JP2009122981A - キャッシュ配置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 各ピアの配信性能が不均質な環境においてキャッシュヒット率を向上させること。
【解決手段】各ピア１、４の割当配信性能算出手段１４は、取得されたコンテンツをキャッシュとして記憶するコンテンツ記憶部１５からキャッシュの情報を、ピアの配信性能を記憶するピア配信性能記憶部１６から自ピアの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出する。置換キャッシュ選択手段１３は、各コンテンツに対するアクセス量をコンテンツ人気度として記憶するコンテンツ人気度記憶部１８からコンテンツ人気度を、ピア配信性能記憶部１６から自ピアの配信性能を読み出し、読み出されたコンテンツ人気度及び自ピアの配信性能と前記割当配信性能から、置換するキャッシュを選択する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンピュータネットワークに関し、特に、ピアツーピアネットワークにおいてキャッシュヒット率を向上させる効率の良いキャッシュ配置方法、キャッシュ配置装置、管理装置及びプログラムに関する。

近年、コンピュータの高性能化やネットワークの広帯域化に伴い、動画像などの大容量のコンテンツをインターネット経由でダウンロードするサービスが急速に広まってきている。
これに対し、従来のＷＷＷ（World Wide Web）システムのようなクライアント・サーバ（Ｃ／Ｓ）型の配信では、サービスを利用するユーザ数の増加に応じてサーバ設備やネットワークインフラの増強を行う必要があり、コストやスケーラビリティに大きな問題を抱えている。

これらの問題を解決する１つのアプローチとして、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）配信技術が近年研究されている。Ｐ２Ｐ配信では、ピアと呼ばれる個々のホスト（ノード）が自身の中のキャッシュ領域と呼ばれる記憶領域にコンテンツを複製（キャッシュ）し、他のピアから該当コンテンツの要求があった場合に、中央の配信サーバの代わりに該当コンテンツを配信することで、中央の配信サーバにかかる配信負荷を軽減する、または中央の配信サーバを必要としないコンテンツ配信ネットワークを構築している（例えば、特許文献１〜４、非特許文献１参照）。

そして、コンテンツを要求するピアは、インデックスサーバや他のピアなどに該当コンテンツの所在を尋ねることでコンテンツをキャッシュしているピアを検索し、検索の結果、該当コンテンツを配信可能なピアが見つかった（キャッシュヒットした）場合は、該当ピアに該当コンテンツの配信を要求することでコンテンツを取得することができる。
また、キャッシュヒットしなかった場合は、取得不可能となる配信形態（Ｐｕｒｅ Ｐ２Ｐ）と中央の配信サーバから取得する配信形態（Ｐｅｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ）がある。

ここで、各ピアのキャッシュ領域は有限であるため、新しく取得したコンテンツを蓄積できるだけの空きがキャッシュ領域にない場合は、コンテンツの取捨選択を行って不必要なコンテンツを消去（置換）するが、この置換対象のコンテンツを選択する方法（キャッシュ配置方法）によって、後々のコンテンツ要求に対してキャッシュヒットできる割合（キャッシュヒット率）が大きく変わってくる。

ここで、従来、例えば非特許文献１に示されるようなキャッシュ配置方法が、キャッシュヒット率を向上するために用いられている。
非特許文献１に記載されたキャッシュ配置方法は、各ピアが自分のキャッシュしているコンテンツに対して、検索やそれに対する応答メッセージなどから各コンテンツに対する需要と供給の度合いを推測し、最も供給過多となっているコンテンツを置換の対象とすることで、キャッシュヒット率を向上させている。

前記コンテンツ配置方法の仕組みについて、具体的な式を用いて詳細に説明する。前記コンテンツ配置方法は以下の２つの手順からなる。
（ステップ１）まず、一定の時間間隔（ラウンド）ごとにコンテンツに対する需要と供給を推定する。前のラウンドで得られた検索結果と中継した検索／応答メッセージをもとに、各ピアはコンテンツｉに対する需要Ｄ（ｉ）と供給Ｓ（ｉ）を計算する。Ｄ（ｉ）はコンテンツｉに対する自分自身の検索メッセージと中継した検索メッセージの合計数を表し、Ｓ（ｉ）は検索の結果受信した応答メッセージと中継した応答メッセージに含まれるコンテンツｉの合計数からなる。

ただし、ピア自身が検索、取得するコンテンツについて他のピアに中継した応答メッセージはＳ（ｉ）に含めない。コンテンツに対する需要と供給の時間的な変化に対応するため、次式で表される移動平均を用いる。需要Ｄ（ｉ）、供給Ｓ（ｉ）の移動平均にはバーを付している。また、サフィックス「ｐｒｅｖ」は前回の値であることを表している。

（ステップ２）置換の対象とするコンテンツを決定する。次式で表される、コンテンツｉが置換された場合のコンテンツｉの需要に対する供給の比が最大となるコンテンツを置換の対象とする。

