JP2003115873A

JP2003115873A - コンテンツ配信サーバ選択方法

Info

Publication number: JP2003115873A
Application number: JP2001306666A
Authority: JP
Inventors: Kensho Kamiyama; 憲昭上山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】同一コンテンツの複製を蓄積した複数のサー
バからユーザへコンテンツの配信を行うサーバを選択す
るに際し、呼損率の低減、呼設定時の処理遅延及び処理
負荷の低減が可能な選択方法を提供すること。【解決手段】集中制御局４０の需要情報格納部４１に
格納されたネットワークトポロジとコンテンツの需要量
に基づき、サーバセット設定部４２においてリンク負荷
の分散値を最小化する少なくとも１つのサーバを含むサ
ーバセットを、ユーザを収容するノード毎に設定し、こ
れらを各ノード１０，２０のサーバセット格納部１１，
２１に格納しておき、要求受付部１２にユーザ３０から
配信要求があると、配信サーバ選択部１３がサーバセッ
ト格納部１１に格納された所望のコンテンツに対応する
サーバセットからラウンドロビン方式でコンテンツ配信
サーバを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワーク上に
分散配置された複数のサーバのいずれかを用いてコンテ
ンツを配信する場合に、リンク負荷の分散を最小化する
サーバを選択するコンテンツ配信サーバ選択方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＡＤＳＬや光ファイバによるアクセス回
線の広帯域化、ストリーム配信サービスの登場、映画や
ゲームといった魅力的な大容量コンテンツの拡充等によ
り、ネットワークサービスとしてコンテンツ配信サービ
スが注目されてきている。限られたネットワーク資源及
びサーバ資源を用いて拡大する需要に応え、利用者がス
トレスなくサービスを利用し続けるためには、これら資
源の効率的な利用が不可欠となる。ところが、人気のあ
るコンテンツにはアクセスが集中することから、人気コ
ンテンツを保有する配信サーバ及びその付近のネットワ
ークに加わる負荷を分散し、これらボトルネック個所の
負荷をできるだけ緩和させることが重要となる。

【０００３】コンテンツ配信網を構築し、コンテンツ配
信の広域負荷分散を実現するためには、主として三段階
の設計・制御問題、即ち（１）サーバ拠点とネットワー
クの設計問題、（２）コンテンツ配信サーバの選定問
題、（３）配信要求時の配信サーバ選定問題、を解決す
る必要がある。本発明では、（３）配信サーバ選定問題
に着目する。

【０００４】コンテンツサーバとユーザ端末との間にお
いて、ネットワーク資源（伝送帯域）が配信開始前に割
り当てられ、ＱｏＳ（サービス品質）が確保されるもの
とする。そのため、サービス品質としては、呼損率とい
った呼レベルのものを考慮すれば良い。

【０００５】ネットワーク資源を割り当てないインター
ネットを対象に、配信サーバ選択問題を陽に扱った研究
としては、一定間隔で全てのサーバまでの実効スループ
ットを計測し、実効スループットの高いサーバを選択す
るものがみられる。このように、リアルタイムの網状態
情報を用いて配信サーバを選択する方法は、網負荷を分
散するためには効果的であり、電話網においても同様の
アプローチが見られる。例えば、リアルタイムの網状態
情報から最小負荷経路を選択することが網負荷を分散
し、呼損率を低減するには有効であることが知られてい
る。

【０００６】伝送帯域を割り当てるコンテンツ配信サー
ビスにおいても、ユーザからのコンテンツ配信要求があ
った際に、目的コンテンツを保有する複数のサーバの中
から、その時点で最小負荷経路となるものを配信サーバ
として選択することが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】リアルタイムの網状態
情報を得るためには、（Ａ）配信要求時に目的コンテン
ツを保有する全てのサーバまでの経路の空き資源状態を
調べる、（Ｂ）一定間隔で全てのサーバ・クライアント
間の空き資源状態を調べる、の２つの方法の何れかを用
いる必要がある。

【０００８】しかし、（Ａ）では制御遅延と制御負荷が
発生する問題があり、（Ｂ）では調査時点の状態からず
れが生じる問題と、ネットワーク規模が大きな場合には
サーバ・クライアント組数が膨大になり、定期的に膨大
な制御データが網に流れるという問題がある。

