JP2007529073A - キャッシュサーバネットワーク及びコンテンツファイルの配信をスケジューリングする方法 - Google Patents

Abstract

コンテンツ配信ネットワーク内のコンテンツファイルの配信をスケジューリングするための技術と上記技術を実行するよう構成されるコンテンツ配信ネットワークが開示される。本技術は、配信場所、コンテンツリクエストのサービス時間及びキャッシュサーバ階層に基づき、コンテンツファイルの配信をスケジューリングすることから構成される。好ましくは、各コンテンツファイルを配信するマルチキャストツリーが、位置及びサービス時間の考慮に基づきコンテンツ配信ネットワークにおいて動的に確立される。

Description

発明の詳細な説明

［発明の技術分野］
本発明は、一般にデータ通信及びキャッシュサーバネットワークの技術分野に関し、より詳細には、コンテンツ配信ネットワーク内のコンテンツファイルのマルチキャスト配信をスケジューリングするシステム及び方法に関する。
［発明の背景］
映画などの大きなサイズのコンテンツについては、コンテンツクライアントは、通常はより良いクオリティと引き替えに一定の遅延を許容する可能性がある。クライアントは、低いクオリティのストリーミング映像を即座に視聴するより、高いクオリティのダウンロードされた映像を以降のスケジューリングされた時間に視聴するかもしれない。例えば、モバイルユーザは、セルラーモバイルネットワークにいる間に予め映像を発注し、ホットスポット無線ＬＡＮにいる間に以降においてそれをダウンロードすることができる。これは、リモートサイトダウンロードとして知られている。また、モバイルユーザは、低いコストにより高いクオリティのコンテンツを享受することができる。

近年、コンテンツ配信ネットワーク（ＣＤＮ）技術の利用が、ウェブページのダウンロードを改善するのにインターネットで普及している。コンテンツ配信ネットワーク（ＣＤＮ）は、異なる地理的位置にあるキャッシュサーバ、すなわち、ストレージ及びトランスポート機能を備えたネットワークノードから構成される。ＣＤＮ技術の基本的な前提は、キャッシュサーバとクライアントとの間のリンクが低コストかつ高帯域幅を有するということである。クライアントがコンテンツファイルをリクエストするとき、コンテンツファイルが近傍のキャッシュサーバのキャッシュに格納されている場合、ダウンロードは高速になる。そうでない場合、クラインとは、より長い遅延を被る。従って、クライアントが最も近くのキャッシュサーバからコンテンツファイルをダウンロードすることが好ましい。クライアントの近傍のキャッシュサーバを検出する技術は、リクエストルーティングと呼ばれる。それは、より近いキャッシュサーバにコンテンツリクエストをリダイレクトするという処理である。例えば、ＵＲＬを当初のＵＲＬからキャッシュサーバに予め設定されているＵＲＬに変更するなどである。他のアプリケーションでは、コンテンツタイミングによる従来のリクエストルーティングの拡張が、キャッシュサーバ上のリクエストされたコンテンツの以降の利用可能性に基づき、より近いキャッシュサーバにリクエストをリダイレクトするのに設けられる。

典型的には、クライアントは、クライアントがコンテンツファイルを抽出することを所望する時間としてクライアントが指定する予想されるサービス期間までは、大きなサイズのコンテンツファイルについての遅延を許容することができる。従って、リクエストされたコンテンツファイルが現在はクライアントの近くのキャッシュサーバに格納されていなくても、ダウンロードシステムが予想されるサービス時間前にコンテンツファイルをキャッシュサーバに転送する限り、クライアントは遅延を被ることはないであろう。クライアントによる抽出のため、リクエストされたコンテンツファイルの適切なキャッシュサーバへのダウンロードを適切にスケジューリングすることによって、上記遅延を低減することが当該分野の目的である。

