JP2018088598A - 配信制御装置、配信制御方法及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】通信制御の影響を考慮したスループットの予測と該予測に基づいた通信の制御を可能にすること。【解決手段】配信制御装置は、動画データの配信ごとに、配信先の通信環境を示す通信環境情報、当該配信における通信制御に関連する通信制御関連情報、及び当該配信の実測グッドプットを関連付けて記憶する記憶部と、動画データの第1の配信の配信先に係る第1の通信環境情報と共通部分を有する通信環境情報に関連付けられて記憶部に記憶されている実測グッドプットに基づいて、スループットの予測値を算出する第1の算出部と、スループットの予測値及び通信制御関連情報と、グッドプットとの関係を示す関数に、第1の算出部によって算出された予測値と、第1の配信に係る通信制御関連情報とを当てはめて、グッドプットの予測値を算出する第2の算出部と、第1の配信に関して、グッドプットの予測値に応じた制御条件を選択する選択部と、を有する。【選択図】図3

Description

本発明は、配信制御装置、配信制御方法及びプログラムに関する。
サービス事業者は、提供サービスの体感品質を高めるために、通信品質を予測して、適切な制御を行うことが重要である。例えば、動画配信サービスでは、転送速度が低い環境において高画質の動画データを送受信(ダウンロード)するとデータ未達により途中で再生が中断される事象が生じるため、かえって低画質の動画データをダウンロードする方が、体感品質は高まる状況がある。
通信品質を予測して制御する方法の一つとして、過去の通信品質をDBに蓄積して、そのDB情報とこれから通信しようとするユーザの通信環境情報を用いて通信品質を予測し制御を行う技術(非特許文献1)が存在する。当該技術において転送速度をDBで扱う場合、過去の実測転送速度(グッドプット)を収集して、これから行おうとする通信における回線転送速度(スループット)を予測する。
[招待講演]QoE-centricオペレーションの実現に向けた取り組み紹介, 山本浩司, 信学技報, vol. 114, no. 299, ICM2014-24, pp. 49-52, 2014年11月.
しかしながら、通信のトランスポート層プロトコルにTCP(Transmission Control Protocol)を採用し、間欠的に分割送信する等で1回あたりに送受信するデータサイズが小さい場合、輻輳ウインドウ(ネットワークの輻輳状況を推測しながらデータ送信量を調整する)制御のために輻輳ウインドウが小さく設定された状態となりグッドプットがスループットに対して十分に出ていない可能性がある。また、モバイルネットワークの場合、送受信するデータサイズが小さい場合、基地局制御における電波リソースの割当が少なくなり、グッドプットが十分に出ていない可能性がある。
そのため、実測グッドプットをそのままスループットとして扱って予測を行うと、スループットを低めに予測するという不都合が生じる。また、スループットの予測が正しいとしても、実際にデータをダウンロードする際は、上記の通信制御状況によりグッドプットが変わるため、スループットの値をそのままグッドプットとして計算することは正確性に欠けるという不都合が生じる。
上述のように、従来技術では、過去の通信品質に基づき、これから行う通信のスループットを予測する際に、実測グッドプットをそのネットワークのスループットとして用いる。また、予測スループットを予測グッドプットとして用いることから、通信制御の影響によるグッドプットとスループットの乖離が考慮されていなかった。そのため、通信品質に適さない制御条件で動画データのダウンロードが行われる場合があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、通信制御の影響を考慮したスループットの予測と該予測に基づいた通信の制御を可能にすることを目的とする。
そこで上記課題を解決するため、配信制御装置は、動画データの配信ごとに、配信先の通信環境を示す通信環境情報、当該配信における通信制御に関連する通信制御関連情報、及び当該配信の実測グッドプットを関連付けて記憶する記憶部と、動画データの第1の配信の配信先に係る第1の通信環境情報と共通部分を有する通信環境情報に関連付けられて前記記憶部に記憶されている実測グッドプットに基づいて、スループットの予測値を算出する第1の算出部と、スループットの予測値及び通信制御関連情報と、グッドプットとの関係を示す関数に、前記第1の算出部によって算出された予測値と、前記第1の配信に係る通信制御関連情報とを当てはめて、グッドプットの予測値を算出する第2の算出部と、前記第1の配信に関して、前記グッドプットの予測値に応じた制御条件を選択する選択部と、を有する。
