BRPI0720923A2

BRPI0720923A2 - vÍdeo sob demanda de rede nço-hierÁrquico ciente da qualidade de serviÇo auxiliada pro armazenamento de prefixo em cache

Info

Publication number: BRPI0720923A2
Application number: BRPI0720923-1A
Authority: BR
Inventors: Shengchao Yu; Yang Guo; Saurabh Mathur; Kumar Ramaswamy
Original assignee: Nagra Thomson Licensing
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2013-03-26
Also published as: CN101595731A; US20100281509A1; WO2008088338A1; EP2127377A1; JP2010517365A

Abstract

VÍDEO SOB DEMANDA DE REDE NçO-HIERÁRQUICA CIENTE DA QUALIDADE DE SERVIÇO AUXILIADA POR ARMAZENAMENTO DE PREFIXO EM CACHE. Um dispositivo de rede não-hierárquica de muítimídia sob demanda atuando como um dispositivo receptor de rede não-hierárquica inclui um dispositivo de memória de cache local adaptado para armazenar um prefixo de multimídia. O armazenamento local do prefixo de muítimídia permite rápido início da reprodução do programa de muítimídia solicitado sem substancialmente carregar a capacidade de transmissão de dados de forma contínua de um dispositivo servidor associado. O armazenamento dos prefixos de multimídia na memória cache local do dispositivo receptor de rede não-hierárquica pode ocorrer durante períodos de carregamento de rede relativamente baixo de modo a otimizar a programação da rede e do servidor. São incluídos um método e um aparelho para realizar o controle de admissão em um sistema de multimídia sob demanda não-hierárquico. O sistema de controle de ad- missão determina se há capacidade suficiente do sistema para suportar uma nova solicitaçáo a partir de um dispositivo de rede não-hierárquica atuando como um cliente à luz da presença de prefixos de multimídia armazenados no dispositivo de rede não-hierárquica atuando como um dispositivo receptor de rede não-hierárquica, entre outros fatores.

Description

"VÍDEO SOB DEMANDA DE REDE NÃO-HIERÁRQUICA CIENTE DA QUALIDADE DE SERVIÇO AUXILIADA POR ARMAZENAMENTO DE PREFIXO EM CACHE"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere ao funcionamento de rede não-hierárquica e, especi- ficamente, ao armazenamento em cache de prefixo para serviços de vídeo sob demanda (VoD).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Tradicionalmente, vídeo digital tem sido provido utilizando um modelo de cliente- servidor de transmissão de dados de forma contínua. Quando uma solicitação de cliente para admissão é recebida em um servidor o servidor averigua se ele tem recursos suficien- tes para atender à solicitação do cliente e se existe largura de banda suficiente ao longo do percurso entre o servidor e o cliente para permitir comunicação aceitável do vídeo solicitado. Se esse for o caso, o servidor envia em fluxo contínuo o conteúdo de vídeo para o cliente.

Devido aos limitados recursos de computação e armazenamento, no servidor, e Iar- gura de banda limitada na rede conectando o servidor e os clientes, a escalabilidade do ser- viço de transmissão de dados de forma contínua de cliente-servidor é limitada. Técnicas de rede não-hierárquica têm sido usadas para aperfeiçoar o desempenho em comparação com o serviço simplesmente de transmissão de dados de forma contínua.

Em um serviço de rede não-hierárquica, os dispositivos de rede não-hierárquica são implementados com ambas as capacidades de estilo de cliente e estilo de servidor. Isso permite que um dispositivo receptor de rede não-hierárquica receba o conteúdo a partir de um dispositivo servidor de rede não-hierárquica, com o dispositivo servidor de rede não- hierárquica atuando como um dispositivo servidor. Entende-se que, em qualquer momento determinado um dispositivo de rede não-hierárquica pode atuar como um dispositivo recep- tor de rede não-hierárquica e/ou um dispositivo servidor de rede não-hierárquica dependen- do das exigências atuais do sistema. Isso é possível sob circunstâncias onde o dispositivo servidor de rede não-hierárquica tem os dados de vídeo necessários e capacidade de l/O, e onde largura de banda de rede suficiente está disponível entre o dispositivo servidor de rede não-hierárquica e o dispositivo receptor de rede não-hierárquica. Desse modo, dispositivo de vídeo sob demanda de rede não-hierárquica ciente de qualidade de serviço aperfeiçoa a capacidade do sistema ao tirar proveito da largura de banda de uplink do dispositivo servidor de rede não-hierárquica enquanto oferecendo qualidade de visualização comparável àquela disponível a partir do modelo de serviço de cliente-servidor tradicional. Entretanto, o servidor permanece disponível para exigências de dados urgentes de serviço. Conforme descrito em um pedido relacionado, uma exigência urgente de dados a -

tendida pelo servidor é a necessidade de enviar em fluxo contínuo um subclipe precedente dos dados de programa de vídeo para reprodução imediata no dispositivo receptor de rede não-hierárquica. Isso reduz um retardo no início da apresentação que o dispositivo receptor de rede não-hierárquica de outro modo experimentaria após admissão. O fluxo contínuo dos subclipes precedentes pode representar uma carga significativa sobre o servidor, e pode afetar adversamente a escalabilidade do sistema. Na realidade, o servidor pode se tornar saturado rapidamente à medida que aumenta a taxa de solicitações para admissão. Conse- quentemente os dispositivos de rede não-hierárquica receptores adicionais não podem ser acomodados.

