JP2005252435A

JP2005252435A - ストリーム制御方法とその方法を利用可能なパケット伝送装置

Info

Publication number: JP2005252435A
Application number: JP2004057286A
Authority: JP
Inventors: Koji Okura; 浩嗣大倉
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】アクティブネットワークのノードに送信側と受信側の両方からプログラムがアップロードされ、双方のプログラムによる品質要求に矛盾が生じることがある。
【解決手段】プログラム抽出部４８は、サーバ１０から受信されたプログラムタグ付きストリームデータ１００に含まれるプログラム６０と、端末２２から受信されたプログラム６２とをプログラム蓄積部５０に格納する。制御部５２は、双方のプログラム６０、６２による品質要求に不整合があるかどうか調べ、不整合がある場合、優先基準データベース５４に格納された優先基準５６を参照して、どちらのプログラムを優先適用するかを決める。制御部５２は、優先適用することを決めたプログラムをプログラム蓄積部５０から読み出して、パケット処理部４６に組み込む。パケット処理部４６は、組み込まれたプログラムによってサーバ１０から送信されたストリームを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ストリーム制御技術に関し、特にストリームに特定の処理を施すプログラムを用いてストリームを制御するストリーム制御方法とその方法を利用可能なパケット伝送装置に関する。

ブロードバンドのネットワークが一般ユーザに普及し、画像や音声を利用したピア・ツウ・ピアによるリアルタイム通信や、映像を用いたストリーミング配信などネットワーク資源を多用するサービスの利用が盛んになっている。それに伴い、ユーザのネットワークサービスの品質に対する意識が高まり、品質の劣化にはユーザはたいへん敏感になってきており、ベストエフォート型のサービスを提供してきたインターネットにも、ＱｏＳ（Quality of Service）の保証が強く求められている。また、ネットワークの利用形態として、携帯電話やモバイル端末を利用した無線による通信サービスも普及しており、端末の通信形態に合わせて柔軟にサービスを提供することも必要である。このような状況にあって、ルータ、スイッチ、無線アクセスポイントなどのネットワークノードには、ネットワーク層における単純なパケットの転送処理だけでなく、アプリケーション層までを考慮したある種のインテリジェンスが求められるようになっている。

ネットワークに接続する端末はユーザのニーズや新しいネットワーク技術に合わせてモデルチェンジすることが容易であり、機種変更のサイクルが短くなってきているのに対して、ルータやスイッチなどの場合、接続性の保証や旧機種との互換性が要求されるため、仕様の変更には標準化を待たねばならず、新技術に対応するには時間がかかる。これでは、多様化するネットワークサービスの要求に即座に対応することは難しい。そこで、ネットワークの機能の柔軟な変更を可能にする技術として、ネットワークノードにプログラムを投入することにより、ネットワークの動作を自由に制御することのできるアクティブネットワークの概念が提唱されている（たとえば、非特許文献１参照）。アクティブネットワークの仕組みを採用することによって、標準化に時間とコストを費やすことなく早期に新サービス機能をネットワークシステムに導入することができるようになるため、学会のみならず、産業界でもアクティブネットワークに対する期待が高まっている。
山本幹、「アクティブネットワークの技術動向」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、２００１年８月、Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｂ、Ｎｏ．８、ｐ．１４０１−１４１２

アクティブネットワークを実現するために、端末に送信されるストリームデータに対して特定の処理を行うプログラムがネットワークノードに送信され、ネットワークノードに投入される。このような特定のプログラムが投入されたネットワークノードをアクティブノードという。アクティブノードにプログラムを投入するには、あらかじめノードに必要なプログラムをアップロードしておく方法と、サーバから端末に送信されるパケットの一部にプログラムを付加してノードに提供する方法とがある。また、端末側からアクティブノードにプログラムをアップロードすることもある。