ここで、Ｒ（ｉ）はコンテンツｉが置換された場合にどれだけ過剰にコンテンツｉがＰ２Ｐネットワーク内に存在している（供給過多）かを示しており、Ｒ（ｉ）が大きいコンテンツを置換することで、コンテンツの要求頻度（人気度）に依らずすべてのコンテンツのＲ（ｉ）を等しい値に近付け、供給量の過不足を均してキャッシュヒット率を向上させている。

しかしながら、前記キャッシュ配置方法では、各コンテンツに対する検索および応答のメッセージの頻度といった、コンテンツに関する情報を用いて置換対象のキャッシュを決定することにより、コンテンツの特性や傾向に適したキャッシュ配置を行っているが、そのコンテンツをキャッシュしている各ピアの配信性能などは何等考慮していない。

そのため、例えば各ピアの送信（アップロード）スループットなどといった配信性能が異なるピアを同等に扱ってしまい、現実のインターネットのような配信性能が大きく異なるピアが混在するヘテロジーニアスな環境では、配信性能の低いピアに人気コンテンツが集中してキャッシュされることがあり、それによって同時セッション数の制限などからコンテンツの配信ができずにキャッシュヒット率が低下してしまうという問題がある。

特開２００２−２９７４３７号公報 特開２００４−１３９３６６号公報 特開平１０−２０７９６５号公報 特表２００４−５１１８４０号公報 笹部昌弘、若宮直紀、村田正幸、宮原秀夫著、Ｐ２Ｐネットワークにおけるスケーラブルなメディアストリーミング機構、電子情報通信学会技術研究報告、２００３年９月、第ＮＳ２００３−１０１巻、７１〜７６頁

そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、コンテンツに関する情報とピアに関する情報の両方を用いてキャッシュ置換することにより、各ピアの配信性能が不均質な環境においてキャッシュヒット率を向上させることが可能なキャッシュ配置方法、キャッシュ配置装置及びキャッシュ配置プログラムを提供することを目的としている。

本発明によれば、ネットワーク上のノードのキャッシュ領域にコンテンツを配置するキャッシュ配置方法であって、取得されたコンテンツをキャッシュとして記憶するコンテンツ記憶部から前記キャッシュの情報を、前記ノードの配信性能を記憶するピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出し、各コンテンツに対するアクセス量をコンテンツ人気度として記憶するコンテンツ人気度記憶部から前記コンテンツ人気度を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、読み出された前記コンテンツ人気度及び前記ノードの配信性能と前記割当配信性能から、置換するキャッシュを選択することを特徴とするキャッシュ配置方法が提供される。

取得されたコンテンツをキャッシュとして記憶するコンテンツ記憶部から前記キャッシュの情報を、前記ノードの配信性能を記憶するピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出する。各コンテンツに対するアクセス量をコンテンツ人気度として記憶するコンテンツ人気度記憶部から前記コンテンツ人気度を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、読み出された前記コンテンツ人気度及び前記ノードの配信性能と前記割当配信性能から、置換するキャッシュを選択する。

ここで、前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュで等分し、前記等分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出するように構成してもよい。
また、前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのサイズに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出するように構成してもよい。
また、前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのビットレートに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出するように構成してもよい。

また、前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュの人気度に比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出するように構成してもよい。
また、前記置換するキャッシュの選択は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ人気度に比例して分割し、前記キャッシュに配分して理想割当配信性能を算出し、前記割当配信性能から前記理想割当配信性能を引いた値が最大となる前記キャッシュを置換対象として選択するように構成してもよい。

また、前記各ノードは、自己のピア配信性能及び自己の所持するキャッシュに対して割り当てられた配信性能である割当配信性能を、ネットワークを介して管理装置に送信し、前記管理装置は、前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードのピア配信性能及び割当配信性能を集計すると共、前記ネットワークを介して前記各ノードから検索のあったコンテンツの情報を取得し集計してコンテンツ人気度を算出し、前記各ノードは、前記ネットワークを介して、前記管理装置が集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を取得し、これらに基づいて置換するキャッシュを選択するように構成してもよい。
また、前記管理装置は、更に、前記ネットワークを介して前記各ノードからコンテンツの検索を受けて、少なくとも前記コンテンツを所持している他ピアの情報を取得して該ノードに送信するように構成してもよい。

また、本発明によれば、ネットワーク上のノードのキャッシュ領域にコンテンツを配置するキャッシュ配置装置であって、取得されたコンテンツをキャッシュとして記憶するコンテンツ記憶部と、前記ノードの配信性能を記憶するピア配信性能記憶部と、前記コンテンツ記憶部から前記キャッシュの情報を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出する割当配信性能算出手段と、各コンテンツに対するアクセス量をコンテンツ人気度として記憶するコンテンツ人気度記憶部と、前記コンテンツ人気度記憶部から前記コンテンツ人気度を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、読み出された前記コンテンツ人気度及び前記ノードの配信性能と前記割当配信性能算出手段によって算出された前記割当配信性能から、置換するキャッシュを選択する置換キャッシュ選択手段とを備えることを特徴とするキャッシュ配置装置が提供される。