No fluxo contínuo ao vivo de rede não-hierárquica, é difícil minimizar retardo de par- tida sem sacrificar a escalabilidade do sistema. No serviço de vídeo sob demanda de rede não-hierárquica, permitir que usuários assíncronos compartilhem os dados de vídeo sem retardo indevido de partida continua sendo um desafio.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um dispositivo receptor de vídeo de rede não-hierárquica de acordo com uma mo- dalidade da invenção é adaptado para receber um sinal de vídeo a partir de um ou mais de um servidor de vídeo e um dispositivo servidor de rede não-hierárquica para exibição simul- tânea ou subsequente. O dispositivo receptor de vídeo de rede não-hierárquica inclui uma porção de memória adaptada para armazenar um subclipe precedente (também conhecido como um prefixo de vídeo). O prefixo armazenado permite começo rápido de uma exibição de vídeo e performance aperfeiçoada de admissões. Pedidos relacionados são dirigidos ao serviço de vídeo sob demanda de rede não-

hierárquica ciente de performance, e ao controle de admissão para tal serviço. Esses pedi- dos incorporam transferência de rede não-hierárquica para modelo tradicional de serviço de vídeo sob demanda de cliente-servidor. Em várias modalidades, a transferência de rede não-hierárquica carrega a principal carga de transferência de dados e significativamente reduz a carga de trabalho imposta ao servidor.

Serviço de vídeo sob demanda permite que um usuário selecione e assista a um conteúdo de vídeo através de uma rede em um momento selecionado pelo usuário. A apli- cação relacionada inclui um modelo de compartilhamento segmentado de vídeo de rede não-hierárquica que permite o compartilhamento de conteúdo em um cenário de vídeo sob demanda. O problema de performance é resolvido mediante incorporação de um algoritmo de transferência de dados de rede não-hierárquica ciente de performance e transmissão de dados de forma contínua complementar auxiliada pelo servidor que coletivamente realiza performance similar à performance oferecida pelo modelo de serviço de cliente-servidor tra- dicional, mas suportando um número maior de usuários. Nesse sistema, o servidor devota a maior parte de seus recursos a prover dados urgentes para atender à exigência de perfor- mance e para transmissão de dados de forma contínua de um prefixo de vídeo para o dis- positivo receptor de rede não-hierárquica após o dispositivo receptor de rede não- hierárquica ser admitido no sistema. O envolvimento do servidor na transmissão de subcli- pes precedentes de forma contínua para o dispositivo receptor de rede não-hierárquica, con- tudo, consome largura de banda do servidor e limita o número de dispositivos receptores de rede não-hierárquica que podem ser admitidos.

Aperfeiçoamento de performance surpreendente é proporcionado ao se permitir que

cada dispositivo receptor de rede não-hierárquica armazene em cache os prefixos de vídeo de um ou mais programas de vídeo. Em várias modalidades, um conjunto completo de tais prefixos está armazenado localmente em cache, possibilitando que se evite completamente o fluxo contínuo de subclipe precedente. Isso aperfeiçoa significativamente a escalabilidade do sistema. Mais genericamente, a performance percebida na extremidade de dispositivo receptor de rede não-hierárquica é aperfeiçoada. O algoritmo de transferência de rede não- hierárquica da presente invenção é projetado tendo em mente a disponibilidade de prefixos de vídeo armazenados em cache.

A presente invenção se refere ao aperfeiçoamento adicional da qualidade de vídeo percebida do dispositivo receptor de rede não-hierárquica mediante deslocamento de tempo, reduzindo ou eliminando o fluxo contínuo de subclipe precedente. De acordo com as várias modalidades da invenção, o servidor tem um número de tarefas ou serviços a realizar inclu- indo realizar transmissão de dados de forma contínua, complementar, e transferir conteúdo para os dispositivos de rede não-hierárquica receptores na rede não-hierárquica. De acordo com as modalidades da invenção, os prefixos de vídeo são transmitidos a partir do servidor para as memórias de cache do dispositivo receptor de rede não-hierárquica durante perío- dos de baixa demanda de rede e/ou de servidor. Devido aos limitados recursos de largura de banda, no servidor, e devido à responsabilidade do servidor em prover vários serviços e realizar várias tarefas, é importante conduzir controle de admissão de modo que a qualidade de vídeo percebida do dispositivo receptor de rede não-hierárquica atenda às expectativas do usuário. Quando prefixos armazenados em cache estão disponíveis, parâmetros de con- trole de admissão podem ser selecionados para permitir dispositivos receptores de vídeo sob demanda de rede não-hierárquica, adicionais, no sistema.

Na presente invenção o método e aparelho para suportar controle de admissão pa- ra um serviço de vídeo sob demanda de rede não-hierárquica são projetados para aperfei- çoar a qualidade de vídeo percebida do usuário em um ambiente de serviço de vídeo sob demanda ciente de performance onde um prefixo de vídeo armazenado em cache está, ou pode estar disponível. O método e aparelho da presente invenção monitoram a utilização de largura de banda atual, e o histórico de utilização de largura de banda, e considera a dispo- nibilidade dos prefixos de vídeo, para determinar se uma solicitação pode ser admitida no sistema de vídeo sob demanda.

Consequentemente são descritos um método e aparelho para realizar controle de admissão em um sistema de vídeo sob demanda de rede não-hierárquica, incluindo deter- minar se há largura de banda suficiente para suportar uma nova solicitação a partir de um dispositivo de reprodução de vídeo onde um prefixo de vídeo necessário é armazenado lo- calmente em cache no dispositivo; determinar se existe largura de banda suficiente para admitir a solicitação sem sacrificar a qualidade de serviço para as solicitações existentes, aceitando admissão da nova solicitação se ambas as ações determinadoras forem positivas e rejeitando admissão da nova solicitação se qualquer uma das ações determinadoras for negativa. Também é descrito um aparelho para prover conteúdo a um dispositivo de repro- dução de vídeo em um sistema de vídeo sob demanda de rede não-hierárquica incluindo uma unidade de controle de admissão e um componente de mecanismos de dados.

