチキャスト技術を使って、ビデオ（ライブ放送および録画されたビデオ）の放送を行います。IPマルチキャスティングでは、ビデオの送信先の数とは関係なく、ネットワークにはプログラムあたり1つのデータストリームしか送信しません。つまり、パフォーマンスはビデオ放送を見ている人の数に影響されません。
通常のトラフィックからピーク時のトラフィックまで、VODユーザーの数は大きく変動する可能性があります。サーバの構成を計画する際は、通常状態の負荷を処理できるように構成し、ピーク時のビデオ要求を満足できるような特別サービスを計画しておきます。計画段階では、状況に応じてVODセッションがアクティブになるクライアントの割合を予測しておいてください。たとえば、800のビデオユーザーを持つ企業では、800のうちの10%、つまり80ユーザーが同時にアクティブなVODユーザーになるといった予測をします。
ユーザーのいる場所ユーザーは地理的に散らばっているのなら、サーバ・クラスタを構成した分散型サーバアーキテクチャを使用することもできます。コントロール･サーバによって、VODクライアント･リクエストが特定のサーバクラスタに割り当てられるので、ローカルセグメントや広い帯域幅を持つセグメントにビデオ・トラフィックを割り当てられることができます。
同時に実行されるマルチキャスト･セッション複数のマルチキャスト･セッションを同時に実行する必要があれば、マルチキャスト･ビデオを送信するのに必要なサーバ数と帯域幅の消費量を予測しなければなりません。また、サポートすべきスケジュール式プログラムのうち、いくつがライブ放送で、いくつが録画済み放送かも考慮する必要があります。
ビデオ･データレート各ビデオ･ストリームが必要とするデータレートは、ユーザーが必要とする品質レベルによって異なります。データレートの具体的な数値については、「IP/TV Codecs, File Transfer, and Storage Rate Considerations」と言う英語の資料のなかにある、音声とビデオのCODEC帯域幅の表を参照してください。
帯域幅ユーザー数とデータレートが分かれば、コンテンツのストリームを送信するのに必要なサーバの数と帯域幅を計算することができます。たとえば、200個の500kbps VODセッションをサポートするには、これら2つの数を掛け合わせた100,000kbpsが必要になります。Cisco IP/TV 3430アーカイブ･サーバでは、全部で36,000kbpsのストリームをサポートできます。100,000kbpsを36,000kbpsで割ると、答えは2.777です。つまり、このレベルの動作をサポートするには、３台のIP/TV 3430アーカイブ・サーバが必要だということです。
| Cisco IP/TVのパフォーマンス管理 |
サーバの処理能力やパフォーマンスに関連する要因について理解することは初めのステップとして重要なことです。しかしCisco IP/TVには、IP/TV 3.0コントロール･サーバで動作する、パフォーマンスを最適化するためのIP/TVコンテンツ･マネジャ･ソフトウェアが用意されています。このソフトウェアには、コンテンツをローカルのワークグループ･サーバに複製したり転送したりする、分散型ビデオ･サーバ･アーキテクチャが含まれています。また、サーバ負荷分散や、サーバ負荷の監視、サーバ負荷の設定といった機能もあります。
分散型サーバ･アーキテクチャコンテンツ・マネジャは、メディアファイルのリモートサーバへの分散を制御し、クライアントに最も近いサーバにメディア再生のリクエストを割り当てます。この機能によって、分散型サーバがサポートされます。また、高度なファイル転送スケジュール機構をサポートしているので、サーバやネットワークの負荷が低い時間帯にメディアファイルを転送しておくことができます。
サーバ間の負荷分散VODメディアを再生するリクエストを受け取ると、コンテンツ･マネジャは、最も近いクラスタの中で最も空いているサーバへ再生リクエストを送ります。コンテンツ･マネジャは、ビデオ処理能力の負荷状態を監視し、VODリクエストをクラスタの中で最も空いているサーバへ送ることができます。
クラスタ間でのVOD負荷分散Cisco IP/TVサーバは、クラスタと呼ばれる論理的なサーバ･グループに分けて構成することができます。クラスタの設定を行えば、クライアントのVODリクエストをIPアドレスやサブネット･マスクにしたがって適切なサーバ･クラスタに送るように設定できます。このような機能を利用して、VODトラフィックを特定のサブネットやサイトに限定することができ、コントロール･サーバのパフォーマンス特性を変更できます。
サーバの監視Cisco IP/TVコントロール･サーバで稼働するコンテンツ・マネジャには、サーバウォッチ機能があります。この機能を使えば、各サーバ上で実際に現在使用されている容量を利用可能な容量とともに監視することができます（図1参照）。
図1：サーバ監視機能
コンテンツ･マネジャでは、それぞれのビデオ･サーバの最大負荷を設定します。各ビデオサーバに対する帯域幅を設定には、コンテンツ･マネジャのServerセクションにある“Capacity”パラメータを使います。ただし、ライブ放送を行っているかどうかや、保管されているビデオのCODECの方式やビットレートによってサーバへの負荷が異なるため、予想される使用状態における最低のCapacity値を使うようにしてください。サーバの処理能力を多く見積もり過ぎると、サーバに過大負荷をかける危険性があり、そのサーバから配信される全てのビデオの品質に影響を与えてしまいます。クライアントが最高の品質のビデオを見ることができるようにするためには、最低限確保できるCapacity値に設定しておいてください。
