JP2006109218A - 放送通信融合システム、その受信端末および輻輳制御端末、ならびに放送通信融合システムにおける輻輳制御方法、そのプログラムおよび記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】放送を受信する受信端末から送信される応答メッセージによる輻輳を防止できる放送通信融合システムを提供する。
【解決手段】放送局１は、コンテンツDB５から放送コンテンツを供給される放送サーバ１ａと、この放送コンテンツをデジタル変調して送信するOFDM送信機１ｂとを含む。放送コンテンツには、応答受付サーバ３のアドレス情報と共に、各受信端末２に対して応答遅延時間Dxを設定するための遅延情報が登録されている。各受信端末２は、受信した放送コンテンツに登録されている遅延情報に基づいて自端末に関する応答遅延時間Dxを決定し、例えばクイズ番組の視聴中に回答を送信する操作がなされると、応答受付サーバ３への回答（応答メッセージ）の送信タイミングを前記応答遅延時間Dxだけ遅延させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放送局から提供された放送コンテンツの視聴者が、その受信端末から応答メッセージを放送局側へ送信する放送通信融合システムを対象とし、特に、受信端末から送信される応答メッセージを受信するサーバやネットワーク回線の輻輳を防止ないしは軽減できる放送通信融合システムに関する。

放送通信融合システムでは、放送番組と連動した世論調査、アンケート、懸賞応募、視聴者参加型クイズ等における視聴者側から放送局側への応答メッセージ、あるいは放送内容を補完する情報を視聴者が放送局側へ要求する応答メッセージが、特定の受付センタ（応答受付サーバ）へ短時間に集中する可能性がある。受信端末から送信される応答メッセージの集中を防止する技術として、特許文献１，２には、視聴者が電話回線を利用して応答メッセージを送信するシステムにおいて、視聴者からの発呼をランダムに遅延させることで集中を緩和させる技術が開示されている。

一方、２００３年１２月に東京・大阪・名古屋で地上デジタル放送が開始された。今後、その他の地域でも放送が順次開始されると共に、移動体受信端末向けのサービスなどが拡充されることになっており、爆発的な普及が期待されている。また、２０００年１２月にスタートした衛星デジタル放送の受信世帯も、２００３年末に５００万を超えるまでに普及している。また、近年のADSLやFTTHの普及により、通信網が従来の電話網からインターネット等の広帯域ネットワークに置き換わりつつある。

こうした状況を背景として、視聴者から放送局側へのアクセスも、従来の電話網から広域ネットワークに置き換わることが予測される。こうしたサービスでは、特定の受付センタに視聴者からのアクセスがごく短時間に集中し、ネットワーク／サーバでの輻輳の発生が想定される。
特開平７−２４０７３１ 特開平８−２７５１４０

視聴率が２０％の番組において双方向サービスが利用される状況を想定する。普及世帯数を４０００万、視聴者の２０％が双方向サービスを利用すると仮定すると、クイズ番組の回答期間内などの短期間にトラフィックを発生する受信端末数は１６０万となり、受付センタに設置された応答受付サーバにアクセスが集中して輻輳が生じることが予測される。また、1回の応答メッセージの情報量を１００バイトと仮定すると、発生するトラフィック量が1.28[Gbit]にも達するので、ネットワークと応答受付サーバとを結ぶネットワーク回線にも輻輳の発生が予測される。