De acordo com uma modalidade da invenção, a disponibilidade de um prefixo de vídeo pré-armazenado permite o início substancialmente imediato de uma reprodução de vídeo solicitada sem alocar largura de banda de servidor para reprodução em fluxo contínuo. Mediante pré-armazenamento de um prefixo de vídeo na memória cache local, um retardo entre uma solicitação de usuário e um início correspondente de reprodução é reduzido ou substancialmente eliminado sem se incorrer em custos de largura de banda e de servidor, associados com a reprodução em fluxo contínuo do prefixo de vídeo.

Em uma modalidade, a memória cache local inclui uma unidade de disco magnéti- co. Em outra modalidade, a memória cache local inclui uma unidade de disco ótico. Em ain- da outra modalidade da invenção, a memória cache local inclui uma ou mais de uma memó- ria RAM dinâmica, uma memória RAM estática, uma memória flash, uma memória de leitura programável ou outro dispositivo de armazenamento de memória.

Deve ser observado que um dispositivo de reprodução de vídeo é qualquer disposi- tivo capaz de receber e reproduzir vídeo (armazenado ou ao vivo) incluindo, mas não Iimita- do aos computadores, laptops, assistentes pessoais digitais (PDAs) e dispositivos móveis. Uma rede não-hierárquica não é limitada a uma rede de linha de conexão por fios e pode ser uma rede cabeada ou sem fio ou uma rede híbrida empregando ambas as conexões, cabeada e sem fio.

A provisão de prefixos de vídeo localmente armazenado em cache signifícativamen- te reduz a carga do servidor de vídeo sob demanda e permite aperfeiçoamentos em escala- bilidade e qualidade de serviço. Além disso, variações graduais em carga de rede permitem a transferência de subclipes precedentes para caches locais de cliente a partir do servidor durante intervalos de carga relativamente baixa da rede.

De acordo com uma modalidade da invenção, um servidor de rede não-hierárquica é responsável por três tipos de serviços: (i) transferência de prefixos de vídeo para pré- armazenamento em cache nos dispositivos de memória de dispositivo receptor de rede não- hierárquica (esse pré-armazenamento em cache permite que os dispositivos receptores de rede não-hierárquica iniciem imediatamente a reprodução) (ii) transferência do conteúdo de vídeo de subclipes subsequentes para os dispositivos receptores de rede não-hierárquica através da rede não-hierárquica por intermédio do servidor e (iii) servir fluxo contínuo com- plementar de subclipes aos dispositivos receptores de rede não-hierárquica quando houver dados faltantes em um subclipe e um prazo final do subclipe for alcançado. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A presente invenção é mais bem-entendida a partir da descrição detalhada seguinte quando lida em conjunto com os desenhos anexos. Os desenhos incluem as seguintes figu- ras descritas resumidamente abaixo onde números semelhantes nas figuras representam elementos similares:

A Figura 1 mostra uma porção de um sistema de vídeo sob demanda de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 2 mostra uma porção adicional de um sistema de vídeo sob demanda de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 3 mostra uma arquitetura de servidor para um dispositivo servidor de acor-

do com uma modalidade da invenção;

A Figura 4 mostra na forma de diagrama de fluxo, um método operativo de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 5 mostra uma representação gráfica da relação de admissão para um sis- tema de vídeo sob demanda de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 6 mostra uma representação gráfica da relação de parte faltante média pa- ra um sistema de vídeo sob demanda de acordo com uma modalidade da invenção; e

A Figura 7 mostra uma ilustração gráfica das exigências de largura de banda pelo lado do servidor, de acordo com uma modalidade da invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA

A descrição a seguir apresenta a invenção em termos de sistemas de vídeo sob demanda, não-hierárquicos. Aqueles versados na técnica, contudo, considerarão que as modalidades apresentadas, incluindo uma modalidade preferida, são exemplares da inven- ção, e não têm o propósito de limitação. Consequentemente entende-se que a invenção pode ser aplicada em uma variedade de modalidades incluindo, por exemplo, sistemas de áudio sob demanda, de rede não-hierárquica e outros sistemas de multimídia.

A presente invenção supera os empecilhos discutidos acima. Em parte, a invenção surpreendentemente aperfeiçoa o desempenho do sistema mediante armazenamento de subclipes de multimídia, precedentes (tais como subclipes precedentes de áudio e/ou vídeo) em um dispositivo de rede não-hierárquica receptor de um sistema não-hierárquico (um dis- positivo de cliente não-hierárquico) antes de uma solicitação para serviço. Devido a esse avanço, uma solicitação para serviço de vídeo sob demanda pode ser prontamente acomo- dada e com pouca ou nenhuma carga incrementai imediata para o servidor. Além disso, co- mo o armazenamento de subclipes precedentes pode ocorrer a qualquer momento antes da reprodução do subclipe precedente, deslocamento de tempo das transferências de dados precedentes pode permitir a otimização de programas de carregamento de rede.

A demanda por conteúdo de vídeo na Internet tem o padrão temporal no qual a taxa

de solicitação em tempo de pico poderia ser de dezenas ou até mesmo centenas de ordens de magnitude superior à taxa de solicitação quando o volume de tráfego é o mais baixo. Es- se tipo de padrão de tráfego permite que o servidor empurre os prefixos de vídeo para os dispositivos receptores de rede não-hierárquica (tal como, por exemplo, conversores de si- nal de freqüência), quando o tráfego de rede é leve. Por exemplo, o servidor poderia empur- rar o prefixo de cada vídeo na biblioteca de mídia para os conversores de sinal de freqüên- cia nos dias úteis da semana, quando poucos clientes solicitam conteúdo de vídeo. Além disso, aqueles versados na técnica considerarão que agora é possível manter prefixos cur- tos para centenas de filmes em um dispositivo recebedor de rede não-hierárquica, tal como um conversor de sinal de freqüência, sem aumentar significativamente o custo do conversor de sinal de freqüência. Largura de banda de rede agora tende a ser o gargalo.

