JP2006509455A - ニアビデオオンデマンドストリームフィルタリング - Google Patents
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Abstract
ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して、少なくとも1つのタイトルを配信する配信システムは、複数の配信受信機を有する。データ配信装置の階層的ネットワークは、タイトルをデータブロックシーケンスとして配信するため、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し配信受信機から構成される。少なくとも1つのフィルタコントローラは、タイトルの供給に対する配信装置からの要求を受信し、少なくとも1つの中間配信装置の階層的に下位の受信機により要求されていないタイトルのデータブロックをフィルタリングするよう当該中間配信装置を制御する。
Description
本発明は、ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用した少なくとも1つのタイトルを配信し、複数の配信受信機と中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークとを有する配信システムに関する。本発明はまた、データストリームを配信する方法に関する、本発明はさらに、当該システムにおいて利用される配信受信機、配信装置及びフィルタコントローラに関する。
ケーブルネットワークなどの複数の配信受信機にデータストリームを配信する従来の配信システムは、データ配信装置の階層的ネットワークを利用する。ネットワークのトップは、1つの中央ヘッドエンドにより構成され、最下位の装置レイヤは、宅内の配信受信機により構成される。音声/映像を合計200,000世帯に配信するためのシステムは、7つの装置レイヤの階層を利用する。最上位では、マスタヘッドエンドにより各々が離散的な都市域をカバーする5つのメトロポリタンヘッドエンドにデータが供給される。各地域は、メトロポリタンヘッドエンドとハブとの間の直接的なリンクにより、さらに5つ以上のハブに分割される。各ハブは、各々が4つの同軸ケーブルからの20個のファイバノードに直接接続される。各同軸ケーブルは、100世帯までの家庭に接続される。
典型的には、同軸ケーブルは、ダウンストリーム(すなわち、配信受信機方向に)に1秒あたり1ギガビットのオーダによる容量を有する。この容量の一部は、最も普及したテレビ局などの従来の放送チャネルに用意されている。このようなチャネルは、実際の受信は支払いに応じた限定的なものであるかもしれないが、原則的にはすべての受信機により受信可能である(すなわち、すべての同軸ケーブルを介し送信される)。帯域幅の一部は、ネットワークを介した配信受信機からネットワーク外部の対象となる主体へのアップストリーム通信に用意されてもよい。通常、このアップストリーム通信は、ブロードバンドケーブルモデムを利用したインターネットに向かうものである。それはまた、対話的アプリケーションのサービス提供者へのものであってもよい。残りの帯域幅により、タイトルの受信を所望していることをユーザが示した直後に供給が実質的に開始され、大部分の受信機が同時にタイトル(映画など)の受信が可能な効果的なビデオオンデマンドサービスを提供することは、実現不可能ではないが、困難である。これを解消するため、複数の配信チャネルのグループを用いて1つのタイトルが繰り返し配信されるいわゆるニアビデオオンデマンド(near−video−on−demand)放送配信プロトコルが開発された。効果的なプロトコルとして、J.F.Parisの「A fixed−delay broadcasting protocol for video−on−demand」(Proceedings of the 10th International Conference on Computer Communications and Networks,page418−423)に開示されるPagoda配信プロトコルがあげられる。このプロトコルでは、例えば、1分間の開始時の遅延の後、配信受信機は、チャネルにおけるブロック送信シーケンスと、ブロックがどのチャネルにおいて送信されるかプロトコルにより規定された複数のチャネルからブロックを抽出することにより、リアルタイムでのタイトルの再生が可能となる。典型的には、受信機は、データのアンダフロー(underflow)を回避するため、チャネルグループのいくつか(例えば、2つのチャネル)をタップ処理する必要がある。第1チャネルの繰り返しレートは最大となり、これにより、開始時の遅延は比較的低いものとなる。最後のチャネルの繰り返しレートは最小となる(当該チャネルは、大部分の異なるブロックの送信に利用することができる)。大量のニアビデオオンデマンド映画(例えば、1000本の映画)の同時送信をサポートするため、配信システムは高帯域幅を必要とする。マスタヘッドエンドとファイバノードとの間のレベルでは、これは、光ファイバベースの配信を利用するなど、適切な専用リンクを用いて容易に実現することができる。特に最も下位のレベルでは、同軸などの共有媒体の利用が最も経済的である。共有媒体の帯域幅は、比較的多数のニアビデオオンデマンドタイトルの配信に十分でない。このことは、上記システムの導入を妨げるものとなる。
本発明の課題は、より多くのタイトルの配信をサポートすることが可能なシステムにおいて利用されるニアビデオオンデマンドシステム及び装置を提供することである。
本発明の課題を解決するため、ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して少なくとも1つのタイトルを配信する配信システムは、複数の配信受信機と、前記タイトルをデータブロックシーケンスとして配信するため、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し前記複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークと、前記タイトルの供給に対する配信装置からの要求を受信するよう動作し、少なくとも1つの中間配信装置の階層的に下位の受信機により要求されていない前記タイトルのデータブロックをフィルタリングするよう前記少なくとも1つの中間配信装置を制御する少なくとも1つのフィルタコントローラとを有する。要求されないブロックをフィルタリングすることにより、中間配信装置の下位のネットワークにおける容量が解放される。この容量は、多数のタイトルを配信するため中央配信装置により利用可能となる。フィルタコントローラは、下位のネットワークセグメントによりどのタイトルが必要とされるかモニタし、それに応じてフィルタリングを制御する。
