JP2015176350A - キャシュの管理装置及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的にコンテンツをキュッシュする通信装置を決定して管理する管理装置を提供する。
【解決手段】管理装置は、複数の通信装置のそれぞれについて、コンテンツをキャッシュするための空き容量及び制御部の負荷を示す装置情報と、キャッシュ対象のコンテンツのそれぞれについて、アクセス回数及びサイズを示すコンテンツ情報を保持する保持手段と、装置情報及びコンテンツ情報に基づきキャシュ対象のコンテンツそれぞれについて、キャッシュを行う通信装置を決定する決定手段と、を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、コンテンツ配信システムにおけるキャッシュ技術に関する。

コンテンツを公開するに当たりキャッシュ技術が利用されている。特許文献１は、パケットのルーティングを行うルータとは別に、コンテンツのキャッシュを行うキャッシュ装置をネットワーク内に分散配置し、キャッシュ装置の負荷に基づき、あるコンテンツをキャッシュするキャッシュ装置を追加する構成を開示している。

特開２０１２−１５１６５２号公報

特許文献１の構成ではコンテンツのキャッシュのみを行う複数のキャッシュ装置をネットワーク内に分散配置する必要がある。ここで、コンテンツを配信するルータやスイッチといった通信装置もある程度の記憶部を有するため、これら通信装置にコンテンツをキャッシュすることで、コンテンツをネットワーク内において分散してキャッシュすると共に通信局舎への通信装置の設置スペースを削減することができる。

しかしながら、キャッシュを専門に行う装置と比較して、コンテンツの配信に関わる通信装置の記憶容量は少ない。また、キュッシュを処理することによる処理負荷が、通信装置における転送処理に影響を与えない様にする必要がある。また、通信ネットワークは一般的に階層構造を持ち、通常、ユーザ装置に近い側をエッジ領域、エッジ領域の通信装置間における転送処理を行う側をコア領域と呼ぶ。ここで、コンテンツをエッジ領域の通信装置にキャッシュすると、コア領域の通信装置にキャッシュするよりも、コンテンツの配信により消費する通信ネットワークの資源を少なくすることができる。しかしながら、エッジ領域の通信装置は、コア領域の通信装置と比較し、その配備台数は多いものの、処理能力や記憶容量は少ない。つまり、コンテンツを配信する通信装置にコンテンツをキャッシュさせる場合、通信装置の記憶容量、処理負荷を考慮し、かつ、コンテンツ配信で所費される通信ネットワークの資源を減少させる様に、コンテンツをキャッシュする通信装置を決定する必要がある。

本発明は上記点に鑑み、効率的にコンテンツをキュッシュする通信装置を決定して管理する管理装置と、当該管理装置が管理する通信装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、管理装置は、複数の通信装置のそれぞれについて、コンテンツをキャッシュするための空き容量及び制御部の負荷を示す装置情報と、キャッシュ対象のコンテンツのそれぞれについて、アクセス回数及びサイズを示すコンテンツ情報を保持する保持手段と、前記装置情報及び前記コンテンツ情報に基づき前記キャシュ対象のコンテンツそれぞれについて、キャッシュを行う通信装置を決定する決定手段と、を備えていることを特徴とする。

効率的にコンテンツをキュッシュする通信装置を決定することができる。

一実施形態によるシステム構成図。 一実施形態によるシステム内で送受される信号を示す図。 一実施形態による装置管理テーブルを示す図。 一実施形態によるコンテンツ管理テーブルを示す図。 一実施形態によるコンテンツ追加時のフローチャート。 一実施形態によるキャッシュ配置決定処理のフローチャート。 一実施形態による負荷が閾値を超えたときに行う処理のフローチャート。 一実施形態による順位変動時のフローチャート。 一実施形態による管理装置及びルータの構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