As vantagens anteriormente mencionadas, entre outras, são encontradas em um sistema de vídeo sob demanda que inclui um dispositivo de armazenamento não-hierárquico receptor para armazenamento de um prefixo de vídeo em um dispositivo receptor de rede não-hierárquica. O dispositivo de armazenamento permite rápido acesso ao prefixo de vídeo após admissão de uma solicitação de dispositivo receptor de rede não-hierárquica. Desse modo, o dispositivo receptor de rede não-hierárquica é capaz de apresentar um programa de vídeo solicitado a um usuário sem esperar pela entrega do prefixo de vídeo mediante, por exemplo, fluxo contínuo de um dispositivo servidor dedicado ou a partir de um dispositivo servidor de rede não-hierárquica. Esse armazenamento em cache de prefixo de vídeo é van- tajoso em um sistema de vídeo sob demanda tal como, por exemplo, um sistema tendo ca- pacidade de controle de admissão ciente de qualidade de serviço.

A Figura 1 mostra uma porção de um sistema de vídeo sob demanda digital 100 de acordo com uma modalidade exemplar da invenção. O sistema 100 inclui um dispositivo servidor 102 e um dispositivo de rede não-hierárquica 104. Na modalidade ilustrada, o dis- positivo servidor 102 inclui uma porção de controle servidora 106 e uma porção de armaze- namento servidora 108. A porção de armazenamento servidora é adaptada para armazenar, de forma que pode ser recuperável, os dados, tal como, por exemplo, dados de programa de vídeo digital. Geralmente, vários programas de vídeo, por exemplo, 107, 109 são armazena- dos na porção de armazenamento de servidor 108.

O dispositivo de rede não-hierárquica 104 inclui uma porção de controle de disposi- tivo de rede não-hierárquica 112 e uma porção de armazenamento de dispositivo de rede não-hierárquica 114. Na modalidade ilustrada, a porção de controle de dispositivo de rede não-hierárquica 112 inclui uma porção de comunicação 116 e uma porção de reprodução 118. Aqueles versados na técnica considerarão que vários outros arranjos são possíveis dentro do escopo da invenção conforme aqui revelado.

A porção de comunicação 116 é adaptada para receber dados de programa de ví-

deo, e para armazenar esses dados na porção de armazenamento de dispositivo de rede não-hierárquica 114. A porção de reprodução 118 é adaptada para recuperar ao menos uma porção dos dados armazenados a partir da porção de armazenamento de dispositivo de re- de não-hierárquica 114 e produzir uma exibição de programa de vídeo conforme solicitado, por exemplo, por um usuário. Conforme será descrito em detalhe adicional abaixo, a porção de armazenamento de dispositivo de rede não-hierárquica é adaptada para armazenar um ou mais subclipes precedentes 120, 122 correspondendo aos programas de vídeo respecti- vos que o usuário poderia solicitar.

Em várias modalidades, a porção de armazenamento de servidor 108 e/ou a porção de armazenamento de dispositivo de rede não-hierárquica 114 é implementada como uma unidade de disco rígido magnético. Aqueles versados na técnica considerarão que a escolha de uma unidade de disco como um dispositivo de armazenamento representa uma de mui- tas escolhas possíveis. Modalidades alternativas da invenção incluem um dispositivo de ar- mazenamento de rede não-hierárquica implementado como memória FLASH, Memória de Leitura Programável Apagável (EEPROM), Memória de Acesso Dinâmico (DRAM), Memória de Acesso Aleatório Estático (SRAM), RAM Magnética (MRAM), e Memória de Acesso Alea- tório de Mudança de Fase (PRAM), entre outras alternativas.

O dispositivo servidor 102 inclui um dispositivo de interface de rede de servidor 124 que é adaptado para acoplar de forma sinalizada a porção de controle de servidor 106 a uma rede de comunicação digital 126 tal como, por exemplo, a Internet. O dispositivo de rede não-hierárquica 104 inclui também um dispositivo de interface de rede de cliente 128 que é adaptado para acoplar de forma sinalizada a porção de controle de cliente 112 à rede de comunicação digital 126. Desse modo, em resposta, por exemplo, a um comando de u- suário, o dispositivo de rede não-hierárquica 104 pode sinalizar uma solicitação de admissão ao dispositivo servidor 102 e o dispositivo servidor 102 pode transportar um sinal de admis- são seguido pelos dados de programa de vídeo para o dispositivo de rede não-hierárquica (agora receptor) 104.

A Figura 2 mostra o dispositivo servidor exemplar 102 e o dispositivo receptor de rede não-hierárquica 104 da Figura 1 no contexto de um sistema mais amplo. Conforme mostrado, vários dispositivos não-hierárquicos 210, 212 são acoplados de forma sinalizada à rede 126. Em uma modalidade que não é de rede não-hierárquica, os dados de vídeo são originados a partir de um dispositivo servidor e recebidos em um dispositivo de cliente. Em uma modalidade de rede não-hierárquica, os dispositivos de rede não-hierárquica, por e- xemplo, 104, 210, 212 são implementados com uma combinação de capacidade de disposi- tivo receptor (ou cliente) de rede não-hierárquica e capacidade de dispositivo emissor (ou servidor) de rede não-hierárquica. Desse modo, o sistema pode tirar vantagem da largura de banda de transferência disponível dos dispositivos emissores de rede não-hierárquica de cliente para suplementar a capacidade de transferência do servidor. Além disso, as exigên- cias de largura de banda de rede podem ser distribuídas através de várias porções 129, 131 da rede 126. Conforme descrito em um pedido relacionado, essa capacidade permite esca- Iabilidade aumentada dos sistemas de vídeo sob demanda.