応答受付サーバやネットワーク回線に輻輳が発生すると、視聴者からの通信が完了しないなど、番組運営に致命的な支障をきたすのみならず、他の通信サービスにも悪影響を与える可能性がある。また、上記した従来技術では、応答メッセージが電話回線を介して送信されるので、その送信に要する時間が長くなり、これが輻輳を助長していた。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、放送コンテンツの受信端末から送信される応答メッセージによる輻輳を防止できる放送通信融合システムを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、放送コンテンツを受信して再生する受信端末と、各受信端末からネットワーク経由で送信される応答メッセージを受信する応答受付サーバとを含む放送通信融合システムにおいて、放送コンテンツに遅延情報を登録する手段と、遅延情報に基づいて、時間軸上で一様に分散された応答遅延時間を各受信端末に設定する手段と、各受信端末における応答メッセージの送信タイミングを前記応答遅延時間だけ遅延させる手段と、応答受付サーバの輻輳状態および当該応答受付サーバとネットワークとを結ぶネットワーク回線の輻輳状態の少なくとも一方を監視する手段と、輻輳状態の監視結果に基づいて、放送コンテンツに登録される遅延情報を動的に設定する手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)放送局側の応答受付サーバおよびそのネットワーク回線の輻輳状態に応じて、各視聴者の受信端末から応答受付サーバへ送信される応答メッセージが時間軸上で一様に分散されるので、応答受付サーバおよびそのネットワーク回線の輻輳が防止ないしは軽減される。
(2)応答遅延時間の分散範囲が、応答受付サーバおよびそのネットワーク回線の輻輳状態に応じて動的に変化するので、輻輳状態に応じて最適な遅延設定が可能になる。
(3)各視聴者の受信端末と放送局側の応答受付サーバとが、従来の電話網に比べて高速かつ広帯域のネットワークで接続されており、応答メッセージの送信時間が短くなるので、応答遅延時間を輻輳状態に応じて細かく設定できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る放送通信融合システムの構成を示したブロック図であり、テレビ映像用のコンテンツとデータ映像用およびデータ通信用のコンテンツとが多重化された放送コンテンツをコンテンツデータベース(DB)５から提供されて送信する放送局１と、放送局１から送信される放送波を受信して放送コンテンツを再生するテレビ２ａ、コンピュータ２ｂ、携帯端末２ｃ等の受信端末２と、この受信端末２とインターネット等のIPネットワーク４を介して接続された双方向の応答受付サーバ３と、この応答受付サーバ３自身の輻輳状態および当該応答受付サーバ３とネットワーク４とを接続するネットワーク回線７の輻輳状態の少なくとも一方を監視し、後に詳述する輻輳回避に有効な遅延条件を設定する輻輳制御端末６とを主要な構成としている。

前記放送局１は、コンテンツDB５から放送コンテンツを供給される放送サーバ１ａと、この放送コンテンツをデジタル変調して送信するOFDM送信機１ｂとを含む。前記放送コンテンツには、前記応答受付サーバ３のアドレスIPaやURL等のアドレス情報（以下、アドレスIPaで代表する）と共に、各受信端末２に対して応答遅延時間Dxを設定するためのパラメータとして、前記応答遅延時間Dxの上限値である遅延上限値Dmaxが登録されている。本実施形態では、前記放送コンテンツがBML(Broadcast Markup Language)で記述されており、前記遅延上限値Dmaxの初期値は、例えば「０」すなわち「遅延無し」に設定されている。

各受信端末２は、受信した放送コンテンツに登録されている遅延上限値Dmaxに基づいて自端末に関する応答遅延時間Dxを決定する。そして、例えばクイズ番組の視聴中に回答を送信する操作がなされると、応答受付サーバ３への回答（応答メッセージ）の送信タイミングを前記応答遅延時間Dxだけ遅延させる。なお、各受信端末２から遅延送信される応答メッセージは、上記したクイズ番組やアンケートに対する回答に限らず、放送内容に関して補完情報が必要であるか否かを放送内で問われた各視聴者が、これに応答するために送信するメッセージも含まれる。視聴者が応答メッセージで補完情報を要求すれば、要求した補完情報が応答受付サーバ３からネットワーク４を介して各受信端末２へ送信される。

図２は、各受信端末２の主要部の構成を示したブロック図であり、放送波を受信、デコードして放送コンテンツを再生し、テレビ映像およびデータ映像をスピーカ２５および表示部２６から出力するコンテンツ再生部２１と、放送コンテンツから応答受付サーバ３のアドレスIPaおよび遅延上限値Dmaxを抽出する遅延条件抽出部２２と、前記遅延上限値Dmaxを最大遅延時間として０〜Dmax間で一様乱数を発生し、これを応答遅延時間Dxとして設定する遅延時間設定部２３と、応答受付サーバ３への応答メッセージの送信タイミングを前記応答遅延時間Dxだけ遅延させる応答メッセージ送信部２４とを含む。

図３は、前記輻輳制御端末６の主要部の構成を示したブロック図であり、応答受付サーバ３の輻輳状態や当該応答受付サーバ３とネットワーク４とを接続するネットワーク回線７の輻輳状況が反映される所定の輻輳パラメータPを監視する輻輳監視部６１と、この輻輳パラメータPまたは当該輻輳パラメータPから定量的に導き出される輻輳状態Uに基づいて遅延上限値Dmaxを決定する遅延上限値決定部６２と、この遅延上限値Dmaxを前記コンテンツDB５の対応する放送コンテンツに登録する遅延上限値登録部６３とを含む。前記遅延上限値決定部６２は、輻輳パラメータPまたは輻輳状態Uに基づいて遅延上限値Dmaxを算出する関数、あるいは輻輳パラメータPまたは輻輳状態Uと遅延上限値Dmaxとの対応関係を表したデータテーブルを備えている。