従属クレーム2の手段により示されるように、前記タイトルのデータブロックは、前記タイトルの各データブロックに対し、前記タイトルの第1データブロックを配信するのに使用されるタイムスロットに対して前記データブロックを配信するタイムスロットとチャネルを規定するニアビデオオンデマンドスケジュールに従って、複数のチャネルを介し該複数のチャネル内の逐次的タイムスロットを用いて配信され、チャネルに割当てられるデータブロックは前記チャネル内で繰り返し配信され、前記フィルタコントローラは、前記タイトルを要求した前記中間配信装置の階層的に下位にあるすべての対象受信機に関する情報を、前記フィルタコントローラが各チャネルに対し前記対象受信機の少なくとも1つが前記チャネルに割当てられたデータブロックを受信する必要があるか判断することが可能となるように格納し、前記対象受信機の何れもが前記チャネルに割当てられたデータブロックを受信する必要がない場合、チャネルをフィルタリングするよう前記中間配信装置を制御するよう動作する。フィルタコントローラは、タイトルの受信を開始したタイムスロット、現在のタイムスロット及び/または受信されるデータブロックなどの対象受信機に関する情報を格納する。当該情報は、フィルタコントローラがチャネルを配信する必要があるか判断することを可能にする(チャネルは、少なくとも1つの対象受信機がまだそれをタッピングしている場合、配信される必要がある)。対象受信機の何れもがチャネルをタッピングしていない場合、チャネル全体がフィルタリングされ、他のニアビデオオンデマンドタイトルを配信するためなどの他の目的に使用することができる。
従属クレーム3の手段により示されるように、前記ニアビデオオンデマンドスケジュールは、前記タイトルのデータブロックが前記配信システムのc個のパラレルな等しい容量のチャネルを介し配信されることを規定し、各配信チャネルは各自の逐次的チャネル番号に関連付けされ、前記複数の配信チャネルは複数の時間逐次的インタリーブ処理されたサブチャネルを有し、チャネルのサブチャネル数は前記チャネル番号に対し単調非減少であり、前記チャネルのサブチャネルは各自の逐次的なサブチャネル番号に関連付けされ、前記タイトルは複数の連続するデータブロックシーケンスに分割され、各ブロックシーケンスは前記チャネル番号及びサブチャネル番号のシーケンスに従って各自1つのサブチャネルに割当てられ、各サブチャネルは前記割当てられたブロックシーケンスのブロックを繰り返し配信し、前記配信受信機は前記チャネルのr個(1<r≦c)のチャネルのすべてのサブチャネルを同時に受信する容量を有し、前記配信受信機は逐次的に最下位からr個のチャネルのすべてのサブチャネルの受信を開始し、チャネルiのサブチャネルのブロックシーケンスのすべてのブロックを受信するたび、チャネルiのサブチャネルの受信を終了し、すべてのブロックシーケンスが受信されるまで、チャネルr+iのサブチャネルの受信を開始するよう動作し、前記フィルタコントローラは前記対象受信機の何れもが前記サブチャネルに割り当てられたデータブロックを受信する必要がある場合、サブチャネルをフィルタリングするよう前記中間配信装置を制御するよう動作する。このようなPagoda形式の配信スケジュールは、フィルタコントローラが各チャネルに対し、受信機により使用される第1タイムスロットのみに基づき、データブロックが次のタイムスロットに必要であるか単に判断することを可能にする。特に、フィルタコントローラは、受信開始を知っていれさえすればよく、チャネルレベルでのフィルタリングを制御可能となるように、受信機からの連続的な情報フローを必要としない。
従属クレーム4の手段により示されるように、Pagoda形式の配信スケジュールは、チャネルが時間多重化されたサブチャネルに分割されるサブチャネルレベルでのフィルタコントローラによるフィルタリングを可能にする。
同様に、従属クレーム5の手段により示されるように、Pagoda形式の配信スケジュールは、データブロックレベルでのフィルタコントローラによるフィルタリングを可能にする。
従属クレーム6の手段により示されるように、チャネルは時間多重化される。チャネルを時間多重化することにより、チャネルの再利用が簡単化される。実際、チャネルをフィルタリングすると、サブチャネルまたは個々のブロックはすべて、他の目的のため再利用可能な1以上のタイムスロットを解放する。
従属クレーム7の手段により示されるように、前記中間配信装置は、少なくとも1つの対象受信機により受信される前記r個のチャネルを介し配信されるデータブロックを抽出し、前記抽出されたデータブロックを所定のチャネルを介し前記対象受信機に送信するよう動作する。特にあるタイトルが異なるタイムスロットを利用して多数の受信機により受信されない場合、N個のチャネルをr個のチャネルのみに減少させることが効果的な方法である。当該タイトルに利用される残りすべての(N−r)個のチャネルは、フィルタリングすることができる。
従属クレーム8の手段により示されるように、中間配信装置は、フィルタコントローラを有する。これにより、両者の間のやりとりを簡単化することができる。
従属クレーム9の手段により示されるように、前記配信受信機の少なくとも1つは、該配信システムのアップストリームチャネルを介し前記フィルタコントローラと通信するよう動作する。アップストリームチャネルを使用することは、フィルタコントローラと通信する効果的な方法である。特にフィルタコントローラが中間配信装置と一体化されている場合、アップストリーム通信は、配信受信機がネットワークトポロジーに関する情報及び/または配信装置及び/またはフィルタコントローラの位置を必要とすることなく、フィルタコントローラにより単に傍受することが可能である。
本発明の上記及び他の特徴は、以下で説明される実施例を参照することにより明らかとなるであろう。