【０００９】これらの問題を解決するためには、リアル
タイムな網状態情報を用いないで、事前に定めたポリシ
ィに従い、サーバを選定するのが望ましい。最も簡易な
方法は、ＤＮＳラウンドロビンに代表される、全対象サ
ーバをラウンドロビン方式で接続する方法である。しか
し、トポロジ情報を利用しないため、遠隔地にあるサー
バをも選択することから、ネットワーク資源の利用効率
が悪化する。また、トポロジ情報を用いて最近接サーバ
を選択する方法も考えられるが、最近接サーバへの経路
の負荷が高い場合には性能が悪化し、良好な接続特性が
得られるとは限らない。

【００１０】本発明の目的は、広域負荷分散型コンテン
ツ配信サービスにおいて、事前に需要とネットワークト
ポロジをもとに、各ユーザ拠点（ノード）に対して選択
できるサーバセットを算出しておき、配信要求時にはサ
ーバセット内のサーバをラウンドロビン方式で選択する
ことにより、呼損率の低減と呼設定時の処理遅延、負荷
を低減することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、ネットワーク上に分散配置
され且つ同一コンテンツの複製を蓄積した複数のサーバ
の中から、実際にユーザへコンテンツの配信を行うサー
バを選択するコンテンツ配信サーバ選択方法であって、
前記複数のサーバのうち、予めネットワークトポロジと
コンテンツの需要量に基づきリンク負荷の分散値を最小
化する少なくとも１つのサーバを含むサーバセットを、
ユーザを収容するノード毎に設定するサーバセット設定
工程と、ユーザからコンテンツの配信要求が発生した
時、該ユーザを収容するノード毎のサーバセットからラ
ウンドロビン方式でサーバを選択するサーバ選択工程と
を具備することを特徴とする。

【００１２】また、本発明の請求項２では、請求項１に
記載のコンテンツ配信サーバ選択方法において、サーバ
セット設定工程は、複数のサーバのうち、ユーザを収容
するノードまでのホップ数が最小となるサーバのみを含
むサーバセットを、ユーザを収容するノード毎に設定す
る工程を含むことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の請求項３では、請求項１に
記載のコンテンツ配信サーバ選択方法において、サーバ
セット設定工程は、複数のサーバのうち、ユーザを収容
するノードまでのホップ数が最小となるサーバのみを含
むサーバセットを、ユーザを収容するノード毎に設定す
るサーバセット初期設定工程と、負荷の高いリンクを通
るサーバ・ノードの組に含まれるサーバを他に移すこと
によりリンク負荷を平準化するサーバセット更新処理工
程とを含むことを特徴とする。

【００１４】また、本発明の請求項４では、請求項３に
記載のコンテンツ配信サーバ選択方法において、サーバ
セット更新処理工程は、負荷の高いリンクを通るサーバ
・ノードの組から構成される集合を作成する工程と、前
記集合の中からランダムに移動対象とするサーバ・ノー
ドの組を選択する工程と、該選択したサーバ・ノードの
組と同一のコンテンツを保有し且つサーバセットに未だ
含まれていない新規選択可能サーバの集合を作成する工
程とを含むことを特徴とする。

【００１５】また、本発明の請求項５では、請求項４に
記載のコンテンツ配信サーバ選択方法において、サーバ
セット更新処理工程は、さらに、選択した移動対象とす
るサーバ・ノードの組に含まれるサーバを単にサーバセ
ットから削除するか、作成した新規選択可能サーバの集
合から選択したサーバを単にサーバセットに追加する
か、これらの削除と追加の双方を行うかの３つの処理の
うち、リンク負荷の分散が最も小さくなる処理を行う工
程を含むことを特徴とする。

【００１６】また、本発明の請求項６では、請求項５に
記載のコンテンツ配信サーバ選択方法において、作成し
た新規選択可能サーバの集合からのサーバの選択は経路
上の最大負荷が最小となるサーバの選択であることを特
徴とする。

【００１７】また、本発明の請求項７では、請求項５に
記載のコンテンツ配信サーバ選択方法において、作成し
た新規選択可能サーバの集合からのサーバの選択はホッ
プ数が最小となるサーバの選択であることを特徴とす
る。

【００１８】また、本発明の請求項８では、請求項３乃
至７いずれかに記載のコンテンツ配信サーバ選択方法に
おいて、リンク負荷の分散値が低減しなくなるまでサー
バセット更新処理工程を繰り返すことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明のコンテンツ配信サ
ーバ選択方法の実施の形態の一例を示すシステム構成図
である。

