JP2012099895A - マルチキャスト事前配信方法、システム、および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マルチキャスト事前配信装置10で、事前配信コンテンツを複数のユーザ側装置へ欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信し、各ユーザ側装置20で、マルチキャスト事前配信装置10から受信して保存しておいた事前配信コンテンツを再生する際に当該事前配信コンテンツの損失有無を検査し、損失検出に応じて欠損データを指定した再送要求をマルチキャスト事前配信装置10へ通知し、マルチキャスト事前配信装置10で、この再送要求に応じて、指定された事前配信コンテンツから欠損データを取得して、要求元のユーザ側装置20へユニキャストで配信し、ユーザ側装置20で、マルチキャスト事前配信装置10から受信した欠損データに基づいて、保存しておいた事前配信コンテンツの損失を補償する。
【選択図】 図1
Description
このようなピーク時のサーバ負荷低減法として様々なものが検討され実用化されているが、主に、マルチキャスト(MC:Multicast)配信とピアツーピア(P2P:Peer to Peer)型配信に分類できる。
FECを用いた方法は、さらにProactive FECとReactive FECに分類される。以下に各々の方法について概要を述べる(例えば、非特許文献2など参照)。
元々、衛星リンク等、伝送路の環境が悪くビット誤り率が高く、かつ伝送距離が長く再送によって生じる遅延時間の増加が問題となるような環境において、送信側でFEC冗長ビットをデータに付加して伝送することで、ビット誤りが生じた場合にも再送することなく誤り補償を可能とするための技術としてFECが検討されてきた。しかし近年、FEC冗長パケットを送信側で生成し、伝送することで、伝送中にパケットが損失した場合にも再送することになる損失パケットの回復を可能とする技術としての応用が見られる。ここではこのようなProactive FECをMC事前配信に適用することを考える。
前述したProactive FECにおいては、常に各ブロックに対してn個のパケットが全受信ホストにMC配信されるため、特に損失パケット数が少ない場合、多くのFEC冗長パケットが無駄に配信されることになる。このような問題に対して、パケット損失が発生した場合にのみ、必要な数のFEC冗長パケットを配信するReactive FECがMC配信を対象に提案されている。ここではReactive FECをMC事前配信に適用することを考える。
一方、FECについては、無線環境等、ビット誤り率が高くパケットが高い確率で損失する場合を対象に検討されているため、パケット損失率の低い有線のネットワーク上で用いた場合、冗長パケットの転送に伴う転送効率の悪化が懸念される。
また、マルチキャスト事前配信装置とユーザ側装置との間でやり取りされる欠損データは、実際に事前配信コンテンツを再生するユーザ側装置に限定されるため、再生要求のないユーザ側装置との欠損データのやり取りを省くことができ、極めて効率よく事前配信コンテンツに対する損失補償を行うことが可能となる。
[マルチキャスト事前配信システム]
まず、図1を参照して、本発明の本実施の形態にかかるマルチキャスト事前配信システムについて説明する。図1は、本実施の形態にかかるマルチキャスト事前配信システムの構成を示すブロック図である。
再送パケットは、ユニキャストで配信されるため、マルチキャストで再送パケットやFEC冗長パケットを配信する場合と比較して、NW内を流れるトラヒックやマルチキャスト事前配信装置10の負荷は増加するものの、実際に視聴されるコンテンツのみを対象に損失パケットを再送することで、損失補償のために要するトラヒック量の低減が期待される。
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかるマルチキャスト事前配信システム1で用いられるマルチキャスト事前配信装置10の構成について説明する。
このマルチキャスト事前配信装置10は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、主な機能部として、コンテンツ蓄積部11、事前配信部12、および欠損データ配信部13が設けられている。
事前配信部12は、コンテンツ蓄積部11に蓄積されている各コンテンツから選択した事前配信コンテンツを、予め定めた配信スケジュールに基づいて、通信網30を介して複数のユーザ側装置20へ、欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信する機能を有している。なお、欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信するプロトコルについては、前述したコンテンツをリアルタイムで配信する従来のコンテンツ配信システムで用いられているものと同等である。