割当配信性能算出手段は、コンテンツ記憶部からキャッシュの情報を、ピア配信性能記憶部からノードの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出する。置換キャッシュ選択手段は、コンテンツ人気度記憶部から前記コンテンツ人気度を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、読み出された前記コンテンツ人気度及び前記ノードの配信性能と前記割当配信性能算出手段によって算出された前記割当配信性能に基づいて、置換するキャッシュを選択する。

ここで、前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュで等分し、前記等分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出するように構成してもよい。
また、前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのサイズに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出するように構成してもよい。
また、前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのビットレートに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出するように構成してもよい。

また、前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュの人気度に比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出するように構成してもよい。
また、前記置換キャッシュ選択手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ人気度に比例して分割し、前記キャッシュに配分して理想割当配信性能を算出し、前記割当配信性能から前記理想割当配信性能を引いた値が最大となる前記キャッシュを置換対象として選択するように構成してもよい。

また、本発明によれば、複数のノードが所持しているキャッシュの情報を、ネットワークを介して管理する管理装置において、前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードのピア配信性能を集計するピア配信性能集計手段と、前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードの割当配信性能を集計する割当配信性能集計手段と、前記ネットワークを介して前記各ノードから検索のあったコンテンツの情報を取得し集計してコンテンツ人気度を算出するコンテンツ人気度集計手段とを備え、前記集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を、前記ネットワークを介して前記各ノードに送信することを特徴とする管理装置が提供される。

ピア配信性能集計手段は各ノードからネットワークを介して取得した前記各ノードのピア配信性能を集計し、割当配信性能集計手段は前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードの割当配信性能を集計し、コンテンツ人気度集計手段は前記ネットワークを介して前記各ノードから検索のあったコンテンツの情報を取得し集計してコンテンツ人気度を算出し、前記集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を、前記ネットワークを介して前記各ノードに送信する。

ここで、前記ネットワークを介して前記各ノードからコンテンツの検索を受けて、少なくとも前記コンテンツを所持している他ピアの情報を取得して該ノードに送信するコンテンツ所在管理手段を備えて成るように構成してもよい。
また、前記コンテンツ所在管理手段は、検索のあったコンテンツの情報を前記コンテンツ人気度集計手段に通知するように構成してもよい。

また、前記集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段に記憶したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を、前記ネットワークを介して前記各ノードに送信するように構成してもよい。

また、本発明によれば、コンピュータを、前記いずれか一に記載のキャッシュ配置装置又は前記いずれか一に記載の管理装置として機能させるプログラムが提供される。コンピュータは、プログラムを実行することにより、前記いずれか一に記載のキャッシュ配置装置又は前記いずれか一に記載の管理装置として機能する。

本発明に係るキャッシュ配置方法、キャッシュ配置装置、管理装置によれば、コンテンツに関する情報とピアに関する情報の両方を用いて置換対象のキャッシュを決定するため、各ピアの配信性能を考慮に入れたキャッシュ配置が可能となり、したがって、各ピアの配信性能が不均質な環境においてキャッシュヒット率を向上することが可能になる。
また、本発明に係るプログラムによれば、コンピュータを用いて前記キャッシュ配置装置、管理装置を構築することが可能になる。

先ず本発明の実施の形態の概要を説明すると、本実施の形態に係るキャッシュ配置装置は、コンテンツ記憶部（図１、符号１５）と、ピア配信性能記憶部（図１、符号１６）と、割当配信性能算出手段（図１、符号１４）と、コンテンツ人気度記憶部（図１、符号１８）と、置換キャッシュ選択手段（図１、符号１３）とを備え、各ピアにおける配信性能とキャッシュ内容をもとに各キャッシュが使用できる配信性能（後述する割当配信性能（全））を算出し、これをコンテンツの人気度及び全ピアの配信性能の合計（後述するピア配信性能（全））と比較して置換するキャッシュを選択するようにし、これにより、各ピアの配信性能が不均質な環境においてキャッシュヒット率を向上するようにしている。