通信制御の影響を考慮したスループットの予測と該予測に基づいた通信の制御を可能にすることができる。
本発明の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における品質制御サーバ10のハードウェア構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における機能構成例を示す図である。 品質収集プロセスにおいて実行される処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 品質DB13の構成例を示す図である。 品質制御プロセスにおいて実行される処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるネットワーク構成例を示す図である。図1において、動画配信サーバ30とクライアント端末20とは、インターネット等のネットワークを介して接続される。また、クライアント端末20と品質制御サーバ10とは、インターネット等のネットワークを介して接続される。
動画配信サーバ30は、クライアント端末20に対して動画データの配信サービス(以下、「動画配信サービス」という。)を提供する1以上のコンピュータである。動画配信サーバ30は、クライアント端末20へ動画データをチャンク単位で分割して間欠的に送信する。例えば、動画データの配信は、ABR(Adaptive Bitrate Streaming)に従う。すなわち、各動画データについては、一定時間ごとの分割単位の一例であるチャンクごとに、何パターンかのビットレートで再エンコードされたデータが動画配信サーバ30に保存されている。
クライアント端末20は、動画配信サービスにおいて動画データの配信先とされ、配信される動画データを再生する端末である。例えば、PC(Personal Computer)、スマートフォン、又はタブレット端末等がクライアント端末20として利用されてもよい。
品質制御サーバ10は、クライアント端末20が動画配信サービスを受ける際において、動画データの配信に関するスループットを予測する1以上のコンピュータである。
図2は、本発明の実施の形態における品質制御サーバ10のハードウェア構成例を示す図である。図2の品質制御サーバ10は、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置100、補助記憶装置102、メモリ装置103、CPU104、及びインタフェース装置105等を有する。
品質制御サーバ10での処理を実現するプログラムは、CD−ROM等の記録媒体101によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体101がドライブ装置100にセットされると、プログラムが記録媒体101からドライブ装置100を介して補助記憶装置102にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体101より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置102は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
メモリ装置103は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置102からプログラムを読み出して格納する。CPU104は、メモリ装置103に格納されたプログラムに従って品質制御サーバ10に係る機能を実行する。インタフェース装置105は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。
なお、クライアント端末20や動画配信サーバ30も、図2と同様のハードウェアを有していてもよい。クライアント端末20は、表示装置や、ユーザからの入力を受け付ける入力装置等を有していることが望ましい。
図3は、本発明の実施の形態における機能構成例を示す図である。図3において、クライアント端末20は、再生部21、実測グッドプット算出部22及び制御条件選択部23等を有する。これら各部は、クライアント端末20にインストールされた1以上のプログラムが、クライアント端末20のCPUに実行させる処理により実現される。クライアント端末20は、また、制御条件DB24を有する。制御条件DB24は、例えば、クライアント端末20が有する補助記憶装置等を用いて実現可能である。
