JP2014528183A - リアルタイム通信セッションを確立する通信システム - Google Patents

Abstract

モバイル・ユーザー間のリアルタイム・ビデオ・セッションの経験の品質（QoE）を改善するためのコンピュータ実装されるシステムおよび方法が記述される。たとえば、本発明のある実施形態に基づく方法は：インターネットを介してストリーミング・サーバーによって、サービス・プロバイダー・ネットワークの周縁上に一つまたは複数の中継サーバーを構成する段階と、第一のモバイル装置から、第二のモバイル装置とのリアルタイム通信セッションを確立するための要求を受信する段階と、その後、ストリーミング・サーバーが前記第一のモバイル装置および前記第二のモバイル装置に、前記第一および第二のモバイル装置の少なくとも一方の近くに位置する中継サーバー（単数または複数）を介して接続するためのネットワーキング情報を与える段階と；前記中継サーバーを通じてリアルタイム通信セッションを確立する段階とを含む。

Description

本発明は、概括的にはデータ・ネットワーキングの分野に関する。より詳細には本発明は改善されたデータ通信システムに関する。

インターネット・ユーザーは、今日、リアルタイム・メッセージング・アプリケーション（たとえばインスタント・メッセージングまたは「チャット」アプリケーション）およびリアルタイムの双方向ビデオ・アプリケーションを含む多様な異なるクライアント・アプリケーションを使って通信しうる。たとえば、ある種のクライアント・アプリケーション（たとえばQik社によって開発された「Qik」クライアント）はユーザーが3Gおよび4Gセルラー電話網を通じて双方向のライブ・ビデオ・チャットに参加することを許容する。

図１ａおよび１ｂは、二つのモバイル装置１０１〜１０２が双方向ビデオ・チャットに参加する例示的な構成を示している。図１ａは、双方向のビデオ接続を確立するために使われる制御／信号伝達データ・ルーティングを示し、図１ｂは、二つのモバイル装置１０１〜１０２の間で伝送されるメディア・データ（すなわち実際のビデオ・ストリーム）を示す。制御／信号は典型的には、伝送制御プロトコル（TCP）またはユーザー・データグラム・プロトコル（UDP）ネットワーク転送を使って搬送され、メディア・データは典型的にはUDPネットワーク転送を使って搬送される。

図のように、制御／信号およびメディア・データ両方が取る経路は、標準的な無線セルラー・ネットワーク（たとえば3Gまたは4Gネットワークなど）であってもよい電話サブネットワーク１０５を含む。電話サブネットワーク１０５はルータ１１０を介してサービス・サブネットワーク１１５に接続される。サービス・サブネットワークは、モバイル・データ・トラフィックをサポートし、データ・トラフィックを外部ファイアウォール１２０を介してインターネット１２５を通じてルーティングするために使われるデータ・ネットワークである。電話サブネットワーク１０５およびサービス・サブネットワーク１１５はTモバイル（商標）、AT&T（商標）またはベライゾン（商標）のような無線サービス・プロバイダーによって維持される。

現在、モバイル装置１０１〜１０２の間のリアルタイムのビデオ会話を可能にするには、モバイル装置のそれぞれがインターネット１２５を通じて共通の一組のストリーミング・サーバー１５０に接続される必要がある。各モバイル装置１０１〜１０２はストリーミング・サーバー１５０に対して独自のUDPデータグラム・ソケットを開き、するとストリーミング・サーバーはビデオ・コンテンツを含むデータグラムを適切なデータグラム・ソケットを通じてルーティングする。たとえば、ストリーミング・サーバー１５０はモバイル装置１０１から受信したビデオをモバイル装置１０２のデータグラム・ソケット接続を通じてルーティングし、逆にモバイル装置１０２から受信したビデオをモバイル装置１０１のデータグラム・ソケット接続を通じてルーティングする。

この構成の一つの欠点は、各モバイル装置１０１〜１０２がインターネット１２５を通じてストリーミング・サーバーに接続しなければならないため、かなりの遅延が導入されうるということである。その結果、モバイル装置１０１〜１０２の間でビデオをルーティングするより効率的な仕方が望ましいであろう。