Em uma modalidade da invenção, os dados de prefixo de vídeo 120, 122 (conforme mostrado na Figura 1) são recebidos no dispositivo receptor de cliente de rede não- hierárquica diretamente a partir do dispositivo servidor e armazenados no dispositivo de ar- mazenamento local 108. Em uma modalidade adicional da invenção, os dados de prefixo de vídeo são recebidos no dispositivo de cliente indiretamente a partir do dispositivo servidor por intermédio, por exemplo, de um dispositivo emissor de rede não-hierárquica intermediá- rio, por exemplo, 210, 212. Em uma modalidade ainda adicional da invenção, os dados de prefixo de vídeo 120, 122 são recebidos a partir do dispositivo servidor e/ou do dispositivo de rede não-hierárquica Intermediário durante um intervalo de tempo de carga comparati- vamente baixa quando a carga da rede está em um nível baixo, em comparação com a car- ga máxima da rede.

Em uma modalidade da invenção, o complemento dos prefixos de vídeo armazena- dos no dispositivo de armazenamento local, por exemplo, 114 inclui um prefixo de vídeo para cada um dos programas de vídeo, por exemplo, 107, 109 armazenados no dispositivo de armazenamento 108 do dispositivo servidor 102. Em outra modalidade da invenção, o complemento dos prefixos de vídeo armazenados no dispositivo de armazenamento local 114 inclui uma pluralidade de prefixos de vídeo correspondendo a um subconjunto dos pro- gramas de vídeo armazenados no dispositivo de armazenamento 108 do dispositivo servidor 102. Esse subconjunto de programas de vídeo pode ser selecionado com base na seleção ativa de um usuário específico, ou nos hábitos de visualização observados de tal usuário, ou a partir dos hábitos de visualização observados de uma população mais ampla de usuários tais como, a população como um todo entre outros modos de seleção.

A Figura 3 mostra, na forma de diagrama de blocos, uma arquitetura de servidor de transmissão de dados de forma contínua, de rede não-hierárquica, ciente de performance auxiliado por armazenamento em cache de prefixo de acordo com uma modalidade da in- venção. O servidor inclui um componente de mecanismo de dados com dois subcomponen- tes. Um primeiro subcomponente é üm mecanismo de transmissão de dados de forma con- tínua. Um segundo subcomponente é um meio de transferência, de rede não-hierárquica. O mecanismo de dados e o meio de transferência de rede não-hierárquica proporcionam ser- viço de transmissão de dados de forma contínua complementar e serviço de transferência de rede não-hierárquica, respectivamente.

Quando uma nova solicitação de admissão é recebida no servidor, ela é encami- nhada ao controlador de admissão. Com base no resultado a partir do processo do controla- dor de admissão, o servidor envia uma decisão de admissão de volta ao dispositivo receptor de rede não-hierárquica, solicitante. Se o dispositivo receptor de rede não-hierárquica for admitido, a unidade de controle de admissão informa o componente de mecanismo de da- dos sobre essa decisão.

A partir do recebimento de uma decisão de admissão afirmativa, um dispositivo re-

ceptor de rede não-hierárquica pode imediatamente começar a reproduzir um prefixo de vídeo armazenado em cache a partir do armazenamento local, se disponível. Se nenhum prefixo de vídeo armazenado em cache estiver disponível, o servidor transmite em fluxo con- tínuo o prefixo necessário para o dispositivo receptor de rede não-hierárquica, de acordo com uma modalidade. Simultaneamente o componente de mecanismo de dados começa a transferir os dados para os subclipes seguintes através da rede não-hierárquica. Se for exi- gido atender as demandas de prioridade de dados, o servidor também pode prover a trans- missão em fluxo contínuo complementar dos subclipes seguintes.

A Figura 4 mostra na forma de diagrama de fluxo, uma porção de um método ope- rativo 400 de um sistema de vídeo digital de acordo com uma modalidade da invenção. Em uma primeira etapa 402 um novo dispositivo receptor de rede não-hierárquica submete uma solicitação para dados de programa de vídeo a um dispositivo controlador de admissão. A partir do recebimento da solicitação, o dispositivo controlador de admissão decide 404 se recursos suficientes (por exemplo, largura de banda) estão ou não disponíveis para permitir admissão do novo dispositivo receptor de rede não-hierárquica (isto é, fornecer o programa de vídeo ao dispositivo receptor de rede não-hierárquica). Na primeira alternativa, recursos insuficientes estão disponíveis para admissão do novo dispositivo receptor de rede não- hierárquica e a admissão do novo dispositivo receptor de rede não-hierárquica é rejeitada 406. Nesse caso, a porção ilustrada do método operativo termina 408. Em uma segunda alternativa 400, recursos suficientes estão disponíveis para admissão do novo dispositivo receptor de rede não-hierárquica. Um sinal para esse fim é enviado ao dispositivo receptor de rede não-hierárquica e o dispositivo receptor de rede não-hierárquica começa a reprodu- zir os dados de prefixo de vídeo que foram anteriormente armazenados em um cache local 412. Posteriormente, o dispositivo receptor de rede não-hierárquica se conecta a uma rede não-hierárquica para receber segmentos subsequentes de vídeo do programa de vídeo soli- citado 414.

Em uma modalidade da invenção, o dispositivo receptor de rede não-hierárquica procura um primeiro segmento de vídeo subsequente imediatamente após começar a repro- dução dos dados de prefixo de vídeo a partir do cache local. Em outra modalidade da inven- ção, o dispositivo de cliente retarda a procura do primeiro segmento de vídeo subsequente até que a quantidade de dados armazenados em um cache de reprodução local (isto é, tempo de reprodução restante) caia abaixo de um limite estabelecido.

Durante a reprodução do primeiro segmento de vídeo subsequente, e de cada segmento de vídeo subsequente posterior, um prazo final é determinado para recebimento completo do segmento de vídeo seguinte. Em uma etapa adicional do método ilustrado 416, se o segmento de vídeo seguinte tiver sido completamente recebido por intermédio da expi- ração do prazo 418, a reprodução do segmento de vídeo seguinte começa 420. Caso con- trário, 422, dados adicionais para completar o subclipe de vídeo adicional são recebidos a partir do servidor em uma base de transmissão de dados de forma contínua complementar 424. Posteriormente, começa a reprodução do segmento de vídeo seguinte 420.