以下、本発明の実施の形態に係るキャッシュ配置方法、キャッシュ配置装置、管理装置、キャッシュ配置プログラムについて図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るキャッシュ配置方法に使用するキャッシュ配置装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照すると、本実施の形態は、コンテンツの送受信及びキャッシュ領域への複製、メタデータの送受信を行う複数のピア（本実施の形態ではピア１及び他のピア４）と、各ピア１、４の配信性能及び所持しているキャッシュの情報、各コンテンツの要求頻度（人気度）を集計、管理するメタサーバ２と、すべてのコンテンツを所持し、各ピア１、４からの要求に応じてコンテンツを送信する中央サーバ３と、ネットワーク５とを含んでいる。各ピア１、４はキャッシュ配置装置を構成し又、メタサーバ２は管理装置を構成している。複数のピア１、４、メタサーバ２及び中央サーバ３間の通信は各々ネットワーク５を介して行われる。

これらの手段はそれぞれ概略、次のように動作する。
ピア１及び他ピア４は、コンテンツの送受信を行うコンテンツ通信手段１１及び４１と、所持しているキャッシュ及び各キャッシュに対して割り当てられた配信性能（以下、割当配信性能と呼ぶ）、ピアの配信性能といったメタデータの送受信を行うコンテンツ情報通信手段１２と、全てのピアにおける割当配信性能（以下、割当配信性能（全）と呼ぶ）と人気度から置換するキャッシュを決定する置換キャッシュ選択手段１３と、自ピアの配信性能（以下、ピア配信性能（各）と呼ぶ）と所持しているキャッシュの情報から自ピアにおける割当配信性能（以下、割当配信性能（各）と呼ぶ）を計算する割当配信性能算出手段１４と、取得したコンテンツをキャッシュとして格納するコンテンツ記憶部１５と、ピア配信性能（各）及び全ピアの配信性能の合計（以下、ピア配信性能（全）と呼ぶ）を格納するピア配信性能記憶部１６と、割当配信性能算出手段１４によって計算された割当配信性能（各）及びメタサーバ２から取得した割当配信性能（全）を格納する割当配信性能記憶部１７と、メタサーバ２から取得したコンテンツ人気度の情報を格納するコンテンツ人気度記憶部１８とを備えている。

ここで、ピア１と他ピア４は同一構成となっており、他ピア４におけるキャッシュの複製及び置換、割当配信性能（各）の算出などは、ピア１におけるそれらと同様の挙動となるため、図１では、ピア１と直接通信を行うコンテンツ通信手段４１以外の構成要素は省略している。

メタサーバ２は、各ピアが所持しているキャッシュの情報を集計、管理し、各ピアからのコンテンツの検索に応答するコンテンツ所在管理手段２１と、各ピアからピア配信性能（各）を集計してピア配信性能（全）を計算し、各ピアに通知するピア配信性能集計手段２２と、各ピアから通知された割当配信性能（各）を集計して割当配信性能（全）を計算し、各ピアに通知する割当配信性能集計手段２３と、コンテンツ所在管理手段２１に送られてきた各ピアからのコンテンツの検索数を集計し、コンテンツ人気度として各ピアに通知するコンテンツ人気度集計手段２４とを備えている。

中央サーバ３は、各ピアからの要求に応じてコンテンツを送信するコンテンツ通信手段３１と、すべてのコンテンツを格納するコンテンツ記憶部３５とを備えている。
コンテンツ通信手段１１は、ユーザからのコンテンツ要求や定められたコンテンツ取得スケジュールなどに応じてコンテンツの取得を開始し、必要に応じてメタサーバ２のコンテンツ所在管理手段２１から要求コンテンツを所持しているピアの情報を取得し、その情報に基づいて他ピア４のコンテンツ通信手段４１または中央サーバ３のコンテンツ通信手段３１からコンテンツを取得し、コンテンツ記憶部１５に格納する。

また、コンテンツの送受信と並行してピア配信性能（各）を計測し、その結果をピア配信性能記憶部１６に格納する。ここで言うピア配信性能とは、例えば計測した時点での送信スループットである。なお、ピア配信性能は送信スループットに限らず、ピアのアクセス回線の上り帯域や送信しているパスの可用帯域など、他の配信性能でもよい。コンテンツ通信手段４１も同様である。

コンテンツ情報通信手段１２は、コンテンツ記憶部１５からキャッシュの情報を読み出してメタサーバ２のコンテンツ所在管理手段２１に通知し、ピア配信性能記憶部１６からピア配信性能（各）を読み出してメタサーバ２のピア配信性能集計手段２２に通知し、割当配信性能記憶部１７から割当配信性能（各）を読み出してメタサーバ２の割当配信性能集計手段２３に通知する。また、メタサーバ２のピア配信性能集計手段２２からピア配信性能（全）を取得してピア配信性能記憶部１６に格納し、メタサーバ２の割当配信性能集計手段２３から割当配信性能（全）を取得して割当配信性能記憶部１７に格納し、メタサーバ２のコンテンツ人気度集計手段２４からコンテンツ人気度を取得してコンテンツ人気度記憶部１８に格納する。

