JP2001147906A - データ領域細分化分散管理システム - Google Patents

データ領域細分化分散管理システム

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JP2001147906A
JP2001147906A JP33077499A JP33077499A JP2001147906A JP 2001147906 A JP2001147906 A JP 2001147906A JP 33077499 A JP33077499 A JP 33077499A JP 33077499 A JP33077499 A JP 33077499A JP 2001147906 A JP2001147906 A JP 2001147906A
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Seiji Okumura
誠司 奥村
Katsuhito Takatori
功人 鷹取
Kazumasa Fukuda
和真 福田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 網に輻輳が発生しにくい、細分化した単位で
データの代替配信を行い、また品質の低下を防いだ複数
のコンテンツサーバによるマルチメディアデータ領域細
分化分散管理システムを得る。 【解決手段】 配信データを領域または時間単位で細分
化し、配信要求に応じて該細分化単位でデータを配信す
る、複数のコンテンツサーバ101aと、クライアント
からのデータ代替要求を受けて、コンテンツサーバの負
荷状況を考えて各コンテンツサーバを指定してクライア
ントに細分化単位で代替送信を指示するコントロールサ
ーバ201とで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオや音声など
のリアルタイムデータや地図のような静止画やテキスト
データなどのマルチメディアデータをマルチメディアデ
ータを分散的に管理して、インターネットや網経由でコ
ンテンツを提供するサーバを動的に変更して輻輳を回避
して配信するコンテンツサーバシステムに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】第一の従来例として、マルチメディアデ
ータを記憶するサーバを分散的に配置させ、データの転
送処理を分散させるシステムとして、特開平10−44
04がある。このシステムの構成を図6に示す。各拠点
903に配置されるビデオサーバ904は動画データを
記憶し、APサーバ902は動画データ以外のデータを
記憶している。管理サーバ901は、クライアント90
5からのデータ要求に応答し、要求されたメディアデー
タを送信するようAPサーバ902に指示する。該メデ
ィアデータが動画データの場合、APサーバ902はト
ラフィックの状態をチェックする。APサーバ902は
トラフィックが通常の場合、要求のクライアント905
と同一拠点のビデオサーバ904に、該クライアント9
05へ動画データを送信させ、トラフィックが混んでい
る場合、他の拠点のビデオサーバ904へ動画配信処理
を振り替える。
【0003】また、第2の従来例として、ネットワーク
の輻輳を検知して、サーバから端末へのデータ配送が最
大のスループットとなるようフローを調整するシステム
として、特開平9−244975がある。このシステム
は、同一時点において複数の端末の受信状態を測定して
いて、通信ネットワークの輻輳や端末での受信状態の劣
化を検出すると、効率的な情報配送を行うためにフロー
制御するシステムで、輻輳検知したとき、そのサーバの
転送レートを低くするなどして輻輳を回避し、スループ
ットの向上を図るものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の分散サーバ配信
方式は上記のように構成されており、第1の従来例であ
るマルチメディアデータ記憶サーバを分散配置させるシ
ステムにおいては、インターネットなどを経由してデー
タを配信する場合は、いったん肩代りしたサーバでも長
時間の接続をすると、他の様々な多量なデータによって
肩代りしたネットワークが輻輳に陥り、輻輳はいったん