Uma etapa adicional do método ilustrado 426 inclui a avaliação de se o subclipe de vídeo atual é ou não o último subclipe de vídeo no programa de vídeo. Se o elemento de vídeo atual não é último elemento de vídeo no programa de vídeo 430 então o dispositivo receptor de rede não-hierárquica torna a se conectar à rede não-hierárquica 414 para rece- ber o próximo subclipe de vídeo. Se o elemento de vídeo atual for o último subclipe do pro- grama de vídeo atual 428, então a porção ilustrada do método termina em 408. De acordo com várias modalidades, o dispositivo de controle de admissão é integral

com o dispositivo servidor. O dispositivo de controle de admissão verifica se a combinação de servidor e/ou dispositivo servidor de rede não-hierárquica é capaz de prover o programa solicitado de dados de vídeo com uma qualidade de serviço aceitável. Tal arranjo é conheci- do como controle de admissão ciente de qualidade de serviço (QoS). Com o armazenamento em cache de prefixo, o servidor no serviço de transmissão

de dados de forma contínua de rede não-hierárquica, ciente de performance é responsável por três tipos de serviços: (i) transferir prefixos de vídeo para pré-armazenamento em cache nos dispositivos receptores de memória de rede não-hierárquica (esse pré-armazenamento em cache permite que o dispositivo receptor de rede não-hierárquica comece imediatamente a reprodução) (ii) transferência do conteúdo de vídeo de subclipes suficientes para dispositi- vos receptores de rede não-hierárquica através da rede não-hierárquica por intermédio do servidor e (iii) servir fluxo contínuo complementar de subclipes aos dispositivos receptores de rede não-hierárquica quando houver dados faltantes em um subclipe e o prazo final do subclipe for atingido.

BW é usado para denotar a largura de banda total de servidor. BWm^tmiitg denota

a largura de banda usada para fluxo contínuo complementar; e SWp»^*^ denota a largu- ra de banda usada para transferência não-hierárquica. As definições de símbolos importan- tes são incluídas na Tabela 1.

Tabela 1. Definição de Símbolos Importantes

Símbolo Definição BW Largura de banda total do servidor Utilização de largura de banda para transmissão de dados de for- ma contínua complementar Largura de banda usada para transferência ascendente de dados de rede não-hierárquica M .-vAmír; ~ iwntf Utilização média de largura de banda para transmissão de dados de forma contínua complementar MW p&pdtMubKHSHg: Utilização média de largura de banda para transferência descen- dente de dados de rede não-hierárquica σ Desvio padrão de utilização de largura de banda de transmissão de dados de forma contínua complementar agregada N Número total de usuários atualmente no sistema C O número de prefixo de subclipes armazenados em cache α Peso usado na atualização do valor de MWmf,-mmmmg e - JB PP R Taxa de reprodução de vídeo

A Figura 5 ilustra uma utilização de largura de banda de servidor para servir um ú- nico cliente quando C = 1. O vídeo consiste em quatro subclipes e começa no tempo T0. O conteúdo do primeiro subclipe está armazenado em cache localmente e poderia ser repro- duzido imediatamente. No prazo de cada subclipe seguinte, isto é, no tempo T1, T2 e T3, a transmissão de dados de forma contínua complementar é iniciada na taxa de reprodução para preencher os dados faltantes. A transferência de dados descendente não-hierárquica começa a partir do início e termina no prazo do último subclipe. A utilização de largura de banda de transmissão de dados de forma contínua com-

plementar pode ser aproximada por uma variável aleatória Bernoulli uma vez que a taxa de transmissão de dados de forma contínua complementar ou é r ou zero. O controlador de admissão monitora a quantidade de dados que precisam ser transmitidos pela transmissão de dados de forma contínua suplementar para cada subclipe. Essa quantidade é denotada por ScmrBtoimhftm a taxa de dados de transmissão de forma contínua complementar média

para esse subclipe é Samp-mmmrn^ onde T é o comprimento do subclipe. O controlador de admissão mantém a informação de taxa de transmissão de dados de forma contínua, com- plementar, média, BWem*"»»*·*!**. O valor $^eamp--Mfmmin4- é atualizado sempre que uma nova taxa de transmissão de dados de forma contínua complementar média estiver disponí- vel. Especificamente,

ÉWeamp^iltmttSAB +(1-&) H^^-armtat ^p) (W

O peso, α decide quão rapidamente a utilização de largura de banda de transmis- são de dados de forma contínua, complementar, média corresponde ao valor atual. Experi- mentos mostram que um valor de aproximadamente 0,95 oferece bons resultados de per- formance.

Voltando-se agora para estimar a variância de BWame-^rm^s. Uma distribuição Bernoulli é usada para aproximar a utilização de largura de banda de transmissão de dados

de forma contínua, complementar. A variância de Jfffpode ser computada como a seguir:

O servidor também monitora a quantidade de dados que foram transmitidos para os usuários através da rede não-hierárquica. A largura de banda de transferência ascendente

de dados, não-hierárquica média de servidor, > é atualizada no prazo dos

subclipes. Denotar por Siw*···*»*· a quantidade de dados que são transferidos para o usuá- rio utilizando a rede não-hierárquica durante um comprimento de subclipe, produz

BW y2j>êsw#.kmiàí£ — & * BW+ 0 ~ * í^pipAmdnmSW ^ ^ C^

Com as estatísticas coletadas, a seguinte fórmula é usada para testar se a solicita- ção pode se admitida:

NiSwr + Wmpmmt^mg < BW (4)

cnqfMHRBanitff r y ............» vv

onde N é o número de usuários, cré o desvio padrão da largura de banda de trans- missão de dados de forma contínua/complementar, agregada, e β é o peso de desvio pa- drão.

