ES2287947T3 - Sistema y metodo de tratamiento de corrientes de datos multimedia utilizando agrupaciones de subsistemas multimedia en arquitectura de bucle compartido. - Google Patents

Abstract

CON EL FIN DE INCREMENTAR EL NUMERO DE FLUJOS CONTINUOS DE DATOS SUMINISTRADOS POR UN SISTEMA MULTIMEDIA, SE PRESENTA UN GRUPO DE GRUPOS DE SUBSISTEMAS SERVIDORES MULTIMEDIA DE A/V. CADA GRUPO, A SU VEZ, CONSTA DE UN CONJUNTO DE SERVIDORES DE A/V, UN CONJUNTO DE DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE DATOS CON ARQUITECTURAS DE BUCLE COMPARTIDO INTERCONECTADOS A LOS SERVIDORES DE A/V, DONDE CUALQUIERA DE LOS SERVIDORES DEL GRUPO PUEDE ACCEDER SUSTANCIALMENTE DE FORMA EQUIVALENTE A CUALQUIER DISPOSITIVO DE ALMACENAMIENTO, Y UN SUBSISTEMA SERVIDOR DE CONTROL DE ELEVADA DISPONIBILIDAD INTERCONECTADO CON LOS SERVIDORES DE A/V Y LOS DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE DATOS, PARA CONTROLAR TANTO A ESTOS COMO A AQUELLOS. CADA UNO DE LOS GRUPOS SE ENCUENTRA INTERCONECTADO CON UN CONMUTADOR DE ALTA VELOCIDAD PARA EL SUMINISTRO DE LOS FLUJOS CONTINUOS DE DATOS DESDE EL GRUPO AL USUARIO FINAL. UNO DE LOS SUBSISTEMAS SERVIDORES DE CONTROL ACTUA TAMBIEN COMO SERVIDOR DE CONTROL MAESTRO QUE ASIGNA SOLICITUDES DE FLUJOS CONTINUOS DE DATOS A UNO DE LOS GRUPOS.

Description

Sistema y método de tratamiento de corrientes de datos multimedia utilizando agrupaciones de subsistemas multimedia en arquitectura de bucle compartido.

Campo técnico

Esta invención se refiere a los sistemas informatizados para dar servicio a los datos de audio y vídeo y, más particularmente a aquellos sistemas que poseen un almacenamiento y un manejo de datos mejorados.

Antecedentes de la invención

Junto con el impresionante crecimiento de la industria de los multimedia han surgido unos sistemas de servidores de audio y vídeo informatizados sofisticados que deben proporcionar grandes números de corrientes de datos individualizadas a un enorme conjunto de clientes de un modo efectivo en cuanto a costo. Conjuntamente con este problema se presenta el hecho de que con el deseo relativamente insaciable de variedad de contenido, no sólo se deben manejar grandes números de corrientes de datos, sino que es altamente deseable que se encuentren disponibles en una base casi instantánea y se puedan seleccionar fácilmente a voluntad del cliente de una enorme base de contenidos de títulos y clips, con múltiples clientes que desean a menudo visionar el mismo título a la vez.

Un ejemplo de una aplicación de tales sistemas son los kioscos de información en los centros comerciales, museos, etc., pero quizá una aplicación más representativa de la miríada de problemas técnicos que surgen al proporcionar un sistema de este tipo está en el caso de los sistemas de vídeo sobre demanda. Tales sistemas son solicitados para proporcionar simultáneamente a miles de clientes su selección individualizada de títulos de películas a visionar en base a una demanda casi instantánea, en la cual los títulos de las películas se pueden seleccionar por un cliente a partir de una lista cuyo número es de miles. Los datos de multimedia son extremadamente densos. Por ejemplo, el almacenamiento de una película única de longitud plena puede requerir 5 Gigabytes, y la reproducción de una corriente de vídeo del título típicamente puede estar en una velocidad de 20 Megabytes por segundo. Además, puede esperarse que un servicio de vídeo sobre demanda atienda a miles de clientes, cada uno de los cuales con la capacidad de seleccionar su corriente de vídeo ininterrumpible "a la medida" de 20 Megabytes por segundo seleccionada simultáneamente de una base de datos de vídeo que comprende quizá 10^{14} bytes (por ejemplo, 100 Gigabytes por título multiplicados por 1000 títulos). La fuerte magnitud de estos números aumenta intuitivamente las preguntas serias y molestas que ahora afectan a la industria respecto a como se pueden proporcionar estos sistemas en una base eficiente y eficaz en costo.

Las sutilezas que pueden escapar a un análisis inicial de los problemas increíblemente complejos que presenta la demanda de tales sistemas pueden sólo servir para aumentar las dificultades, Simplemente como un ejemplo de esto, en el caso de los servidores de cine de vídeo sobre demanda, no se puede suponer que habrá una distribución uniforme de la demanda para todos los títulos. Por el contrario, en diversas ocasiones, puede considerarse un título determinado como extremadamente popular y solicitado para ser visionado por un alto porcentaje de clientes, situando entonces una demanda sobre un controlador de disco duro que simplemente no puede ser atendida dadas las limitaciones de anchura de banda del controlador.

Una solución a este problema que podría fácilmente venir a la mente es simplemente replicar el título en discos duros y controladores adicionales, pero este enfoque es inaceptable por diversas razones. En primer lugar, uno de los costos más significativos de un sistema de servidor audio/vídeo de este tipo es el correspondiente al almacenamiento. Así, puede ser prohibitivo simplemente replicar los títulos en discos múltiples. Sin embargo, la demanda para los títulos en los sistemas de este tipo no es estática, sino que antes bien cambia a lo largo del tiempo, por ejemplo, un título que está relativamente "caliente" puede experimentar al mismo tiempo una demanda menguante en unos pocos días, sólo para ser reemplazado por otro título más. De este modo, se hace extremadamente difícil equilibrar eficientemente la carga de los sistemas de este tipo cuando es necesario replicar continuamente las copias de los títulos en diversos discos duros, para no mencionar el costo inaceptable previamente descrito asociado a la réplica de los títulos.