【００２０】図１において、１０，２０は任意トポロジ
のネットワーク（図示せず）上に存在するＮ個のノード
（但し、図面ではそのうちの２個のノードｎ，ｎ’のみ
を示す。）、３０は特定のノード、ここでは１０（ノー
ドｎ）に直接接続（収容）されたユーザ集団を表すユー
ザ（ユーザｎ）、４０はネットワーク上で集中的な処理
を行う集中制御局である。

【００２１】ノード１０（ノードｎ）は、サーバセット
格納部１１、要求受付部１２、配信サーバ選択部１３、
配信部１４及びコンテンツサーバ１５を具備し、ノード
２０（ノードｎ’）は、サーバセット格納部２１、要求
受付部２２、配信サーバ選択部２３、配信部２４及びコ
ンテンツサーバ２５を具備する。また、集中制御局４０
は、需要情報格納部４１及びサーバセット設定部４２を
具備する。

【００２２】前記構成において、ネットワークトポロジ
と需要量（ユーザｎがコンテンツｍを単位時間に要求す
る個数）は集中制御局４０に集められ、需要情報格納部
４１に納められる。そして、これらの情報を用いて事前
に、コンテンツの配信に選択可能なサーバのうち最適な
サーバの集合（最適サーバセット）がサーバセット設定
部４２によって各ノード毎並びに各コンテンツ毎に設定
される。この処理の詳細については後ほど述べる。設定
されたサーバセット情報は、各ノードのサーバセット格
納部１１，２１に納められる。

【００２３】ユーザ３０（ｎ）からコンテンツｍの配信
要求があると、要求受付部１２によって受け付けられ、
接続先サーバの選択を配信サーバ選択部１３において行
う。この際、コンテンツｍに対応するサーバセットをサ
ーバセット格納部１１から取り出し、このサーバセット
に含まれるサーバをラウンドロビン方式で選択する。

【００２４】配信サーバ選択部１３は、選択したサー
バ、例えば２５を含むノード２０（ｎ’）の配信部２４
に配信要求を送り、配信部２４はコンテンツサーバ２５
に保存されているコンテンツｍをユーザ３０に対して配
信する。

【００２５】次に、本発明の実施の形態に係るコンテン
ツ配信サーバ選択方法について、１．前提条件、２．最
小ホップ法、３．貪欲法によるユニットの更新、をそれ
ぞれ説明する。

【００２６】＜１．前提条件＞（１）ネットワークＮ個のノードとＬ本のリンクから構成される任意のトポ
ロジを考える。Ｎ個のノードには１からＮのラベルが付
けられている。Ｌ本のリンクは全て双方向であり（その
ため２Ｌ本の独立したリンクが存在する）、１から２Ｌ
のラベルがつけられている。２Ｌ本のリンクにおいて、
コンテンツ配信サービスに利用できる伝送帯域Ｂ_l［ｂ
ｐｓ］（１≦ｌ≦２Ｌ）が占有的に確保されているもの
とする。

【００２７】（２）サーバ設備Ｎ個のノード全てにコンテンツ配信サーバが用意されて
いるとする。サーバの処理能力（同時に処理できるセッ
ション数）とディスク容量（保持できるコンテンツ数）
は無限大とする。

【００２８】（３）リンク伝送帯域配信開始に先立ち、選択された配信サーバとユーザ端末
との間の経由全リンク上で伝送帯域が割り当てられる。
コンテンツｍの途切れない画像再生に必要な割り当て伝
送帯域ｂ_m［ｂｐｓ］は、画像フレームサイズの系列
と、サーバとユーザ端末のキャッシュメモリサイズから
定める。サーバ設備容量は無限大であるため、空き容量
がｂ_mに満たないリンクが経路上で一箇所以上ある場合
にのみ、呼損となる。なお、コンテンツｍの転送に要す
る時間（セッション保留時間）Ｔ_m［ｓｅｃ］は、コン
テンツｍのサイズＶ_m［ｂｉｔｓ］を用いてＴ_m＝Ｖ_m／
ｂ_mと表される。