本発明のよりよい理解を、次の図面との関連での以下の詳細な説明から得ることができる。

二つのモバイル装置間でリアルタイムのビデオ・セッションを確立するための現在の技法を示す図である。 二つのモバイル装置間でリアルタイムのビデオ・セッションを確立するための現在の技法を示す図である。 本発明のある実施形態に基づく、サービス・プロバイダーのネットワークの周縁部に中継サーバーを配置することによって遅延を改善する技法を示す図である。 本発明のある実施形態に基づく、サービス・プロバイダーのネットワークの周縁部に中継サーバーを配置することによって遅延を改善する技法を示す図である。 WiFi接続を介して接続されたモバイル装置とセルラー接続（たとえば3Gまたは4G接続）を介して接続されたモバイル装置との間でビデオ・コンテンツをルーティングするサービス・プロバイダーのネットワークの周縁部に位置される中継サービスを示す図である。 モバイル装置間で通信を確立するために複数の中継サーバーが使われる二つの異なる実施形態を示す図の一つである。 モバイル装置間で通信を確立するために複数の中継サーバーが使われる二つの異なる実施形態を示す図の一つである。

以下の記述では、説明のため、以下に記述される本発明の実施形態の十全な理解を与えるために数多くの個別的詳細が述べられる。しかしながら、本発明の実施形態はこれらの個別的詳細のいくつかがなくても実施されうることは当業者には明白であろう。たとえば、本発明の実施形態はリアルタイム・ビデオ・アプリケーションのコンテキストで下記に記載されるが、本発明の根底にある原理はいかなる特定の型のメディア通信にも限定されない。さらに、下記の議論は特定のサービス・プロバイダー・ネットワークに焦点を当てるが、本発明の根底にある原理は電波ネットワークの任意の形での実装に適用可能である。最後に、場合によっては、よく知られた構造および装置は、本発明の実施形態の根底にある原理を埋没させるのを避けるために、ブロック図の形で示されている。

本発明のある実施形態は、サービス・プロバイダー・ネットワークの周縁部（perimeter）において一組のネットワーク内リレーを配備することによって、リアルタイム・ビデオ・セッションを実施するときのエンドユーザーのための経験の品質を改善する。具体的には、図２ａ〜２ｂに示されるように、この実施形態では、中継サービスが、サービス・サブネットワーク１１５をインターネット１２５に接続するファイアウォール１２０の内部で、サービス・サブネットワーク１１５を通じて通信するよう構成されている。

図２ａは、リレー接続を確立するために使われる制御／信号データ・ルーティングを示している。モバイル装置１０１〜１０２にインストールされたクライアント・アプリケーションはこれらのネットワーク中継サーバー（単数または複数）１５１を、この制御／信号伝達フェーズの間に発見する。ある実施形態では、各ネットワーク内中継サーバー（単数または複数）は、外向き（outbound）接続を使ってストリーミング・サーバー１５０に登録される。ある実施形態では、ビデオ・セッションを開始するモバイル装置１０１が最初にストリーミング・サーバー１５０に接続し、するとストリーミング・サーバー１５０が中継サービスに接続するために必要とされるネットワーク情報（たとえばIPアドレスおよびポート）をクライアント１０１〜１０２の両方に提供する。

ある実施形態では、ネットワーク上でモバイル装置１０１、１０２の一方または両方に相対的に「近い」中継サーバー１５１が、ストリーミング・サーバー１５０によって選択される。中継サーバー１５１のモバイル装置１０１、１０２への近接性は、ストリーミング・サーバー１５０に与えられるネットワーク情報（たとえばモバイル装置および／または中継サーバー１５１のTCP/IPアドレス）に基づいて決定されうることを注意しておく。各中継サーバーの位置はストリーミング・サーバー１５０に登録されてもよく、ストリーミング・サーバー１５０はこの情報を使って、各要求にサービスするために最善の中継サーバーを決定してもよい。中継サーバー１５１のそれぞれでの現在の負荷といった他の情報も上記決定において要因として考慮されてもよい。

ひとたび二つのモバイル装置１０１〜１０２がネットワーク情報をもったら、両モバイル装置は中継サーバー（単数または複数）１５１に接続する。中継サーバー１５１がそれらの装置間のリアルタイムのビデオ・セッションを確立する。このことは図２ｂに示されている。ある実施形態では、モバイル装置１０１〜１０２と中継サーバー１５１との間のメディア接続はUDPデータグラム・ソケットを有する。中継サーバー（単数または複数）１５１は、第一のUDPデータグラム・ソケットを通じてモバイル装置１０１から諸データグラムの形でパケット化されているビデオ・コンテンツを受信し、それらのデータグラムを第二のUDPデータグラム・ソケットを通じてモバイル装置１０２にルーティングする。次いでモバイル装置１０２はUDPデータグラムからビデオ・コンテンツを抽出および復号する。逆に、中継サーバー１５１は第二のUDPデータグラム・ソケットを通じてモバイル装置１０２からデータグラムとしてパケット化されているビデオを受信し、それらのデータグラムを第一のUDPデータグラム・ソケットを通じてモバイル装置１０１にルーティングし、次いでモバイル装置１０１がUDPデータグラムからビデオ・コンテンツを抽出および復号する。