再生部21は、動画配信サーバ30から動画データを受信(ダウンロード)し、当該動画データの再生を行う。
実測グッドプット算出部22は、動画データの受信に要した時間と、動画データのデータサイズとに基づいて、グッドプットの実測値を算出し、算出結果を通信環境情報及び通信制御関連情報に関連付けて記録する。以下、実測グッドプット算出部22によって算出されるグッドプットの実測値を「実測グッドプット」という。
通信環境情報は、動画データの配信時におけるクライアント端末20の通信環境に関する情報である。通信環境情報は、例えば、通信日時、通信方式(Wi−fi(登録商標)、モバイルNW)、通信事業者、モバイルNWのセル情報、接続先の動画配信サーバ30、位置情報、電波強度等の項目によって構成される。
通信制御関連情報は、動画データの配信に関する通信制御に関連する情報(通信制御状況を推定できる情報)である。通信制御関連情報は、例えば、動画データの通信開始(配信開始)からの累積データ量、チャンクサイズ、前のダウンロードからの空き時間等の項目によって構成される。なお、実測グッドプット、通信環境情報及び通信制御関連情報は、今後の動画配信サービスにおけるスループットの予測値を算出するために品質制御サーバ10によって利用される。品質制御サーバ10によって算出されるスループットの予測値を、「予測スループット」という。
制御条件選択部23は、例えば、予め用意された複数の制御条件の中から、予測スループットにおいて体感品質を最大化する又は向上させるための制御条件を選択する。選択された制御条件は、動画配信サーバ30による動画データの配信の制御に利用される。なお、制御条件とは、動画配信サービスを受ける際に動画配信サーバ30に対して指定されるパラメータをいう。例えば、複数のビットレートが用意されている動画データであれば、ビットレートが制御条件に該当する。
制御条件DB24には、予め用意された複数の制御条件が記憶されている。
品質制御サーバ10は、実測グッドプット収集部11及びスループット予測部12等を有する。これら各部は、品質制御サーバ10にインストールされた1以上のプログラムが、CPU104に実行させる処理により実現される。品質制御サーバ10は、また、品質DB13を利用する。品質DB13は、例えば、補助記憶装置102、又は品質制御サーバ10にネットワークを介して接続可能な記憶装置等を用いて実現可能である。
実測グッドプット収集部11は、実測グッドプット、通信環境情報及び通信制御関連情報をクライアント端末20から収集する。収集された情報は、品質DB13に記憶される。
スループット予測部12は、クライアント端末20が動画データの配信を受ける際の通信環境情報と、品質DB13に記憶されている情報と等に基づいて、当該動画データの配信に関する予測スループットを算出する。
なお、図3に示される各機能部の配置状態は一例である。各機能部間で情報の授受が行えれば、他の配置状態が採用されてもよい。例えば、スループット予測部12がクライアント端末20に配置されてもよい。
以下、クライアント端末20又は品質制御サーバ10において実行される処理手順について説明する。本実施の形態は、過去における動画データの配信に関する通信品質を品質DB13に蓄積する品質収集プロセスと、品質DB13に蓄積された情報とこれから通信(動画データを再生)しようとするクライアント端末20の通信環境情報とを用いて通信品質を予測し、動画配信サービスの制御を行う品質制御プロセスとに大別される。
図4は、品質収集プロセスにおいて実行される処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図4の処理手順は、再生対象の動画データのチャンクごとに実行される。以下、処理対象とされているチャンクを、「対象チャンク」という。
ステップS101において、再生部21は、動画配信サーバ30から対象チャンクをダウンロードする。続いて、実測グッドプット算出部22は、対象チャンクのデータサイズ(チャンクサイズ)を、ダウンロードの所要時間(ダウンロード時間)で除算して、実測グッドプットを算出する(S102)。続いて、実測グッドプット算出部22は、算出された実測グッドプットと、クライアント端末20の通信環境情報と、対象チャンクの配信に関する通信関連情報とを品質制御サーバ10へ送信する(S103)。
品質制御サーバ10の実測グッドプット収集部11は、当該実測グッドプット、当該通信環境情報、及び当該通信関連情報を受信すると(S104)、受信した情報を品質DB13に記憶する(S105)。