図１は、一実施形態におけるシステム構成図である。ネットワーク４は、コンテンツ配信ネットワークであり、複数のルータ３１〜３６と、キャッシュサーバ２を有する。なお、以下ではコンテンツの転送を行う通信装置がルータであるものとするが、スイッチ装置等、他の名称で呼ばれる通信装置であっても良い。また、キャッシュサーバ２は、本実施形態において、公開するコンテンツを最初に保存するエントリポイントであり、ルータ３１〜３６と比較してコンテンツのキャッシュに使用できる記憶容量が大きい装置である。管理装置１は、ルータ３１〜３６及びキャッシュサーバ２と通信可能な様に構成されており、キャッシュ対象の各コンテンツについて、キャッシュするルータ又はキャッシュサーバ２を決定し、決定したルータ又はキャッシュサーバ２に決定したコンテンツがキャッシュされる様に、各ルータ又はキャッシュサーバ２に通知を行う。なお、図１において、ルータ３１〜３３は、ユーザ装置を収容するエッジ領域の装置であり、ルータ３４〜３６は、エッジ領域のルータ間でのデータの転送を行うコア領域の装置である。

図２は、本実施形態において管理装置１、キャッシュサーバ２及びルータ３との間で送受される信号を示す図である。なお、ルータ３は、図１のルータ３１〜３６の総称である。また、図２には示していないが、ルータ３１〜３６の間でもコンテンツ移動が行われる。新規コンテンツは、まず、キャッシュサーバ２にキャッシュされる。キャッシュサーバ２は、新規コンテンツがキャッシュされると、そのコンテンツを特定する情報と、そのサイズを新規コンテンツ通知メッセージにより管理装置１に通知する。また、キャッシュサーバ２及びルータ３は、ＣＰＵ負荷通知メッセージにより、自装置のＣＰＵ負荷を管理装置１に通知し、アクセス回数通知メッセージにより、自装置がキャッシュしているコンテンツへのユーザ装置からのアクセス回数、つまり、ダウンロード回数を管理装置１に通知する。なお、キャッシュサーバ２及びルータ３のＣＰＵ負荷や、キャッシュされているコンテンツへのアクセス回等については、管理装置１がキャッシュサーバ２及びルータ３に問い合わせる形態であっても良い。

管理装置１は、キャッシュサーバ２から新規コンテンツの通知を受けたときや、ＣＰＵ負荷が閾値を超えたときにコンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置となる様にキャッシュサーバ２及び／又はルータ３にコンテンツ移動指示メッセージを送信する。また、管理装置１は、キャッシュサーバ２及びルータ３から受信するコンテンツへのアクセス回数に基づきコンテンツの順位を決定し、決定した順位が変動すると、コンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置となる様にキャッシュサーバ２及び／又はルータ３にコンテンツ移動指示メッセージを送信する。キャッシュサーバ２及びルータ３は、コンテンツ移動指示メッセージを受信すると、管理装置１が決定したコンテンツ配置となる様にキャッシュさせるコンテンツを、キャッシュサーバ２と各ルータ３との間で送受信して移動させる。

図３は、管理装置１が保持する装置管理テーブルの例である。装置管理テーブルは、ルータ３１〜３６及びキャッシュサーバ２のそれぞれについて、優先度と、上位装置と、ＣＰＵ負荷と、負荷閾値と、現時点においてキャッシュされているコンテンツと、キャッシュに使用できる全記憶容量、使用量及び空き容量を示す情報である。ここで、優先度とは、コンテンツをキャッシュする装置を決定するに当たり最初に考慮する装置を示し、図３においては値"１"が最初に考慮される。ある装置の上位装置とは、当該ある装置にコンテンツをキャッシュできない場合、次に、そのコンテンツをキャッシュできるかを判定する通信装置である。ある装置のＣＰＵ負荷とは、当該ある装置の制御部の負荷であり、負荷閾値とはＣＰＵ負荷と比較するための閾値である。なお、本実施形態において、各装置についての優先度と、上位装置と、負荷閾値と、全容量は、装置がネットワーク４に配置されたときに、保守者が管理装置１に入力する情報である。また、ＣＰＵ負荷は、ＣＰＵ負荷通知メッセージにより管理装置１が各装置から繰り返し取得する情報である。さらに、キュッシュコンテンツが示す、各装置にキャッシュされるコンテンツは、管理装置１が決定して各装置に通知するものである。また、使用量及び空容量は、管理装置１が決定した各装置にキャッシュするコンテンツに基づき管理装置１が計算して求めるものである。図３の例において、ルータ３１から３３はコンテンツａをキャッシュし、ルータ３４及び３５はコンテンツｂ及びｃをキャッシュし、ルータ３６はコンテンツｄ、ｅ及びｆをキャッシュし、キャッシュサーバ２はコンテンツをキャッシュしていない。