発生すると容易に消えず、従ってサーバを分散的に配置
しても単に肩代りのみでは輻輳の根本的な解決とはなら
ないという課題があった。また、第2の従来例のように
輻輳を回避するために、転送レートなどを落として配信
すると、コンテンツの品質が低下するという課題があっ
た。
【0005】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、網に輻輳が発生しにくい、細分化した単
位でデータの代替配信を行い、また品質の低下を防いだ
複数のコンテンツサーバによるマルチメディアデータ領
域細分化分散管理システムを得る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係るデータ領
域細分化分散管理システムは、配信データを領域または
時間単位で細分化し、配信要求に応じて該細分化単位で
データを配信する、複数のコンテンツサーバと、クライ
アントからのデータ代替要求を受けて、コンテンツサー
バの負荷状況を考えて各コンテンツサーバを指定してク
ライアントに細分化単位で代替送信を指示するコントロ
ールサーバとで構成した。
【0007】また更に、コントロールサーバは、各コン
テンツサーバに優先度を定めて役割分担をさせる役割分
担手段を備えて、クライアントからの代替要求に対して
優先度を考えて各コンテンツサーバに代替送信を指示す
るようにした。
【0008】また更に、コントロールサーバは、ネット
ワークの負荷状況を知るネットワーク負荷管理手段を備
えて、このネットワークの負荷状況と、クライアントか
らの代替要求に応じて各コンテンツサーバに代替送信を
指示するようにした。
【0009】また更に、コンテンツサーバは、配信デー
タの内容を削減するデータ量削減手段を備え、コントロ
ールサーバは、ネットワークの負荷状況を考えて、必要
に応じて優先度下位のコンテンツサーバに配信内容の削
減を指示するようにした。
【0010】また更に、クライアントは、各コンテンツ
サーバとの交信に基づく輻輳予測手段を設け、コンテン
ツサーバとの接続状況から輻輳予測して、この輻輳予測
に基づいてコントロールサーバに代替要求をするように
した。
【0011】また更に、クライアントサーバは、領域細
分化の単位として全面画像表示をするIピクチャと、差
分を示すPピクチャと、Bピクチャに配信の役割分担
し、クライアントは、これらI、P、Bピクチャのデー
タストリームから合成して完結ビデオストリームに復元
するコンテンツ復調手段を備えた。
【0012】また更に、コンテンツサーバは、配信デー
タの内容を削減するデータ量削減手段を備え、コントロ
ールサーバは、コンテンツサーバに優先度を指定し、ク
ライアントからの代替要求に対してネットワークの負荷
状況を考えて、必要に応じて優先度下位のコンテンツサ
ーバに配信内容の削減を指示するようにした。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明にお
けるコンテンツサーバ等、各装置の接続状態を示すシス
テム構成図であり、図2は本実施の形態における各装置
の内部構成を示す図である。図3は各装置が協調動作し
てデータ配信を行う動作シーケンスを、装置間の指示、
要求の方向と共に示す図であり、図4は同様動作を全体
の流れとして示し、またどの装置または要素からどの要
素または装置にそのアクションが行くかを示している。
先ずシステム構成について説明する。図において、10
1a、101b、101cはコンテンツサーバであり、
本システムの特徴は、各コンテンツサーバ101a等が
時間的または領域的に細分化してコンテンツを配信す
る。201はコントロールサーバで、自身またはクライ
アントからの情報で、ネットワークが輻輳すると各コン
テンツサーバに細分化単位で代替配信要求をする。30
1a、301bはクライアントで、マルチメディアデー
タの配信をコンテンツサーバ101a等から受ける。1
04はネットワークであり、例えばインターネットであ
る。
【0014】図2において、コンテンツサーバ101a
は110aのコンテンツ送信手段、データ量削減手段を
持ち、コンテンツ送信手段110aは、例えば何コマお
きかの全面画像情報を記憶したビデオ(I)111a情
報、画像差分情報であるビデオ(P)112a情報、同