マルチキャストコンテンツ配信は、異なるキャッシュサーバにおいてリクエストすることができる。コンテンツのダウンロード前のアドバンスドコンテンツリクエスト情報の利用可能性により、マルチキャスト技術を通じてＣＤＮにおけるコンテンツ配信を最適化することが可能である。典型的には、ダウンロードサービスは、ＣＤＮがコンテンツファイルに対するクライアントリクエストが与えられる所に最も近いキャッシュサーバへのコンテンツファイルの配信を提供することを要求する。コンテンツファイルは、当該キャッシュサーバに格納されていることが必要であり、クライアントによって指定された予想サービス時間以降にクライアントにダウンロードする準備が完了している必要がある。また、コンテンツファイルの当該コンテンツファイルに対するリクエストに係るキャッシュサーバへの配信をスケジューリングするための改良されたシステム及び方法が必要とされる。
［発明の開示］
要約すると、本発明は、キャッシュネットワーク環境におけるコンテンツファイルの配信をスケジューリングする方法に関する。本方法は、コンテンツがサービス時間に配信されるリクエストを受け付けるステップと、コンテンツファイルを特定のキャッシュサーバに関連付けるステップと、キャッシュサーバのマルチキャストツリーを動的に確立するステップと、キャッシュサーバのマルチキャストツリーからサービス時間にリクエストされたコンテンツを配信するステップとを有する。
［発明を実行するためのモード］
マルチキャスト配信は、トランスポートレイヤ又はアプリケーションレイヤにおいて実現可能である。トランスポートレイヤに関する問題点は多数あるため、本発明についてはアプリケーションレイヤマルチキャストのみが検討される。トランスポートレイヤマルチキャストは、マルチキャスト対応のトランスポートネットワークを必要とする。インターネットは、典型的には、そのようなトランスポートネットワークを有していない。さらに、マルチキャスト対応のトランスポートネットワークが利用可能であったとしても、マルチキャストツリーのすべてのブランチを介した送信は同時でなければならない。これは、マルチキャストツリー上のネットワークノード（すなわち、キャッシュサーバ）の何れかが、マルチキャストセッションの何れかの期間においてトランスポート又はキャッシュキャパシティを有していない場合には、不可能であるかもしれない。しかしながら、アプリケーションレイヤマルチキャストは、マルチキャストツリー上のノードからノードへの送信スケジュールについてよりフレキシブルにすることが可能である。異なる予想されるサービス時間に多数のダウンロードリクエストを有するダウンロードサービスについては、アプリケーションレイヤマルチキャストはより適したものとすることが可能である。ここで使用されるアプリケーションレイヤマルチキャストとは、マルチキャストツリー上の各ネットワークノードにおけるストア／フォワードアクションとして定義される。ストアは、中間ノードにおけるキャッシュ処理を意味し、フォワードは、同時に又は異なる時間に複数のポートへの送信を意味する。

ここで図１を参照するに、本発明のコンテンツ配信システム１００の実施例が示される。システム１００は、コンテンツサーバＳと、キャッシュサーバＡ、Ｂ及びＣを有するＣＤＮとから構成される。３つのみのキャッシュサーバを備えたＣＤＮについての特定の構成が示されるが、本発明は、何れかの特定のネットワーク構成又は設定に限定されるものではない。ＣＤＮネットワーク（フラット又は階層的）の構成に関係なく、マルチキャストツリーは、本発明によるコンテンツファイル配信について確立することが可能である。同じコンテンツファイルに対するリクエストが同じ予想されるサービス時間を有しない限り、ダウンロード及び関連付け構成（すなわち、マルチキャストツリー構成）は、ソースとディスティネーションとの間の距離だけでなく、異なる予想されるサービス時間の間のギャップにも依存することとなる。