図４は、管理装置１が保持するコンテンツ管理テーブルの例である。コンテンツ管理テーブルは、各コンテンツのそれぞれについて、所定時間当たりのアクセス回数と、そのサイズと、順位についての情報を示している。なお、管理装置１はコンテンツが最初にキャッシュサーバ２にキャッシュされた際に、キャッシュサーバ２から新規コンテンツ通知メッセージによりコンテンツのサイズを取得する。一方、所定時間当たりのアクセス回数は、管理装置１が各装置からアクセス回数通知メッセージで受信するアクセス回数をコンテンツ毎に合算した値である。本実施形態において、管理装置１は、所定時間当たりのアクセス回数と、サイズの値の積を計算し、その値の大きいもの程、順位を高くする。

図５は、コンテンツがキャッシュサーバ２に追加された際に管理装置１が実行する追加処理のフローチャートである。ここでは、図３及び図４に示す状態において、新たなコンテンツｇがキャッシュサーバ２に追加されたものとする。Ｓ１０において、新たなコンテンツｇの追加と、そのサイズをキャッシュサーバ２から通知されると、管理装置はＳ１１において図６に示すキャッシュ配置決定処理を行う。まず、図６のＳ２０において、管理装置１は、装置管理テーブルを参照して優先度が"１"である装置の内、未処理の装置を１つ選択する。ここでは、ルータ３１を選択したものとする。管理装置１は、Ｓ２１で選択したルータ３１にコンテンツｇをキャッシュ可能であるかを判定する。なお、管理装置１は、ルータ３１のＣＰＵ負荷が、ルータ３１の負荷閾値未満であり、かつ、空き容量がコンテンツｇのサイズより大きいと、コンテンツｇをルータ３１にキュッシュ可能であると判定する。例えば、図３によると、ルータ３１のＣＰＵ負荷は負荷閾値未満であり、空き容量は２０である。よって、コンテンツｇのサイズが"１０"であると、ルータ３１にコンテンツｇをキャッシュ可能であると管理装置１は判定する。一方、コンテンツｇのサイズが"３０"であると、ルータ３１にコンテンツｇをキャッシュできないと管理装置１は判定する。

コンテンツｇをルータ３１にキャッシュできない場合、管理装置１はＳ２２において、装置管理テーブルを参照して選択しているルータ３１の上位装置を選択する。図３に示す装置管理テーブルによると、ルータ３１の上位装置はルータ３４である。上位装置の選択後、管理装置１は、選択したルータ３４にコンテンツｇをキャッシュ可能であるかをＣＰＵ負荷や装置の空き容量を勘案して、Ｓ２３で判定する。選択したルータ３４にコンテンツｇをキャッシュできない場合、管理装置１は、Ｓ２２に戻り、装置管理テーブルを参照して選択しているルータ３４の上位装置を選択する。図２に示す装置管理テーブルによると、ルータ３４の上位装置はルータ３６である。したがって、この場合、管理装置１は、Ｓ２３で選択したルータ３６にコンテンツｇをキャッシュ可能であるかを判定する。以後、コンテンツｇをキャッシュできる装置が見つかるまで管理装置１はＳ２２及びＳ２３を繰り返す。なお、最上位装置は、最初にコンテンツｇをキャッシュするキャッシュサーバ２であるため、コンテンツをキャッシュ可能な装置が見つからず、Ｓ２２及びＳ２３が無限に繰り返されることはない。