Los problemas precedentes pueden ser ilustrados mejor haciendo referencia a la Fig. 1, la cual es una ilustración simplificada de una realización convencional de un sistema de servidor de vídeo. En un sistema de este tipo, se dispone una pluralidad de servidores que pueden adoptar la forma de los controladores RAID (Redundant Array Inexpensive Discs, batería de discos redundantes de bajo costo) bien conocidos en la técnica, tales como los controladores RAID 4 ó 5, que ofrecen protección ante la pérdida de datos. Cada uno de estos controladores puede controlar un número correspondiente asignado de discos duros del orden de quizá 30 ó 40 por controlador organizados en conjuntos RAID. De este modo, los controladores 18, 20, 22 controlarían su respectiva pluralidad de conjuntos de discos 19, 21 y 23, respectivamente, conteniendo cada conjunto unos datos de vídeo digitalizados tales como los títulos T mostrados en la Fig. 1, típicamente en 4 discos duros con un disco duro adicional de paridad.

Interconectando cada uno de los controladores 18-22 se encuentra un bucle 10 arbitrado de canal de fibra y un bucle redundante 12 (la protección de pérdida de datos permitida por los controladores RAID y el bucle redundante se hallan presentes debido a la necesidad de una alta disponibilidad de estos sistemas). Cada uno de los controladores respectivos 18-22 proporciona en la línea respectiva 24A, 24B, 24C, vídeo en corriente procedente de sus conjuntos de discos correspondientes, respectivamente, tal como una línea de corriente de vídeo ATM en formato MPEG 2 bien conocido en la técnica, siendo proporcionada tal corriente de vídeo a un conmutador 14 de ATM adecuado, también bien conocido en la técnica. Interconectado al conmutador 14 se encuentra una red de cable 13 que da servicio a una pluralidad de controladores de vídeo/audio o de ordenadores o televisiones 16, por ejemplo, de los cuales se muestra sólo uno en aras de la simplicidad.

En un funcionamiento simplificado, si se realiza una solicitud para el título T, el controlador 28 proporcionará la corriente de vídeo de uno de los discos asignados correspondientes 21 en el cual reside el título a través del controlador 20, sobre la línea 24B, a través del conmutador de ATM 14, saliendo por la conexión de cable 13 para ser visionada por el cliente en el monitor 16. En un caso simplificado de este tipo, el sistema puede trabajar muy bien. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, el título T puede estar en gran demanda y por tanto saturar el conductor principal, en tanto que un controlador RAID dado, tal como el controlador 20 puede manejar sólo un número finito de corrientes de este tipo. Ante tal eventualidad, el bucle 10-12 de canal de fibra entra en acción. El título T puede ser transferido sobre el bucle 10-12, estáticamente por un operador, por ejemplo, no sobre demanda, a un controlador 22 de disco próximo y replicado como T' en uno de los correspondientes discos duros 23 asociados al controlador 22. De esta manera, se puede proporcionar un complemento adicional de corrientes de vídeo del título por el controlador 22 en la línea 24C, que deriva de la réplica del título T en el disco duro del controlador 22 como título redundante T'.

Diversos problemas significativos están asociados a las realizaciones de tales sistemas de controlador de vídeo de la Fig. 1. En primer lugar, se observará que los títulos de vídeo no requieren enormes cantidades de almacenamiento, y por tanto el costo del almacenamiento en disco 18-23 constituye típicamente una parte principal del costo del sistema completo. De este modo, a fin de satisfacer la demanda de corrientes de vídeo en exceso de las que pueden ser proporcionadas por un controlador 18-22 dado, es generalmente inaceptable replicar simplemente el título como T' en otro disco duro puesto que esto requiere copias redundantes y caras de los datos. Una debilidad inherente del sistema de la Fig. 1 se refiere al hecho de que cada controlador 18-22 sólo puede tener acceso a su propio conjunto de discos locales 19, 21, 23 respectivos, necesitando transferencias de los títulos a través del anillo 10-12.

Todavía otro problema asociado con los sistemas de la Fig. 1 es que aunque el gasto de realizar la réplica de los títulos pudiera ser en cierto modo aceptable, se puede apreciar fácilmente que dada una demanda concreta de títulos, el anillo 10-12 puede a su vez resultar congestionado al transferir los datos de vídeo de los almacenamientos de los discos respectivos de un controlador a los de otro, con lo cual se añade un margen inaceptable al proceso. Además, los diversos discos duros 19-23 pueden tener típicamente una anchura de banda mayor que el número de corrientes que un controlador dado asociado con el disco duro concreto es capaz de manejar. Así, en el sistema de la Fig. 1, la anchura de banda de los discos duros caros es constreñida esencialmente por la anchura de banda de sus respectivos servidores y controladores en un número de corrientes 24A-24C, que puede ser capaz de proporcionar cada controlador 18-22 respectivo. El diseño del sistema está desequilibrado inherentemente y en costo puesto que cada uno de los discos caros debería ser "aprovechado" para utilizar la plena capacidad de la anchura de banda de su cabeza de lectura sin limitarla por su controlador respectivo.

En los sistemas de vídeo interactivos con diferentes composiciones de demanda de los diversos títulos, en un sistema tal como el de la Fig. 1, será obvio que surge una tarea desalentadora para que alguien sea capaz de predecir la demanda y equilibrar previamente los clips en los diversos discos duros 19-23 a fin de satisfacer las cargas variables y reducir la congestión en el bucle 10-12 arbitrados. En un intento de este tipo por hacerlo, los sistemas pueden añadir un controlador de conmutador 11 que busca equilibrar de alguna manera inteligente la distribución de los títulos en los discos 19-23. Sin embargo, los sistemas de este tipo son extremadamente caros debido a la lógica de conmutación para cientos de discos y todavía presentan los problemas anteriormente mencionados de los sistemas no equilibrados que pueden surgir con mucha rapidez. También existe un punto único de fallo de manera que se deben disponer dos conmutadores. En resumen, un problema significativo del sistema de la Fig. 1 es que los discos duros caros son locales o privativos de sus controladores respectivos y que los bucles 10-12 están dispuestos en el extremo frontal del sistema que interconecta los controladores 18-22 sólo para facilitar el desplazamiento de datos sobre los bucles arbitrados entre los procesadores. Esto da lugar a las características no deseables de menor equilibrio y mayor costo del sistema.