前記輻輳監視部６１は、前記輻輳パラメータPとして、応答受付サーバ３での受付済TCPコネクション数、ネットワーク４と応答受付サーバ３とをつなぐネットワーク回線７を流れるトラフィック量（上り／下り）、同ネットワーク回線７の負荷率（上り／下り）、応答受付サーバ３のCPU負荷率、応答受付サーバ３のディスクアクセス負荷率等を採用できる。

図４は、前記受信端末２の動作を示したフローチャートであり、図５は、放送局１、受信端末２、応答受付サーバ３および輻輳制御端末６の動作タイミングを示したシーケンス図である。

図４において、放送波がステップＳ１で受信端末２により受信されると、ステップＳ２では放送コンテンツがデコードされ、テレビ映像およびデータ映像用はステップＳ３で再生される。放送コンテンツに登録されていた応答受付サーバ３のアドレスIPaおよび遅延上限値DmaxはステップＳ４で抽出される。ステップＳ５では、前記遅延上限値Dmaxを最大遅延時間として０〜Dmax間で一様乱数を発生し、これが自端末の応答遅延時間Dxとして設定される。ステップＳ６では、クイズ番組やアンケート調査での回答、あるいは補完情報の要求が応答メッセージとして視聴者により入力されたか否かが判定される。応答メッセージの入力が検知されなければ、ステップＳ１へ戻って各処理が繰り返される。

その後、視聴者によって応答メッセージが入力され、これがステップＳ６で検知されると、ステップＳ７では、前記応答遅延時間Dxを計時するタイマがスタートする。ステップＳ８において、前記タイマがタイムアウトしたと判定されると、ステップＳ９では、前記返応答受付サーバ３のアドレスIPaにアクセスして当該サーバ３と受信端末２との間にTCPコネクションが確立される。ステップＳ１０では、前記TCPコネクションを利用して、前記応答メッセージが応答受付サーバ３へ送信される。本実施形態では、応答遅延時間Dxが遅延上限値Dmax内で一様に設定されるので、各受信端末２における応答信号の送信タイミングが遅延上限値Dmaxまでの期間内で一様に分散される。

応答受付サーバ３では、各受信端末２から送信された応答メッセージが適宜に処理される。これと並行して、輻輳制御端末６では応答受付サーバ３やネットワーク回線７の輻輳を防止するための制御が実行される。

図６は、前記輻輳制御端末６における輻輳制御の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ３１では、輻輳状況が反映される所定の輻輳パラメータPに基づいて輻輳状態Uが定量的に検出される。ステップＳ３２では、前記輻輳状態の算出結果Uと遅延開始閾値Urefとが比較され、U＜UrefであればステップＳ３１へ戻る。これに対して、U≧UrefであればステップＳ３３へ進み、輻輳状態Uをパラメータとして遅延上限値Dmaxが決定される。ステップＳ３４では、前記遅延上限値Dmaxの決定結果が前記コンテンツDB５に既登録の対応する放送コンテンツに反映される。すなわち、本実施形態では放送コンテンツに登録されて各受信端末で抽出される前記遅延上限値Dmaxが、前記輻輳制御端末６で検知される輻輳状態に基づいてリアルタイムで動的に更新される。

なお、本実施形態では輻輳パラメータPに基づいて輻輳状態Uが算出されるが、輻輳パラメータPで輻輳状態Uを代表しても良い。また、本実施形態では輻輳の程度が低い場合には遅延が設定されないようにするため、輻輳状態Uが遅延開始閾値Urefと予め比較されるが、その代わりに、輻輳状態Uから遅延上限値Dmaxを求める際に、U＜Urefでは遅延上限値Dmaxが「０」と算出される関数を用いても良い。