図2は、本発明による配信システムのブロック図を示す。配信システム100は、データ配信装置の階層的ネットワークを有する。ネットワークの最上位は、中央配信装置110により構成される。本システムは、少なくとも1つの中間配信装置レイヤを有する。図を簡単化するため、各々が離散的な地理的エリアをカバーする3つの中間配信装置120、130及び140によるダウンストリーム配信のための1つのみの中間レイヤが示される。図1は、3つの中間ダウンストリームレイヤ(メトロヘッドエンド、ハブ、ファイバノード)による接続された200,000世帯の家庭を有する町に対する典型的な階層的ネットワークを示す。本例では、4つの同軸セグメントが各ファイバノードに接続されている。図2はまた、中央配信装置110から始まり、中間配信装置120、130及び140を介し行われ、システムの複数の配信受信機において終わるダウンストリームパス160を示す。従来、配信装置は階層的に1段低いレイヤ上の受信機/配信装置に配信信号を分割する。簡単化のため、配信受信機150のみが示される。典型的には、当該パスは複数のチャネルに分割され、各チャネルはサブチャネルに分割されてもよい。最下位レベルでは、通常は配信受信機に共有される媒体を構成する同軸セグメントが利用される。同軸上では、チャネルは通常は周波数多重化されている。当該チャネル内のサブチャネルは、時間多重化されてもよい。より上位のレベルでは、典型的には、光ファイバが利用される。このような媒体では、チャネルはまた時間多重化されてもよい。各種メディア及び多重化技術などの任意の適切な送信技術が利用されてもよい。ニアビデオオンデマンド(NVoD)プロトコルを利用して、ネットワークを介し複数の配信受信機にデジタルデータストリームを配信するための配信システムが説明される。データストリームは、MPEG2映像符号化などの任意の適切な技術を用いて符号化されていてもよい。配信データは特定の受信機にアドレス指定されるのでなく、原則的には階層的ネットワークのすべてのセグメントにおける受信機全体に受信可能とされる。データへのアクセスは、支払いによるものであってもよい。本発明による配信システムでは、適切な限定受信機構を用いてアクセスが制御されてもよい。システムの各装置に対して、図2は、配信データの送受信及びすべての必要な処理の実行に必要とされるハードウェア/ソフトウェア機能112、122、132、142及び152を概略的に示す。このようなハードウェア/ソフトウェアは既知であり、本発明によるシステムに利用可能である。ハードウェア/ソフトウェアは、信号プロセッサなどの適切なプロセッサを利用することにより制御される適切な送受信機(光ファイバ受信機及び/またはケーブルモデムなど)により構成されてもよい。また、MPEGエンコーダ/デコーダ、バッファなどの専用ハードウェアが利用されてもよい。
従来、すべてのデータストリームは中央配信装置110により挿入され、各中間レイヤによりネットワークの最下位部分に無修正でコピーされていた(すなわち、信号は分割される)。挿入のため、中央配信装置は、映画などの複数のタイトルを格納するストレージ115を有するようにしてもよい。中央配信装置はまた、衛星接続などを介しライブの配信を受信する接続160を有するようにしてもよい。ストレージ115は、RAIDシステムなどに基づき適切なサーバプラットフォーム上で実現されてもよい。受信機はまたストレージ155にアクセスする。このストレージはまた、フラッシュメモリのRAMなどのソリッドステートメモリまたはハードディスクにより構成されてもよい。ストレージは、タイトル再生前に、ダウンストリームチャネルを介し受信されたタイトルの一部またはすべてを(一時的または恒久的に)格納するのに利用される。図2はまた、中央配信装置へのネットワークのアップストリームチャネル170を示す。原則的に、このアップストリームチャネルは、上位に移行する中間レベルにおいて開始されるかもしれない。好ましくは、アップストリームチャネルは、最下位レベルにすでに存在し、配信システムの外部との通信を可能にする(例えば、中央配信装置または中間配信装置を介しインターネットになど)。
[フィルタリング]
多数のニアビデオオンデマンド映画(例えば、1000本の映画)の同時送信をサポートするため、配信システムは、高帯域幅を必要とする。マスタヘッドエンドとファイバノードとの間のレベルに対し、これは、光ファイバベースの配信を利用するなど、適切な専用リンクを利用することにより容易に実現することができる。特に最下位レベルでは、同軸などの共有媒体の使用が最も経済的である。例えば、光ファイバモードによりデータを選択的にフィルタリングし、少なくとも1つの対象となる受信機が存在するデータ上にわたすことによって、帯域幅を比較的多数の映画の同時配信に十分なものにすることができる。ここで、ネットワークの上位レベルではまた、すでに選択を行うことが可能であり、例えば、ハブはそれのサブツリーの任意のユーザにより使用される映画のブロックのみを転送するだけでよく、その他のものは転送される必要はない。
[フィルタリング]
多数のニアビデオオンデマンド映画(例えば、1000本の映画)の同時送信をサポートするため、配信システムは、高帯域幅を必要とする。マスタヘッドエンドとファイバノードとの間のレベルに対し、これは、光ファイバベースの配信を利用するなど、適切な専用リンクを利用することにより容易に実現することができる。特に最下位レベルでは、同軸などの共有媒体の使用が最も経済的である。例えば、光ファイバモードによりデータを選択的にフィルタリングし、少なくとも1つの対象となる受信機が存在するデータ上にわたすことによって、帯域幅を比較的多数の映画の同時配信に十分なものにすることができる。ここで、ネットワークの上位レベルではまた、すでに選択を行うことが可能であり、例えば、ハブはそれのサブツリーの任意のユーザにより使用される映画のブロックのみを転送するだけでよく、その他のものは転送される必要はない。