じく画像差分情報であるビデオ(B)113a情報、例
えば特定周波数帯の音の情報を記録したオーディオ11
4a情報、同じく他の周波数帯の音を分担記録したオー
ディオ115a情報を持っている。コンテンツサーバ1
01b、101cについても同様の構成となっていて、
細部の詳細要素は異なっている。コントロールサーバ2
01は210のコンテンツ情報管理手段があり、このコ
ンテンツ情報管理手段210は図5に示すような管理テ
ーブルを持っていて、各コンテンツサーバ101a等が
どのコンテンツ単位252毎に各ビデオフレームI25
1、P252、B253か、オーディオ周波数帯27
1、272、273か、静止画情報としてレイヤ1ない
し3別に、またテキストデータ291を配信用に記憶し
ているかを管理している。211は役割分割手段、21
2はネットワーク負荷管理手段、213は役割割り当て
手段で、各種の情報に基づいてコンテンツサーバ101
a等に細分化した単位で配信の代替を指示する。また、
優先度の低いコンテンツサーバに対して、データ量の削
減も指示する。クライアント301aは各配信を受ける
コンテンツサーバ101a等との交信状況を調べる輻輳
調査手段311、312、313と、同じく各交信ネッ
トワークの輻輳状態を予測する輻輳予測手段321、3
22、323と、細分化したデータを各コンテンツサー
バから受けるコンテンツ受信手段322と、この受信し
た細分化データを合わせて完全な情報を構築するコンテ
ンツ復調手段と、輻輳等で情報の受信が困難になり、配
信の代替を要求するコンテンツ選択手段340がある。
【0015】このシステムの配信代替動作を図3、図4
を用いて説明する。図3において、コントロールサーバ
201と、コンテンツサーバ101a等とは、クライア
ント301a等からの配信要求を待っている。配信要求
があると、ステップS401(以後、ステップの記述を
省略)で受付を行い、以後、要求コンテンツの内容を調
べる(S402)。クライアント側は、S451でデー
タの配信要求を出し(セッション申請、S451)、配
信して欲しいコンテンツの内容を伝える(コンテンツ情
報要求、S452)。S453でデータ配信要求を出
し、これがコントロールサーバ201に伝えられる。コ
ントロールサーバは、S404で役割分担を指定する。
更にS405で、役割分担させた各コンテンツサーバの
優先順位(優先度)を設定する。S406でネットワー
ク負荷情報から具体的なコンテンツサーバ名を決め、S
408で各コンテンツサーバに配信開始を通知する。コ
ンテンツサーバは、S411でデータの配信を開始す
る。クライアントは、S454でデータ受信のための初
期化を行い、S455以降でデータを受信する。輻輳予
測でコンテンツサーバの代替が必要と予測されると、S
458でコントロールサーバ201に代替要求を出す。
一方、コンテンツサーバからのデータ配信がデータスト
リームの役割による細分化であると、画像データについ
て複数のコンテンツサーバからのデータ配信を受けて、
S459でコンテンツ復調手段330により完全なスト
リームとして動画像を得る。更に、輻輳が進んだ状態で
は、優先度の低いコンテンツサーバC 101cは配信
内容の削減指示を受けると、データ量削減手段120C
によりデータ配信量を減らす。
【0016】図4はより詳細に動作フローを述べた図で
ある。図において、各ステップの動作を示す説明の中
で、上段の装置または要素名は左が発信元、右が受信先
を示す。また点線枠内の要素名は、その要素がそのステ
ップの動作をすることを表している。クライアントから
のコンテンツの要求は、コントロールサーバにアクセス
し、クライアントとサーバとのセッションを確立後(S
501)、コンテンツ情報管理手段からコンテンツの情
報を得て(S502)、その中からコンテンツをコント
ロールサーバへ要求(S503)するコンテンツ選択手
段によって行う。コントロールサーバとクライアントの
セッション管理は、例えばRTSP(RealTime
Stream Protocol)のようなセッショ
ンプロトコルを用いてもよい。コンテンツ選択手段は、
コンテンツの情報をコントロールサーバから獲得できる
方法ならば何でもよい。例えば、コントロールサーバは
コンテンツ情報を提供するWebサーバであり、クライ