図７は、応答遅延時間の設定方法と応答メッセージに対する平均レスポンス時間の分布およびその累計との関係を、応答受付サーバ３の処理速度ごとに示した図であり、図中左から第１列は処理速度の高いサーバ、第３列は処理速度の低いサーバ、第２列はその中間のサーバの結果を示している。また、図中上から第１行は応答遅延時間を設定しない場合、第２行は応答遅延時間を固定的に設定した場合、第３行は、本発明を適用して応答遅延時間を輻輳状態に応じて動的に変化させた場合の関係を示している。同図から明らかなように、本発明によれば応答受付サーバ３の処理能力にかかわらず平均レスポンス時間が大幅に改善される。

ところで、TCPのように高い信頼性を要求される通信プロトコルでは、輻輳等により伝送路上でパケットが失われた場合にパケットを再送する機能が設けられている。このような再送機能では、パケット送信時に再送タイマが起動され、相手端末から確認応答を受信できれば再送タイマが停止されるが、確認応答を受信せずに再送タイマがタイムアウトした場合にはパケットが再送される。パケットの再送間隔は再送回数に従って延長される。

ここで、遅延上限値Dmaxが再送タイマによる再送間隔よりも長く設定されていると、応答遅延時間Dxが短く設定された受信端末からの応答メッセージの再送タイミングが、応答遅延時間Dxが長く設定されている他の受信端末の最初の送信と競合してしまい、これが新たな輻輳を生じさせる原因となり得る。したがって、応答遅延上限値Dmaxは再送タイマよりも短い時間に設定されることが望ましい。

図８は、上記した再送間隔制御を適用した受信端末２のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。

再送間隔変更部２５は、前記遅延時間設定部２３で設定された遅延上限値Dmaxを通知されると、当該遅延上限値Dmaxよりも後のタイミングでタイムアウトする再送タイマTrを設定する。応答メッセージ送信部２４は、応答遅延時間Dxの経過タイミングで応答メッセージを送信すると共に再送タイマを起動し、応答メッセージに対してACK信号等の確認応答信号を受信できなければ、前記再送タイマのタイムアウトを待って応答メッセージを再送する。

なお、通信プロトコルがTCPであって、その再送タイマの変更が難しいシステムであれば、輻輳制御端末６で輻輳状態に応じて遅延上限値Dmaxを決定する際に、その値を再送タイマの設定値を超えない範囲に設定すれば良い。

このような再送間隔制御によれば、応答メッセージの送信を遅延させる制御を導入しても、一の受信端末による最初の応答メッセージと他の一の受信端末による再送とが競合することがない。

本発明に係る放送通信融合システムの構成を示したブロック図である。 受信端末の主要部の構成を示したブロック図である。 輻輳制御端末の主要部の構成を示したブロック図である。 受信端末の動作を示したフローチャートである。 放送局、受信端末、応答受付サーバおよび輻輳制御端末の動作タイミングを示したシーケンス図である。 輻輳制御端末における輻輳制御の手順を示したフローチャートである。 応答遅延時間の設定方法と応答メッセージに対する平均レスポンス時間の分布およびその累計との関係を示した図である。 再送間隔制御を適用した受信端末のブロック図である。

符号の説明

１…放送局，２…受信端末，２ａ…テレビ，２ｂ…コンピュータ，２ｃ…携帯端末，３…応答受付サーバ，４…IPネットワーク，５…コンテンツDB，６…輻輳制御端末，７…ネットワーク回線

Claims (16)