En otra aproximación adicional para resolver los espinosos problemas anteriormente mencionados, el sistema de la Fig. 1 proporciona un conmutador de barras cruzadas 6 u otro tipo de conmutador de interconexión interpuesto entre una pluralidad de controladores de disco 30, 32, 34, y diversas conjuntos de discos, 38, 40, 42, 44, que han almacenado en los mismos los datos de vídeo Así, a diferencia del sistema de la Fig. 1, el sistema de la Fig. 2 permite a cualquier controlador 30, 32, 34, acceder a un título en cualquiera de los conjuntos de discos 38, 40, 42, 44, por medio de los conmutadores de barras cruzadas 36. De este modo, aunque un sistema de este tipo evita la práctica costosa de mantener copias redundantes de títulos en las que cualquier controlador puede tener acceso a cualquier disco, desgraciadamente en muchas aplicaciones el costo por corriente en un sistema de este tipo como el de la Fig. 2 se hace prohibitivo. Esto es un resultado directo del costo excesivo de los conmutadores 36 de barras cruzadas de este tipo de una alta interconexión y de redundancia, considerando el hecho de que dado el elevado número de las corrientes de datos, se requiere un número correspondientemente grande de los costosos conmutadores de barras cruzadas 36.

Por ejemplo, Daniel M. Días y otros en "Un servidor de red escalable y de elevada disponibilidad" (Sinopsis de las ponencias de la COPCOM (conferencia de la Computer Society), 1996, Tecnologías para la Superautopista de la Información, Santa Clara, 25-28 de febrero de 1996, Sinopsis de las ponencias de la COPCOM (Conferencia de la Computer Society), Los Alamitos, IEEE COMP. SOC. PRESS, tomo CONF. 41, 15 de febrero de 1996, páginas 85-92, XP010160879, ISBN:0-8186-7414-8) describe un prototipo escalable y de alta disponibilidad de servidor de red, construido sobre un sistema IBM SP-2, y analiza su disponibilidad. La arquitectura del sistema consiste en un conjunto de nodos lógicos frontales o de trabajo en red y un conjunto de nodos posteriores o de datos conectados por un conmutador, y un componente de equilibrio de carga. Se usa una combinación de las técnicas de encaminamiento TCP y Servidor de Nombre de Dominio (DMS) para equilibrar la carga a través de los nodos frontales que corren los demonios de red (httpd). La escalabilidad lograda es cuantificada y comparada con la de las técnicas DNS conocidas. La carga en los nodos posteriores es equilibrada vaciando los objetos de datos a través de los nodos posteriores y de los discos. Se proporciona una alta disponibilidad detectando los fallos de los nodos y demonios y reconfigurando el sistema adecuadamente. El servidor de red escalable y de alta disponibilidad se combina con unas bases de datos paralelas, y con otros servidores posteriores, a fin de proporcionar unas soluciones integradas escalables y de alta disponibilidad.

También se conocen en la técnica sistemas que no usan conmutadores para enlazar los múltiples dispositivos de almacenamiento.

La publicación de CHEN S THAPAR M "Interfaz de almacenamiento de canales de fibra para servidores de vídeo sobre demanda", Actas de la Sociedad Internacional para la Ingeniería Óptica, SPIE, tomo 2887, págs. 328.335, 31-01-1996 describe un bucle de canal de fibra arbitrado para su uso a fin de conectar múltiples discos a los servidores sin conmutadores para las aplicaciones de vídeo sobre demanda.

El documento WO-A-96/10315 describe un servidor de vídeo que usa segmentos de tubos de memoria conectados por una arquitectura de almacenamiento en serie (SSA). Se puede hacer circular los datos del último segmento al primer segmento.

Sumario de la invención

A fin de aumentar el número de corrientes de datos proporcionadas por un sistema multimedia, se proporciona una pluralidad de agrupaciones de subsistemas de servidores multimedia de A/V de acuerdo con el método de la reivindicación 1 y el sistema de la reivindicación 7.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama funcional de bloques de un sistema de servidor audio/vídeo de la técnica anterior, que emplea bucles arbitrados de canales de fibra que interconectan los controladores de discos.

La Fig. 2 es un diagrama funcional de bloques de un sistema adicional de servidor audio/vídeo de la técnica anterior, que emplea conmutadores de barras transversales para interconectar selectivamente un controlador dado a un dispositivo de almacenamiento deseado.

La Fig. 3 es un diagrama funcional de bloques de una realización de un sistema de servidor audio/vídeo de la invención que emplea un bucle de almacenamiento compartido.

La Fig. 4 es un diagrama funcional más detallado del sistema de la Fig. 3.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del sistema de las Figs. 3 y 4 de la invención.

La Fig. 6 es un dibujo de un sistema de 5 agrupaciones de acuerdo con la invención, conteniendo cada agrupación 16 nodos de servicio de vídeo y 352 discos duros de 4.6 interconectados de manera que son compartidos por la totalidad de los 16 nodos de la agrupación.

Descripción detallada de la realización preferida

Volviendo ahora a la Fig. 3, se representa a continuación una realización de un sistema de servidor de audio/vídeo de la invención. En comparación con los sistema de la técnica anterior de la Fig. 1, son obvias fácilmente ciertas semejanzas. En primer lugar, se dispone un conmutador adecuado interpuesto entre una pluralidad de terminales de presentación tales como equipos de televisión 54 y una pluralidad de servidores o controladores 56, 58, 60. Cada controlador está interconectado con el conmutador 50 por su respectiva línea de corriente de datos 62, 64, 66. También, similar al sistema de la Fig. 1, se dispone una pluralidad de agrupaciones de discos duros 70, 72, 74, 76 en los cuales se encuentran almacenados digitalmente títulos tales como T.