音声、ビデオなどの連続メディアデータ伝送において、サービス品質を維持するためには、端末側のネットワークの帯域や端末の処理性能に応じて、その端末に適した品質のメディアデータを送信することが必要である。そこで、ネットワークの中継ノードにおいて、解像度や圧縮率を変えるなどによりストリームを変換するトランスコーディングが行われることが多い。アクティブノードに提供されるプログラムの一例は、このようなトランスコーディングを行うものである。

アクティブノードに対して、サーバと端末の双方からプログラムが提供された場合、アクティブノードではいずれかのプログラムを選択して実行することになるが、双方のプログラムによる品質要求が互いに矛盾する内容をもっていた場合、どちらのプログラムを優先適用するのがよいか、適切な判断が必要になる。特に、コンテンツの作者の意思を無視する形でコンテンツが変換されたり、品質が変更されるなどして、端末にコンテンツが提供されることは好ましくない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたもので、その目的は、ストリーム伝送における送信側の品質要求と受信側の品質要求の不整合を解消することのできるストリーム制御技術を提供することにある。

本発明のある態様はパケット伝送装置に関する。この装置は、ストリームの送信ノードと受信ノードの双方から前記ストリームに対して特定の処理を施すプログラムの提供を受けて蓄積する蓄積部と、前記送信ノードから提供されたプログラムによる品質要求と、前記受信ノードから提供されたプログラムによる品質要求との間に不整合がある場合、所定の優先基準にもとづいて、どちらのプログラムを優先適用するかを決定する制御部と、優先適用することが決定されたプログラムにもとづいて前記ストリームを制御する処理部とを含む。

「パケット伝送装置」は、通信ノードとして機能するサーバ、ルータ、スイッチ、アクセスポイント、端末などのいずれであってもよい。通信ノードには、ストリーム伝送における送信ノード、中継ノード、および受信ノードが含まれる。

送信ノード側の品質要求と受信ノード側の品質要求の間に不整合がある場合とは、たとえば、どちらか一方の品質要求を満たすと、他方の品質要求が満たされなくなる関係にある場合などである。

前記制御部は、前記不整合があるため、前記ストリームに前記受信ノードから提供されたプログラムを適用できない場合、前記受信ノードにその旨を通知してもよく、あるいは前記受信ノードに確認を求めてもよい。

前記制御部は、前記不整合があるため、前記ストリームに前記受信ノードから提供されたプログラムを適用できない場合、前記受信ノードと同一ネットワークセグメントにある他のノードに前記ストリームを転送してもよい。この場合、同一ネットワークセグメントにある他のノードは、前記受信ノードよりも処理性能が高いものであってもよい。

前記制御部は、前記ストリームに著作権上の品質要求がある場合に、前記受信ノードの品質要求よりも著作権上の品質要求を優先させてもよい。著作権上の品質要求には、コンテンツの提供にあたり、コンテンツの同一性が保持され、品質の変更を受けないで提供されることを条件とするなどの内容である。

本発明の別の態様はストリーム制御プログラムに関する。このストリーム制御プログラムは、ストリームの送信ノードと受信ノードの双方から前記ストリームに対して特定の処理を施すプログラムを受信するステップと、前記送信ノードから提供されたプログラムによる品質要求と、前記受信ノードから提供されたプログラムによる品質要求との間に不整合がある場合、所定の優先基準にもとづいて、どちらのプログラムを優先適用するかを決定するステップと、優先適用することが決定されたプログラムにもとづいて前記ストリームを制御するステップとを含む。

本発明の別の態様はストリーム制御方法に関する。この方法は、ストリームの送信ノードと受信ノードの双方から前記ストリームに対して特定の処理を施すプログラムの提供を受け、前記送信ノードから提供されたプログラムによる品質要求と、前記受信ノードから提供されたプログラムによる品質要求との間に不整合がある場合に、所定の優先基準にもとづいて、いずれかのプログラムを優先適用して、前記ストリームの制御に用いる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、送信側と受信側の双方のストリーム伝送の品質要求に応じて適切なストリーム制御を行うことができる。