置換キャッシュ選択手段１３は、ピア配信性能記憶部１６からピア配信性能（全）を、割当配信性能記憶部１７から割当配信性能（全）を、コンテンツ人気度記憶部１８からコンテンツ人気度を読み出し、それらをもとに置換するキャッシュを決定してコンテンツ記憶部１５に格納されているキャッシュの置換を行う。
割当配信性能算出手段１４は、コンテンツ記憶部１５からキャッシュの情報を、ピア配信性能記憶部１６からピア配信性能（各）を読み出し、それらをもとに割当配信性能（各）を計算して割当配信性能記憶部１７に格納する。

コンテンツ所在管理手段２１は、ピア１のコンテンツ情報通信手段１２からキャッシュの情報を取得して集計し、ピア１のコンテンツ通信手段１１からのコンテンツの検索に応じて、集計結果をピア１のコンテンツ通信手段１１に通知するとともに、検索のあったコンテンツの情報をコンテンツ人気度集計手段２４に通知する。即ち、コンテンツ所在管理手段２１は、ネットワーク５を介してピア１からコンテンツの検索を受けて、管理記憶部２５に記憶されている、コンテンツをキャッシュしているピアの情報を検索し、少なくとも前記コンテンツを所持している他ピアの情報を取得して該ピアに送信する。他ピア４についても同様の対応を行う。

ピア配信性能集計手段２２は、ピア１のコンテンツ情報通信手段１２からピア配信性能（各）を取得して集計し、ピア配信性能（全）としてピア１のコンテンツ情報通信手段１２に通知する。他ピア４についても同様の対応を行う。
割当配信性能集計手段２３は、ピア１のコンテンツ情報通信手段１２から割当配信性能（各）を取得して集計し、割当配信性能（全）としてピア１のコンテンツ情報通信手段１２に通知する。他ピア４についても同様の対応を行う。
コンテンツ人気度集計手段２４は、コンテンツ所在管理手段２１から検索のあったコンテンツの情報を取得して集計し、コンテンツ人気度としてピア１のコンテンツ情報通信手段１２に通知する。他ピア４についても同様の対応を行う。

記憶手段を構成する管理記憶部２５は、ピア１からネットワーク５を介して取得したピア１のピア配信性能及び割当配信性能、ピア配信性能集計手段２２が前記ピア配信性能を集計して得たピア配信性能（全）、割当配信性能集計手段２３が前記割当配信性能を集計して得た割当配信性能（全）及びコンテンツ人気度集計手段２４が算出したコンテンツ人気度を記憶する。他ピア４についても同様の対応を行う。

コンテンツ通信手段３１は、ピア１のコンテンツ通信手段１１からのコンテンツの要求に応じて、該当コンテンツをコンテンツ記憶部３５から読み出してピア１のコンテンツ通信手段１１に送信する。他ピア４についても同様の対応を行う。
尚、ピア１、４、メタサーバ２及び中央サーバ３は、各々、キーボードやマウス等の入力手段、半導体メモリや磁気ディスクドライブ等の記憶手段、表示手段、中央処理装置（ＣＰＵ）を備えた単一又は複数のコンピュータ、及び、前記コンピュータが実行するプログラムによって構成することができ、図１における各手段はＣＰＵがプログラムを実行することによって実現する機能をブロックとして示している。

図２〜図５は、本実施の形態における処理を示すフローチャートである。
以下、図１〜図５を参照して本発明の実施の形態の動作について詳細に説明する。
ピア１は、電源投入時等に、その動作を予め定めた所定状態にセットするために初期設定を行う（ステップＳ０）。

次に、コンテンツ通信手段１１は、ユーザからのコンテンツ要求や定められたコンテンツ取得スケジュールなどをトリガとして、コンテンツの検索、取得を行う（ステップＳ１）。
処理ステップＳ１の詳細な動作は、図３の処理ステップＳ１１〜Ｓ１７のようになる。図３において、まず、コンテンツ通信手段１１は、要求コンテンツが自ピア１のコンテンツ記憶部１５に存在するかを確認し（ステップＳ１１）、存在する場合は、前記コンテンツ記憶部１５から前記コンテンツを読み出す（ステップＳ１２、Ｓ１３）。

処理ステップＳ１２において要求コンテンツがコンテンツ記憶部１５に存在しない場合は、メタサーバ２のコンテンツ所在管理手段２１に対して前記コンテンツの検索を行い、前記コンテンツを所持している他ピアまたは中央サーバの情報を取得する（ステップＳ１４）。このとき、前記コンテンツ所在管理手段２１はどのコンテンツが検索されたかの情報をコンテンツ人気度集計手段２４に通知し、前記コンテンツ人気度集計手段２４は前記情報を集計してコンテンツ人気度を計算する。

本実施の形態では、コンテンツ人気度の計算方法は、例えば一定時間ごとの各コンテンツに対する検索回数をカウントする。なお、コンテンツ人気度の計算方法は前記に限らず、これまでの検索回数の合計や移動時間平均を用いた検索回数など、他の方法で計算してもよい。