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかるマルチキャスト事前配信システム1で用いられるユーザ側装置20の構成について説明する。
このユーザ側装置20は、全体としてセットトップボックス(STB:Set Top Box)、STBとTVやパソコンなどのコンテンツ再生装置の組合せ、あるいはSTPの機能を含むコンテンツ再生装置からなり、主な機能部として、事前配信受信部21、コンテンツ保存部22、コンテンツ再生部23、損失検査部24、再送要求部25、および損失補償部26が設けられている。
コンテンツ保存部22は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、事前配信受信部21で受信した事前配信コンテンツを保存する機能を有している。
コンテンツ再生部23は、ユーザの再生要求操作において、コンテンツ保存部22から指定された事前配信コンテンツを読み出して再生する機能を有している。
次に、図2を参照して、本実施の形態にかかるマルチキャスト事前配信システム1の動作について説明する。図2は、マルチキャスト事前配信システムの動作を示すシーケンス図である。
ここで、データの損失が見つからなかった場合(ステップ112:NO)、コンテンツ再生部23は、コンテンツ保存部22から再生対象となる事前配信コンテンツを読み出して、画面表示装置により再生する(ステップ117)。
この後、コンテンツ再生部23は、コンテンツ保存部22から損失補償された再生対象となる事前配信コンテンツを読み出して、画面表示装置により再生する(ステップ117)。
このように、本実施の形態は、マルチキャスト事前配信装置10において、選択した事前配信コンテンツを配信スケジュールに基づいて複数のユーザ側装置へ、欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信し、各ユーザ側装置20において、マルチキャスト事前配信装置10から受信して保存しておいた事前配信コンテンツを再生する際に当該事前配信コンテンツの損失有無を検査し、損失検出に応じて当該損失に対応する欠損データを指定した再送要求をマルチキャスト事前配信装置10へ通知し、マルチキャスト事前配信装置10において、いずれかのユーザ側装置20からの再送要求に応じて、指定された事前配信コンテンツから欠損データを取得して、再送要求元のユーザ側装置20へユニキャストで配信し、ユーザ側装置20において、再送要求に応じてマルチキャスト事前配信装置から受信した欠損データに基づいて、保存しておいた事前配信コンテンツの損失を補償するようにしたものである。
また、マルチキャスト事前配信装置10とユーザ側装置20との間でやり取りされる欠損データは、実際に事前配信コンテンツを再生するユーザ側装置20に限定されるため、再生要求のないユーザ側装置20との欠損データのやり取りを省くことができ、極めて効率よく事前配信コンテンツに対する損失補償を行うことが可能となる。
本実施の形態において、マルチキャスト事前配信装置10からユーザ側装置20へ配信される再送パケットの配信に要するログ期間中の総時間TRCを、MC事前配信のログ期間中の総配信時間TPで除した値をφSと定義する。本実施の形態がマルチキャスト事前配信装置10に与える負荷を評価する尺度としてφSを用いる。ηを事前配信コンテンツの利用率と定義すると、ηはログ期間中に全てのユーザの事前配信コンテンツの総延べ視聴時間TPVを、ログ期間中のMC事前配信の総延べ配信時間TPで除した値で与えられる。各ユーザは各々独立にコンテンツを視聴すると仮定すると、ユーザ数がUのときTRC=UηqTPとなるため、φSは次の式(1)で得られる。
本実施の形態において、マルチキャスト事前配信装置10からユーザ側装置20へ配信される再送パケットのトラヒックが各リンクを流れる量の平均値VRCを、MC事前配信によって配信されるトラヒックが各リンクを流れる量の平均値VPで除した値をφLと定義する。本実施の形態がNW、すなわち各リンクに与える負荷を評価する尺度としてφLを用いる。1つのパケットをMCで全ユーザに配信する場合に経由する総ホップ長をHMCとすると、N−1本のリンクがMSTを構成することからHMC=N−1となる。またUN配信時の配信フローの平均ホップ長をHUCとすると、HUCはマルチキャスト事前配信装置10から他の各ノードに至る最短ホップ経路の平均ホップ長となり、各NWにおいて固有の値となる。
また、本実施の形態では、ユーザ側装置20の再送要求部25において、損失検査部24で検出された、同一事前配信コンテンツ内の異なる複数の損失を1つの再送要求によりマルチキャスト事前配信装置10へ通知するようにしてもよい。