【００２９】（４）需要ユーザｎ（１≦ｎ≦Ｎ）のコンテンツｍ（１≦ｍ≦Ｍ）
に対する需要量ｄ_nm［／ｓｅｃ］は既知とする。ユーザ
ｎ（ノードｎに収容されているユーザ集団）からのコン
テンツ配信要求はポアソン過程に従って発生し、そのレ
ートをλ_nとする。各々の配信要求は、ユーザｎに固有
の確率分布Ｐ_nmに従い、コンテンツｍを選択する。ビデ
オコンテンツの選択確率は、Zipf分布に従うことが知ら
れており、本発明でもZipf分布、

【００３０】

【数１】

【００３１】を用いる。但し、ｃは正規化定数であり、
θ_nは分布の偏りを決めるパラメータで、１以下の実数
値をとる（１に近づくほど分布の偏りが小さくなり、コ
ンテンツの選択確率の差が小さくなる）。

【００３２】θ_nをユーザｎ毎に与えることにより、コ
ンテンツ選択確率の地域格差を表現する。但し、式
（１）からも明らかなように、コンテンツ番号を表す添
え字ｍが小さいほど選択確率が大きくなり、人気の高い
コンテンツを意味するが、コンテンツの人気順位は全て
のノードについて同一とする。

【００３３】ｄ_nmは、ｄ_nm＝λ_nＰ_nm （２）で与えられるが、一般にλ_nとθ_nは時間的に変動する。
しかし、本発明では静的なモデルを考え、これらパラメ
ータを固有値として扱う（例えば、６時間といった一定
周期毎にパラメータ値の更新を行うことにより、時間的
に需要が変動する場合にも対応することが可能であ
る。）。

【００３４】（５）ルーティングユーザｎが直属するノードｎと任意の配信サーバとの間
の伝送経路は固定的に設定されているとする。ここでは
Dijksta法により算出した最短経路を用いる。Dijksta法
により算出した、ノードｎから任意のノードに至る最短
経路を表す行列を

【００３５】

【数２】

【００３６】とする。

【００３７】

【数３】

【００３８】はＮ×２Ｌの行列であり、ノードｎから
ｎ’に至る経路情報を表すベクトル

【００３９】

【数４】

【００４０】を行ベクトルに持つ。但し、

【００４１】

【数５】

【００４２】は、次のように定義される。

【００４３】

【数６】

【００４４】また、ノードｎからノードｎ’に至る最短
経路のホップ数に１を加えたものをｈ_nn'とし、ｈ_nn'を
要素に持つベクトルを

【００４５】

【数７】

【００４６】と定義する。

【００４７】（６）コンテンツ配信サーバコンテンツｍの配置サーバ数Ｗ_mと、配置されているサ
ーバ位置は既知であるとする。コンテンツｍが配置され
ているか否かを表す０−１変数ｓ_mnを要素に持つベクト
ル

【００４８】

【数８】

【００４９】を、以下のように定義する。

【００５０】

【数９】

【００５１】与えられた網設備を条件に、呼損率を最小
化し、網運用者の収益を最大化するためには、伝送帯域
利用効率を最大化するよう、ユーザｎがコンテンツｍの
配信を要求した時に接続する配信サーバを選択する必要
がある。しかし、呼接続時に複雑な処理を行うと、制御
遅延と制御負荷が高くなり、網負荷と接続遅延の増大を
招く。配信要求時に行う処理は、出来る限り簡易である
ことが望ましい。

【００５２】そこで本発明では、事前に需要やトポロ
ジ、コンテンツ配信位置といったネットワーク全体の定
常的な情報から、ユーザｎへのコンテンツｍの配信に際
し選択可能なサーバセットを算出しておき、配信要求時
には単にサーバセットからラウンドロビン方式で配信サ
ーバを選択する。このように、使用可能な候補を予め有
望なものにのみ限定しておく方法は、電話網における”
迂回路”のダイナミックルーティングに対する適用もあ
り、その有効性が確認されている。

【００５３】ユーザｎが、コンテンツｍの配信に利用す
ることができるサーバセットを集合Ｘ_nmで表し、Ｘ_nmに
含まれるサーバ数をｗ_nmと表記する。また、０−１変数
ｘ_nm _n'を要素に持つベクトル