Ｓ２１又はＳ２３において、選択した装置にコンテンツｇをキャッシュ可能であると、管理装置１はＳ２４において、選択した装置にはコンテンツｇをキュッシュするものと決定する。その後、管理装置１は、Ｓ２５において、優先度が"１"の総ての装置に対して図５の処理を行ったかを判定し、行っていれば処理を終了する。一方、行っていなければ、管理装置１は、Ｓ２０に戻り優先度が"１"の装置の内、未処理である装置を１つ選択する。そして、優先度が"１"の装置の総てについて処理を行うまで、管理装置１は図６の処理を繰り返す。その後、管理装置１は、キャッシュサーバ２に対して、コンテンツｇを、Ｓ２４で決定した装置に移動させる様に、コンテンツ移動指示メッセージを送信する。

例えば、図３に示す状態において、ルータ３３以外の各装置にはコンテンツｇをキャッシュできるものとする。この場合、図５及び図６に示す処理により、コンテンツｇは、ルータ３１、３２及び３５にキャッシュされることになる。また、図３に示す状態において、ルータ３３及び３５以外の各装置にはコンテンツｇをキャッシュできるものとする。この場合、図５及び図６に示す処理により、コンテンツｇは、ルータ３１、３２及び３６にキャッシュされることになる。さらに、図３に示す状態において、ルータ３３、３５及び３６以外の各装置にはコンテンツｇをキャッシュできるものとする。この場合、図５及び図６に示す処理により、コンテンツｇは、ルータ３１、３２及びキャッシュサーバ２にキャッシュされることになる。さらに、図３に示す状態において、ルータ３２及び３３以外の各装置にはコンテンツｇをキャッシュできるものとする。この場合、図５及び図６に示す処理により、コンテンツｇは、ルータ３１及び３５にキャッシュされることになる。

図７は、ＣＰＵ負荷が負荷閾値を超えた装置が生じた場合におけるコンテンツ再配置処理のフローチャートである。まず、管理装置１は、Ｓ３０で、ＣＰＵ負荷が装置閾値を超えた装置からコンテンツを１つ選択する。なお、コンテンツの選択方法は任意である。続いて、管理装置１は、Ｓ３１で、ＣＰＵ負荷が装置閾値を超えた装置の上位装置を選択し、Ｓ３２で、Ｓ３０で選択したコンテンツをＳ３２で選択した上位装置にキャッシュできるかをＣＰＵ負荷や装置の空き容量を勘案して判定する。キャッシュできなければ、管理装置１は、Ｓ３１及びＳ３２を繰り返して、キャッシュできる装置が見つかるまで順にさらに上位装置について判定する。一方、Ｓ３２でキャッシュできる装置が見つかると、管理装置１は、Ｓ３３で当該装置にＳ３０で選択したコンテンツをキャッシュすると決定する。その後、管理装置１は、Ｓ３０で選択したコンテンツをＳ３３で決定した装置に移動させる様に、コンテンツ移動指示メッセージを送信する。