フィルタリングを可能にするため、本システムは、中間配信装置の階層的に下位にある受信機によって要求されなかったタイトルのデータブロックをフィルタリングするよう少なくとも1つの中間配信装置を制御するよう動作する少なくとも1つのフィルタコントローラを有する。図2は、1つの中央フィルタコントローラ180を示す。好ましくは、本システムは、各フィルタコントローラが1つの中間配信装置を効果的に制御し、それと一体とされてもよい複数のフィルタコントローラを有する。フィルタコントローラがタイトルのデータブロックを必要とする受信機が存在するか判断できるようにするため、フィルタコントローラは、タイトルを供給するため、配信受信機から要求を直接的または間接的に受信する。好ましくは、フィルタコントローラは、この情報をネットワークのアップストリームチャネルを介し受信機から直接受信する。使用されているNVoDプロトコルに依存して、コントローラにより制御されるネットワークセグメントの一部である各受信機による受信開始(例えば、第1ブロックのタイムスロット)をフィルタコントローラが知るには十分であるかもしれない。これは、例えば、Pagodaなどの固定遅延NVoD配信スケジュールにより場合である。このようなスケジュールは、タイトルの各データブロックに対し、当該タイトルの第1データブロックを配信するのに使用されるタイムスロットに対するデータブロックを配信するためのタイムスロット及びチャネル(及び/またはチャネル内のサブチャネル)を規定する。他のスケジュールでは、フィルタコントローラが受信機により求められるブロックに対しより定期的な更新がなされることが要求されてもよい。フィルタコントローラは、各チャネルに対して、対象となる受信機の少なくとも1つが時間内に各ポイントにおいて当該チャネルに割当てられたデータブロックを受信する必要があるか判断できるようにするため、タイトルを要求した中間配信装置の階層的に下位にあるすべての受信機(「対象受信機」)に関する情報を格納する。説明された固定遅延スケジュールでは、フィルタコントローラは、受信機により使用される第1データブロックのタイムスロットを格納しさえすればよい。これらのスケジュールはブロック送信スケジュール全体を規定しているため、現在使用されているブロックなどの他の情報は、原則的に、次のタイムスロットにおいて、受信機がデータブロックを必要とするか、必要とする場合には、どのチャネル/サブチャネルを介してか判断するのに十分である。フィルタリングは、例えば、チャネルまたはサブチャネルを介した配信が1以上のブロックに対し中断されるなど、いくつかの方法により実行することができる。フィルタリングは各タイムスロット、あるいはチャネルまたはサブチャネルを介し繰り返し配信されるタイトルのブロックシーケンスに対応するタイムスロットシーケンスに対してのみ行われるようにしてもよい。フィルタコントローラは、各タイムスロットに対し、中央配信装置から受信したデータブロックをわたすかどうか中間配信装置に指示する。ブロック(ブロックシーケンス)をフィルタリングすることにより節約される帯域幅が再利用できるということは理解されるであろう。システムのチャネルが時間多重化されている場合、再利用は特に簡単であるかもしれない。このようなシステムでは、典型的には、未使用のタイムスロットは、他の同期チャネル(配信、マルチキャストまたは直接的なアドレス指定)または非同期データのためなど他の目的に利用可能である。周波数多重化チャネルを利用するシステムでは、フィルタコントローラは、(多過ぎる)入力チャネルの少数の出力チャネルへの変換方法を中間配信装置に指示するようにしてもよい。小さなシーケンス(または各ブロックでもよい)のフィルタリングでは、フィルタコントローラは、どの周波数においてチャネルの受信が可能であるか配信受信機に通知する必要があるかもしれない(例えば、直接アドレス指定されたメッセージを介し)。特に固定遅延スケジュールでは、フィルタコントローラは、チャネルと周波数との変換を定期的に計算することができる。フィルタコントローラは、そのようなスケジュールを受信機に配信するようにしてもよい。
好適な一実施例では、中間配信装置は、配信装置から配信されるストリームからの1以上の受信機に対するチャネルを有するようにしてもよい。これは、その時点で当該タイトルに関心のある受信機が比較的少数である場合、及び/またはそれらがほとんど同じシーケンスを見ている場合、特に効果的である。このため、配信装置は、当該タイトルに専用のチャネルグループから受信機により求められるタイトルのデータブロックを抽出し、少数のチャネルを用いて受信機に再配信する。Pagodaスケジュールに対し以下に与えられる例では、これは、タイトルに割当てられたc個のチャネルからブロックを抽出し、r個のチャネルのみを用いてブロックを再配信することに関するものであってもよい。
本発明によるフィルタリングが、PagodaNVoD配信プロトコルを参照して説明される。当業者は、同一の原則を他のスケジュールに適用することも可能であろう。
[固定遅延Pagoda配信]
好ましくは、タイトルのデータブロックを配信するためのニアビデオオンデマンドプロトコルとして、固定遅延Pagoda配信プロトコルが利用される。このプロトコルは、漸近的に最適であり、限定的なクライアントI/O帯域幅に容易に適応可能である。図3Aにおいて、これの小さな例が与えられる。図3Bは、任意の時点における要求に対し抽出がどのように実行されるか示す。図3の例では、高々2つのチャネルが同時にタップ処理され、すべてのブロックが時間内に到着する。このNVoDスキームのキーは、チャネルiがチャネルi−2のタッピングが完了した後にタップ処理を開始されるというものであり、これにより、タップ処理されるチャネル数を2に限定することができる。このことは、例えば、チャネル4に対して、受信機は当該チャネルのタップ処理が開始可能となる前に、2時間単位だけ待機する必要があるということを意味するものである。ブロック7は要求後に7時間単位以内で受信される必要があるため、これは、5時間単位のみが受信するのに残され、これにより7でなく高々5期間で送信される必要があるということを意味するものである。実際、それは4期間で送信される。上記配信スキームの一般的構成が、受信可能な所定数rのクライアントチャネルと所定数cのサーバチャネルに対して説明される。さらに、オフセットoは、説明されるように、再生前にユーザが追加的o時間単位だけ常に待機するということを意味すると考えられる。チャネルiの(タップ処理)のセグメントの始まりはsiにより表され、終わりはeiにより表される。このとき、ユーザが受信可能な最大チャネル数rを超えないように、チャネルi=r+I,...,cにおけるタップ処理は、チャネルi−rのタップ処理が終了した後に開始される。従って、
[固定遅延Pagoda配信]