【００５４】

【数１０】

【００５５】を次のように定義する。

【００５６】

【数１１】

【００５７】Ｘ_nmに、例えばサーバｎ’を加えることに
よって、新たにノードｎ’からノードｎに至る最短経路

【００５８】

【数１２】

【００５９】上にコンテンツｍの転送ストリームが出現
する。即ち、サーバセットを調整することにより、ネッ
トワーク上を流れるトラフィックを、（ｎ，ｍ，ｎ’）
の組を単位に変化させることができる。以下、ユーザ
ｎ、コンテンツｍ、サーバｎ’の組合せのことをユニッ
トｕ（ｎ，ｍ，ｎ’）と呼ぶことにする。

【００６０】配信要求に対してＸ_nmに含まれるサーバ
が、ラウンドロビン方式で接続されることから、ｕ
（ｎ，ｍ，ｎ’）の転送によって生じる呼量ａ（ｎ，
ｍ，ｎ’）は、

【００６１】

【数１３】

【００６２】となる。よって、リンクｌに加わる負荷
（呼量）ａ_lは、

【００６３】

【数１４】

【００６４】と導出される。但し、Φ_lはリンクｌを通
るユニットの集合である。ノードペア間の転送経路は固
定

【００６５】

【数１５】

【００６６】されていることから、ａ_lはＸ_nmを変える
ことによって変化することができる。

【００６７】＜２．最小ホップ法＞呼損率を最小化する
ことが目標であるが、任意トポロジのネットワークにお
いて呼損率を陽に導出することは困難である。しかし、
呼損率を低減するためには、（I）平均リンク負荷Ｅ
（ａ）を下げ、ネットワーク全体の負荷を低減する、
（II）リンク負荷の分散Ｖ（ａ）を抑え、ボトルネック
リンクの負荷を低減する、の２つのアプローチが考えら
れる。

【００６８】Ｅ（ａ）とＶ（ａ）の双方を同時に最小化
するようなサーバセットＸ_nmを導出できることが理想で
あるが、直接、そのような解を得ることは困難である。
そこでまず、（I）のみを考える。

【００６９】Ｅ（ａ）が最小となるのは、明らかに、サ
ーバ・ユーザ間の経由リンク数が最も少なくなる時であ
る。即ち、コンテンツｍを保有するノードの中で、ノー
ドｎから最もホップ数の少ないノードをＸ_nmに含めれば
良い。但し、経由ホップ数が最小となるサーバが複数あ
る場合には、全てＸ_nmに含めるものとする。これは、採
用サーバ数を増やすことにより各ユニットの呼量を抑
え、負荷の分散が可能となるためである。このように、
最小ホップ数のサーバのみをサーバセットに含める方法
を、最小ホップ法と呼ぶことにする。最小ホップ法を定
式化すると、以下のようになる。

【００７０】

【数１６】

【００７１】但し、演算子

【００７２】

【数１７】

【００７３】は

【００７４】

【数１８】

【００７５】を表す。ノードｎがコンテンツｍを保有し
ている場合には、Ｘ_nm＝｛ｎ｝となり、ユーザｎは直属
しているノード（ローカルサーバ）からのみ配信を受け
ることになる。

【００７６】＜３．貪欲法によるユニットの更新＞最小
ホップ法を用いて選択サーバセットを限定すれば、経由
ホップ数が最小化し、平均リンク負荷Ｅ（ａ）を最小化
することができる。しかし、リンク負荷の分散Ｖ（ａ）
を考慮しておらず、Ｖ（ａ）が減少するようにサーバセ
ットＸ_nmを修正すれば、さらなる呼損率の低減が期待で
きる。

【００７７】例えば、図２に示すように、ノードａ，
ｃ，ｄがコンテンツｍを保持している例を考える。最小
ホップ法によりＸ_nmを算出すると、Ｘ_nm＝｛ａ，ｃ｝と
なるが、ノードｂからｎに至るリンク負荷が高いとす
る。この時、ホップ数は大きいが、サーバｄをａ（若し
くはｃ）の代わりにＸ_nmに加えることにより、リンクｂ
→ｎの負荷を緩和することができる（但し、ｄからｎに
至る経路がｄ→ｆ→ｅ→ｎと設定されているとす
る。）。

【００７８】そこで、リンクｌに加わる呼量ａ_lの分散
Ｖ（ａ）を最小化することを考える。リンクに加わる負
荷を分散することにより、負荷が集中するボトルネック
リンクの負荷が緩和され、その結果、呼損率の低減を期
待することができる。