なお、例えば、複数の装置においてＣＰＵ負荷が負荷閾値を超えると、上位装置側から順にコンテンツ再配置処理を行う。この場合、Ｓ３２における上位装置にコンテンツをキャッシュ可能か否かの判定は、当該上位装置に当該コンテンツをキャッシュする空き容量が存在するか否かのみとなる。したがって、この場合において上位装置にコンテンツをキャッシュするための空き容量がＳ３２で存在しない場合、管理装置１は、Ｓ３０で選択したコンテンツより順位の低いコンテンツを当該上位装置から削除してＳ３０で選択したコンテンツを当該上位装置にキャッシュすると判定することができる。この場合、管理装置１は、Ｓ３２で削除すると決定したコンテンツについては、さらに上位装置に移動させる。なお、Ｓ３２で削除すると決定したコンテンツのための空き容量が上位装置に存在しない場合には、同様に、Ｓ３２で削除すると決定したコンテンツより順位が低いコンテンツを上位装置から削除して、Ｓ３２で削除すると決定したコンテンツを当該上位装置にキャッシュすると決定することができる。或いは、Ｓ３２で削除すると決定したコンテンツのための空き容量が上位装置に存在しない場合には、Ｓ３２で削除すると決定したコンテンツをキャッシュサーバ２にキャッシュすると決定することができる。

図８は、図４に示すコンテンツ管理テーブルにおいて順位が変動した場合におけるコンテンツ再配置処理のフローチャートである。まず、管理装置１は、Ｓ４０で順位を示すカウンタｉを１に初期化し、Ｓ４１において、優先度ｉのコンテンツに対して図５に示すキャッシュ配置決定処理を行う。これにより、選択した優先度ｉのコンテンツをキャッシュする装置が決定される。なお、このときのキャッシュ可能か否かの判定は、各装置には、コンテンツがキャッシュされていないものとして空き容量のみで行う。その後、管理装置は、カウンタｉを１だけ増加させ、カウンタｉがｉｍａｘを超えているかをＳ３３で判定する。ここで、ｉｍａｘは、コンテンツ管理テーブルにおいて最下位の優先度の番号である。カウンタｉがｉｍａｘを超えていると、総てのコンテンツを処理しているので管理装置１は処理を終了し、超えていなければ、管理装置１はＳ４１から処理を繰り返す。なお、２回目以降の処理においては、その前までに配置を決定したコンテンツの容量を空き容量の計算に考慮する。図８に示す処理の終了後、管理装置１は、コンテンツが図８の処理で決定した各装置にキャッシュされる様に、コンテンツ移動指示メッセージをキャッシュサーバ２及び／又はルータ３に対して送信する。なお、本実施形態では、コンテンツ管理テーブルにおいて順位が変動した場合に図８の処理を行うとした。しかしながら、管理装置１は、所定の期間毎、例えば、１日毎に順位の変動を判定し、順位の変動があると図８の処理を開始しても良い。さらには、保守者からの指示入力により図８の処理を開始しても良い。

なお、図８の処理は、現在のキャッシュ配置とは無関係に新たにキャッシュの配置を決定するものであった。しかしながら、現在の配置を考慮しつつコンテンツの再配置を行うこともできる。この場合、Ｓ４１においては、順位ｉのコンテンツについては、現在の空き容量及びＣＰＵ負荷を考慮してキャッシュ可能であるか否かを判定する。そして、Ｓ４２の処理を行う前にＳ４１で決定した順位ｉのコンテンツを実際に移動させる。その後、Ｓ４２に移動して次の優先順位のコンテンツを処理対象とし、キャッシュするコンテンツを決定する。

例えば、優先度"１"の装置を、最も加入者に近い側とし、ネットワークトポロジに基づき、各装置の上位装置を１つコア側に近い装置に決定する。図８の処理により、サイズ又はアクセス回数の大きいコンテンツは、エッジ側の装置に優先的にキャッシュされる。アクセス回数の大きいコンテンツや、サイズの大きいコンテンツをエッジ側の装置に配置することでコンテンツ配信により消費されるネットワーク資源を小さくすることができる。また、図７の処理により各装置のＣＰＵ負荷は装置閾値未満に抑えることができる。したがって、キャッシュ処理により転送処理が影響を受けることを防ぐことができる。