ある実施形態では、ルータ１１０は、ネットワーク・パケットを、各パケット・ヘッダに格納されている宛先アドレスによって同定される適切な宛先にルーティングするためのよく知られた装置である。たとえば、モバイル装置１０１、１０２は、ストリーミング・サーバー１５０に接続要求を送るとき、ストリーミング・サーバー１５０のTCP/IPアドレスを使ってもよい。すると、ルータ１１０は要求を適切な宛先にルーティングする。

図２ａ〜２ｂに示される本発明の実施形態を図１ａ〜１ｂに示される実装と比べると、恩恵は明らかである。メディア・ストリームが外部ファイアウォール１２０およびインターネット１２５を通過する必要がないので、遅延が著しく軽減され、それによりエンドユーザーにとってのQoEが改善される。限定ではなく例として、現在の試験は、252msから110msへの遅延短縮を示している。

上記の実施形態はUDPデータグラムを使っているが、本発明の根底にある原理はいかなる特定のネットワーク通信プロトコルにも限定されないことは注意しておくべきである。

図３は、WiFi接続を介して接続されたモバイル装置１０２とセルラー接続（たとえば3Gまたは4G接続）を介して接続されたモバイル装置１０１との間で双方向ビデオ・セッションを確立するために中継サーバー（単数または複数）１５１がどのように使用されうるかを示している。ある実施形態では、両装置の一方が最初にストリーミング・サーバー１５０に接触してビデオ・セッションを確立する。次いで、ストリーミング・サーバー１５０が呼び出された当事者に通知し、両モバイル装置１０１〜１０２が中継サービス１５１に接続するために必要とされるネットワーキング情報を提供してもよい。次いで、中継サービス１５１が上記のようにリアルタイム・ビデオ・セッションを管理する（たとえば、各装置１０１〜１０２とUDPデータグラム・ソケットを確立する）。WiFiを介して接続されたモバイル装置１０２と通信するには、中継サーバー１５１は外部ファイアウォール１２０を通じてUDP孔１６０を開く。ファイアウォールを通るUDP孔を確立するための技法はよく知られており、よって本稿では詳述しない。

図３に示される個別的な実装では、モバイル装置１０２はWiFiリンクを介して企業WLAN １２７を通じて接続される。企業WLAN １２７は企業NAT／ファイアウォールを介してインターネット１２５に接続されている。これは一般的な構成を表しうるが、そのような構成は、本発明の根底にある原理に準拠するために必須ではない。

ある実施形態では、複数の中継サーバーがサービス・プロバイダーのネットワークの周縁部を通じて便利な諸位置に設置されてもよい。さらに、異なるサービス・プロバイダーのサービス・サブネットワークを横断しての通信をサポートするために複数の中継サーバーが使用されてもよい。

図４ａは、モバイル装置１０１と１０２の間でUDPデータグラムをルーティングするために中継サーバー１５１と中継サーバー１５２が互いと通信する一つの実施形態を示している。上記の諸実施形態と同様に、接続を開始するモバイル装置１０１はまずストリーミング・サーバー１５０に接触してもよい。応答して、ストリーミング・サーバー１５０は、モバイル装置１０１に、中継サーバー１５１と接続するのに必要とされるネットワーキング情報を提供し、モバイル装置１０２に、中継サーバー１５２と接続するのに必要とされるネットワーキング情報を提供する。接続すると、中継サーバー１５１〜１５２はビデオ・データを含むUDPデータグラム・トラフィックをルーティングするために、互いの間でUDPデータグラム・ソケットを確立する。

図４ｂは、第一の中継サーバー１５１がモバイル装置１０１からのビデオ・データを含むUDPデータグラム・トラフィックを受信してそれをモバイル装置１０２にルーティングし、第二の中継サーバー１５２がモバイル装置１０２からのビデオ・データを含むUDPデータグラム・トラフィックを受信してそれをモバイル装置１０１にルーティングする代替的な実装を示している。上記の諸実施形態と同様に、二つの中継サーバー１５１〜１５２と接続するために必要とされるネットワーキング情報を取得するために、ストリーミング・サーバー１５０への最初の接続が必要とされてもよい。

中継サーバー１５１〜１５２は、上記の議論ではサービス・サブネットワーク内に構成されているが、他の実施形態では、いくつかの中継サーバーは電話サブネットワーク１０５６〜１０６内に構成されていてもよい。そのような場合、両モバイル装置が同じサブネットワークに接続されるならば、そのサブネットワーク上の中継サーバーがそれらの装置を接続するために使用されてもよい。しかしながら、両モバイル装置が異なる電話サブネットワーク上にあるならば、サービス・サブネットワーク１１５上の中継サーバーが選択されてもよい。