【００７９】一般に、階層網に対するコストの最小化を
目的とした最適化問題は解析的に解くことができるが、
非階層網に対するコスト最小化を目的とした最適化問題
や、コスト以外の尺度による最適化問題は解析的に解く
ことができず、近似的なアプローチが必要となる。そこ
で、最小ホップ法で求めたサーバセットを初期解とし
て、貪欲法に基づいたヒューリスティックな解法によ
り、Ｖ（ａ）を最小化するサーバセットを導出する。こ
の最適化問題は、以下のように定式化される。

【００８０】［入力］

【００８１】

【数１９】

【００８２】［出力］最適サーバセット：Ｘ_nm ［目的］リンク負荷の分散の最小化：minＶ（ａ）以下、貪欲法による最適化手順について述べる。（I）最小ホップ法を実行し、Ｘ_nmの初期値を設定す
る。（II）リンク負荷ａ_lを式（４）より算出する。Ｖ
（ａ）を最小化するためには、ａ_lの大きなリンクに着
目し、そこを通るユニットのいずれかを削減するか、そ
こを通るユニットの呼量を削減することにより、ａ_lの
リンク間格差を低減すれば良い。そこで、ａ_lが最大の
リンク

【００８３】

【数２０】

【００８４】を通るユニットの集合

【００８５】

【数２１】

【００８６】を作成する。（III）

【００８７】

【数２２】

【００８８】からランダムにユニットｕ（ｒ，ｍ，ｓ）
を選択する。そして、（i）ｕ（ｒ，ｍ，ｓ）を削減す
るか、（ii）ｕ（ｒ，ｍ，ｓ）の呼量を減少させること
を考える。Ｘ_rmがｓのみを含む場合には（i）の方法を
用いることができないが、そうでなければ単にｓをＸ_rm
から削除することにより（i）を実現できる。一方、Ｘ_r
_mに含まれていないがコンテンツｍを保有するサーバが
他に存在する場合には、そのようなサーバｓ’をＸ_rmに
加えることにより（ii）を実現することができる。（Ｘ
_rmに含まれるサーバ数ｗ_rmが１だけ増加するため、ｕ
（ｒ，ｍ，ｓ）の呼量は式（３）より減少する。）。（IV）Ｘ_rmに追加するサーバｓ’を選択するために、ま
ずＸ_rmに追加可能なサーバの集合Ψ_rmを作成する。Ψ_rm
に含まれるサーバは、コンテンツｍを保有しているが、
Ｘ_rmには含まれていないサーバであり、０−１変数ｚ
_rms'、

【００８９】

【数２３】

【００９０】を要素に持つベクトルを

【００９１】

【数２４】

【００９２】とすると、

【００９３】

【数２５】

【００９４】となる。Ψ_rmから追加サーバｓ’を選ぶ基
準としては、（a）経路上の最大負荷が最も小さなサー
バを選択する、（ｂ）ホップ数が最も少ないサーバを選
択する、の２つが考えられる。（V）（１）ｓをＸ_rmか
ら削除、（２）ｓ’をＸ_rmに追加する、（３）Ｘ_rmから
ｓを削除してｓ’を代わりに追加する、の３つの更新方
法のうち、Ｖ（ａ）が最も小さくなる方法を選択する。
（VI）サーバセットＸ_rmが修正されたので、（II）に戻
る。（VII）これらの処理を、Ｖ（ａ）が減少するよう
な更新方法が、どのようなリンクを更新対象にしても発
見できなくなるまで繰り返す。

【００９５】アルゴリズムの詳細を図３に示す。

【００９６】次に、シミュレーション結果について説明
する。

【００９７】＜４．比較モデル＞本発明には、Ｘ_rmに追
加するサーバを選択する際に、（ａ）経由リンクの最大
負荷が最小のものを選ぶ方法［Ｏｐｔ−Ａ］と、（ｂ）
経由ホップ数が最小のものを選ぶ方法［Ｏｐｔ−Ｂ］が
ある。これら２つの方法の有効性を明らかにするため
に、性能を比較する対象モデルとして、近接サーバのみ
をラウンドロビン方式で選択する最小ホップ法［Ｍｉｎ
−Ｈ］と、対象コンテンツを保有する全てのサーバをラ
ウンドロビン方式で選択する方法［Ａｌｌ−ＲＲ］の２
つを評価する。

