JP4723151B2 - ライブメディアコンテンツの耐障害性配信方法 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は一般にコンピュータネットワーク上のディジタル信号伝送に関するものであり、特にインタネット上でライブメディアコンテンツをストリーミング配信するフォールトトレラントな、即ち耐障害性のある配信方法に関するものである。
【0002】
(関連技術の説明)
ほとんどのインタネットユーザはインタネットに対する充分に高速のアクセスをそなえていないので、大きなマルチメディアファイルを素早くダウンロードすることはできない。ストリーミングは、通常、マイクロソフト(Microsoft)のネットプレイヤ(NetPlayer(R))、アップル(Apple)のクイックタイム(Quicktime(R))、リアルネットワークス(Real Networks)のリアルシステム(RealSystem(R))等のようなブラウザプラグインを使用して、ウェブに基づくビデオ、オーディオ、およびマルチメディアのファイルを、要求しているクライアントで定常的で連続したストリームとして処理できるように、これらのファイルを配信するための手法である。たとえば、ビデオのストリーミングは、インタネットのユーザにオーディオとビデオを提供し、コンテントがユーザのハードドライブに完全にダウンロードされるのをユーザが待つ必要のないオンラインビデオ配信機構である。キャッシュ方式により、コンテントは受信されると再生され、バッファリング機構によりコンテントが滑らかに再生される。理論的には、ビデオのストリーミングは、エンドユーザすなわち視聴者に対して即時で進行しているブロードキャストとして作用する。
【0003】
ネットワークの見地からは、インタネットのコンテントのストリーミングを行う伝統的なアプローチでは、送信源からスプリッタ(またはレピータ、反射器、または反射鏡)として知られている機器にストリーミング信号が送信され、この機器はソース信号を複写して多数の信号を作成する。多数の信号は各々同じであり、各々が別の宛て先に送られる。スプリッタをトリー状に縦続接続することにより、単一のソースストリームを複写して数千以上の同一のコピーを作成することができる。このようにして、インタネット上の多数の視聴者は同じストリーミング信号を同時に受信することができる。
【0004】
この型の既存のストリーミング方法の重大な問題は、それらがフォールトトレラントでないということである。図1はその理由を示す。この例では、ソース信号(A)がスプリッタ(B)に送られ、次にスプリッタ(B)は信号のコピーを10個のスプリッタ(C1,...,C10)に送る。次に、第二レベルのスプリッタは各々、信号のコピーを5人のエンドカストマ(D1,...,D50)に送る。したがって、たとえば、スプリッタC1はコピーをエンドユーザD1−D5に送り、スプリッタC2はコピーをエンドユーザD6−D10に送り、以下同様に送る。しかし、与えられたスプリッタでの通信が失敗した場合、あるユーザはもとの信号を受信することができない。図1のネットワークでは、C2が失敗した場合にユーザD6−D10について、これは当てはまる。この問題を克服するために、エンドユーザがもはやストリーミング信号を受信していないことをエンドユーザが検出することができ、そしてこのようなユーザが信号のもう一つのコピーを得ようとして代わりのスプリッタ(たとえば、C3)にコンタクトしょうとすることができるようにすることも当業者には知られている。しかし、このようなアプローチでは、信号が中断されることがあり、実現すると高価になる。
【0005】
したがって、フォールトトレラントな改善されたストリーミング手法を提供することが当業者により、なお求められている。本発明はこの重要な問題を解決する。
【0006】
(発明の簡単な概要)
本発明は、コンピュータネットワークのストリーミング信号にフォールトトレランスを
与えるための複写プロセスを提供する。一実施例では、もとの信号すなわちソース信号が数個のスプリッタに送られる。スプリッタは各々、信号のコピーを作成して、「コンセントレータ」と呼ばれる第二層の装置内にコピーを送る。与えられたコンセントレータは入力としてソース信号の一つ以上のコピーを受信する。好適実施例では、与えられたコンセントレータは少なくとも二つのスプリッタからソース信号の二つのコピーを受信する。コンセントレータは、たとえば、与えられた処理アルゴリズムに従って、入力ストリーミング信号のコピーを合体してもとのソース信号の単一の、すなわち合成のコピーとすることにより、入力ストリーミング信号のコピーを処理する。このようにして、好ましくは、与えられたコンセントレータは、多数のソースからストリームを受信し、重複したパケットを除去した後、単一のストリームを出力する。次に、与えられたコンセントレータの出力はスプリッタに与えることができる。このとき、信号の任意に多数のコピーを作成したい場合には、プロセスが反復される。複写プロセスの終わりに、スプリッタまたはコンセントレータの出力は直接または間接にエンドユーザに与えられる。複写プロセスはフォールトトレラントであるので、配信機構の中の信号または装置の問題にかかわらず、エンドユーザの信号は中断されない。