図１は、実施の形態に係るアクティブネットワークの構成図である。ルータ１２ａ〜１２ｃで構成されるインターネット１４にサーバ１０ａ、１０ｂが接続されている。アクセスポイント２０は、インターネット１４に接続する無線通信のアクセスポイントである。第１端末２２ａ、第２端末２２ｂは、アクセスポイント２０に無線により接続する。無線通信には、ＩＥＥＥ８０２．１１等の無線ＬＡＮ技術が用いられる。

サーバ１０ａ、１０ｂは、音声やビデオなどのコンテンツのストリームを第１端末２２ａ、第２端末２２ｂに提供する。第１端末２２ａ、第２端末２２ｂは、たとえば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Data Assistant）などの携帯電子機器、データ通信機能をもつ携帯電話などである。尚、本構成図では、ストリームの送信側をストリームデータのサーバとしているが、送信側は、ビデオカメラ等のリアルタイムメディア発生装置でも構わない。

アクセスポイント２０は、本発明のパケット伝送装置の一例であり、本実施の形態では、アクセスポイント２０が、アクティブノードとして動作し、標準的なパケット伝送処理を実行するとともに、アクティブノード用のプログラムによりストリーム制御を行う。

第１端末２２ａは、サーバ１０ａから送信されるコンテンツのストリーム６５を受信する。ストリーム６５は、通信経路２４で示すように、インターネット１４のルータ１２ａ、１２ｃを経由して、アクセスポイント２０に到達し、アクセスポイント２０において第１端末２２ａ向けに適宜トランスコーディングされた上で、無線通信により第１端末２２ａに提供される。

サーバ１０ａは、コンテンツの送信にあたって、アクティブノード用のプログラム６０をアクセスポイント２０に提供する（符号２８）。一方、第１端末２２ａも、コンテンツの受信にあたって、アクティブノード用のプログラム６２をアクセスポイント２０に提供する（符号３０）。

アクセスポイント２０は、サーバ１０ａから提供されたプログラム６０による品質要求と、第１端末２２ａから提供されたプログラム６２による品質要求との間の整合性をチェックし、要求品質や処理内容に相互に矛盾がないか調べる。矛盾がなければ、アクセスポイント２０は、いずれかのプログラムを選択して実行すればよいが、矛盾がある場合は、どちらのプログラムを優先するかを所定の優先基準で判断し、実行するプログラムを決定する。

双方のプログラムの品質要求に不整合があって、第１端末２２ａにコンテンツを提供できない場合、アクセスポイント２０は、無線リンク２６に切り替えて第２端末２２ｂにストリームを転送することができる。第２端末２２ｂは、第１端末２２ａと同じ無線ＬＡＮ上にあって、アクセスポイント２０に接続している別の端末である。

以下、サーバ１０ａ、１０ｂを総称してサーバ１０と呼び、第１端末２２ａ、第２端末２２ｂを総称して端末２２と呼ぶ。

図２は、アクセスポイント２０の構成図である。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたストリーム制御機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

受信部４０は、サーバ１０からプログラムタグ付きストリームデータ１００を受信し、データバッファ４２に格納する。このプログラムタグ付きストリームデータ１００には、プログラム６０とストリームデータ６１が含まれる。また、受信部４０は、端末２２からプログラム６２を受信し、データバッファ４２に格納する。

パケット処理部４６は、データバッファ４２にプログラムタグ付きストリームデータ１００が受信された場合、プログラムタグ付きストリームデータ１００に含まれるストリームデータ６１を読み出し、プロトコル処理するとともに、組み込まれた各種プログラムによりストリームデータ６１を制御し、データバッファ４２に書き込む。

プログラム抽出部４８は、データバッファ４２にプログラムタグ付きストリームデータ１００が受信された場合、プログラムタグ付きストリームデータ１００に含まれるプログラム６０を抽出する。また、プログラム抽出部４８は、データバッファ４２にプログラム６２が受信された場合、プログラム６２をそのまま読み出す。これらのプログラム６０、６２は、たとえば、端末２２の処理性能や通信状態に適した符号化方式や符号化レートに切り替えて、ストリームを符号化する処理を行うものである。