好ましくは、タイトルのデータブロックを配信するためのニアビデオオンデマンドプロトコルとして、固定遅延Pagoda配信プロトコルが利用される。このプロトコルは、漸近的に最適であり、限定的なクライアントI/O帯域幅に容易に適応可能である。図3Aにおいて、これの小さな例が与えられる。図3Bは、任意の時点における要求に対し抽出がどのように実行されるか示す。図3の例では、高々2つのチャネルが同時にタップ処理され、すべてのブロックが時間内に到着する。このNVoDスキームのキーは、チャネルiがチャネルi−2のタッピングが完了した後にタップ処理を開始されるというものであり、これにより、タップ処理されるチャネル数を2に限定することができる。このことは、例えば、チャネル4に対して、受信機は当該チャネルのタップ処理が開始可能となる前に、2時間単位だけ待機する必要があるということを意味するものである。ブロック7は要求後に7時間単位以内で受信される必要があるため、これは、5時間単位のみが受信するのに残され、これにより7でなく高々5期間で送信される必要があるということを意味するものである。実際、それは4期間で送信される。上記配信スキームの一般的構成が、受信可能な所定数rのクライアントチャネルと所定数cのサーバチャネルに対して説明される。さらに、オフセットoは、説明されるように、再生前にユーザが追加的o時間単位だけ常に待機するということを意味すると考えられる。チャネルiの(タップ処理)のセグメントの始まりはsiにより表され、終わりはeiにより表される。このとき、ユーザが受信可能な最大チャネル数rを超えないように、チャネルi=r+I,...,cにおけるタップ処理は、チャネルi−rのタップ処理が終了した後に開始される。従って、
時間内に各ブロックを受信するため、ブロックkは、時間単位o+kにおいて、またはそれ以前に送信されるべきである。ブロックkが時間単位siで受信を開始するチャネルiで送信される場合、これは、ブロックkが高々o+k−(si―1)の期間で配信されるべきであるということを意味する。理想的には、当該期間は各ブロックkに対し正確に満たされるが、十分近接させるには十分である。
Pagodaスキームによるチャネルiの構成は以下のようなものである。まず、チャネルiは、
ここで、ブロックkにチャネルiのサブチャネル内において期間pkが与えられると、ブロックkはpkdiの期間によりチャネルiにおいて配信される。従って、
pkdi≦o+k−(si―1)
とするため、
pkdi≦o+k−(si―1)
とするため、
各サブチャネル内のすべてのブロックに対して等しい期間をとることにより、衝突を回避することができる。従って、lijがチャネルiのサブチャネルjにおける最小ブロック番号である場合、これは、チャネルiのサブチャネルj内のすべてのブロックに対して、以下の期間が選ばれることを意味する。
チャネルiで送信されるブロックの総数niは、
最終的に、あるチャネル内のセグメントのスタート及びエンド時点が参照される。チャネルiのすべてのサブチャネルは、時点siにおいて送信を開始する。チャネルiのサブチャネルjは、nijブロックの後に準備され、チャネルi内でdinij時間単位を要する。従って、サブチャネルjの当該セグメントのエンドは、
eij=si−1+dinijにより与えられ、それの最後のサブチャネルが、
eij=si−1+dinijにより与えられ、それの最後のサブチャネルが、
上記を例示するため、図4は、図3の例に第5チャネルを追加することを示す。第5チャネルに対して、以下の式が成り立つ。すなわち、l5=12,s5=e3+1=6及びオフセットo=0である。サブチャネル数は、
e5,0=5+3*2=11、
e5,1=5+3*3=14及び
e5,2=5+3*4=17
により与えられ、これによりe5=17となる。
hiの値、すなわち、映画が分割可能であるブロック数は、オフセットゼロとrの各値に対してテーブル1により与えられる。当該系列は、r=2,3,4及び∞のそれぞれに対し、約1.75,2.42,2.62及び
以前のセクションでは、チャネルiのサブチャネルの個数diは一定とされ、式(1)により与えられる。ここで、映画が分割可能となるブロック数に関してより良い解を得るために、異なる値が用いられるようにしてもよい。このため、チャネルiごとに式(1)で与えられる目標値近傍のいくつかの異なる値を求め、チャネルiに適合可能なブロック数を計算し、チャネルiが最大となるブロック数を有することが可能なサブチャネル数をとることにより、1次最適化が適用可能である。ここで、当該処理は、直接的な実現により指数的な実行時間がかかることを回避するため、個々のチャネルごとに実行される。すなわち、以前のチャネルへのバックトラッキングは発生しない。これは、チャネルiにおいてより多くのブロックを取得するためチャネルiにおいて異なる個数のサブチャネルを選択することが、エンド時間eiを増加させ、これによりチャネルi+rのスタート時間si+rを増加させ、当該チャネルに適合可能なブロック数を減少させるとき、次善解を導くかもしれない。にもかかわらず、この1次最適化は、テーブル2に示されるような良好な結果を与える。オフセットゼロとrの異なる値に対して、hiの新たな値が与えられる。これらの値は前のテーブルのものより大きいが、べき級数のベースはテーブル1のものと同一である。
これまでの説明では、タイトルは一定のビットレート(CBR)を有すると仮定されていた。しかしながら、この送信スキームは、可変ビットレート(VBR)ストリームに対処するよう容易に適応化可能である。ブロックkが到達しなければならない時点は、CBRストリームではo+kにより与えられ、このとき関数o+t(k)により与えられる。ここで、t(k)は、当該ストリームが時間内に再生される方法を説明する増加関数である。送信スキームに対する効果は以下の通りである。ブロックkが時点siにおいて開始されるチャネルiにおいて送信される場合、ブロックkは高々o+t(k)−(si―1)の期間により配信される必要がある。従って、式(1)で与えられるようなサブチャネル数の目標値は、
このとき、チャネルiのサブチャネルjにおけるブロック数、すなわち、当該サブチャネル内で用いられる期間は、
[ネットワーク仮定]
以下において、図1に示されるような階層的ネットワークの例が与えられる。主要なボトルネックは、家庭とファイバノードとの間のアップストリーム及びダウンストリームリンクの容量により与えられると仮定される。この例では、ファイバノードから家庭までのダウンストリームリンクの容量は20Mb/sであると仮定される。5Mb/sの映像伝送レートを仮定すると、このことは、4つの映像チャネルが各家庭にダウンストリームすることが可能であることを意味する。この例では、ファイバノードの上位の帯域幅には実際的な制限はないと仮定される。さらに、各々が6000秒(100分)からなる1000本の映画を有することが望ましいと仮定される。映画のサイズは、30Gb、すなわち、3.75GBである。約1秒の最大反応時間と、タップ処理されるr=3チャネルの制約を目標として、テーブル1は、映画が6308ブロックに分割可能な11の送信チャネルが利用されるべきであることを示し、実際の最大反応時間は、6000/6308≒0.95秒となる。1000本の映画すべての11の送信チャネルを生成することは、55Gb/sを利用することになるであろう。これは容量が1.5Gb/sのオーダであるネットワークの最下位レベルの容量を上回るということが明らかである。