アントはwebブラウジングでコンテンツを選択する方
法や、RTSPによってコンテンツ情報の取得やコンテ
ンツ要求を行う方法などがある。
【0017】コントロールサーバでは、コンテンツ選択
手段で選択されたコンテンツの情報を、コンテンツ情報
管理手段から獲得し、その情報を基に役割分割手段でい
くつかの役割に分割する(S504)。役割とは、その
コンテンツをクライアントへ転送するプロセスをいくつ
かに分割した子プロセスや、スケーラブルなコンテンツ
をいくつかに分割した子コンテンツを転送する処理であ
る。例えば、誤り訂正のためのデータを送信する役割と
メディアデータを送信する役割に分割したり、ビデオ
(I/P/Bピクチャ)とオーディオがあるコンテンツ
を、Iピクチャのビデオデータを送信する役割と、P/
Bピクチャなどの差分データを送信する役割と、オーデ
ィオを送信する役割に分割したりする。また、役割分割
手段では、分割された役割にそれぞれ優先順位を与える
(S505)。例えば先の例では、同じビデオデータで
もPピクチャやBピクチャのような差分データよりもI
ピクチャの方が優先順位は高く、さらにオーディオデー
タはビデオデータよりも優先順位は高い。このように、
1つのコンテンツ送信処理を複数に分割することによっ
て、負荷が分散できるとともに、コンテンツサーバを違
うコンテンツサーバに変更するときも、すべてのコンテ
ンツ送信処理を移行するのではなく、部分的に変更する
だけなので、新たな輻輳も発生しにくい。また、スケー
ラブルなコンテンツも本発明の方式に簡単に応用でき
る。
【0018】次に、役割分割手段で分割された役割を、
役割割り当て手段によって各コンテンツサーバに割り当
てる(S506〜S511)。まず、役割割り当て手段
は役割分割手段によって得た役割を与えるコンテンツサ
ーバを決定する。決定方法は、優先順位の高い役割をネ
ットワーク負荷管理手段から得られる(S507)第一
候補コンテンツサーバが実行可能であるかどうかをコン
テンツ情報管理手段で判断する(S508)。実行不可
能な場合は第二候補のコンテンツサーバで判断する。ネ
ットワーク負荷管理手段が提供する候補コンテンツサー
バは、他のクライアントとの稼動情報や輻輳情報から決
定する。初期時はデフォルトのコンテンツサーバを決定
してもよい。このように、コンテンツサーバのCPU負
荷状況だけではなく、クライアント/コンテンツサーバ
間のネットワークの輻輳状況からコンテンツサーバの変
更や選択を行うことで、輻輳と輻輳によるコンテンツ品
質劣化を防止できる。役割割り当て手段は、このように
して決定した各役割を与えるコンテンツサーバとTCP
などの信頼性のある通信コネクションを確立し、コンテ
ンツサーバのコンテンツ送信手段へ役割に従ったコンテ
ンツを送信するよう指示する(S510)と同時に、ク
ライアントともTCPなどの信頼性のある通信コネクシ
ョンを確立し、コンテンツ受信手段にコンテンツを提供
するコンテンツサーバに対する受信ポートを用意するよ
う指示する(S511)。コントロールサーバとクライ
アントとの通信はRTSPなどのセッションプロトコル
を用いてもよい。
【0019】コンテンツサーバのコンテンツ送信手段
は、役割どおりのコンテンツデータをクライアントへ送
信する(S512)。クライアントのコンテンツ受信手
段では、各コンテンツサーバからの受信ポートを用意
し、コンテンツデータを受信する(S513)。例えば
コンテンツの伝送プロトコルにRTP(Real Ti
me Protocol)を利用し、コンテンツデータ
をRTPパケットとして受信する。輻輳調査手段では、
コンテンツサーバとクライアント間のネットワーク負荷
状況を得るために、コンテンツを配信するプロトコルと
は別に、コンテンツサーバ/クライアント間で定期的に
パケットの遅延やジッタ情報をやり取りする。例えばR
TCP(Real Time Control Pro
tocol)を利用し、遅延やジッタの計測を行う。輻
輳調査手段から得た遅延やジッタ情報(S515)から
輻輳予測手段でコンテンツサーバ/クライアント間の輻
輳を予測する(S516)。また、輻輳予測手段では、
予測が変化したときに(S517)コントロールサーバ
のネットワーク負荷管理手段へその予測状況を知らせる
(S518)。輻輳予測手段から得られる予測結果は、