プログラム抽出部４８は、プログラム６０、６２をそれぞれプログラム蓄積部５０に格納するとともに、プログラム６０、６２に付属しているそれぞれの優先度情報を制御部５２に与える。

制御部５２は、サーバ１０から送信されたプログラム６０（以下、単に送信側のプログラムＡと呼ぶ）、および端末２２から送信されたプログラム６２（以下、単に受信側のプログラムＢと呼ぶ）のそれぞれの優先度情報をもとに、双方のプログラムによる品質要求に不整合があるかどうか調べ、不整合がある場合、優先基準データベース５４に格納された優先基準５６を参照して、どちらのプログラムを優先適用するかを決める。

たとえば、送信側のプログラムＡは、一定の帯域の確保を受信側に要求するものであり、受信側のプログラムＢは、携帯電話に適応した狭帯域に対応するため低品質の画像に変換して送信するものである場合、これら２つのプログラムＡ、Ｂの品質要求は互いに矛盾する。この品質要求の矛盾を解消するため、たとえば、送信側の品質要求が著作権上の要請から生じたものである場合には、送信側の品質要求を優先し、そうでない場合には、基本的には受信側の要求に合わせるといった優先基準のもとで、送信側のプログラムＡと受信側のプログラムＢのいずれか一方を選択する。

たとえば、受信側のプログラムＢを優先適用する場合、端末２２は低品質ではあるがコンテンツを受信することが可能である。また、送信側のプログラムＡを優先適用する場合、制御部５２は、端末２２には、ストリームの受信ができない旨を通知する。制御部５２は、送信側の品質要求に応じることのできる他の端末にストリームを転送することもできる。

制御部５２は、優先適用することを決めたプログラムをプログラム蓄積部５０から読み出して、パケット処理部４６に組み込む。パケット処理部４６は、組み込まれたプログラムによってストリームを制御し、データバッファ４２に書き出す。送信部４４は、データバッファ４２からストリームデータ６１を読み出して、端末２２に送信する。

図３（ａ）、（ｂ）は、プログラムタグ付きストリームデータ１００のデータ構造を説明する図である。図３（ａ）に示すように、プログラムタグ付きストリームデータ１００は、ストリームデータ１０６にプログラムタグ１０５が付加されたデータ構造をもち、プログラムタグ１０５には、プログラム１０２と優先度情報１０４が含まれる。

図３（ｂ）に示すように、プログラムタグ１０５には、プログラム１０２の代わりにプログラム１０２を特定するためのプログラム番号１０３が含まれてもよい。サーバ１０が、ストリーム送信に先立ち、アクセスポイント２０にあらかじめプログラム１０２をアップロードしておけば、ストリーム送信の際にプログラム番号１０３を指定するだけで、アクセスポイント２０のプログラム蓄積部５０に格納されたプログラム１０２の実行を要求することができる。

なお、端末２２がアクセスポイント２０にプログラムをアップロードする場合は、ストリームデータ１０６は送信されないので、プログラム１０２もしくはプログラム番号１０３と優先度情報１０４を含むプログラムタグ１０５だけがアクセスポイント２０に送信されることになる。

サーバ１０から指定される優先度情報１０４は、一般に、一定の品質または高画質を要求するものであり、一例として、次のようなものがある。
（１）著作権上の要求
コンテンツの作者が作品の品質が変更されることを了解しない場合、解像度を落としたり、フレームを落とすなど品質を劣化させる変更を許可しない。
（２）サービスの料金体系による要求
動画や音声の品質により料金が異なる場合、品質を劣化させる変更を許可しない。
（３）コンテンツの性質による要求
ハイビジョン映像のように高画質でないと意味がないコンテンツの場合、品質を劣化させる変更を許可しない。また小さい文字情報のある映像の場合も同様である。