[本発明によるフィルタリング]
従来のPagodaNVoD配信スキームあるいは他の同様のNVoDスキームの短所は、すべてのタイトルが大量の帯域幅をフルに占有した状態で連続的に配信されるということである。これは、タイトルを受信する多数の受信機に人気のある映画には大きな問題ではなく、人気のないタイトルに対する帯域幅の浪費である。既知のシステムでは、人気のない映画は人気のある映画に割当てられる帯域幅と同じ大きさの帯域幅を取得する。本発明によると、使用されるチャネル数は、ユーザ要求に供することが求められていないブロックを送信しないことにより減少させる。図5は、矢印により示される3つの初期ユーザ要求に対し、Pagodaスケジュールを用いて受信機により実際に読み込まれるブロックを示す。これらのブロックはグレイで示されている。他のすべてのブロックは配信されるが使用はされず、帯域幅が浪費される。Pagodaに類似したスケジュールでは、ある受信機のみが受信機に固有のスタート及びエンド時間との間にチャネルをタッピングしていることが観察される。当該チャネルに割当てられたブロックシーケンスの他のすべての繰り返しは、当該受信機(しかしおそらく他の受信機により)には受信されない。同じ観察がサブチャネルレベルにも当てはまる。すなわち、各サブチャネルは、当該サブチャネルに対する受信機の特定のスタート時間とエンド時間との間で受信機によりタッピングさえされればよい。この結果、ブロックがある要求に対するリードインターバル内に属する場合のみ、ブロックは送信される必要がある(すなわち、少なくとも1つの受信機は、ブロック/サブチャネルまたはチャネルを介し送信されるシーケンスまたはシーケンスのブロックを要求する)。このような要求がない場合、当該ブロックは送信される必要がなく、当該帯域幅は他の目的に使用することが可能である。この結果、同時に使用される平均的なチャネル数は、ワーストケースのチャネル数である11,000よりはるかに小さくすることができる。従って、時点tにおいて要求が発生する場合、チャネルiのサブチャネルjは、時間単位t+siからt+eijまで、すなわち、時間単位x(t+si≦x≦t+eij)においてアクティブとされるべきである。他方、時間単位xにおいて、サブチャネルjの順番である場合、時点t(x−eij≦t≦x−si)において要求があった場合、かつその場合に限りブロックが送信されなければならない。
ある時間単位において映画fに対しユーザが要求する確率は、pfにより示される。ある時間単位において、チャネルiのサブチャネルjの順番である場合、ブロックを送信しなければならない確率は、異なる時間単位における要求が独立であると仮定すると、
パラメータλによるポワソン到着過程を仮定すると、ある時間単位での到着確率は、
1000本の映画を仮定し、そのうち31、115、200、285及び369本の映画はそれぞれ0.01、0.0316、0.001、0.00316及び0.0001の選択確率を有し、6000秒ごとに200,000の要求の到着レートを仮定すると、使用されるチャネルの合計チャネル数の期待値は、11,000と比較して約5,533となる。この到着レートが係数10だけ減少すると、例えば、必ずしもすべてのユーザが映画を観るわけではないため、その数値はさらに2,858まで減少する。
理想的な状況では、使用される平均チャネル数に関して、ブロックkの新たな送信が可能な限り遅くにスケジューリングされる。ここで、このスケジュールは使用される平均チャネル数の最小値を与えるが、使用チャネル数の最大値を限定するものでなく、実際の利用にはあまり適していない。従って、それは使用チャネル数の下限を導くためだけに使用される。このことは、新たな要求が時間単位tにおいて到達する場合、ブロックkが時間単位t+o+kでの送信にスケジューリングされ、当該時間単位において、クロックkは再生に必要とされる。このようにして、時間単位t+1,...,t+o+k−1で到着するすべての要求は、このブロックkの送信をタッピングすることができ、すなわち、ブロックkの考慮された送信は、可能な限り多くの他の要求に再利用することができる。新たな要求が時間単位t+o+kまたは以降において到着したときのみ、ブロックkの新たな送信がスケジューリングされる。ブロックkが送信される時間の一部は、λのポワソン到着レートと長さuの時間単位を再び仮定して決定される。このとき、前に導出したように、ある時間単位において要求が到着する確率は、
上記手続きは、図7に示されるようなマルコフチェーンによりモデル化することができる。このチェーンでは、システムが新たな要求を待機しているとき、状態0が定義される。要求が到着すると、1からo+kまでカウントが開始され、状態1,..,o+kが導入される。システムが状態0にある場合、カウントは要求が到着するとき開始され、それは確率pで発生する。これが発生する場合、状態1に遷移され、そうでない場合には、システムは状態0に留まる。システムが状態s=1,...,o+k−1にいる場合、カウントが継続され、次の状態は確率1で状態s+1となる。システムが最終状態o+kにいる場合、送信が行われる。これと同じ時間単位において、再び確率pで発生する新たな要求が到着すると、カウントが再開され、システムは状態1に再び移行する。そうでない場合、システムは待機状態0に移行する。
平衡状態でシステムが状態sにいる確率は、psにより表される。チェーンを参照して、状態1に到着するたび、状態2,...,o+kに到着することが観察でき、従って、
次に、状態0への遷移と状態0からの遷移を検討すると、
これらの確率の和は1でなければならないため、
これは、ブロックkが送信される時間の一部であり、映画がn個のブロックから構成される場合、平均使用チャネル数は、
極めて小さな時間単位のサイズuを選択すると、最大待機時間をw、映画の長さをlと仮定すると、
十分小さなuに対して、これは、
図8は、1時間あたり10x(xは、横軸に示される)クライアントの到着レートに対し、同じ最大反応時間w=0.95と同じ映画の長さl=6000sのための平均使用チャネル数(縦軸)に対する下限を示す。