前述した従来の損失補償法は、各パケットもしくは各ブロックがユーザ側装置20に配信された時点でそのパケットやブロックに対する損失補償が行われるため、損失パケットの情報をマルチキャスト事前配信装置10に伝えるために、各パケットや各ブロックに対してNACKが各ユーザ側装置20からマルチキャスト事前配信装置10に送信される。
次に、本発明にかかるマルチキャスト事前配信システムの性能評価について説明する。
評価にはChina Telecomが提供する商用VoDサービスPowerInfo VoDシステムにおいて収集されたアクセスログデータを用いた。本ログデータには2004年6月から12月の7ヶ月間に発生した20,921,657の全配信要求が含まれており、総コンテンツ数は6,735、総ユーザ数は37,360である。45分と90分の長さを有するコンテンツが各々、全体の約4割ずつを占めており、平均コンテンツ長Sは3,510秒である。アクセス回線のダウンリンク容量をAd=10Mbps、コンテンツの再生レートをR=2Mbpsに設定する。γ=4、MC事前配信レートはRb=8Mbps、1日あたりの平均MC事前配信コンテンツ数はX=98.46となる。MC事前配信のために常時、Rb/R=4本のUC配信に相当する負荷がマルチキャスト事前配信装置10に加わる。
Proactive FECにおいては、FECのパラメタ、すなわちFEC符号化ブロック数を示すnと各FEC符号化ブロックを構成するオリジナルパケット数を示すkの値をどのように設計するかが課題である。nに関しては、大きなほどFECの効率が向上するが、一方で冗長パケット生成のためのコーディング計算量が増加する。本評価ではn=255に設定する。kの設計法については、新たに以下に示す設定法を用いる。
CAIDA(Cooperative Association for Internet Data Analysis)のWebページで、トポロジとリンク容量が公開されている商用ISPのバックボーンNWのうち、ノード数Nが22、リンク数Mが25のabove.netのNWを評価に用いる。VoDサービスに対する需要に地域的な偏りがなく、ノードnから発生する配信要求数比rnはノードnが収容する人口のNW全体が収容する人口に対する比率pnに一致することを想定する。
ここでは、本発明を適用した場合にパケット損失補償制御のために増加する配信サーバとNWの負荷を、前述した3つの各方式を用いた場合と比較する。最初に、パケット損失補償制御が配信サーバ(マルチキャスト事前配信装置10)に与える負荷をφSで評価する。この際、提案方式とARQにおいては、再送パケットの転送に要する配信サーバの延べ時間の、MC事前配信に要する延べ時間に対する比率がφSとなる。また、Proactive FECとReactive FECにおいては、FEC冗長パケットと再送パケットの転送に要する配信サーバの延べ時間の、MC事前配信に要する延べ時間に対する比率がφSとなる。
図9は、パケット損失率に対するNW負荷の変化(NACK考慮)を示すグラフである。ここでは、各方式を用いたときのNACKパケットを考慮したΦLがqに対してプロットされている。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
Claims (9)
- マルチキャスト事前配信装置の事前配信部が、蓄積されている複数のコンテンツから選択した事前配信コンテンツを、予め定めた配信スケジュールに基づいて、通信網を介して複数のユーザ側装置へ、欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信する事前配信ステップと、
前記各ユーザ側装置の事前配信受信部が、前記通信網を介して前記マルチキャスト事前配信装置から配信された事前配信コンテンツを受信して保存する事前配信受信ステップと、
前記各ユーザ側装置の損失検査部が、保存しておいた前記事前配信コンテンツを再生する際、当該事前配信コンテンツの損失有無を検査する損失検査ステップと、
前記各ユーザ側装置の再送要求部が、前記損失検査部による前記事前配信コンテンツの損失検出に応じて、当該損失に対応する欠損データを指定した再送要求を前記マルチキャスト事前配信装置へ通知する再送要求ステップと、
前記マルチキャスト事前配信装置の欠損データ配信部が、前記ユーザ側装置のうちのいずれかのユーザ側装置からの前記再送要求に応じて、前記再送要求で指定された前記事前配信コンテンツから前記欠損データを取得し、前記通信網を介して再送要求元の前記ユーザ側装置へユニキャストで配信する欠損データ配信ステップと、
前記各ユーザ側装置の損失補償部が、前記再送要求に応じて前記マルチキャスト事前配信装置から配信された欠損データを受信し、この欠損データに基づいて、保存しておいた前記事前配信コンテンツの損失を補償する損失補償ステップと