Sin embargo, una comparación más próxima de las Figs, 1 y 3 revela una distinción fundamental. Se observará que el bucle 10-12 arbitrado de canal de fibra de la Fig. 1 está dispensado con los controladores 18-22 interconectados. Por el contrario, en el sistema de la invención representado en la Fig. 3, se dispone una arquitectura de almacenamiento en serie (SSA) o de bucle (FC-AL) 68 arbitrado de canal de fibra interpuesta entre los controladores 56-60 y los conjuntos de discos 70-76. La importante significación de la introducción del bucle 68 entre los controladores 56-60 y los conjuntos de discos 70-76 es que, a diferencia del caso del sistema de la Fig. 1, estos conjuntos de discos caros, por medio del bucle 68 ya no están asignados ni son locales en relación a los controladores respectivos, sino que antes bien se encuentran fácilmente disponibles por medio del bucle 68 para cualquier controlador 56-60.

De este modo, en funcionamiento, si se desea visionar un título por un usuario en la unidad de presentación 54, esta corriente de vídeo puede ser proporcionada esencialmente por cualquiera de los controladores 56-60 a partir del mismo disco 72 en el cual reside el título T. Se puede atender la demanda por tanto por la corriente desde el disco 72 que se entrega a través del bucle 68 al controlador 56, a través de la línea 62, el conmutador 50, la conexión de cable 51, a la unidad de presentación 54. De manera similar, el camino podría ser del disco 72 a través del bucle 68, el controlador 58, la línea 64, el conmutador 50, la conexión de cable 51, a la unidad de presentación 54. De manera análoga, se podría atender la demanda a lo largo del camino del disco 72 a través del bucle 68, el controlador 60, la línea 66, el conmutador 50, la conexión de cable 51, a la unidad de presentación 54.

Sin embargo, es de mayor importancia observar que la demanda para este mismo título T puede ser atendida simultáneamente a través de los tres caminos anteriormente mencionados (por ejemplo, a través de los controladores 56, 58, y 60) sin necesitar la réplica costosa del título en otro conjunto de discos 72, 74, o 76 (compárese el caso del sistema de la Fig. 1 en el que el título T del conjunto de discos 21 tiene que ser replicado en el conjunto de discos 23 como título T').

Como se hará notar, la anchura de banda de un disco duro 70-76 dado puede exceder típicamente de la capacidad de manejo de corriente de datos de un controlador 58-60 dado. Por ejemplo, la anchura de banda del disco duro 72 puede ser capaz de proporcionar 60 ó más corrientes de datos del título T mientras que un controlador 56 dado, por ejemplo, puede ser capaz de manejar 30 corrientes de datos. Se hará notar que este problema es lo que dio impulso a la necesidad de replicar el título en un controlador diferente en el sistema de la Fig. 1 (de manera que este otro controlador 22 podría proporcionar las corrientes de datos adicionales requeridas por sí mismo a partir de su disco dedicado 23 en el cual se almacenó el título T' replicado). Sin embargo, se observará en el sistema de la Fig. 3, que esta demanda para las corrientes de datos en exceso de la capacidad de un controlador dado puede ser ahora distribuida a través de la pluralidad de controladores sin que sea necesaria la réplica del propio contenido, por ejemplo, copiando el título T de una manera cara e intensiva en recursos generales a uno o a varios de los discos 74-76 remanentes. Como resultado de esta innovación, (a diferencia del caso de la Fig. 1 en el que surgió el potencial para congestionar el bucle 10-12 con transferencias de los datos de título sobre el mismo a los diversos controladores) no es necesario colocar esta carga en el bucle 68.

Se apreciará que los diversos controladores 56-60 deben ser coordinados e interconectados como en el caso de los controladores 18-22 de la Fig. 1. Sin embargo, volviendo a hacer referencia a la Fig. 3, este bucle de control 52 puede ser proporcionado por un bucle de Ethernet bien conocido en la técnica antes bien que necesitar un bucle de canal de fibra de alta velocidad como en el caso del sistema de la Fig. 1. La razón para esto es que la conexión 52 de bucle relativamente más lenta tal como la provista por Ethernet) puede ser adecuada debido a que a diferencia del caso de la Fig. 1, una gran cantidad de los datos de vídeo no se coloca sobre el bucle 52 (puesto que esencialmente sólo desempeña la función de control y de coordinación de los diversos procesadores 56-60). De este modo, el bucle 52 no tiene necesidad de ser un bucle de tan altas prestaciones como el bucle arbitrado 10-12 en el caso del sistema de la Fig. 1.

Por consiguiente, en resumen, en el caso del sistema 1, los discos 70-76 son compartidos por todos los procesadores 56-60 de una agrupación. Además, sólo se requieren tantos procesadores para mantener los títulos como se requieran o limiten por la anchura de banda del disco duro concreto (por ejemplo, el número de corrientes de vídeo que puede manejar un disco dado). Esto es un reconocimiento del hecho de que los procesadores 56-60 modernos de hoy en día pueden saturarse rápidamente en términos del número de corrientes de vídeo que pueden manejar mientras que un disco duro 70-76 dado puede tener sin embargo una anchura de banda remanente para atender otro de estos procesadores con la corriente de vídeo idéntica (por ejemplo, el mismo título T). También, en el sistema de la Fig. 3, debido a que cualquier controlador dado puede tener acceso esencialmente a un título T con unos recursos generales similares a través del bucle 68 de SSA o FC-AL, las demandas para equilibrar los títulos sobre los conjuntos de discos no son tan exigentes como en el caso del sistema de la Fig. 1.

Habiendo completado ahora una descripción de alto nivel del sistema de la Fig. 3, a partir de la cual se puede conseguir un entendimiento de la invención, se hace referencia ahora a una ilustración más detallada del sistema de la Fig. 4 que revelará en comparación muchas semejanzas con la Fig. 1. Se describirá a continuación los elementos esenciales del sistema de la Fig. 4.