端末２２から指定される優先度情報１０４は、一般に、端末２２側のネットワーク環境や端末２２の処理性能に合わせて、通信の効率化や動画の再生品質の安定性を要求するものであり、一例として、次のようなものがある。
（１）ディスプレイの画素数が小さいため、解像度を落とすことを要求する。
（２）ＣＰＵ性能に限界があるため、処理負荷の少ないデータを要求する。
（３）無線伝送の帯域が狭いため、トラフィック量の少ないデータを要求する。

このように、サーバ１０側の品質要求と端末２２側の品質要求は互いに矛盾するものであることが多く、両方の要求を同時に満たすことはできない。そこで、制御部５２は、優先基準データベース５４に格納された優先基準５６にもとづいて、どちらの品質要求を優先してプログラムを適用するかを決定する。

優先基準５６には、一例として、次のようなものがある。
（１）著作権上の要求は、受信側のすべての要求に優先する。
（２）品質要求のレベルが送信側と受信側で同じである場合は、受信側から提供されたプログラムを優先適用する。
（３）送信側と受信側で品質要求に矛盾がある場合、受信側に確認メッセージを通知する。たとえば、コンテンツの品質により料金が異なることを受信側に通知して、品質を落としてもよいかどうかをユーザに確認し、確認がとれた場合にトランスコーディングを行う。

図４は、以上の構成のアクセスポイント２０によるストリーム制御手順を説明するフローチャートである。

受信部４０は、ストリームの受信側の端末２２からプログラムを受信する（Ｓ１０）。受信側のプログラムはプログラム蓄積部５０に格納される。さらに、受信部４０は、ストリームの送信側のサーバ１０からプログラムとストリームデータを受信する（Ｓ１２）。送信側のプログラムはプログラム蓄積部５０に格納される。

制御部５２は、プログラム蓄積部５０に格納された受信側、送信側の双方のプログラムによる品質要求の整合性を調べる（Ｓ１４）。双方のプログラムの品質要求に矛盾がなければ（Ｓ１４のＮ）、いずれかのプログラム、たとえば受信側のプログラムを選択し、パケット処理部４６は、その選択されたプログラムによりストリームデータを制御する（Ｓ２２）。

双方のプログラムの品質要求に矛盾がある場合（Ｓ１４のＹ）、制御部５２は、送信側の品質要求通りにストリームデータを転送することのできる他の端末があるかどうかを調べる（Ｓ１６）。もし、送信側の品質要求に合った他の端末がアクセスポイント２０の無線通信範囲にあれば（Ｓ１６のＹ）、制御部５２は、その端末にストリームデータを転送するための設定を行う（Ｓ２４）。この転送設定は、ストリームデータのパケットの宛先アドレスを変更することで行われる。転送設定が終わると、ステップＳ２２に進み、この場合は、送信側のプログラムが選択されて、ストリームデータが制御される。

送信側の品質要求に合った他の端末がない場合（Ｓ１６のＮ）、制御部５２は、優先基準データベース５４に格納された優先基準５６を参照する（Ｓ１８）。制御部５２は、優先基準５６にもとづいて受信側、送信側のどちらのプログラムを優先適用して実行するかを決定する（Ｓ２０）。パケット処理部４６は、決定されたプログラムをパケット処理に組み込んで端末２２に送信するストリームデータを制御する（Ｓ２２）。

上記の手順の変形として、ステップＳ１６の転送可能な他の端末の有無を調べる処理は、ステップＳ２０の後に設け、ステップＳ２０において、送信側のプログラムの適用が決まった場合に、送信側の品質要求に合った他の端末を見つけ、ストリームを転送するようにしてもよい。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

そのような変形例として、実施の形態では、本発明のパケット伝送装置の一例として、アクセスポイント２０を説明したが、パケット伝送装置は、ルータやスイッチなどの有線ネットワークの中間ノードに設けられてもよい。また、サーバ自身がパケット伝送装置の構成をもち、アクティブノードとして動作してもよい。また、無線アクセスポイントの存在を前提とせず、端末同士が自律的に相互接続することで形成される無線アドホックネットワークにおいて、中継ノードとなる端末がパケット伝送装置の構成をもち、本発明のストリーム制御を実行してもよい。