ここで図示されたコンポーネントを接続するデータフロー矢印によりコンテンツ配信システム１００を示す図２と、本発明の方法の実施例を示す図３とを参照するに、ステップ３００において、クライアント／ユーザＡ１、Ｂ１及びＣ１のそれぞれは、同じコンテンツファイルに対するリクエストを生成する。コンテンツファイルに対する各リクエストは、推定されるサービス時間を有する。ここで使用されるリクエストのサービス時間とは、クライアントがコンピュータ、携帯電話又は携帯情報端末などのクライアントの電子装置へのダウンロードのためコンテンツファイルが利用可能であることをリクエストする時間である。サービス時間は、リクエストがなされるとき、クライアントＡ１、Ｂ１及びＣ１によって指定される。本例では、クライアントＡ１、Ｂ１及びＣ１によって生成されたリクエストのサービス時間は、それぞれ午後７時、午後５時及び午後８時である。Ｂ１−Ａ１−Ｃ１の時間的順序を有するサービス時間にもかかわらず、リクエストがクライアントによって生成され、及び／又はシステム１００によって受信されてもよい順序には制限はない。

クライアントＡ１、Ｂ１及びＣ１に依って生成されるリクエスト（理解の簡単化のため、リクエストＡ１、Ｂ１及びＣ１と呼ばれる）は、それぞれキャッシュサーバＡ、Ｂ及びＣに関連付けされ、ステップ３１０を完了する。リクエストＡ１、Ｂ１及びＣ１とキャッシュサーバＡ、Ｂ及びＣとの関連付けは、それぞれ図２のライン１、２及び３によって示される。関連付けの決定は、静的な階層構造又は動的なリクエストルーティングプロセスを介しＣＤＮによってなされる。各リクエストが何れのキャッシュサーバに関連付けされるかの選択は、クライアントに対するキャッシュサーバの近さによって決定される。好ましくは、リクエストは、当該コンテンツファイルに対するリクエストをしたクライアントに最も近いキャッシュサーバに関連付けされる。ここで使用される近さとは、帯域幅コスト及び／又は混雑を考慮して、物理的ロカリティ及び／又はネットワークロカリティを用いて決定することが可能である。このような関連付けを実行するのに使用される技術は、リクエストルーティング技術として知られている。リクエストに関連付けするキャッシュサーバの決定は、静的に、すなわち、マルチプロキシサーバと同様の階層構造が予め確立されるか、又は動的に学習することが可能である。あるいは、クライアントは、ホットスポットにおけるリモートサイトダウンロード機能など自分のリクエストが関連付けされるべき特定のキャッシュサーバを指定することが可能である。

リクエストとキャッシュサーバとの関連付けがリクエストルーティング技術によって動的に決定されると、拡張されたリクエストルーティング技術が使用されるべきである。この場合、リクエストされたコンテンツファイルがキャッシュサーバ上で現在利用可能でないときでさえ、リクエストルーティングは、当該関連付けが以降にコンテンツファイルをキャッシュサーバに配信するためのものであるため、リクエストと当該キャッシュサーバとを依然として関連付けすることができる。

リクエストＡ１、Ｂ１及びＣ１は、Ｂ１、Ｃ１及びＡ１の順番にコンテンツサーバに送信される。マルチキャストツリーは、初期的には１つのみのノードであるコンテンツサーバＳを有する。リクエストＢ１がコンテンツサーバＳに送信される第１のリクエストであるため、ステップ３２０がまずキャッシュサーバＢについて実行される。ステップ３２０において、キャッシュサーバＢがマルチキャストツリー上にあるか判断される。その答えがＮＯである場合（本ケースの場合）、システムはノードＢをマルチキャストツリーに追加し、ステップ３３０に続く。ステップ３３０において、システムは、最も近い上流のキャッシュサーバの存在をチェックし、この場合、上流のキャッシュサーバＣを検出する。これは、静的な階層又はリクエストルーティングの何れかを介し行われる。リクエストルーティングが示される。その後、リクエストはキャッシュサーバＣに関連付けされ、ステップ３４０を完了する。図２において、リクエストＢ１とキャッシュサーバＣとの関連付けは、ライン４として示される。