En la ilustración simplificada de las Figs. 1-3, se mostraba sólo tres servidores o controladores. No se pretende que la invención sea así de limitada. En consecuencia, en la Fig. 4, se puede proporcionar uno o una agrupación de esencialmente cualquier número deseado de ordenadores 94-108 servidores de audio/vídeo, los cuales acceden a un grupo de discos a través de bucles compartidos mostrados generalmente por el número de referencia 110 con bucles de acuerdo con las normas de arquitectura de almacenamiento en serie (SSA) o de bucle arbitrado con canal de fibra (FC-AL). En una realización particular, aunque la invención no se destina a ser tan limitada, se puede proporcionar 1 a 32 nodos informáticos por los ordenadores 94, 108, que comprenden una CPU correspondiente de 1 a 8 CPU, con 3 x adaptadores de ATM de 155 Megabytes, 2 x adaptadores de SSA o 4 x adaptadores de bucle FC-AL.

Se dispone una conexión isócrona (por ejemplo de anchura de banda garantizada) (realizada en el sistema de la Fig. 4 como un conmutador de ATM y una red, 88) entre los servidores 94-108 y un conjunto de dispositivos 83 de audio/vídeo proporcionados por un canal 82 de banda ancha. En la alternativa, se puede seleccionar una salida analógica y proporcionarla de una manera convencional. Estos dispositivos 83 de audio/vídeo (A/V) pueden incluir, pero sin limitarse a ello, televisiones, adaptadores de control de televisión (módulos de conexión), ordenadores personales y kioscos de información. En términos generales, se puede hacer referencia aquí a los usuarios de los dispositivos de A/V 83 de este tipo como telespectadores con independencia de que estén escuchando, visionando, o ambas cosas.

Continuando con la Fig. 4, se proporciona una pluralidad de discos duros 112 en los bucles 110 representados en la figura como pequeños óvalos. Adicionalmente, se proporciona un conjunto de adaptadores 114 de bucle representados como rectángulos negros en la Fig. 4, los cuales conectan cada ordenador 94-108 a cada bucle del bucle 110 de comunicaciones de discos. Típicamente, éstos serían adaptadores de SSA o FC-AL dependiendo de la arquitectura de bucles para la cual se adopta el bucle 110.

Generalmente, los títulos de medios almacenados se dividen preferentemente en miles de bloques de datos, cada uno de ellos con la realización aquí descrita de un tamaño de al menos 256 kbytes. Preferiblemente, los bloques de datos individuales no se almacenan en un único disco 112, sino que más bien se colocan de una manera equilibrada a través de muchos o incluso de todos los discos duros 112 disponibles en los bucles 110 compartidos. Esto permite que cualquier título almacenado sea reproducido simultáneamente por un gran número de dispositivos de A/V 83 sin sobrecargar ningún disco 112 o servidor 94-108 determinado. Aunque se ha descrito con fines ilustrativos el contenido de los discos duros 12 como datos de vídeo o cine, la invención no pretende resultar tan limitada. Esencialmente, se puede almacenar cualquier tipo de títulos o clips multimedia, audio, vídeo, o audio/vídeo en los discos duros 112 compartidos y en cualquiera de cierto número de formatos digitales que incluyen, pero sin limitarse a ellos, los MPEG 1, MPEG 2, y JPE® de cine. La conexión de cualquiera de estos títulos a cualquiera de estos dispositivos de A/V 83 puede hacerse por tanto a partir de cualquiera de los servidores 94-108 a través de la conexión isócrona 88-82.

Se incluye adicionalmente un par de servidores de control redundantes, tolerantes a los defectos en la agrupación informática 84-86, para controlar los servidores 94-108 salvo una función. Sin embargo, se pueden establecer las órdenes de control esencialmente por cualquier tipo de ordenador o de mecanismo de introducción que sea capaz de comunicar la selección de título y las órdenes de control de reproducción a los servidores 94-108. Bien el servidor 84-86 de control o bien los servidores 94-108 de A/V pueden realizar la función adicional de equilibrar la carga del informática entre los servidores, como se observó anteriormente. Un programa que se ejecuta en los servidores 84-86 de control realiza también la función adicional de determinar si se pueden reproducir solicitudes adicionales de selección de nuevos medios sin pausas, huecos, o pérdida excesiva de calidad de servicio (QOS) para el telespectador. Si no se pueden reproducir de este modo, los servidores de control retrasarán la solicitud. Como alternativa, el programa asociado con el servidor de control podría residir en uno o varios de los servidores de A/V 94-108.

Se puede conectar uno o varios servidores 108 de archivo preferentemente a un sistema de archivo 117 de medios robóticos que comprende unos medios 118 de cinta magnética o de CD ROM y un captor 116 para seleccionar y reproducir las cintas o los CD ROM en el subsistema 117 en respuesta a las órdenes del servidor 108 de archivos. El servidor 108 de archivos proporcionará la función de cargar los títulos nuevos en los discos 112 de los bucles del bucle compartido 110. Se puede conectar dos agrupaciones más al servidor de archivos 108, si se desea.

Ahora se puede entender más claramente el funcionamiento de la secuencia de eventos preferida del sistema de la Fig. 1 haciendo referencia al diagrama de flujo de la Fig. 5. Se puede aplicar este diagrama de flujo en el código de programa que se ejecuta en los servidores de control 84-86 o en los servidores de A/V 94-108 y dar lugar a la ejecución de las etapas siguientes. La rutina de control se introduce en 120, con lo cual la secuencia típica de eventos a fin de reproducir un título de medios se desarrolla como sigue. En primer lugar, se hace una solicitud para reproducir un título de medios, 122 por un dispositivo de A/V 83 (Fig. 4) o un telespectador a través de una Pasarela de Red 80 (Fig, 4) o por cualquier otro dispositivo de introducción de datos, siendo entregada dicha solicitud al servidor de control 84-86 desde la Pasarela de Red 80 siguiendo el camino de comunicación 81. El(los) servidor(es) de control 84-86 determinarán entonces si se encuentra disponible el título solicitado, etapa 124 de la Fig. 5, en cualquier conjunto de los discos 112 de bucle de la Fig. 4. De no ser así, el flujo sale por la derecha en el bloque de decisión 124, con lo cual el servidor de control emite una solicitud al servidor de archivo 108 a lo largo del camino de mensajes 90 de la Fig. 4 para cargar el título en un espacio libre de disco en los bucles 110. Si ya se encuentra disponible el título en un bucle, el flujo sale por la izquierda en el bloque de decisión 124. Se observará que el servidor de archivos 108 puede doblar situándose en espera caliente a los servidores de A/V 94-106 si fuera necesario.