要求コンテンツの検索に続いて、コンテンツ情報通信手段１２は、メタサーバ２のピア配信性能集計手段２２からピア配信性能（全）を取得してピア配信性能記憶部１６に格納し、メタサーバ２の割当配信性能集計手段２３から割当配信性能（全）を取得して割当配信性能記憶部１７に格納し、メタサーバ２のコンテンツ人気度集計手段２４からコンテンツ人気度を取得してコンテンツ人気度記憶部１８に格納する（ステップＳ１５）。

要求コンテンツの検索によって、前記コンテンツを所持する他ピア４または中央サーバ３の情報が取得されると、コンテンツ通信手段１１は、前記コンテンツをどの前記他ピア４または前記中央サーバ３から取得するかを選択し、選択された前記他ピア４のコンテンツ通信手段４１または前記中央サーバ３のコンテンツ通信手段３１を介して前記コンテンツを取得する（ステップＳ１６）。

要求コンテンツの取得と並行して、コンテンツ通信手段１１は、配信性能（各）を計測する（ステップＳ１７）。
要求コンテンツの取得が完了した後、コンテンツ通信手段１１は、前記コンテンツがコンテンツ記憶部１５に存在するかを確認し（ステップＳ２）、存在する場合は何も行わないが、存在しない場合は、前記コンテンツをキャッシュとして前記コンテンツ記憶部１５に格納する（ステップＳ３）。

取得したコンテンツをコンテンツ記憶部１５に格納した後、置換キャッシュ選択手段１３は、前記コンテンツ記憶部１５に格納されているキャッシュの置換を行う（ステップＳ４）。
ステップＳ４のキャッシュ置換処理の詳細な動作は図４の処理ステップＳ４１〜Ｓ４３のようになる。

図４において、まず、コンテンツ記憶部１５に格納されているキャッシュのサイズの合計がピア１に設定されているキャッシュ容量を超えていないかを確認し（ステップＳ４１）、超えていない場合は何も行わないが、超えている場合は、置換キャッシュ選択手段１３はピア配信性能記憶部１６からピア配信性能（全）を、割当配信性能記憶部１７から割当配信性能（全）を、コンテンツ人気度記憶部１８からコンテンツ人気度を読み出し、それらに基づいて置換するキャッシュを選択する（ステップＳ４２）。

本実施の形態では、置換するキャッシュの選択は例えば以下のようにして行う。コンテンツ記憶部１５に格納されている各キャッシュＸに対して、以下の式で余剰帯域ｓｕｒｐｌｕｓ（Ｘ）を計算する。

ここで、ピア配信性能（全）をＢＷ＿ａｌｌ、キャッシュＸの割当配信性能（全）をａｓｓｉｇｎｅｄ＿ａｌｌ（Ｘ）、キャッシュＸのコンテンツ人気度をｐｏｐ（Ｘ）、全コンテンツのコンテンツ人気度の合計をｐｏｐ＿ａｌｌとする。そして、ｓｕｒｐｌｕｓ（Ｘ）が最大のキャッシュ（同じ値のキャッシュが複数存在する場合は、その中でｐｏｐ（Ｘ）が最小のキャッシュ）を、利用価値が小さいと判断して、置換対象として選択する。これにより、適切なキャッシュ選択が可能になる。

即ち、本実施の形態では、置換キャッシュ選択手段１３は、ピアの配信性能（全）をコンテンツ人気度に比例して分割しキャッシュに配分して理想割当配信性能（ＢＷ＿ａｌｌ×ｐｏｐ（Ｘ）／ｐｏｐ＿ａｌｌ）を算出し、割当配信性能ａｓｓｉｇｎｅｄ＿ａｌｌ（Ｘ）から前記理想割当配信性能を引いた値（前記余剰帯域ｓｕｒｐｌｕｓ（Ｘ））が最大となるキャッシュを置換対象として選択する。なお、置換するキャッシュの選択方法は、前記の方法に限らず他の方式でもよい。

置換するキャッシュを選択した後、置換キャッシュ選択手段１３は、選択された置換対象のキャッシュをコンテンツ記憶部１５から削除する（ステップＳ４３）。
以降、処理ステップＳ４１において、コンテンツ記憶部１５に格納されているキャッシュのサイズの合計がピア１に設定されているキャッシュ容量を超えなくなるまで、処理ステップＳ４２〜Ｓ４３のステップを繰り返していく。
キャッシュの置換を行った後、コンテンツ情報通信手段１２は、メタサーバ２に対して所持キャッシュの情報及びピア配信性能（各）の通知と、割当配信性能（各）の計算と通知を行う（ステップＳ５）。