図5は、品質DB13の構成例を示す図である。図5に示されるように、品質DB13には、チャンクごとに、通信環境情報、通信制御情報及び実測グッドプットが記憶される。
通信環境情報は、通信日時、通信方式、通信事業者、セル情報、配信サーバ、位置情報、電波強度等の項目を含む。通信日時は、チャンクをダウンロードした日時である。通信方式は、チャンクのダウンロードに利用された通信方式である。通信事業者は、チャンクのダウンロードに利用された通信事業者である。セル情報は、チャンクのダウンロード時にクライアント端末20が属していたセルの識別情報である。配信サーバは、チャンクの配信元の動画配信サーバ30のアドレス情報である。位置情報は、チャンクのダウンロード時のクライアント端末20の位置を示す情報(例えば、緯度及び経度)である。電波強度は、チャンクのダウンロード時の無線の電波の強度である。なお、通信環境情報を構成する各項目は、チャンクのダウンロード時においてクライアント端末20によって観測若しくは計測される情報、又はクライアント端末20に記憶されている情報等に基づいて判定可能である。
一方、通信制御関連情報は、累積データ量、チャンクサイズ、空き時間等の項目を含む。累積データ量は、チャンクが属する動画データの再生の開始時からダウンロードされたデータ量の累積値である。チャンクサイズは、チャンクのデータサイズである。空き時間は、当該チャンクの前のチャンクがダウンロードされてから、当該チャンクのダウンロードが開始されるまでの時間間隔である。すなわち、空き時間は、チャンクの配信間隔である。
上記の処理手順により、品質DB13には、動画データの配信の実績ごとにレコードが記憶される。
なお、複数の動画データに関して図4に示した処理手順が実行されることにより、複数の動画データに関するレコードが、品質DB13に記憶されてもよい。また、複数のクライアント端末20に関して図4に示した処理手順が実行されることにより、複数のクライアント端末20に関するレコードが、品質DB13に記憶されてもよい。
なお、ステップS103及びS104は、複数のチャンクについてまとめて実行されてもよい。例えば、動画データの再生の終了後に、当該動画データの全てのチャンクについてまとめて実行されてもよい。
図6は、品質制御プロセスにおいて実行される処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
クライアント端末20に対して動画データの視聴の開始指示が入力されると(S201)、制御条件選択部23は、クライアント端末20に関する現在の通信環境情報を取得する(S202)。続いて、制御条件選択部23は、当該通信環境情報を品質制御サーバ10へ送信する(S203)。
品質制御サーバ10のスループット予測部12は、当該通信環境情報を受信すると、当該通信環境情報に類似する通信環境情報を含むレコード群を品質DB13から検索する(S204)。当該通信環境情報に類似した通信環境情報とは、当該通信環境情報と共通部分を有する通信環境情報をいう。例えば、当該通信環境情報と、通信日時の時間帯、通信方式、通信事業者、及びセル情報の組み合わせが当該通信環境情報と同じである通信環境情報が、当該通信環境情報に類似する通信環境情報とされてもよい。通信日時の時間帯が同じであるとは、例えば、比較される通信日時の差が所定の時間内(例えば、30分以内等)であることでもよい。
続いて、スループット予測部12は、検索されたレコード群の通信制御関連情報を参照して、通信制御の影響でグッドプットとスループットが乖離していると推測されるレコードを、外れ値として当該レコード群から除去する(S205)。例えば、累積データ量が所定値以下、チャンクサイズが所定値以下、及び空き時間が所定値以上のいずれかの条件を満たすレコードが除去される。
なお、累積データ量が所定値以下のレコードが、外れ値とされるのは、通信制御において、通信の開始には通信速度が抑制されるという特性が有るためである。また、チャンクサイズが所定値以下のレコードが、外れ値とされるのは、小さいサイズのデータの通信においては、帯域が十分に使われていないため、ネットワークの実際の性能に対して低い実測グッドプットが得られている可能性が有るからである。また、空き時間が所定値以上のレコードが、外れ値とされるのは、空き時間が所定値以上となると、通信の開始時と同様の制御により、通信速度が抑制された状態となる可能性が有るからである。なお、上記各所定値は、実験等によって求めてもよい。