A continuación, el servidor de control 84-86 selecciona un servidor de A/V 94-108 para reproducir la solicitud, 128, equilibrando la carga de trabajo a través de todos los servidores de A/V. Puesto que los servidores de A/V se conectan a todos los discos 112 a través de la arquitectura de bucle compartido de los bucles 110, se puede seleccionar cualquier servidor de A/V por el servidor de control en cualquier momento para efectuar una reproducción de este tipo, haciendo con ello más fácil el equilibrado de cargas.

El servidor de control 84-86 emite una solicitud de reproducción, 130, al servidor de A/V 94-108 seleccionado utilizando el camino 90 de mensajes de control (o el respaldo redundante 92 de camino de control). El camino 90 de mensajes de control es preferiblemente redundante, aunque las realizaciones pueden variar (por ejemplo, los caminos Ethernet, FIDI, o Token-Ring serían igualmente aceptables).

Continuando con la Fig. 5, el servidor de A/V concreto seleccionado en la etapa 128 completa a continuación una conexión, 132, al dispositivo de A/V 83 solicitante a través de la red isócrona 88, si no se ha establecido ya previamente una conexión de este tipo. Este servidor de A/V seleccionado localizará entonces los dos primeros bloques de datos de medios (por ejemplo, los datos de título) sobre los discos duros 112 del bucle compartido, y cargará ambos previamente en la memoria del servidor seleccionado, como se ha mostrado en la etapa 124. A continuación, este servidor de A/V seleccionado dará salida al primer bloque de datos de medios a través de un adaptador I/O (por ejemplo un adaptador ATM en el servidor, aunque no necesariamente un adaptador ATM), el cual se conecta al dispositivo de A/V 83 solicitante. Esta etapa se muestra en la Fig. 5 como la etapa 136.

A continuación, se puede hacer una verificación de la integridad de la transferencia de datos subsiguiente, 138. El servidor de A/V seleccionado, el servidor de control 84-86, y el adaptador de comunicaciones del servidor pueden hacer conjuntamente verificaciones para asegurarse de que los datos de medios fluyen al dispositivo de A/V 83 seleccionado sin huecos, pausas, o la introducción de un ruido excesivo inaceptable o perturbaciones. A continuación, se cargará previamente en el servidor de A/V seleccionado los bloques de datos de los títulos sucesivos en su memoria, 140, antes de que sean requeridos por el dispositivo de A/V 83. El modelo de acceso es de manera preferible esencialmente aleatorio a través de los múltiples discos 112 y dentro de cada uno de los discos de este tipo.

Finalmente, cuando se ha reproducido el último de los bloques de medios, se termina la reproducción del título, ante lo cual se desconecta 142 la conexión al dispositivo de A/V 83. Entonces se emite un retorno 144 al programa de llamada.

A continuación se indica un resumen de las características y ventajas importantes del sistema aquí descrito. En primer lugar, se ha observado que cada disco 112 se conecta a cada servidor de A/V 94-108 a través de uno o varios bucles de comunicaciones compartidos mostrados colectivamente en los números de referencia 110 de la Fig. 4, realizándose tales bucles por medio de una arquitectura y unas normas SSA o FC-AL, Cada selección de medios o títulos, debido al diseño anteriormente descrito, puede ser directamente accesible por cada servidor de A/V 94-108 de la agrupación o agrupaciones de ordenadores servidores debido a esta arquitectura de bucles de disco compartidos. Los títulos de medios se pueden dispersar aleatoriamente a través de muchos discos 112, con lo cual se facilita que se pueda reproducir los títulos individuales por muchos telespectadores simultáneos.

Incluso adicionalmente, el servidor de archivos 108 puede cargar títulos nuevos directamente en los discos 112 de bucle compartido sin añadir una carga de trabajo adicional a ninguno de los servidores de A/V 95-106 activos, con lo cual mejoran las probabilidades de una reproducción de alta calidad. Usando un servidor de archivos relativamente grande 108 con adaptadores de bucles SSA o FC-AL triples, puede resultar ventajoso proporcionar no una agrupación de bucles compartidos como se muestra en la Fig. 4, sino antes bien tres agrupaciones independientes de bucles de A/V compartidos que pueden ser interconectadas, reduciendo de este modo los costos de dispositivo de archivo, robot y medios por carga. Además, el servidor de archivos 108 puede asumir a su vez la carga de trabajo de un nodo de A/V que falle dentro de la agrupación, actuando de este modo como un elemento en espera caliente hasta para tres agrupaciones interconectadas. En tal eventualidad, se retrasaría sin embargo la carga del archivo lo suficiente para corregir el problema del servidor de A/V. Los programas que se ejecutan en los servidores de control 84-86 pueden dar soporte en forma deseable a agrupaciones múltiples interconectadas de caminos de control y de datos (por ejemplo, agrupaciones de agrupaciones) para la uniformización de carga y la escalación a un gran número de reproducciones de A/V. Por ejemplo, los estudios de ejecución de costos han mostrado que compartir el disco por 8-16 servidores puede amortizar el costo de disco compartido suficientemente para que los costos adicionales por corriente sean dominados por el costo del sistema no compartido. Por consiguiente, se puede producir de hecho poco ahorro si se escala las agrupaciones más allá de 16 nodos.