処理ステップＳ５の詳細な動作は図５の処理ステップＳ５１、Ｓ５２のようになる。
図５において、まず、割当配信性能算出手段１４は、コンテンツ記憶部１５から所持しているキャッシュの情報を、ピア配信性能記憶部からピア配信性能（各）を読み出し、それらをもとに前記コンテンツ記憶部１５に格納されているすべてのキャッシュに対して割当配信性能（各）を計算し、割当配信性能記憶部１７に格納する（ステップＳ５１）。

本実施の形態では、割当配信性能（各）の計算方法は、例えばピア配信性能（各）をコンテンツ記憶部１５に格納されているキャッシュで等分し、前記等分されたピア配信性能（各）を前記割当配信性能（各）とする。
なお、割当配信性能（各）の計算方法は前記に限らず、各キャッシュのサイズに比例して前記ピア配信性能（各）を分割、各キャッシュのビットレートに比例して前記ピア配信性能（各）を分割、各キャッシュの人気度に比例して前記ピア配信性能（各）を分割など、他の方法で計算してもよい。

割当配信性能（各）が計算された後、コンテンツ情報通信手段１２は、コンテンツ記憶部１５から所持しているキャッシュの情報を読み出してメタサーバ２のコンテンツ所在管理手段２１に通知し、ピア配信性能記憶部１６からピア配信性能（各）を読み出してメタサーバ２のピア配信性能集計手段２２に通知し、割当配信性能記憶部１７から割当配信性能（各）を読み出してメタサーバ２の割当配信性能集計手段２３に通知する（ステップＳ５２）。

そして、前記通知を受けて、ピア配信性能集計手段２２はピア配信性能（各）を集計してピア配信性能（全）を計算し、割当配信性能集計手段２３は割当配信性能（各）を集計して割当配信性能（全）を計算する。
以降、ユーザからのコンテンツ要求や定められたコンテンツ取得スケジュールなどの度に、処理ステップＳ０〜Ｓ５のステップを繰り返していく。

以上述べたように、本発明の実施の形態では、各ピアが所持しているキャッシュ内容と各ピアの配信性能から、各キャッシュの配信に使用できる配信性能を割当配信性能として見積り、前記割当配信性能及びコンテンツの人気度に基づいて置換対象のキャッシュを決定する。このため、Ｐ２Ｐネットワーク内に存在するキャッシュの個数ではなく、配信可能なセッションの数を人気度に追従させることができる。

したがって、各ピアの配信性能が不均質な環境においてキャッシュヒット率を向上することが可能なキャッシュ配置方法、管理装置、キャッシュ配置装置が提供できる。また、コンピュータに実行させることによって、前記コンピュータに前記キャッシュ配置方法を実行させるためのプログラムや、前記管理装置、キャッシュ配置装置を構築するプログラムやが提供できる。

本発明によれば、Ｐ２Ｐを併用したコンテンツ配信システムにおけるキャッシュ配置装置、オリジナルコンテンツの複製をキャッシュするキャッシュサーバ、プロキシサーバ、ミラーサーバ、エッジサーバといった各種用途のサーバに適用できる。また、メタサーバの存在しない分散型のＰ２Ｐコンテンツ配信システムにおけるキャッシュ配置装置といった用途にも適用可能である。さらに、これらに係るキャッシュ配置方法、管理装置についても適用可能である。

本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における要求コンテンツの検索、取得の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における所持キャッシュの置換の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における所持キャッシュ、割当配信性能（各）の通知の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・ピア
１１、３１、４１・・・コンテンツ通信手段
１２・・・コンテンツ情報通信手段
１３・・・置換キャッシュ選択手段
１４・・・割当配信性能算出手段
１５、３５・・・コンテンツ記憶部
１６・・・ピア配信性能記憶部
１７・・・割当配信性能記憶部
１８・・・コンテンツ人気度記憶部
２・・・メタサーバ
２１・・・コンテンツ所在管理手段
２２・・・ピア配信性能集計手段
２３・・・割当配信性能集計手段
２４・・・コンテンツ人気度集計手段
２５・・・管理記憶部
３・・・中央サーバ
４・・・他ピア
５・・・ネットワーク

Claims (19)