実施の形態では、ストリーム配信を例に説明したが、本発明のストリーム制御技術は、テレビ会議のように双方向性のあるリアルタイム通信や、端末装置間のピア・ツウ・ピア通信にも適用することができる。

実施の形態では、サーバと端末の間で品質要求が異なる場合を説明したが、アクセスポイントが独自の品質要求をもち、サーバとアクセスポイントの間、あるいはアクセスポイントと端末の間で品質要求が異なる場合に、アクセスポイントにおいてどのプログラムを優先適用するのが適切かを判断し、ストリーム制御を行ってもよい。

実施の形態では、サーバおよび端末がアクティブノードにプログラムを提供したが、アクセスポイントにはプログラムがあらかじめライブラリとして蓄積されており、サーバおよび端末はそれぞれの品質要求のみをアクセスポイントに送信するようにしてもよい。その場合、アクセスポイントが、双方の品質要求に矛盾がある場合に、いずれかの品質要求を優先し、適切なプログラムをライブラリの中から選択して実行してもよい。

実施の形態に係るアクティブネットワークの構成図である。図１のアクセスポイントの構成図である。図２のアクセスポイントが受信するプログラムタグ付きストリームデータのデータ構造を説明する図である。図２のアクセスポイントによるストリーム制御手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０サーバ、１２ルータ、１４インターネット、２０アクセスポイント、２２端末、４０受信部、４２データバッファ、４４送信部、４６パケット処理部、４８プログラム抽出部、５０プログラム蓄積部、５２制御部、５４優先基準データベース、５６優先基準、６０、６２プログラム、６１ストリームデータ、１００プログラムタグ付きストリームデータ、１０２プログラム、１０３プログラム番号、１０４優先度情報、１０５プログラムタグ、１０６ストリームデータ。

Claims

ストリームの送信ノードと受信ノードの双方から前記ストリームに対して特定の処理を施すプログラムの提供を受けて蓄積する蓄積部と、
前記送信ノードから提供されたプログラムによる品質要求と、前記受信ノードから提供されたプログラムによる品質要求との間に不整合がある場合、所定の優先基準にもとづいて、どちらのプログラムを優先適用するかを決定する制御部と、
優先適用することが決定されたプログラムにもとづいて前記ストリームを制御する処理部とを含むことを特徴とするパケット伝送装置。
前記制御部は、前記不整合があるため、前記ストリームに前記受信ノードから提供されたプログラムを適用できない場合、前記受信ノードにその旨を通知することを特徴とする請求項１に記載のパケット伝送装置。
前記制御部は、前記不整合があるため、前記ストリームに前記受信ノードから提供されたプログラムを適用できない場合、前記受信ノードと同一ネットワークセグメントにある他のノードに前記ストリームを転送することを特徴とする請求項１に記載のパケット伝送装置。
前記制御部は、前記ストリームに著作権上の品質要求がある場合に、前記受信ノードの品質要求よりも著作権上の品質要求を優先させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパケット伝送装置。
ストリームの送信ノードと受信ノードの双方から前記ストリームに対して特定の処理を施すプログラムを受信するステップと、
前記送信ノードから提供されたプログラムによる品質要求と、前記受信ノードから提供されたプログラムによる品質要求との間に不整合がある場合、所定の優先基準にもとづいて、どちらのプログラムを優先適用するかを決定するステップと、
優先適用することが決定されたプログラムにもとづいて前記ストリームを制御するステップとを含むことを特徴とするストリーム制御プログラム。
ストリームの送信ノードと受信ノードの双方から前記ストリームに対して特定の処理を施すプログラムの指定を受け、前記送信ノードにより指定されたプログラムによる品質要求と、前記受信ノードにより指定されたプログラムによる品質要求との間に不整合がある場合に、所定の優先基準にもとづいて、いずれかのプログラムを優先適用して、前記ストリームの制御に用いることを特徴とするストリーム制御方法。