続いて、スループット予測部12は、残ったレコード群の実測グッドプットを加重平均した値を予測スループットとして算出する(S206)。すなわち、受信された通信環境情報に類似する通信環境情報に関連付けられて品質DB13に記憶されている実測グッドプットであって、かつ、所定の値の通信制御関連情報に関連付けられていない実測グッドプットに基づいて、予測スループットが算出される。加重平均における重みは、例えば、新しいレコードほど大きくされてもよい。又は、全てのレコードに対する重みが同じであってもよい。すなわち、単純な平均値が予測スループットとされてもよい。スループット予測部12は、算出された予測スループットを、クライアント端末20に送信する(S207)。
クライアント端末20の制御条件選択部23は、予測スループットを受信すると、当該予測スループットに基づいて、今回の動画データの配信に関するグッドプットの予測値(予測グッドプット)を算出する(S208)。
予測グッドプットは、今回の配信に関する通信制御関連情報(通信開始からの累積データ量、チャンクサイズ、前のダウンロードからの空き時間等)と、予測スループットと、予測グッドプットとの対応関係を示す以下の対応関係式(関数)に、当該通信制御関連情報及び当該予測スループットを当てはめることで算出される。
Figure 2018088598
すなわち、グッドプットとスループットとが乖離していることが推測される状態においては、(1−a/(チャンクサイズ+a))×予測スループットに基づいて、予測グッドプットが算出される。一方、グッドプットとスループットとが乖離していることが推測されない状態においては、予測スループットがそのまま予測グッドプットとされる。
なお、上記対応関係式におけるチャンクサイズには、現時点においてこれからダウンロードされるチャンクのチャンクサイズが代入される。また、bと比較される累積データ量には、今回の再生開始時から現時点までの累積データ量が代入される。また、cと比較される空き時間には、これからダウンロードされるチャンクについて、前のチャンクのダウンロードからの空き時間が代入される。したがって、図6がチャンクごとに実行される場合、対応関係式におけるチャンクサイズ、累積データ量、空き時間は、ダウンロード対象のチャンクが進むにつれて変化する。
上記対応関係式は、予め実験により求められた予測スループット及び通信制御関連情報と、実験時の実測グッドプットとの間の関係にフィッティングさせた、予測スループットを入力とする関数である。
実験により得られた予測スループット及び通信制御関連情報と、実験時の実測グッドプットとの間の関係から、マッピング関数として、例えば上記のような関数を定め、最小二乗法等を用いてフィッティングの精度がよい関数形状となるように係数aを導出する。係数b,cは、通信制御によりスループットとグッドプットが乖離する領域により決まる値である。なお、上記のマッピング関数は一例である。例えば、マッピング関数として多項式関数を用いてもよい。
続いて、制御条件選択部23は、制御条件DB24に記憶されている複数の制御条件を取得する(S209)。制御条件は、画質を示す情報であり、各制御条件には、当該画質の再生に必要なグッドプット(必要グッドプット)が関連付けられている。各制御条件の画質は相互に異なる。すなわち、制御条件DB24には、画質の選択肢ごとに、必要グッドプットが記憶されている。
なお、画質を示す情報とは、例えば、ビットレートである。ビットレートの算出元となる解像度、動画データのフレームレート、動画データの圧縮率等が画質を示す情報とされてもよい。
続いて、制御条件選択部23は、各制御条件の必要グッドプットを予測グッドプットと比較して、一部の制御条件を抽出する(S210)。具体的には、予測グッドプットよりも小さい必要グッドプットに関連付けられている制御条件が抽出される。
続いて、制御条件選択部23は、抽出された制御条件のうち、画質が最高である制御条件を採用対象として選択する(S211)。続いて、再生部21は、選択された制御条件に従って、動画配信サーバ30による動画データの配信を制御する(S212)。例えば、再生部21は、選択された制御条件に係るビットレートのデータを動画配信サーバ30からダウンロードし、当該データを再生する。
なお、制御条件に関連付けられる必要グッドプットは、動画配信における目的に応じて設定されればよい。例えば、動画配信において再生が中断することなく画質を高めることが体感品質を最大化することを目的とする場合、再生が中断しない程度のグッドプットが必要グッドプットとされてもよい。また、再生の中断が許容される場合には、同じ画質に対するグッドプットとして、更に低いグッドプットが必要グッドプットとされてもよい。