1. ネットワーク上のノードのキャッシュ領域にコンテンツを配置するキャッシュ配置方法であって、
   取得されたコンテンツをキャッシュとして記憶するコンテンツ記憶部から前記キャッシュの情報を、前記ノードの配信性能を記憶するピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出し、
   各コンテンツに対するアクセス量をコンテンツ人気度として記憶するコンテンツ人気度記憶部から前記コンテンツ人気度を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、読み出された前記コンテンツ人気度及び前記ノードの配信性能と前記割当配信性能から、置換するキャッシュを選択することを特徴とするキャッシュ配置方法。
2. 前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュで等分し、前記等分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出することを特徴とする請求項１記載のキャッシュ配置方法。
3. 前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのサイズに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出することを特徴とする請求項１記載のキャッシュ配置方法。
4. 前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのビットレートに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出することを特徴とする請求項１に記載のキャッシュ配置方法。
5. 前記割当配信性能は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュの人気度に比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して算出することを特徴とする請求項１記載のキャッシュ配置方法。
6. 前記置換するキャッシュの選択は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ人気度に比例して分割し、前記キャッシュに配分して理想割当配信性能を算出し、前記割当配信性能から前記理想割当配信性能を引いた値が最大となる前記キャッシュを置換対象として選択することを特徴とする請求項１乃至５いずれか一に記載のキャッシュ配置方法。
7. 前記各ノードは、自己のピア配信性能及び自己の所持するキャッシュに対して割り当てられた配信性能である割当配信性能を、ネットワークを介して管理装置に送信し、
   前記管理装置は、前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードのピア配信性能及び割当配信性能を集計すると共、前記ネットワークを介して前記各ノードから検索のあったコンテンツの情報を取得し集計してコンテンツ人気度を算出し、
   前記各ノードは、前記ネットワークを介して、前記管理装置が集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を取得し、これらに基づいて置換するキャッシュを選択することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のキャッシュ配置方法。
8. 前記管理装置は、更に、前記ネットワークを介して前記各ノードからコンテンツの検索を受けて、少なくとも前記コンテンツを所持している他ピアの情報を取得して該ノードに送信することを特徴とする請求項７記載のキャッシュ配置方法。
9. ネットワーク上のノードのキャッシュ領域にコンテンツを配置するキャッシュ配置装置であって、
   取得されたコンテンツをキャッシュとして記憶するコンテンツ記憶部と、
   前記ノードの配信性能を記憶するピア配信性能記憶部と、
   前記コンテンツ記憶部から前記キャッシュの情報を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、これらをもとに前記キャッシュが使用できる配信性能を割当配信性能として算出する割当配信性能算出手段と、
   各コンテンツに対するアクセス量をコンテンツ人気度として記憶するコンテンツ人気度記憶部と、
   前記コンテンツ人気度記憶部から前記コンテンツ人気度を、前記ピア配信性能記憶部から前記ノードの配信性能を読み出し、読み出された前記コンテンツ人気度及び前記ノードの配信性能と前記割当配信性能算出手段によって算出された前記割当配信性能から、置換するキャッシュを選択する置換キャッシュ選択手段とを備えることを特徴とするキャッシュ配置装置。
10. 前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュで等分し、前記等分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出することを特徴とする請求項９記載のキャッシュ配置装置。
11. 前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのサイズに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出することを特徴とする請求項９記載のキャッシュ配置装置。
12. 前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュのビットレートに比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出することを特徴とする請求項９記載のキャッシュ配置装置。
13. 前記割当配信性能算出手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ記憶部に記憶されているキャッシュの人気度に比例して配分し、前記配分された配信性能を複数の前記ノード間で集計して前記割当配信性能を算出することを特徴とする請求項９記載のキャッシュ配置装置。
14. 前記置換キャッシュ選択手段は、前記ノードの配信性能を前記コンテンツ人気度に比例して分割し、前記キャッシュに配分して理想割当配信性能を算出し、前記割当配信性能から前記理想割当配信性能を引いた値が最大となる前記キャッシュを置換対象として選択することを特徴とする請求項９乃至１３いずれか一に記載のキャッシュ配置装置。
15. 複数のノードが所持しているキャッシュの情報を、ネットワークを介して管理する管理装置において、
    前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードのピア配信性能を集計するピア配信性能集計手段と、
    前記各ノードから前記ネットワークを介して取得した前記各ノードの割当配信性能を集計する割当配信性能集計手段と、
    前記ネットワークを介して前記各ノードから検索のあったコンテンツの情報を取得し集計してコンテンツ人気度を算出するコンテンツ人気度集計手段とを備え、
    前記集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を、前記ネットワークを介して前記各ノードに送信することを特徴とする管理装置。
16. 前記ネットワークを介して前記各ノードからコンテンツの検索を受けて、少なくとも前記コンテンツを所持している他ピアの情報を取得して該ノードに送信するコンテンツ所在管理手段を備えて成ることを特徴とする請求項１５記載の管理装置。
17. 前記コンテンツ所在管理手段は、検索のあったコンテンツの情報を前記コンテンツ人気度集計手段に通知することを特徴とする請求項１６記載の管理装置。
18. 前記集計したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段に記憶したピア配信性能、割当配信性能及び前記算出したコンテンツ人気度を、前記ネットワークを介して前記各ノードに送信することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一に記載の管理装置。
19. コンピュータを、請求項９乃至１４のいずれか一に記載のキャッシュ配置装置又は請求項１５乃至１８のいずれか一に記載の管理装置として機能させるプログラム。

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