その後、ステップ３２０がキャッシュサーバＣについて実行される。ステップ３２０に従って、その後、キャッシュサーバＣがマルチキャストツリーにあるか判断される。その答えがＮＯである本ケースの場合、システムはノードＣをマルチキャストツリーに追加する。キャッシュサーバＣは、その後、それの最も近い上流ノードであるコンテンツサーバＳを検出し、ステップ３３０を完了する。その後、リクエストＣ１は、ステップ３４０においてコンテンツサーバＳに関連付けされ、それは、図２においてライン５として示される。

その後、ステップ３２０がコンテンツサーバＳについて実行される。ステップ３２０に従って、コンテンツサーバＳはマルチキャストツリー上にあるため、その答えはＹＳＥとなり、ステップ３５０に移行する。現在のサーバはコンテンツサーバであるため、３５０におけるその答えはＮＯであり、次のリクエストの処理に移行する。

ここでリクエストＣに戻って、ステップ３００においてリクエストＣ１が生成され（リクエストＢ１の以降に）、ステップ３１０においてキャッシュサーバＣと関連付けされる。ノードＣはリクエストＢ１に対して処理を実行するのに、マルチキャストツリーにすでに追加されているため、ステップ３２０における答えはＹＥＳであり、ステップ３５０に処理は継続する。Ｃ１のサービス時間（午後８時）がＢ１のサービス時間（午後５時）以降であるため、ステップ３５０の答えはＮＯである。その後、本プロセスは始めからやり直され、次のリクエストを処理する。

ここでリクエストＣの後に受信されたリクエストＡ１に戻って、ステップ３００においてリクエストＡ１が生成され、ステップ３１０においてキャッシュサーバＡと関連付けされる。ステップ３２０に従って、キャッシュサーバＡがマルチキャストツリーにあるか判断する。この場合、答えはＮＯであり、プロセスはステップ３３０に続く。ここで、ノードＡがまずマルチキャストツリーに追加され、その後、キャッシュサーバＡはそれの上流のキャッシュサーバＢを検出し、ステップ３３０を完了する。その後ステップ３４０において、リクエストＡ１はキャッシュサーバＢに関連付けされる。この関連付けは、図２においてライン６として示される。ノードＢがすでにマルチキャストツリーにあり、Ａ１のサービス時間はノードＢのサービス時間より以降であるため、ステップ３５０の答えはＮＯとなる。その後、本プロセスは、始めからやり直され、次のリクエストを処理する。

キャッシュサービス間の距離を決定するのに使用されるアルゴリズムは、地理的距離だけでなく、キャッシュキャパシティ、ネットワークラインのロードバランスなどの他の要因に基づくものである。例えば、ノードＡは、ノードＣがそれの上流のノードであることを検出するかもしれない。なぜなら、ノードＢにおける午後５時から午後７時までコンテンツをキャッシュするコストは、リンク６と７との間のコスト差より大きなものであるかもしれないためである。

本発明が、当業者が容易に構成及び使用することが可能な程度まで十分詳細に記載及び図示されたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な代替、変更及び改良が容易に明らかとなるべきである。

図１は、本発明の一実施例によるコンテンツ配信ネットワークの概略である。 図２は、図１のコンテンツ配信ネットワークの概略であり、キャッシュサーバの近さを考慮した本発明の一実施例によるコンテンツファイルに対するいくつかのユーザリクエストから生じるダウンロード及び関連付け構成を示す。 図３は、キャッシュサーバの近さを考慮した本発明の一実施例によるコンテンツ配信ネットワークにおけるコンテンツファイルの配信及びダウンロードをスケジューリングする方法のフロー図である。

Claims (17)