De manera similar, las comparaciones de costos han indicado que actualmente los costos de la arquitectura de bucles compartidos son considerablemente inferiores por reproducción que las arquitecturas comparables que usan discos duros unidos por conmutador (Fig. 2) u ordenadores con discos duros locales (Fig. 1). La conmutación de bucles de acuerdo con las enseñanzas de la invención proporciona efectivamente conmutadores mucho más baratos y es mucho más efectiva en cuanto a costos en parte debido a que los propios adaptadores alimentados y soportados por el servidor de A/V 94-108 y la lógica de disco efectúan la conmutación y la interacción entre las corrientes de reproducción es pequeña. En las realizaciones actualmente factibles, se puede escalar fácilmente las agrupaciones de bucle compartido único para manejar hasta un orden de 1000 a 5000 corrientes de reproducción de vídeo de 3 Megabytes con sólo 16 servidores de A/V. Además, las agrupaciones 110 de bucle compartido de este tipo pueden ser escaladas para dar soporte nominalmente hasta a 25.000 corrientes, si se desea, suponiendo unos dispositivos de conmutación adecuados para las corrientes de reproducción. Hasta tres agrupaciones de este tipo pueden compartir un servidor de archivos y unos costos de medios caros, con lo cual se reduce adicionalmente el costo por carga.

La invención también admite todavía beneficios adicionales. El servidor de archivos 108 puede cargar nuevos títulos directamente en los discos 112 de bucle compartido sin añadir una carga de trabajo adicional a ninguno de los servidores de A/V 94-106 activos, con lo cual mejora la probabilidad de una reproducción de alta calidad, lo cual es altamente deseable en las aplicaciones comerciales de vídeo sobre demanda. Puesto que todos los nodos están conectados a todos los discos y se puede dispersar los títulos a través de muchos o incluso de todos los discos duros, los títulos altamente populares, es decir, "calientes" pueden no originar una sobrecarga transitoria en el sistema en ningún servidor o disco duro determinado.

Incluso adicionalmente, la réplica de datos a través de los múltiples bucles, más la unión de cada servidor de A/V 94-108 a cada uno de tales bucles, da lugar al hecho de que un fallo de disco o bucle tenga un impacto bajo en las prestaciones de reproducción del sistema. Adicionalmente todavía, como se hizo notar, el costo de almacenamiento es un factor dominante en los costos generales por título reproducido para muchas aplicaciones de A/V. La invención contempla la recogida por los servidores de control datos de frecuencia de visionado de título. Estos datos pueden ser luego utilizados para optimizar la anchura de banda de bucle compartido y reducir significativamente la réplica de datos. Todavía incluso, no se requiere el equilibrado dinámico de las solicitudes de títulos de medios a través de los discos 112 a menos que se desee y se utilice la optimización de la frecuencia de reproducción.

Teniendo en cuenta lo que antecede respecto a la disponibilidad del sistema, en algunos casos se puede requerir una corriente de datos multimedia que proporcione un sistema que pueda dar soporte con facilidad a un número de corrientes de datos mayor que el del sistema anteriormente descrito. En el diagrama funcional de bloques de la Fig. 6 se muestra un sistema de este tipo con una capacidad escalada hacia arriba.

Volviendo a la Fig. 6 con mayor detalle, se observará que se muestra una agrupación de agrupaciones del sistema anteriormente descrito, dispuestas gráficamente por razones de conveniencia alrededor de un conmutador 186 de alta velocidad. Tomando una de las agrupaciones mostradas en la esquina superior izquierda de la Fig. 6, aproximadamente en la posición "de las diez", se reconocerá esta agrupación como sustancialmente similar a la agrupación previamente descrita de los servidores de A/V. Además, se observará que esta agrupación será esencialmente replicada como se muestra en la figura a lo largo de muchas ocasiones. Específicamente, la primera agrupación tratada incluirá un subsistema 150 de servidor de control (que comprende típicamente los dos servidores de control anteriormente descritos por razones de una alta disponibilidad); una pluralidad de servidores de A/V 162, y un subsistema de almacenamiento de datos 174 con una arquitectura de bucle compartido. Los servidores de A/V 162 y el subsistema 150 de servidor de control están interconectados al conmutador de ATM 186 a través de las interconexiones 188. Esta primera agrupación, según se observará, está interconectada esencialmente de manera similar a la agrupación previamente descrita en el sentido de que la pluralidad de servidores de A/V 162 (16 en total en la realización mostrada en la Fig. 6), estará interconectada con el sistema de datos 174 de arquitectura de bucle compartido de manera que cualquiera de los 16 servidores de A/V 162 pueda tener sustancialmente un acceso igual a cualquiera de los discos del sistema 174 de arquitectura de bucle compartido.

Esta arquitectura de la agrupación que se acaba de describir se verá replicada por ejemplo en la siguiente agrupación desplazándose en el sentido contrario a las agujas del reloj en la Fig. 6. De este modo, en la agrupación siguiente, se dispone de manera similar un subsistema 152 de servidor de control, con una pluralidad de servidores de A/V 164, y una pluralidad de discos duros dispuestos en la arquitectura de bucle compartido mostrada con el número de referencia 176, estando tales componentes en comunicación con el conmutador de ATM 186 a través de las interconexiones 190.

De manera análoga, continuando en el sentido contrario a las agujas del reloj en la Fig. 6, cada agrupación siguiente incluirá, respectivamente un subsistema 154, 156, 158 y 160 de servidor de control. Cada agrupación incluirá también una pluralidad correspondiente de servidores de A/V 166, 168, 170, 172, respectivamente. Cada una de tales agrupaciones incluirá además su correspondiente pluralidad de discos duros dispuestos en la arquitectura familiar de bucle compartido, mostrada en los números de referencia 178, 180, 182, 184. Los componentes de cada agrupación estarán en comunicación con los conmutadores de ATM 186 a través de sus respectivas interconexiones 192, 194, 196, 198.