を備えることを特徴とするマルチキャスト事前配信方法。 - 請求項1に記載のマルチキャスト事前配信方法において、
前記再送要求ステップは、前記損失検査ステップで検出された異なる複数の損失を1つの再送要求により前記マルチキャスト事前配信装置へ通知することを特徴とするマルチキャスト事前配信方法。 - 請求項1に記載のマルチキャスト事前配信方法において、
前記事前配信ステップは、前記事前配信コンテンツを配信する際、Proactive FECに基づく損失補償制御で配信し、この際、前記事前配信コンテンツの総パケット数をB、各FEC符号化ブロックを構成するオリジナルパケット数をk、FEC符号化ブロックの数をn、前記事前配信コンテンツを配信する前記ユーザ側装置の数をU、前記FEC符号化ブロックが前記損失補償制御により回復できない確率をEBLとした場合、次の式
- 請求項1に記載のマルチキャスト事前配信方法において、
前記事前配信ステップは、前記事前配信コンテンツを配信する際、Reactive FECに基づく損失補償制御で配信し、この際、前記事前配信コンテンツの総パケット数をB、各FEC符号化ブロックを構成するオリジナルパケット数をk、前記FEC符号化ブロックの数をn、前記事前配信コンテンツを配信する前記ユーザ側装置の数をU、初回配信時の損失パケット数の最大値がjである確率をQ(j)とした場合、次の式
- 蓄積されている複数のコンテンツから選択した事前配信コンテンツを、予め定めた配信スケジュールに基づいて、通信網を介して複数のユーザ側装置へ、欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信する事前配信部と、
前記ユーザ側装置のうちのいずれかのユーザ側装置からの前記再送要求に応じて、前記再送要求で指定された前記事前配信コンテンツから前記欠損データを取得し、前記通信網を介して再送要求元の前記ユーザ側装置へユニキャストで配信する欠損データ配信部と
を備えるマルチキャスト事前配信装置と、
前記通信網を介して前記マルチキャスト事前配信装置から配信された事前配信コンテンツを受信して保存する事前配信受信部と、
保存しておいた前記事前配信コンテンツを再生する際、当該事前配信コンテンツの損失有無を検査する損失検査部と、
前記損失検査部による前記事前配信コンテンツの損失検出に応じて、当該損失に対応する欠損データを指定した再送要求を前記マルチキャスト事前配信装置へ通知する再送要求部と、
前記再送要求に応じて前記マルチキャスト事前配信装置から配信された欠損データを受信し、この欠損データに基づいて、保存しておいた前記事前配信コンテンツの損失を補償する損失補償部と
を備える複数の前記ユーザ側装置と
を含むことを特徴とするマルチキャスト事前配信システム。 - 請求項5に記載のマルチキャスト事前配信システムにおいて、
前記再送要求部は、前記損失検査部で検出された異なる複数の損失を1つの再送要求により前記マルチキャスト事前配信装置へ通知することを特徴とするマルチキャスト事前配信システム。 - 請求項5に記載のマルチキャスト事前配信システムにおいて、
前記事前配信部は、前記事前配信コンテンツを配信する際、Proactive FECに基づく損失補償制御で配信し、この際、前記事前配信コンテンツの総パケット数をB、各FEC符号化ブロックを構成するオリジナルパケット数をk、FEC符号化ブロックの数をn、前記事前配信コンテンツを配信する前記ユーザ側装置の数をU、前記FEC符号化ブロックが前記損失補償制御により回復できない確率をEBLとした場合、次の式
- 請求項5に記載のマルチキャスト事前配信システムにおいて、
前記事前配信部は、前記事前配信コンテンツを配信する際、Reactive FECに基づく損失補償制御で配信し、この際、前記事前配信コンテンツの総パケット数をB、各FEC符号化ブロックを構成するオリジナルパケット数をk、前記FEC符号化ブロックの数をn、前記事前配信コンテンツを配信する前記ユーザ側装置の数をU、初回配信時の損失パケット数の最大値がjである確率をQ(j)とした場合、次の式
- 蓄積されている複数のコンテンツから選択した事前配信コンテンツを、予め定めた配信スケジュールに基づいて、通信網を介して複数のユーザ側装置へ、欠損データに対する損失補償制御を行うことなくマルチキャストで配信する事前配信部と、
前記ユーザ側装置のうちのいずれかのユーザ側装置からの前記再送要求に応じて、前記再送要求で指定された前記事前配信コンテンツから前記欠損データを取得し、前記通信網を介して再送要求元の前記ユーザ側装置へユニキャストで配信する欠損データ配信部と
を備えることを特徴とするマルチキャスト事前配信装置。
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