上記実施例では、送信スケジュールは、ブロックが送信されるかに関する決定が要求が起こったかどうかだけでなく、送信がスケジューリングされる(可能な限り遅くに)時間単位にも依存するという意味で、最大適応的である。他の実施例では、ブロックのスケジューリングは固定化され、ブロックが送信されるかどうかの決定のみがなされる。固定的な送信スケジュールに対し、ブロックkは、o+k時間単位ごとに最適に送信される。このとき時間単位tにおいて要求が発生すると、時間内に受信可能なブロックkの送信が1回だけスケジューリングされる。次のものはo+k時間単位後であり、再生には遅延しすぎるため、ブロックkの送信をスキップし、次のものまで待機することはできない。予めスケジューリングされた時間単位においてブロックkが送信されるべきかは、
再び、極めて小さな時間単位のサイズuを選択し、wを最大待機時間、lを映画の長さと仮定すると、
十分小さなuに対して、これは、
ここで、uへの依存性はこの式ではなくなっている。図9において、当該実施例により得られる結果が示される。この図は、1時間あたり10x(xは、横軸に示される)クライアントの到着レートに対し、同じ最大反応時間w=0.95と同じ映画の長さl=6000sのための平均使用チャネル数(縦軸)に対する第2の下限を示す。
図10は、図6、8及び9の平均使用チャネル数のグラフを合成したものである。1番上のラインは使用された選択的Pagodaスキームに対応し、1番下のラインは完全適応型スキームにより与えられる下限に対応し、中間のラインは最適期間による選択的送信に対応する。図11は、1番上のラインと下限との間の比と、中間のラインと下限との間の比とを示す。理解されるように、選択的Pagodaスキームは、下限から32%以内に常にある。これら2つのライン間の差は、より良いNVoDスケジュールを選択することにより得られるものを示す。第2ライン以下を得るためには、送信時点もまた適応的にならねばならない。
文献において、人気のない映画の帯域幅要求を低減させるためのいくつかの方法が提案されてきた。1つの方法としては、映画の後半部分に対してのみ配信を利用し、各ユーザの要求に応じて映画の第1(わずかな)部分を送信するというものである。この方法の短所は、人気のある映画が全配信アプローチより大きな帯域幅を要するということである。これを解決するため、映画の人気度を知っているべきであり、第1のオンデマンド部分と広範の配信部分との間の適切なバランスを選択すべきである。他の方法として、ブロック送信を動的にスケジューリングするというものがある。要求に応じて、どのブロックが入力され、欠落したブロックをスケジュールに動的に挿入する。この方法の短所は、発見的アプローチがブロックをスケジューリングするのに用いられ、最適なオフライン配信スキームより良好には実行されないというものである。本発明によるスケジュールの効果は、(漸近的)最適オフライン配信スキームが利用可能であり、ブロックが配信されるべきかどうかがオンラインにのみ判断される必要があるということである。このようにして、要求される帯域幅は、映画の人気度に自動的に適応化され、(近似的)最適解が人気度範囲全体に対して得られる。
ここで、上記実施例は本発明を限定するのでなく例示するものであり、当業者は添付された請求項の範囲から逸脱することなく他の多くの実施例を構成することができるであろう。請求項において、カッコ内の参照符号は、当該請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「有する」という用語は、請求項列挙されたもの以外の他の要素またはステップの存在を排除するものでない。本発明は、複数の相異なる要素を有するハードウェアによって、そして適切にプログラムされたコンピュータによって実現することができる。複数の手段を列挙したシステムクレームでは、これらの手段の一部は、同一のハードウェアアイテムにより実現することができる。コンピュータプログラムプロダクツは、光記憶装置などの適切な媒体に格納/配布されてもよいが、配信システムのネットワーク、インターネットまたは無線通信システムを介し配布されるなど、他の形態により配布されてもよい。
Claims (13)
- ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して、少なくとも1つのタイトルを配信する配信システムであって、
複数の配信受信機と、
前記タイトルをデータブロックシーケンスとして配信するため、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し前記複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークと、
前記タイトルの供給に対する配信装置からの要求を受信するよう動作し、少なくとも1つの中間配信装置の階層的に下位の受信機により要求されていない前記タイトルのデータブロックをフィルタリングするよう前記少なくとも1つの中間配信装置を制御する少なくとも1つのフィルタコントローラと、
を有することを特徴とするシステム。 - 請求項1記載の配信システムであって、
前記タイトルのデータブロックは、前記タイトルの各データブロックに対し、前記タイトルの第1データブロックを配信するのに使用されるタイムスロットに対して前記データブロックを配信するタイムスロットとチャネルを規定するニアビデオオンデマンドスケジュールに従って、複数のチャネルを介し該複数のチャネル内の逐次的タイムスロットを用いて配信され、チャネルに割当てられるデータブロックは前記チャネル内で繰り返し配信され、
前記フィルタコントローラは、
前記タイトルを要求した前記中間配信装置の階層的に下位にあるすべての対象受信機に関する情報を、前記フィルタコントローラが各チャネルに対し前記対象受信機の少なくとも1つが前記チャネルに割当てられたデータブロックを受信する必要があるか判断することが可能となるように格納し、
前記対象受信機の何れもが前記チャネルに割当てられたデータブロックを受信する必要がない場合、チャネルをフィルタリングするよう前記中間配信装置を制御する
よう動作することを特徴とするシステム。 - 請求項2記載の配信システムであって、