なお、品質制御プロセスは、視聴開始時のみに実行されてもよいし、チャンクダウンロードごとに実行されてもよい。また、通信環境情報ごとの予測スループットが予め算出され、通信環境情報に関連付けられて品質制御サーバ10に記憶されていてもよい。
上述したように、本実施の形態によれば、通信制御の影響を考慮したスループットの予測と該予測に基づいた通信の制御を可能にすることができる。
なお、本実施の形態において、品質制御装置及びクライアント端末20は、配信制御装置の一例である。品質DB13は、記憶部の一例である。スループット予測部12は、第1の算出部の一例である。制御条件選択部23は、第2の算出部及び選択部の一例である。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 品質制御サーバ
11 実測グッドプット収集部
12 スループット予測部
13 品質DB
20 クライアント端末
21 再生部
22 実測グッドプット算出部
23 制御条件選択部
24 制御条件DB
30 動画配信サーバ
100 ドライブ装置
101 記録媒体
102 補助記憶装置
103 メモリ装置
104 CPU
105 インタフェース装置
B バス

Claims (7)

  1. 動画データの配信ごとに、配信先の通信環境を示す通信環境情報、当該配信における通信制御に関連する通信制御関連情報、及び当該配信の実測グッドプットを関連付けて記憶する記憶部と、
    動画データの第1の配信の配信先に係る第1の通信環境情報と共通部分を有する通信環境情報に関連付けられて前記記憶部に記憶されている実測グッドプットに基づいて、スループットの予測値を算出する第1の算出部と、
    スループットの予測値及び通信制御関連情報と、グッドプットとの関係を示す関数に、前記第1の算出部によって算出された予測値と、前記第1の配信に係る通信制御関連情報とを当てはめて、グッドプットの予測値を算出する第2の算出部と、
    前記第1の配信に関して、前記グッドプットの予測値に応じた制御条件を選択する選択部と、
    を有することを特徴とする配信制御装置。
  2. 前記第1の算出部は、前記第1の通信環境情報と共通部分を有する通信環境情報に関連付けられて前記記憶部に記憶されている実測グッドプットであって、かつ、所定の条件を満たす通信制御関連情報に関連付けられていない実測グッドプットに基づいて、前記スループットの予測値を算出する、
    ことを特徴とする請求項1記載の配信制御装置。
  3. 前記選択部は、それぞれが必要なグッドプットに関連付けられた複数の制御条件の中から、前記グッドプットの予測値と、各制御条件に関連付けられた必要なグッドプットとの比較に基づいて、いずれかの制御条件を選択する、
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の配信制御装置。
  4. 前記所定の条件は、グッドプットとスループットが乖離していると推測されることを示す条件である、
    ことを特徴とする請求項2記載の配信制御装置。
  5. 前記記憶部は、動画データのチャンクの配信ごとに、通信環境情報、通信制御関連情報、及びグッドプットの実測値を記憶し、
    前記通信制御関連情報は、動画データの配信開始からの累積データ量、チャンクサイズ、前のチャンクとの配信間隔を含む、
    ことを特徴とした請求項1乃至4いずれか一項記載の配信制御装置。
  6. 動画データの配信ごとに、配信先の通信環境を示す通信環境情報、当該配信における通信制御に関連する通信制御関連情報、及び当該配信の実測グッドプットを関連付けて記憶する記憶部を参照して、
    動画データの第1の配信の配信先に係る第1の通信環境情報と共通部分を有する通信環境情報に関連付けられて前記記憶部に記憶されている実測グッドプットに基づいて、スループットの予測値を算出する第1の算出手順と、
    スループットの予測値及び通信制御関連情報と、グッドプットとの関係を示す関数に、前記第1の算出手順によって算出された予測値と、前記第1の配信に係る通信制御関連情報とを当てはめて、グッドプットの予測値を算出する第2の算出手順と、
    前記第1の配信に関して、前記グッドプットの予測値に応じた制御条件を選択する選択手順と、
    をコンピュータが実行することを特徴とする配信制御方法。
  7. 請求項1乃至5いずれか一項記載の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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