例えば、ネットワークが良好状態、悪化状態、輻輳状
態、向上状態などである。このように、現在の輻輳状態
だけでなく、以後のネットワーク負荷を予測すること
で、輻輳回避処置やQoS処置をより早く行うことがで
きる。
【0020】コントロールサーバのネットワーク負荷管
理手段では、現在セッション中のコンテンツサーバとク
ライアント間で輻輳予測手段から予測結果に変更があっ
た場合(S517)、輻輳予測変更結果を役割割り当て
手段の役割変更手段に通知する(S518)。役割変更
手段では、輻輳予測変更結果に従って新たな役割の割り
当てを決定し、その決定による役割を再び役割割り当て
手段がコンテンツサーバのコンテンツ送信手段に指示す
る(S507,S508)。役割変更手段では、例え
ば、現在3つのコンテンツサーバA、B、Cがコンテン
ツサーバとして選ばれており、コンテンツサーバAには
優先順位1位の役割、コンテンツサーバBには優先順位
2位の役割、コンテンツサーバCには優先順位3位の役
割が与えられてコンテンツを送信しており、そのとき輻
輳予測変更結果が「コンテンツサーバAとの通信が悪化
状態になった」という場合、コンテンツサーバAとCの
役割を交換したり、Bに優先順位1位の役割、Cに優先
順位2位の役割、Aには役割を与えない、などの役割変
更を決定する。役割割り当て手段は、その役割変更手段
の出した変更指示を、変更を開始するメディア時刻と共
にコンテンツ送信手段に送る。このように、優先順位の
高い役割、すなわち重要なコンテンツを送信する役割を
ネットワーク負荷がより少ないコンテンツサーバから送
信するよう変更することで、クライアントでは最低限の
品質を保証したコンテンツが提供される。コンテンツ復
調手段は、分割して送られてきたコンテンツデータのパ
ケットをデコーダの入力に合わせて適当なストリームに
復調する(S519)。例えば、ビデオのコンテンツ
が、IピクチャとPピクチャとBピクチャとそれぞれコ
ンテンツサーバから送信されたとき、コンテンツ復調手
段で元の1つにビデオストリームに復元してデコーダに
渡す(S519)。
【0021】なお、上記実施の形態では、細分化単位と
してデータ領域をI.P.Bストリーム、音声を基本帯
域である中音帯域と、低音帯域、高音帯域で分割して分
担する場合を説明したが、ストーリーの章毎に分割する
ようにしてもよいし、数分毎に時間的に分割するように
してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、領
域または時間で細分化した単位で配信を分担するように
したので、輻輳がおきにくく、かつ品質の優れたデータ
が配信できる効果がある。
【0023】また更に、役割分担は優先度を設け、コン
テンツサーバの稼働状況やネットワークの輻輳予測を基
に行ったり、またはクライアントでコンテンツ復調手段
を設けるので、更に輻輳がおきにくく、品質の低下が防
げる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の各装置の接続状況を示すシステム
構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1における各装置の内
部構成を示す図である。
【図3】 実施の形態1における各装置間の動作シーケ
ンスを示す図である。
【図4】 実施の形態1における全体動作フローを示す
図である。
【図5】 コントロールサーバのコンテンツ管理手段が
持つ管理テーブルの例を示す図である。
【図6】 従来の分散サーバ配信システムの構成図であ
る。
【符号の説明】
101a,101b,101c コンテンツサーバ、1
10a,110b,110c コンテンツ送信手段、1
11a,111b,111c ビデオ(I)、112
a,112b,112c ビデオ(P)、113a,1
13b,113cビデオ(B)、114a,114b,
114c オーディオ、 115a,115b,115
c オーディオ、120a,120b,120c デー
タ量削減手段、201 コントロールサーバ、210
コンテンツ情報管理手段、211役割分担手段、212
ネットワーク負荷管理手段、213 役割割り当て手
段、251 コンテンツサーバ欄、252 コンテンツ
欄、261 ビデオIフレーム欄、262 ビデオPフ