1. コンテンツ配信ネットワークシステムからコンテンツファイルに対するリクエストを処理する方法であって、
   コンテンツをサービス時間に配信するリクエストを受け付けるステップと、
   前記コンテンツファイルをあるキャッシュサーバに関連付けるステップと、
   キャッシュサーバのマルチキャストツリーを動的に確立するステップと、
   前記キャッシュサーバのマルチキャストツリーから、前記サービス時間に前記リクエストされたコンテンツを配信するステップと、
   から構成されることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記関連付けるステップはさらに、前記リクエストを最も近いキャッシュサーバに関連付けるステップから構成されることを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法であって、
   前記動的に確立するステップはさらに、リクエストに係るキャッシュサーバが前記マルチキャストツリーにまだ関連付けられていない場合、前記キャッシュサーバを追加するステップから構成されることを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法であって、
   前記関連付けるステップはさらに、前記リクエストが以前のリクエストより早いサービス時間を有する場合、前記リクエストを最も近いキャッシュサーバに関連付けるステップから構成されることを特徴とする方法。
5. コンテンツ配信ネットワークシステムからのコンテンツファイルに対するリクエストを処理する方法であって、
   （ａ）第１サービス時間を有するコンテンツファイルに対する第１リクエストを受け付けるステップと、
   （ｂ）前記第１リクエストを抽出用のキャッシュサーバに関連付けるステップと、
   （ｃ）前記関連付けられたキャッシュサーバが、前記コンテンツファイルのソースであるコンテンツサーバにルート配置されたマルチキャストツリー上にあるか判断するステップと、
   （ｄ）前記関連付けられたキャッシュサーバが、前記マルチキャストツリー上にないと判断されると、前記関連付けされたキャッシュサーバを前記マルチキャストツリーに追加し、前記コンテンツサーバに対して上流のキャッシュサーバを検出し、前記上流のキャッシュサーバが前記関連付けされたキャッシュサーバとなるように、前記第１リクエストを前記上流に検出されたキャッシュサーバと関連付けし、前記コンテンツサーバに到達し、前記第１リクエストが前記コンテンツサーバに関連付けされるまで、ステップ（ｃ）を繰り返し、前記第１リクエストが前記コンテンツサーバに関連付けされると、ステップ（ａ）から始まる前記コンテンツファイルに対する次のリクエストを処理するステップと、
   （ｅ）前記関連付けされたキャッシュサーバが前記マルチキャストツリー上にあると判断すると、前記第１サービス時間が前記関連付けされたキャッシュサーバ上にすでに存在するコンテンツファイルに対するリクエストのすべてのサービス時間より早いか判断するステップと、
   （ｆ）前記第１サービス時間が前記関連付けされたキャッシュサーバ上にすでに存在するリクエストの他のすべてのサービス時間より早くないと判断されると、前記第１リクエストを前記キャッシュサーバに関連付け、ステップ（ａ）から始まる前記コンテンツファイルに対する次のリクエストを処理するステップと、
   （ｇ）前記第１サービス時間が前記関連付けされたキャッシュサーバ上にすでに存在するリクエストの他のすべてのサービス時間より早いと判断されると、前記関連付けされたキャッシュサーバになるように、前記マルチキャストツリーの前記コンテンツサーバに対する上流のキャッシュサーバになると判断されたキャッシュサーバと前記第１リクエストを関連付け、前記第１リクエストが前記コンテンツサーバに関連付けされるまで、ステップ（ｃ）に戻り、前記第１リクエストが前記コンテンツサーバに関連付けされると、ステップ（ａ）から始まる前記コンテンツファイルに対する次のリクエストを処理するステップと、
   から構成されることを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法であって、
   前記上流のキャッシュサーバを検出するステップは、リクエストルーティング処理を利用して最も近い上流のキャッシュサーバを検出することから構成されることを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法であって、