A utilização de largura de banda de transmissão de dados de forma contínua, com-

plementar, agregada é a soma das variáveis aleatórias Bernoulli De acordo

com o Teorema de Limite Central, a soma das variáveis aleatórias pode ser aproximada por intermédio de uma distribuição normal e seu desvio padrão é governado pela Equação (5).

Na Equação (4), β é selecionado para ser três para garantir que a largura de banda exigida seja menor do que a largura de banda disponível com elevada probabilidade. Assim, a qualidade de visualização do usuário não se degradará com a admissão de novo cliente.

A Figura 5 mostra a utilização de largura de banda em um ambiente de serviço de transmissão de dados de forma contínua, de vídeo sob demanda, de rede não-hierárquica, ciente de performance com armazenamento em cache de prefixo do ponto de vista do servi- dor. A largura de banda de servidor usada para pré-carregar a memória cache de cliente com prefixos de vídeo não é mostrada, porque a sua atividade é conduzida com largura de banda de outra forma inativa. Por exemplo, prefixos de vídeo são empurrados para os dis- positivos receptores de rede não-hierárquica de cache durante momentos de baixa utiliza- ção da rede.

As vantagens da presente invenção incluem uma relação de admissão aperfeiçoa- da. A relação de admissão é definida como a fração de solicitações de cliente que são admi- tidas para receber serviços VoD; fração faltante média como a fração de conteúdo de vídeo que está ausente no momento de reprodução, o que indica a qualidade de visualização do usuário; e carga de trabalho normalizada como o produto do comprimento de vídeo e taxa de solicitação (isto é, número médio de solicitações por comprimento de vídeo).

Nos experimentos, a largura de banda de uplink média dos clientes é maior do que a taxa de reprodução. Um vídeo é simulado com o comprimento de 3.600 segundos, e o tamanho de cache de prefixo é de aproximadamente 3% do comprimento de vídeo total na média.

A Figura 6 mostra a tendência da relação de admissão à medida que aumenta a carga de trabalho. Conforme pode ser visto, o PONDER com armazenamento em cache de prefixo poderia acomodar até 360 solicitações por comprimento de vídeo com taxa de ad- missão maior do que 99%, o que é um ganho de performance de três vezes em comparação com a relação de admissão de 120 solicitações por comprimento de vídeo a partir do PONDER sem armazenamento em cache de prefixo.

Em conjunto com a relação de admissão amplamente aumentada (isto é, escalabili- dade de sistema), o armazenamento em cache de prefixo também produz melhor qualidade de visualização similar para os usuários do que o VoD não-hierárquico de não- armazenamento em cache de prefixo. Conforme mostrado na Figura 7, mesmo quando o sistema atinge o ponto de 360 solicitações por vídeo, a fração faltante média ainda está pró- xima de zero.

Nos experimentos onde a Figura 6 e a Figura 7 são derivadas, a largura de banda de uplink média dos dispositivos não-hierárquicos emissores é maior do que a taxa de re- produção. Há apenas um vídeo com o comprimento de 3.600 segundos, e o tamanho de cache de prefixo é de aproximadamente 3% do comprimento de vídeo integral na média.

O fato de que o aumento do espaço de armazenamento de 3% da biblioteca de ví- deo inteira aumenta a escalabilidade de sistema em três vezes, mostra claramente a eficá- cia da técnica de armazenamento em cache de prefixo.

Deve ser entendido que a presente invenção pode ser implementada em várias formas de hardware, software, firmware, processadores de uso especial, ou uma combina- ção dos mesmos. Preferivelmente, a presente invenção é implementada como uma combi- nação de hardware e software. Além disso, o software é implementado preferivelmente co- mo um programa de aplicação incorporado de forma tangível em um dispositivo de armaze- namento de programa. O programa de aplicação pode ser transferido ascendentemente pa- ra, e executado por, uma máquina compreendendo qualquer arquitetura adequada. Em uma modalidade, a máquina é implementada em uma plataforma de computa-

dor tendo hardware tal como uma ou mais unidades de processamento central (CPU), uma memória de acesso aleatória (RAM), e interface(s) de entrada/saída (l/O). A plataforma de computador inclui também um sistema operacional e código de microinstrução. Os vários processos e funções aqui descritos podem ser parte do código de microinstrução ou parte do programa de aplicação (ou uma combinação dos mesmos), o qual é executado por in- termédio do sistema operacional. Além disso, vários outros dispositivos periféricos podem ser conectados à plataforma de computador tal como um dispositivo de armazenamento de dados, adicional, e um dispositivo de impressão.

Nas várias modalidades da invenção, um prefixo de vídeo é recebido em um dispo- sitivo receptor de rede não-hierárquica em resposta a um multicast de dados de prefixo de vídeo a partir de um dispositivo servidor ou a partir de um dispositivo servidor de rede não- hierárquica. O prefixo de vídeo recebido pode ser selecionado como uma função do disposi- tivo receptor de rede não-hierárquica, do dispositivo servidor de rede não-hierárquica, ou do dispositivo servidor com base no perfil de seleção. Por exemplo, o perfil de seleção pode representar uma preferência de visualização de um usuário associado ao dispositivo recep- tor de rede não-hierárquica. Preferência de visualização pode ser introduzida pelo usuário, ou automaticamente desenvolvida com base em um histórico de visualização, por exemplo, no dispositivo receptor de rede não-hierárquica. Em outra modalidade da invenção, o perfil de seleção pode se basear, por exemplo, em um histórico de visualização de uma popula- ção selecionada de usuário ou uma população global de usuário. Em outra modalidade, um dispositivo receptor de rede não-hierárquica recebe todos os prefixos de vídeo disponíveis providos por um dispositivo servidor específico ou dispositivo servidor de rede não- hierárquica. Em outra modalidade, o prefixo de vídeo não é multicast, mas direcionado ao dispositivo receptor de rede não-hierárquica específico. Deve ser adicionalmente entendido que, como alguns dos componentes constituin-

tes do sistema e etapas de método, ilustrados nas figuras anexas, são preferivelmente im- plementados em software, as conexões efetivas entre os componentes de sistema (ou eta- pas do processo) podem diferir dependendo da forma na qual a presente invenção é pro- gramada. De acordo com os presentes ensinamentos, aqueles versados na técnica relacio- nada serão capazes de considerar essas e similares implementações ou configurações da presente invenção.