1. 放送コンテンツを受信して再生する受信端末と、各受信端末からネットワーク経由で送信される応答メッセージを受信する応答受付サーバとを含む放送通信融合システムにおいて、
   前記放送コンテンツに遅延情報を登録する手段と、
   前記遅延情報に基づいて、時間軸上で一様に分散された応答遅延時間を各受信端末に設定する手段と、
   各受信端末における応答メッセージの送信タイミングを前記応答遅延時間だけ遅延させる手段と、
   前記応答受付サーバの輻輳状態および当該応答受付サーバとネットワークとを結ぶネットワーク回線の輻輳状態の少なくとも一方を監視する手段と、
   前記輻輳状態の監視結果に基づいて、前記放送コンテンツに登録される遅延情報を動的に設定する手段とを含むことを特徴とする放送通信融合システム。
2. 前記遅延情報が、各受信端末に許可される応答遅延時間の上限値であり、
   前記応答遅延時間を設定する手段は、前記遅延上限値を最大値とする一様乱数に基づいて受信端末ごとに応答遅延時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の放送通信融合システム。
3. 前記応答メッセージが、送信失敗時に再送手順を実行する通信プロトコルで送信され、前記遅延上限値が前記応答メッセージの再送周期よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の放送通信融合システム。
4. 放送コンテンツを受信して再生し、応答メッセージをネットワーク経由で応答受付サーバへ送信する放送通信融合システムの受信端末において、
   放送コンテンツから遅延情報を抽出する手段と、
   前記遅延情報に基づいて、時間軸上で一様に分散された応答遅延時間を設定する手段と、
   応答受付サーバとの間に通信コネクションを確立する手段と、
   前記応答メッセージの送信タイミングを前記応答遅延時間だけ遅延させる手段とを含むことを特徴とする放送通信融合システムの受信端末。
5. 前記遅延情報が、各受信端末に許可される応答遅延時間の上限値であり、
   前記応答遅延時間を設定する手段は、前記遅延上限値を最大値とする一様乱数に基づいて応答遅延時間を設定することを特徴とする請求項４に記載の放送通信融合システムの受信端末。
6. 前記応答メッセージが、送信失敗時に再送手順を実行する通信プロトコルで送信され、前記遅延上限値が前記応答メッセージの再送周期よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の放送通信融合システムの受信端末。
7. 放送コンテンツを受信して再生する受信端末から送信される応答メッセージを応答受付サーバがネットワーク経由で受信する放送通信融合システムの輻輳制御端末において、
   前記応答受付サーバの輻輳状態および当該応答受付サーバとネットワークとを結ぶネットワーク回線の輻輳状態の少なくとも一方を監視する手段と、
   前記輻輳状態に基づいて遅延条件を動的に設定する手段と、
   前記遅延条件を前記放送コンテンツに登録する手段とを含み、
   前記遅延条件の登録された放送コンテンツが放送されることを特徴とする放送通信融合システムの輻輳制御端末。
8. 前記遅延情報が、各受信端末に許可される応答遅延時間の上限値であることを特徴とする請求項７に記載の放送通信融合システムの輻輳制御端末。
9. 放送コンテンツを受信して再生する受信端末と、各受信端末から送信された応答メッセージをネットワーク経由で受信する応答受付サーバとを含む放送通信融合システムにおける輻輳制御方法において、
   前記受信端末が、
   放送コンテンツから遅延情報を抽出する手順と、
   前記遅延情報に基づいて、時間軸上で一様に分散された応答遅延時間を設定する手順と、
   前記応答メッセージの送信タイミングを前記応答遅延時間だけ遅延させる手順とを含むことを特徴とする放送通信融合システムにおける輻輳制御方法。
10. 前記遅延情報が遅延上限値であり、
    前記応答遅延時間は、前記遅延上限値を最大値とする一様乱数に基づいて受信端末ごとに設定されることを特徴とする請求項９に記載の放送通信融合システムにおける輻輳制御方法。
11. 前記応答メッセージが、送信失敗時に再送手順を実行する通信プロトコルで送信され、前記遅延上限値が前記応答メッセージの再送周期よりも短いことを特徴とする請求項１０に記載の放送通信融合システムにおける輻輳制御方法。
12. 放送コンテンツを受信して再生する受信端末と、各受信端末から送信された応答メッセージをネットワーク経由で受信する応答受付サーバと、ネットワークの輻輳を制御する輻輳制御手段とを含む放送通信融合システムにおける輻輳制御方法において、
    前記輻輳制御手段が、
    前記応答受付サーバの輻輳状態および当該応答受付サーバとネットワークとを結ぶネットワーク回線の輻輳状態の少なくとも一方を監視する手順と、
    前記輻輳状態に基づいて遅延条件を動的に設定する手順と、
    前記遅延条件を前記放送コンテンツに登録する手順とを含み、
    前記遅延条件の登録された放送コンテンツが放送されることを特徴とする放送通信融合システムにおける輻輳制御方法。
13. 請求項９ないし１１のいずれかに記載の輻輳制御方法を受信端末に実行させるための放送通信融合システムにおける輻輳制御プログラム。
14. 請求項１３に記載の輻輳制御プログラムを受信端末による読み出し可能に記憶した放送通信融合システムにおける輻輳制御プログラムの記憶媒体。
15. 請求項１２に記載の輻輳制御方法をコンピュータに実行させるための放送通信融合システムにおける輻輳制御プログラム。
16. 請求項１５に記載の輻輳制御プログラムをコンピュータによる読み出し可能に記憶した放送通信融合システムにおける輻輳制御プログラムの記憶媒体。

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