前記ニアビデオオンデマンドスケジュールは、前記タイトルのデータブロックが前記配信システムのc個のパラレルな等しい容量のチャネルを介し配信されることを規定し、各配信チャネルは各自の逐次的チャネル番号に関連付けされ、前記タイトルは複数の連続するデータブロックシーケンスに分割され、各ブロックシーケンスは前記チャネル番号のシーケンスに従って各自1つのチャネルに割当てられ、各チャネルは前記割当てられたブロックシーケンスのブロックを繰り返し配信し、前記配信受信機は前記チャネルのr個(1<r≦c)のチャネルを同時に受信する容量を有し、前記配信受信機は逐次的に最下位からr個のチャネルの受信を開始し、チャネルiのブロックシーケンスのすべてのブロックを受信するたび、チャネルiの受信を終了し、すべてのブロックシーケンスが受信されるまで、チャネルr+iの受信を開始するよう動作することを特徴とするシステム。 - 請求項3記載の配信システムであって、
前記ニアビデオオンデマンドスケジュールは、前記タイトルのデータブロックが前記配信システムのc個のパラレルな等しい容量のチャネルを介し配信されることを規定し、各配信チャネルは各自の逐次的チャネル番号に関連付けされ、前記複数の配信チャネルは複数の時間逐次的インタリーブ処理されたサブチャネルを有し、チャネルのサブチャネル数は前記チャネル番号に対し単調非減少であり、前記チャネルのサブチャネルは各自の逐次的なサブチャネル番号に関連付けされ、前記タイトルは複数の連続するデータブロックシーケンスに分割され、各ブロックシーケンスは前記チャネル番号及びサブチャネル番号のシーケンスに従って各自1つのサブチャネルに割当てられ、各サブチャネルは前記割当てられたブロックシーケンスのブロックを繰り返し配信し、前記配信受信機は前記チャネルのr個(1<r≦c)のチャネルのすべてのサブチャネルを同時に受信する容量を有し、前記配信受信機は逐次的に最下位からr個のチャネルのすべてのサブチャネルの受信を開始し、チャネルiのサブチャネルのブロックシーケンスのすべてのブロックを受信するたび、チャネルiのサブチャネルの受信を終了し、すべてのブロックシーケンスが受信されるまで、チャネルr+iのサブチャネルの受信を開始するよう動作し、前記フィルタコントローラは前記対象受信機の何れもが前記サブチャネルに割り当てられたデータブロックを受信する必要がある場合、サブチャネルをフィルタリングするよう前記中間配信装置を制御するよう動作することを特徴とするシステム。 - 請求項2記載の配信システムであって、
前記フィルタコントローラは、前記格納されている情報を利用して、各チャネルに対し少なくとも1つの対象受信機が前記チャネルの次のタイムスロットのデータブロックを受信する必要があるか判断し、前記対象受信機の何れもが前記次のタイムスロットのデータブロックを受信する必要がない場合、前記データブロックをフィルタリングするよう前記中間配信装置を制御するよう動作することを特徴とするシステム。 - 請求項5記載の配信システムであって、
前記チャネルは時間多重化されることを特徴とするシステム。 - 請求項3記載の配信システムであって、
前記中間配信装置は、少なくとも1つの対象受信機により受信される前記r個のチャネルを介し配信されるデータブロックを抽出し、前記抽出されたデータブロックを所定のチャネルを介し前記対象受信機に送信するよう動作することを特徴とするシステム。 - 請求項1記載の配信システムであって、
前記中間配信装置は、前記フィルタコントローラを有することを特徴とするシステム。 - 請求項1記載の配信システムであって、
前記配信受信機の少なくとも1つは、該配信システムのアップストリームチャネルを介し前記フィルタコントローラと通信するよう動作することを特徴とするシステム。 - ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークを介しデータブロックシーケンスとして少なくとも1つのタイトルを配信する方法であって、
前記タイトルの供給に対する要求を配信受信機から受信するステップと、
少なくとも1つの中間配信装置において、前記中間配信装置の階層的に下位にある受信機により要求されていない前記タイトルのデータブロックをフィルタリングするステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 請求項1記載の配信システムにおいて利用される配信受信機であって、
前記配信システムは、ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して、前記配信システムのダウンストリームチャネルを介しタイトルをデータブロックシーケンスとして配信するため、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークを有し、該配信受信機は、フィルタコントローラが該配信受信機の階層的に上位にある少なくとも1つの中間配信装置の階層的に下位にある受信機により要求されていない前記タイトルのデータブロックをフィルタリングするよう前記少なくとも1つの中間配信装置を制御することを可能にするため、前記配信システムのアップストリームチャネルを介し前記フィルタコントローラと通信するよう動作することを特徴とする配信受信機。 - 請求項1記載の配信システムにおいて利用されるフィルタコントローラであって、
前記配信システムは、ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して、前記配信システムのダウンストリームチャネルを介しタイトルをデータブロックシーケンスとして配信するため、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークを有し、該フィルタコントローラは、前記タイトルの供給に対する要求を配信受信機から受信するよう動作し、少なくとも1つの中間配信装置を該中間配信装置の階層的に下位にある受信機により要求されていない前記タイトルのデータブロックをフィルタリングするよう制御することを特徴とするフィルタコントローラ。 - 請求項1記載の配信システムにおいて利用される中間配信装置であって、
前記配信システムは、ニアビデオオンデマンド配信プロトコルを利用して、前記配信システムのダウンストリームチャネルを介しタイトルをデータブロックシーケンスとして配信するため、中央配信装置から少なくとも1つの中間配信装置レイヤを介し複数の配信受信機までのデータ配信装置の階層的ネットワークを有し、該中間配信装置は、該中間配信装置の階層的に下位にある受信機により要求されていない前記タイトルのデータブロックをフィルタリングするよう動作することを特徴とする中間配信装置。
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