Claims

1. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital CARACTERIZADO por compreender: uma memória cache local adaptado para armazenar um prefixo de multimídia antes do recebimento de um sinal de admissão no dispositivo de rede não-hierárquica de multimí- dia; e um controlador adaptado para receber o sinal de admissão e começar de forma responsiva a reprodução do prefixo de multimídia e posteriormente receber dados de pro- grama de multimídia relacionados ao prefixo de multimídia, em que o recebimento do contro- Ie de admissão é condicional a partir da determinação de se existe largura de banda sufici- ente para suportar uma nova solicitação para admissão a partir de um dispositivo de repro- dução de multimídia onde o prefixo de multimídia necessário é armazenado em cache lo- calmente e determinar se há largura de banda suficiente para admitir a solicitação sem sa- crificar a qualidade de serviço para os usuários admitidos existentes.

2. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de memória cache local inclui um prefixo de multimídia, o prefixo de multimídia sendo aquele de uma pluralidade de prefi- xos de multimídia, a pluralidade de prefixos de multimídia correspondendo respectivamente a uma pluralidade de programas de multimídia armazenados em um dispositivo servidor.

3. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de memória cache local é a- daptado para armazenar o prefixo de multimídia durante um período de pouca utilização da rede.

4. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de memória cache local com- preende um dispositivo de unidade de disco eletromecânica.

5. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de memória cache local com- preende um dispositivo de memória de semicondutor.

6. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital é um primeiro dispositivo de rede não-hierárquica, em que o primeiro dis- positivo de rede não-hierárquica é adaptado para atuar como um dispositivo servidor de re- de não-hierárquica, e em que o dispositivo controlador é adaptado para transmitir o prefixo de multimídia para um segundo dispositivo de rede não-hierárquica através de uma rede de comunicações, o segundo dispositivo de rede não-hierárquica sendo adaptado para atuar como um dispositivo receptor de rede não-hierárquica.

7. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o prefixo de multimídia é transmitido durante um período de pouca utilização da rede.

8. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adaptado para enviar uma solicitação de admissão para um dispositivo de controle de admissão, o dispositivo de con- trole de admissão sendo adaptado para considerar uma presença ou uma ausência de um prefixo de multimídia pré-armazenado em cache no dispositivo cliente não-hierárquico de multimídia.

9. Dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia digital, de acordo com a reivin- dicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adaptado para receber um prefixo de multimídia transmitido de forma contínua a partir de um servidor se um prefixo de multimídia armazenado em cache localmente não estiver disponível no dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia.

10. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda CARACTERIZADO por compreender: solicitar admissão a um sistema de multimídia sob demanda; receber admissão ao sistema de multimídia sob demanda; começar a reprodução de uma primeira porção de um programa de multimídia com base em um prefixo de multimídia armazenado em um cache local; e subseqüentemente receber um subclipe de multimídia adicional a partir de uma re- de de comunicação do sistema de multimídia sob demanda, em que o recebimento da ad- missão é condicional a partir da determinação se há largura de banda suficiente para supor- tar uma nova solicitação para admissão a partir de um dispositivo de reprodução de multimí- dia onde um prefixo de multimídia necessário é armazenado em cache localmente, e da de- terminação se há largura de banda suficiente para admitir a solicitação sem sacrificar a qua- lidade de serviço para os usuários admitidos existentes.

11. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender: armazenar o prefixo de multimídia armazenado em um dispositivo de memória ele- tromecânico.

12. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender: armazenar o prefixo de multimídia armazenado em um dispositivo de memória se- micondutor.

13. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender: armazenar o prefixo de multimídia armazenado no cache local durante um intervalo de tempo de pouco carregamento de rede.

14. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender: armazenar o prefixo de multimídia armazenado em resposta ao recebimento de da- dos de multicast de multimídia digital a partir de um dispositivo servidor.

15. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender: receber a admissão em que a admissão se baseia em uma consideração do servi- dor da disponibilidade do prefixo de multimídia sendo armazenado no cache local.

16. Método de operar um dispositivo de rede não-hierárquica de multimídia sob demanda, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender ainda reproduzir o subclipe de multimídia adicional do programa de multimídia.

17. Dispositivo de multimídia, CARACTERIZADO por compreender: um controlador, o controlador sendo adaptado para acoplamento a uma rede de comunicação para comunicação não-hierárquica; e uma memória cache, a memória cache sendo acoplada ao controlador, a memória cache sendo adaptada para armazenar um prefixo de multimídia para reprodução, a repro- dução a começar antes do recebimento de dados de multimídia, adicionais relacionados ao prefixo a partir da rede, a reprodução sendo condicional a partir do recebimento de um sinal de admissão, em que o recebimento do sinal de admissão é condicional a partir da determi- nação de se há largura de banda suficiente para suportar uma nova solicitação para admis- são a partir de um dispositivo de reprodução de multimídia onde um prefixo de multimídia necessário é armazenado em cache localmente e determinar se há largura de banda sufici- ente para admitir a solicitação sem sacrificar a qualidade de serviço dos usuários admitidos existentes.

18. Dispositivo de multimídia, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o prefixo de multimídia compreende um prefixo de áu- dio.