レーム欄、263 ビデオBフレーム欄、271オーデ
ィオ1欄、272 オーディオ2欄、273 オーディ
オ3欄、281静止画レイヤ1欄、282 静止画レイ
ヤ2欄、283 静止画レイヤ3欄、291 テキスト
欄、301a,301b クライアント、310 コン
テンツ受信手段、311,312,313 輻輳調査手
段、321,322,323輻輳予測手段、330 コ
ンテンツ復調手段、340 コンテンツ選択手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和真 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5B045 GG02 GG04 5B089 GA11 GA21 JA33 JB06 KA06 KC39 KC48 KH21 MA03 5K030 LA03 LC11 LE03 LE16 MB09 9A001 JJ04 JJ05 JJ19 JJ25 JJ27

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配信データを領域または時間単位で細分
    化し、配信要求に応じて該細分化単位で上記データを配
    信する、複数のコンテンツサーバと、 クライアントからのデータ代替要求を受けて、上記コン
    テンツサーバの負荷状況を考えて上記各コンテンツサー
    バを指定して該クライアントに細分化単位で代替送信を
    指示するコントロールサーバとで構成されるデータ領域
    細分化分散管理システム。
  2. 【請求項2】 コントロールサーバは、各コンテンツサ
    ーバに優先度を定めて役割分担をさせる役割分担手段を
    備えて、 クライアントからの代替要求に対して上記優先度を考え
    て上記各コンテンツサーバに代替送信を指示するように
    したことを特徴とする請求項1記載のデータ領域細分化
    分散管理システム。
  3. 【請求項3】 コントロールサーバは、ネットワークの
    負荷状況を知るネットワーク負荷管理手段を備えて、 該ネットワークの負荷状況と、クライアントからの代替
    要求に応じて各コンテンツサーバに代替送信を指示する
    ようにしたことを特徴とする請求項1記載のデータ領域
    細分化分散管理システム。
  4. 【請求項4】 コンテンツサーバは、配信データの内容
    を削減するデータ量削減手段を備え、 コントロールサーバは、ネットワークの負荷状況を考え
    て、必要に応じて優先度下位のコンテンツサーバに配信
    内容の削減を指示するようにしたことを特徴とする請求
    項2記載のデータ領域細分化分散管理システム。
  5. 【請求項5】 クライアントは、各コンテンツサーバと
    の交信に基づく輻輳予測手段を設け、 上記コンテンツサーバとの接続状況から輻輳予測して、
    該輻輳予測に基づいてコントロールサーバに代替要求を
    するようにしたことを特徴とする請求項1記載のデータ
    領域細分化分散管理システム。
  6. 【請求項6】 クライアントサーバは、領域細分化の単
    位として全面画像表示をするIピクチャと、差分を示す
    Pピクチャと、Bピクチャに配信の役割分担し、 クライアントは、上記I、P、Bピクチャのデータスト
    リームから合成して完結ビデオストリームに復元するコ
    ンテンツ復調手段を備えたことを特徴とする請求項1記
    載のデータ領域細分化分散管理システム。
  7. 【請求項7】 コンテンツサーバは、配信データの内容
    を削減するデータ量削減手段を備え、 コントロールサーバは、コンテンツサーバに優先度を指
    定し、クライアントからの代替要求に対してネットワー
    クの負荷状況を考えて、必要に応じて上記優先度下位の
    コンテンツサーバに配信内容の削減を指示するようにし
    たことを特徴とする請求項6記載のデータ領域細分化分
    散管理システム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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