【００９８】＜５．評価条件＞［ネットワーク］ノード数Ｎ＝１０、リンク数Ｌ＝１６
からなる、図４に示すネットワークを評価に用いる。コ
ンテンツ配信サービスに利用できる各リンクの伝送容量
Ｂ_lは全て、６００Ｍｂｐｓとする。［コンテンツ］コンテンツ数はＭ＝２０とする。各コン
テンツの割り当て伝送帯域ｂ_mは３Ｍ〜５Ｍｂｐｓの一
様分布に従い設定し、セッション保留時間Ｔ_mを８０分
〜１２０分の一様分布となるよう設定する。［需要］ユーザｎを構成するユーザ数をＫ_nとし、Ｋ_nを
１０００〜５０００の一様分布に従い設定する。そして
εを需要量を調節するパラメータとし、ノードｎから生
じる配信要求発生レートλ_nをλ_n＝εＫ_nで与える。ノ
ードｎのコンテンツ選択確率分布を与えるZipfパラメー
タθ_nは、０〜０．５の一様分布に従い設定する。［コンテンツ配置］一般に、人気のあるコンテンツほど
配置サーバ数を多くとることが望ましい。よって、コン
テンツｍの配置サーバ数Ｗ_mを以下のように設定する。

【００９９】

【数２６】

【０１００】但し、Ｄ_mはコンテンツｍに対する総需要

【０１０１】

【数２７】

【０１０２】であり、βはコンテンツのコピー数を調整
するパラメータで、βが大きい程コンテンツのコピー数
が全体的に多くなる。また、Ｗ_mは１≦Ｗ_m≦Ｎの範囲に
収まる必要があるため、Ｗ_m＜１と計算される場合には
１に、Ｗ_m＞Ｎと計算される場合にはＮにそれぞれ設定
する。表１に、β＝６０．０とした時のＷ_mをまとめ
る。

【０１０３】

【表１】

【０１０４】コンテンツ配信状態

【０１０５】

【数２８】

【０１０６】は性能に大きな影響を与えることから、サ
ーバ選択方式の比較を有効に行うためには、コンテンツ
配置状態の影響をできるだけ排除する必要がある。そこ
で、各コンテンツｍをＮ個のノードからランダムに選択
したＷ_m個のノードに配置し、計算機シミュレーション
により呼損率を評価するという試行を１０００回繰り返
し、各比較モデルにおいて最も小さな呼損率を達成した
コンテンツ配置状態を各々使用することにする。

【０１０７】例として、［Ｏｐｔ−Ａ］を対象にβ＝６
０．０とし、需要量パラメータεを変化させた時の呼損
率特性を図５に示す。但し、横軸は、１ノードあたりの
コンテンツ配信要求平均発生レートで示している。実線
で示した配置パターンを１０００回の試行中の最良配置
として採用する。

【０１０８】＜６．性能比較＞図６、図７、図８にそれ
ぞれ、β＝４０．０、６０．０、８０．０とした時の呼
損率特性を各々示す。コンテンツ配置ノードが多いほ
ど、より理想的な位置にあるサーバから配信を受けるこ
とができるため、βが大きい程、呼損特性が改善してい
る（横軸の値の範囲が異なることに注意）。

【０１０９】本発明［Ｏｐｔ−Ａ，Ｂ］によれば、単に
全てのサーバをラウンドロビン方式で選択する場合［Ａ
ｌｌ−ＲＲ］と比較して二桁以上、近接サーバのみをラ
ウンドロビンで選択する場合［Ｍｉｎ−Ｈ］と比較して
も一桁前後、呼損率の低減が図れることがわかる。ま
た、その改善効果は、特にコンテンツ配置数が多くなる
程（βが大きくなる程）大きくなる。これは選択可能な
サーバ数が増加し、サーバセットを調整する効果がより
大きくなることが原因と思われる。

【０１１０】また、本発明における追加サーバ選択方法
による差異（［Ｏｐｔ−Ａ］と［Ｏｐｔ−Ｂ］の差異）
は小さく、性能に大きな影響を与えないことがわかる。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
呼設定時には事前に設定したサーバセットを単にラウン
ドロビン方式で巡回するだけで良いことから処理遅延と
処理負荷を低減でき、かつネットワークトポロジと需要
量からリンク負荷の分散を最小化するようにサーバセッ
トを設定することにより呼損率を低減できる、という効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すシステム構成
図