Continuando todavía con la Fig. 6, uno de los subsistemas de servidor de control proporcionará también deseablemente la función de un servidor de control principal, tal como el subsistema de servidor de control 156. La finalidad del subsistema de control principal es la siguiente. Cuando se transfiere una solicitud para la carga 182 de una corriente de datos a lo largo de la línea 184 al conmutador de ATM 186 y desde allí al subsistema 156 de servidor de control principal a lo largo de la conexión 186, este servidor de control principal servirá para la finalidad de asignar entonces esta solicitud de una corriente de datos a una concreta de las múltiples agrupaciones de la Fig. 6. Por consiguiente, esta asignación se transmitirá desde el servidor de control principal 156 a lo largo de la línea 186 a través del conmutador de ATM 186 a la agrupación adecuada de manera que se equilibre la carga. Esta agrupación dará servicio entonces a la solicitud de corriente de datos de manera similar a la anteriormente descrita con respecto a una agrupación individual tal como la mostrada en la Fig. 4. En una realización representativa, el conmutador de ATM 186 puede adoptar la forma de un conmutador OC12 bien conocida en la técnica que tiene la capacidad de cuatro veces un conmutador OC3 mostrado en las figuras precedentes de manera que maneja al caudal aumentado de los 16 nodos/agrupación y de las agrupaciones múltiples de la Fig. 6. Proporcionando el sistema mostrado en la Fig. 6, los 16 servidores de A/V de cada agrupación y la disposición agrupaciones múltiples amortiza significativamente el costo del almacenamiento de discos por corriente. Debería apreciarse fácilmente que en cierto modo, para una agrupación dada, se alcanza un punto de retornos menguantes en el que el anillo de bucle compartido para una agrupación dada es esencialmente "aprovechado" en su valía puesto que los recursos más caros son los discos compartidos, con lo cual hay poco interés en añadir todavía un procesador adicional más allá de los 16, por ejemplo, ilustrados para cada agrupación en la Fig. 6. En otras palabras, con el número apropiado de procesadores, se tasa al límite la anchura de banda más rápida del disco duro de interconexión, con lo cual antes que añadir todavía otro servidor de A/V, es más beneficioso añadir simplemente otra agrupación entera hasta que se cubra la capacidad del conmutador 186 más allá de sus posibilidades. Se puede replicar las agrupaciones según especialización (amplio número de títulos), según la anchura de banda (títulos replicados en muchas agrupaciones) o según su disponibilidad en los casos en los que las agrupaciones sean exactamente parejas en contenido.

Claims (12)

1. Un método para proporcionar un gran número de corrientes de datos en un sistema de servidor de corrientes de datos multimedia que comprende:

generar una solicitud de corriente de datos;

asignar una de una pluralidad de agrupaciones de servidores de A/V (162, 164, 166, 168, 170, 172) para atender dicha solicitud por un controlador principal (156) en respuesta dicha solicitud, incluyendo cada una de dichas agrupaciones:

una pluralidad de dichos servidores de A/V (162);

un subsistema de servidor de control (150) para seleccionar uno de dicha pluralidad de servidores de A/V a fin de que maneje dicha solicitud y emitir dicha solicitud al mismo; y

una pluralidad de bucles de datos compartidos, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de dispositivos de almacenamiento configurados en el mismo (110);

una pluralidad de adaptadores (114) de bucle que comprende una segunda pluralidad de adaptadores de bucle para cada servidor de A/V respectivo de dicha agrupación que conecta dicho servidor de A/V respectivo a cada uno de dichos bucles, por medio del cual dichos dispositivos de almacenamiento son accesibles a cualquiera de dicha pluralidad de servidores de A/V (162) y dicho subsistema de servidor de control (150); y

atender dicha solicitud por dicha agrupación asignada de dichas agrupaciones.

2. El método de la reivindicación 1, en el que cada una de dichas agrupaciones está interconectada a un conmutador (186) de alta velocidad.

3. El método de la reivindicación 2, en el que dicho controlador principal (156) es un componente de uno de dichos subsistemas de servidor de control.

4. El método de la reivindicación 3, en el que dicha corriente de datos solicitada se pasa desde uno de dichos dispositivos de almacenamiento de dicha agrupación asignada a través de un servidor correspondiente de dichos servidores de A/V de dicha agrupación a dicho conmutador.

5. El método de la reivindicación 4, en el que dicho bucle de datos compartido es un bucle de SSA o de FC-AL.

6. El método de la reivindicación 5, en el que para cada uno de dichos bucles, cada uno de dichos dispositivos de almacenamiento de cada uno de dichos bucles tiene sustancialmente igual acceso a cualquiera de dichos servidores de A/V interconectados a dicho bucle.

7. Un sistema para proporcionar un gran número de corrientes de datos en un sistema de servidor de corrientes de datos multimedia que comprende:

una pluralidad de agrupaciones;

medios para generar una solicitud de corriente de datos;

un controlador principal (156) para asignar una de una pluralidad de agrupaciones de servidores de A/V (162, 164, 166, 168, 170, 172) para atender dicha solicitud en respuesta dicha solicitud, donde cada una de dichas agrupaciones incluye:

una pluralidad de servidores de A/V (162);

un subsistema de servidor de control (150) para seleccionar uno de dicha pluralidad de servidores de A/V a fin de que maneje dicha solicitud y emitir dicha solicitud al mismo; y

una pluralidad de bucles de datos compartidos, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de dispositivos de almacenamiento configurados en el mismo (110);

una primera pluralidad de adaptadores (114) de bucle que comprende una segunda pluralidad de adaptadores de bucle para cada servidor de A/V respectivo de dicha agrupación que conecta dicho servidor de A/V respectivo a cada uno de dichos bucles, por medio del cual dichos dispositivos de almacenamiento son accesibles a cualquiera de dicha pluralidad de servidores de A/V (162) y dicho subsistema de servidor de control (150); y

unos medios para atender dicha solicitud por dicha agrupación asignada de dichas agrupaciones.

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que cada una de dichas agrupaciones está interconectada a un conmutador (186) de alta velocidad.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que dicho controlador principal (156) es un componente de uno de dichos subsistemas de servidor de control.

10. El sistema de la reivindicación 9, en el que dicha corriente de datos solicitada se pasa desde uno de dichos dispositivos de almacenamiento de dicha agrupación asignada a través de un servidor correspondiente de dichos servidores de A/V de dicha agrupación a dicho conmutador.

11. El sistema de la reivindicación 9, en el que dicho bucle de datos compartido es un bucle de SSA o de FC-AL.

12. El sistema de la reivindicación 11, en el que para cada uno de dichos bucles, cada uno de dichos dispositivos de almacenamiento de cada uno de dichos bucles tiene sustancialmente igual acceso a cualquiera de dichos servidores de A/V interconectados a dicho bucle.