図９（Ａ）は、一実施形態による管理装置１の構成図である。テーブル管理部１１は、装置管理テーブル及びコンテンツ管理テーブルを保持し、その変更等を管理する。配置決定部１２は、図５から図８に示す処理を実行する。通信部１３はキャッシュサーバ２やルータ３との通信処理を行う。図９（Ｂ）は、一実施形態によるルータ３の構成図である。保持部３１は、コンテンツをキャッシュする。制御部３２は、キャッシュされたコンテンツにアクセスがあったときのコンテンツの配信処理や、他の装置間で送受されるデータの転送処理を行う。また、アクセス回数及び自身の負荷を管理装置１に通知する。さらに、管理装置１からコンテンツ移動指示メッセージを受け取ると、コンテンツ移動指示メッセージに従いキャッシュされたコンテンツを他の装置に移動又は送信する。通信部１３はキャッシュサーバ２や管理装置１との通信処理を行う。

なお、管理装置１は図３や図４に示すような装置管理テーブル及びコンテンツ管理テーブルを地域毎に複数持つこともできる。この場合、地域毎のネットワークにおいて、地域毎に順位が上位にあるコンテンツをエッジ側の装置に優先的にキャッシュさせることで、コンテンツ配信により消費されるネットワーク資源の縮小化を地域に特化させることができる。

なお、本発明による管理装置又はルータは、コンピュータを上記管理装置やルータとして動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

Claims (12)

1. 複数の通信装置のそれぞれについて、コンテンツをキャッシュするための空き容量及び制御部の負荷を示す装置情報と、キャッシュ対象のコンテンツのそれぞれについて、アクセス回数及びサイズを示すコンテンツ情報を保持する保持手段と、
   前記装置情報及び前記コンテンツ情報に基づき前記キャシュ対象のコンテンツそれぞれについて、キャッシュを行う通信装置を決定する決定手段と、
   を備えていることを特徴とする管理装置。
2. 前記決定手段が決定した通信装置に決定したコンテンツがキャッシュされる様に各通信装置に通知を行う通知手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
3. 前記装置情報は、通信装置の上位の通信装置を示す情報を含み、
   前記決定手段は、最下位の通信装置から上位の通信装置の順にコンテンツをキャッシュできるかを判定し、最初にキャッシュできると判定した通信装置に当該コンテンツをキャッシュすると決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の管理装置。
4. 前記決定手段は、前記空き容量がコンテンツのサイズ以上であり、かつ、制御部の負荷が閾値未満の通信装置を、当該コンテンツをキャッシュできる通信装置と判定することを特徴とする請求項３に記載の管理装置。
5. 前記決定手段は、通信装置の制御部の負荷が当該通信装置の閾値を超えると、当該通信装置がキャッシュするコンテンツの１つを選択し、選択したコンテンツをキャッシュできる当該通信装置の上位の装置のうち、一番下位側にある通信装置に選択したコンテンツを移動させると決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の管理装置。
6. 前記決定手段は、前記キャシュ対象のコンテンツに優先順位を付与し、優先順位が高いコンテンツから順にキャッシュする通信装置を決定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の管理装置。
7. コンテンツの前記優先順位は、当該コンテンツに対するアクセス回数が大きい程、高く、かつ、当該コンテンツのサイズが大きい程、高いことを特徴とする請求項６に記載の管理装置。
8. 前記決定手段は、前記優先順位が変動すると、前記装置情報及び前記コンテンツ情報に基づき前記キャシュ対象のコンテンツそれぞれについて、キャッシュを行う通信装置を決定することを特徴とする請求項６又は７に記載の管理装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の管理装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
10. コンテンツ配信ネットワークにおいてコンテンツを転送する通信装置であって、
    コンテンツをキャッシュする保持手段と、
    キャッシュしているコンテンツのアクセス回数及び制御部の負荷を管理装置に通知する通知手段と、
    を備えていることを特徴とする通信装置。
11. 前記管理装置からキャッシュしているコンテンツを別の通信装置に移動させる通知を受信したことに応答して、当該コンテンツを前記別の通信装置に移動させる移動手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の通信装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

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