【図２】サーバセットの更新によりリンク負荷を平準化
した例を示す説明図

【図３】最適サーバセットを導出する処理のフローチャ
ート

【図４】性能評価に用いたネットワークの模式図

【図５】様々なコンテンツ配置状態における呼損率の特
性図

【図６】トラフィック量に対する呼損率の特性図

【図７】トラフィック量に対する呼損率の特性図

【図８】トラフィック量に対する呼損率の特性図

【符号の説明】

１０，２０：ノード（ｎ，ｎ’）、１１，２１：サーバ
セット格納部、１２，２２：要求受付部、１３，２３：
配信サーバ選択部、１４，２４：配信部、１５，２５：
コンテンツサーバ、３０：ユーザ（ｎ）、４０：集中制
御局、４１：需要情報格納部、４２：サーバセット設定
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ネットワーク上に分散配置され且つ同一
コンテンツの複製を蓄積した複数のサーバの中から、実
際にユーザへコンテンツの配信を行うサーバを選択する
コンテンツ配信サーバ選択方法であって、前記複数のサーバのうち、予めネットワークトポロジと
コンテンツの需要量に基づきリンク負荷の分散値を最小
化する少なくとも１つのサーバを含むサーバセットを、
ユーザを収容するノード毎に設定するサーバセット設定
工程と、ユーザからコンテンツの配信要求が発生した時、該ユー
ザを収容するノード毎のサーバセットからラウンドロビ
ン方式でサーバを選択するサーバ選択工程とを具備する
ことを特徴とするコンテンツ配信サーバ選択方法。
【請求項２】請求項１に記載のコンテンツ配信サーバ
選択方法において、サーバセット設定工程は、複数のサーバのうち、ユーザを収容するノードまでのホ
ップ数が最小となるサーバのみを含むサーバセットを、
ユーザを収容するノード毎に設定する工程を含むことを
特徴とするコンテンツ配信サーバ選択方法。
【請求項３】請求項１に記載のコンテンツ配信サーバ
選択方法において、サーバセット設定工程は、複数のサーバのうち、ユーザを収容するノードまでのホ
ップ数が最小となるサーバのみを含むサーバセットを、
ユーザを収容するノード毎に設定するサーバセット初期
設定工程と、負荷の高いリンクを通るサーバ・ノードの組に含まれる
サーバを他に移すことによりリンク負荷を平準化するサ
ーバセット更新処理工程とを含むことを特徴とするコン
テンツ配信サーバ選択方法。
【請求項４】請求項３に記載のコンテンツ配信サーバ
選択方法において、サーバセット更新処理工程は、負荷の高いリンクを通るサーバ・ノードの組から構成さ
れる集合を作成する工程と、前記集合の中からランダムに移動対象とするサーバ・ノ
ードの組を選択する工程と、該選択したサーバ・ノードの組と同一のコンテンツを保
有し且つサーバセットに未だ含まれていない新規選択可
能サーバの集合を作成する工程とを含むことを特徴とす
るコンテンツ配信サーバ選択方法。
【請求項５】請求項４に記載のコンテンツ配信サーバ
選択方法において、サーバセット更新処理工程は、さらに、選択した移動対象とするサーバ・ノードの組に含まれる
サーバを単にサーバセットから削除するか、作成した新
規選択可能サーバの集合から選択したサーバを単にサー
バセットに追加するか、これらの削除と追加の双方を行
うかの３つの処理のうち、リンク負荷の分散が最も小さ
くなる処理を行う工程を含むことを特徴とするコンテン
ツ配信サーバ選択方法。
【請求項６】請求項５に記載のコンテンツ配信サーバ
選択方法において、作成した新規選択可能サーバの集合からのサーバの選択
は経路上の最大負荷が最小となるサーバの選択であるこ
とを特徴とするコンテンツ配信サーバ。
【請求項７】請求項５に記載のコンテンツ配信サーバ
選択方法において、作成した新規選択可能サーバの集合からのサーバの選択
はホップ数が最小となるサーバの選択であることを特徴
とするコンテンツ配信サーバ。
【請求項８】請求項３乃至７いずれかに記載のコンテ
ンツ配信サーバ選択方法において、リンク負荷の分散値が低減しなくなるまでサーバセット
更新処理工程を繰り返すことを特徴とするコンテンツ配
信サーバ選択方法。