   近さは、地理的距離、キャッシュ占有及びネットワークリンクのロードバランスから構成されるグループから選択される少なくとも１つのファクタを利用して決定されることを特徴とする方法。
8. 請求項５記載の方法であって、
   前記上流のキャッシュサーバを検出するステップは、階層関係を利用して前記上流のキャッシュサーバを検出することを特徴とする方法。
9. コンテンツファイルに対するリクエストを処理するコンテンツ配信ネットワークシステムであって、
   コンテンツサーバと、
   （ａ）クライアントからコンテンツファイルに対する第１のリクエストを受け付け、（ｂ）前記第１のリクエストを抽出用のキャッシュサーバに関連付け、（ｃ）前記関連付けされたキャッシュサーバがマルチキャストツリー上にあるか判断し、前記関連付けされたキャッシュサーバがマルチキャストツリー上に存在しない場合、前記キャッシュサーバを前記マルチキャストツリーに関連付けるよう構成される少なくとも１つのキャッシュサーバを備えるＣＤＮネットワークと、
   から構成されることを特徴とするシステム。
10. 請求項９記載のシステムであって、
    前記第１サービス時間が前記マルチキャストツリー上の前記関連付けされたキャッシュサーバにすでに存在するリクエストの他のすべてのサービス時間より早いか判断し、そうでない場合、前記第１リクエストを前記ツリー上にあるキャッシュサーバと関連付け、そうである場合、上流のキャッシュサーバを検出し、前記第１サービス時間が前記マルチキャストツリー上の前記関連付けされたキャッシュサーバ上にすでに存在するリクエストの他のすべてのサービス時間より早いものでなくなるまで、又は、前記第１のリクエストが前記コンテンツサーバに関連付けされるまで、前記第１リクエストを前記上流のキャッシュサーバに関連付ける手段を有することを特徴とするシステム。
11. 請求項９記載のシステムであって、
    前記第１サービス時間が前記ツリー上の前記関連付けされたキャッシュサーバにすでに存在するリクエストの他のすべてのサービス時間より早いものでない場合、前記マルチキャストツリー上にあると判断されたキャッシュサーバと前記第１リクエストを関連付ける手段を有することを特徴とするシステム。
12. 請求項９記載のシステムであって、
    リクエストルーティングにより最も近い上流のキャッシュサーバを検出する手段を有することを特徴とするシステム。
13. 請求項１２記載のシステムであって、
    地理的距離、キャッシュ占有及びネットワークリンクのロードバランスから構成されるグループから選択される少なくとも１つのファクタを利用して、最も近い上流のキャッシュサーバを検出する手段を有することを特徴とするシステム。
14. 請求項９記載のシステムであって、階層関係を利用して、上流のキャッシュサーバを検出する手段を有することを特徴とするシステム。
15. 請求項９記載のシステムであって、さらに、
    前記コンテンツサーバによって利用されるべき結果を有するリクエストルーティング処理のため情報を提供するよう構成されるコンテンツ配信ネットワークブローカーを有し、
    前記情報は、コンテンツ配信ネットワークの１以上のキャッシュサーバ上の前記リクエストされたコンテンツファイルの利用可能性に関するものである、
    ことを特徴とするシステム。
16. 請求項９記載のシステムであって、さらに、
    前記コンテンツサーバによって利用されるべき結果を有するリクエストルーティング処理のため情報を提供するよう構成されるコンテンツ配信ネットワークブローカーを有し、
    前記情報は、コンテンツ配信ネットワークの１以上のキャッシュサーバ上のリクエストされたコンテンツファイルの利用可能性に関するものであるか、又は１以上のキャッシュサーバにおける前記コンテンツファイルの以降の利用可能性をスケジューリングするためのものである、
    ことを特徴とするシステム。
17. 請求項９記載のシステムであって、さらに、１以上のキャッシュサーバと、コンテンツ配信ネットワークブローカーと、前記ブローカー、キャッシュサーバ及び／又は前記クラインとが前記ファイルをリクエスト可能なサーバ及び以降の期間を決定するコンテンツサーバのための手段とを有することを特徴とするシステム。

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