たとえば、Cisco IP/TV 3423のCapacity値を決定する手順は次のようになります。表1を見ると、Cisco IP/TV 3423は、予測される最低容量がスケジュール式で17Mbps、ライブ放送中のVODで20Mbpsとなっています。スケジュール式のライブ放送を配信しながら、VODビデオを提供する場合は、サーバの20Mbpsに設定します。また、スケジュール式ビデオの保管と配信を行う場合は、Capacity値を18Mbpsに設定します。
表1に示されている処理容量の最大値は、特定のビデオを同じデータレートで配信している場合にのみ適用されます。たとえば、Cisco IP/TV 3423では、1つのライブ放送のMPEG1プログラムだけを1Mbpsで提供し、1Mbpsのデータレートでコード化されたMPEG1をVODコンテンツとして保管している場合は、「付録」の表A-1によれば23Mbpsの処理容量があることになります。なお、処理容量は、ライブ放送で使用するコード化方式によっても左右される点に注意してください。
図2：サーバ編集機能
| 結論 |
分散されたネットワーク型システムは、常にネットワーク管理者に対する挑戦です。Cisco IP/TVの分散型ビデオシステムでは、基本的な処理能力を理解し、パフォーマンスに関連する要因についての計画をたて、Cisco IP/TV管理ツールとアーキテクチャに精通すれば、ネットワーク全体の全ユーザーに対して最適なパフォーマンスを提供することができます。
| 付録 |
IP/TV 3400シリーズの各サーバについて、ライブ放送ビデオ、VOD、およびスケジュール式ビデオを配信した場合のテスト結果を表A-1に示します。
表A-1：Cisco IP/TVシリーズのテストデータ結果
| ライブビデオ | テストに用いたビデオ | スケジュール式での最大値 | VODでの最大値 | |
| Cisco IP/TV 3423 | H.261 @ 500 kbps | 1MbpのMPEG1 | 20Mbps | 24Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 27Mbps | 30Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 25Mbps | 25Mbps | ||
| Cisco IP/TV 3423 | MPEG4 @ 128 kbps | 1MbpsのMPEG1 | 18Mbps | 28Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 24Mbps | 30Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 20Mbps | 25Mbps | ||
| Cisco 3423 | MPEG4 @ 700 kbps | 1MbpsのMPEG1 | 17Mbps | 20Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 21Mbps | 27Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 20Mbps | 25Mbps | ||
| Cisco IP/TV 3415 | MPEG1 @ 1 Mbps | 1MbpsのMPEG1 | 21Mbps | 23Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 27Mbps | 27Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 25Mbps | 20Mbps | ||
| Cisco IP/TV 3415 | MPEG2HD1 @ 3 Mbps | 1MbpsのMPEG1 | 20Mbps | 24Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 24Mbps | 30Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 25Mbps | 20Mbps | ||
| Cisco IP/TV 3423 | MPEG2FD1 @ 5 Mbps | 1MbpsのMPEG1 | 18Mbps | 21Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 21Mbps | 27Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 20Mbps | 20Mbps | ||
| Cisco IP/TV 3423 | なし | 1MbpsのMPEG1 | 22Mbps | 38Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 30Mbps | 39Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 25Mbps | 35Mbps | ||
| Cisco IP/TV 3431 | なし | 1MbpsのMPEG1 | 33Mbps | 53Mbps |
| 3MbpsのMPEG2 | 48Mbps | 51Mbps | ||
| 5MbpsのMPEG2 | 50Mbps | 60Mbps |