以上の明細書では、本発明について、その特定的な例示的実施形態を参照して記述してきた。付属の請求項に記載される本発明の広義の精神および範囲から外れることなく、それにさまざまな修正がなしうることは明白であろう。よって、明細書および図面は、制約する意味ではなく例示的な意味に見なされるべきである。

本発明の諸実施形態は、上記のようにさまざまなステップを含みうる。それらのステップは、汎用または特殊目的のプロセッサにある種のステップを実行させる機械実行可能命令において具現されてもよい。あるいはまた、これらのステップは、該ステップを実行するための固定構成の論理を含む個別的なハードウェア・コンポーネントによって、あるいはプログラムされたコンピュータ・コンポーネントおよびカスタム・ハードウェア・コンポーネントの任意の組み合わせによって実行されてもよい。本発明の要素は、機械実行可能なプログラム・コードを記憶する機械可読媒体として提供されてもよい。機械可読媒体は、これに限られないが、フロッピー(登録商標)ディスケット、光ディスク、CD-ROMおよび光磁気ディスク、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁気もしくは光学式カードまたは電子的なプログラム・コードを記憶するのに好適な他の型の媒体／機械可読媒体を含みうる。

以上の記述を通じて、説明のため、本発明の十全な理解を与えるために数多くの個別的詳細が述べられた。しかしながら、本発明はこれらの個別的詳細のいくつかがなくても実施されうることは当業者には明白であろう。たとえば、本稿に記載される機能モジュールおよび方法がソフトウェア、ハードウェアまたはその任意の組み合わせとして実装されうることはすぐわかるであろう。さらに、本発明のいくつかの実施形態は本稿ではクライアントP2Pアプリケーションのコンテキストの範囲内で記述されているが、本発明の根底にある原理はサーバー・アプリケーションまたは他の任意の形のクライアント・アプリケーションの形で実装されてもよい。よって、本発明の範囲および精神は、付属の請求項により判断されるべきである。

Claims (10)

1. コンピュータ実装される方法であって：
   サービス・プロバイダー・ネットワークの周縁内に一つまたは複数のサーバーを構成する段階と；
   第一のモバイル装置から、第二のモバイル装置とのリアルタイム通信セッションを確立するための要求を受信する段階と；
   前記第一のモバイル装置および前記第二のモバイル装置に、前記サーバーに接続するためのネットワーキング情報を与える段階と；
   前記サーバーを通じてリアルタイム通信セッションを確立する段階とを含む、
   方法。
2. サービス・プロバイダー・ネットワークの前記周縁が前記サービス・プロバイダーのサービス・サブネットワークを含む、請求項１記載の方法。
3. 受信する段階がさらに：
   前記サービス・プロバイダー・ネットワークの外部に位置するサーバーにおいて前記要求を受信し、
   前記一つまたは複数のサーバーを前記サービス・プロバイダー・ネットワークの外部に位置されているサーバーに登録することを含む、
   請求項１記載の方法。
4. 前記リアルタイム通信セッションがリアルタイムの双方向のビデオ通信セッションを含む、請求項１記載の方法。
5. 前記ネットワーキング情報が前記一つまたは複数のサーバーのIPアドレスを含む、請求項１記載の方法。
6. 前記サービス・プロバイダーがセルラー・サービス・プロバイダーを含む、請求項１記載の方法。
7. 請求項１記載の方法であって、前記リアルタイム通信セッションを確立するために二つ以上のサーバーが使われ、前記サーバーのうち第一のものが（ａ）前記モバイル装置のうちの第一のものと直接通信し、前記サーバーのうち第二のものが前記モバイル装置のうちの第二のものと直接通信し、前記第一および第二のサーバーが互いの間でソケット接続を確立する、あるいは（ｂ）前記モバイル装置のうちの第一のものから入力ストリームを受信し、前記入力ストリームを前記モバイル装置のうちの第二のものにルーティングし、前記サーバーのうちの第二のものが前記モバイル装置のうちの前記第二のものから入力ストリームを受信し、前記入力ストリームを前記モバイル装置のうちの前記第一のものにルーティングする、方法。
8. 前記サーバーが中継サーバーである、請求項１記載の方法。
9. 前記サーバーが前記第一および第二のモバイル装置が接続されている電話ネットワーク上に構成される、請求項１記載の方法。
10. 機械によって実行されたときに該機械に請求項１ないし９のうちいずれか一項記載の方法の動作を実行させるプログラム・コードが記憶されている機械可読媒体。

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