従って、本発明は、データパケットのストリームとして所与のメディアフォーマットで利用可能なライブメディアコンテンツの耐障害性配信方法であって、各データセンタに1個配置された1組のスプリッタにデータパケットのストリームを受信させ、各スプリッタから1組のサーバ領域へストリームの各パケットのコピーを出力させ、各サーバ領域はコンセントレータと、所与のメディアフォーマットに関連する1組のメディアサーバとを含み、各サーバ領域のコンセントレータに各スプリッタからデータパケットを受信させ処理させて、冗長なデータパケットであれば捨てさせ、冗長なデータパケットでなければ受信後遅滞なく送信させることにより、データパケットのストリームを再編成させ、コンセントレータから送信されてきたデータパケットを、データパケットのストリームとして、所与のメディアフォーマットに関連する1組のメディアサーバの各々に供給させることにより、サーバ領域の1組のメディアサーバの各々がデータパケットのストリームを供給できるようにし、各サーバ領域の1組のメディアサーバの各々に、コンセントレータから送られてきたデータパケットのストリームを受信させ、コンセントレータから送られてきたデータパケットのストリームを受信しているサーバ領域の1組のメディアサーバのうちの1つに差し向けられたエンドユーザの要求に応答して、サーバ領域の所与のメディアサーバからデータパケットのストリームを出力させるステップより成り、データパケットは各スプリッタから各サーバ領域へ非ストリーミングメディアプロトコルにより配信され、データパケットのストリームは所与のメディアサーバから所与のストリーミングプロトコルにより出力される、ライブメディアコンテンツの耐障害性配信方法を提供する。
【0007】
コンセントレータで実行される処理アルゴリズムの一つの型は、単に信号ストリーム内の各パケットの最初のコピーを送信するものである。既に送信されたパケットのコピーは単に捨てられる。このアルゴリズムは、ストリーム内のパケットiが転送されている場合には第一の値(たとえば、「1」)をそなえ、そうでない場合には第二の値(たとえば、「0」)をそなえるデータアレーf(i)を維持することにより実行してもよい。入力ストリームの一つからパケットiのコピーが受信されたとき、それが転送されるのは、f(i)が第二の値に等しい場合であり、その場合だけに限られる。この手法は、二つ以上の部分ストリームから完全なストリームを再構成することができるので、都合がよい。したがって、ストリームの入力コピーが全体としてもとのストリームのすべてのパケットを含む間は、コンセントレータはもとのストリームのコピーを作成する。
【0008】
コンセントレータで実行し得る処理アルゴリズムのもう一つの型はバッファリング手法を使用する。このアプローチでは、n次元のアレーを作成するため、各入力ストリームに対して、与えられたサイズのバッファが設けられる。ここで、nは入力ストリームの個数である。与えられたサイクルレートで、コンセントレータはどのストリームバッファにも含まれている最小のインデックスのパケット(すなわち、ストリームシーケンスの中で最も早いパケット)を送信する。各パケットが送信されると、アレー内のデータは更新されるので、同じパケットの将来のコピーは捨てることができる。このプロトコルにより、コンセントレータはストリーム内のパケットを整理しなおすことができるので、パケットは正しい順番に出力される。
【0009】
上記のような一つ以上のコンセントレータにより、インタネット、イントラネット、仮想専用網等のようなコンピュータネットワーク上のフォールトトレラントなメディアのストリーミングが可能となる。
【0010】
以上、本発明の、より適切な目的と特徴のいくつかの概略を説明した。これらの目的は、本発明の、より顕著な特徴と適用のいくつかを表すに過ぎないものと考えられるべきである。開示された発明を別の仕方で適用するか、または後で説明するように発明を変形することにより、他の多くの有益な結果を得ることができる。したがって、後の「好適実施例の詳細な説明」を参照することにより他の目的と、発明の、より完全な理解が得られよう。
【0011】
本発明とその利点の、より完全な理解のため、付図とともに後の「詳細な説明」を参照されるべきである。
【0012】
ストリーミングメディアは、まだダウンロードされる過程にある間に再生できるという重要な特徴をそなえるインタネットコンテントの型である。クライアントはストリームの第一のパケットを再生し、第二のパケットを伸長しつつ、第三のパケットを受信することができる。したがって、ユーザは送信の終了まで待つことなくマルチメディアを楽しみ始めることができる。ストリーミングはメディアを配信するのに非常に有用である。特にプログラミングの継続時間が長くなるにつれて、メディアファイルは大きくなりがちであるからである。ストリーミングされていないメディアファイルを視聴するためには、ユーザはまずファイルをローカルハードディスクにダウンロードし−これには数分から数時間かかることさえある−、その後、ファイルフォーマットに適合するプレイヤソフトウェアでファイルを開く。ストリーミングメディアを視聴するため、ユーザのブラウザはプレイヤソフトウエアを開き、プレイヤソフトウエアは2、3秒の間ファイルをバッファした後、ファイルを同時にダウンロードしつつ、ファイルを再生する。ソフトウエアのダウンロードとは異なり、ストリーミングメディアファイルはユーザのハードディスクに局部的に記憶されない。コンテントを表すビットが使用されると、プレイヤはそれらのビットを捨てる。
【0013】
ストリーミングメディアの品質は、配信されつつあるメディアの型、ユーザのインタネット接続の速度、ネットワーク条件、コンテントが符号化されるビットレート、および使用されるフォーマットに応じて広範囲に変動する。これらの最後の二つの概念については、後で更に詳しく説明する。一般に、ストリーミングオーディオはFM品質とすることができるが、ストリーミングビデオはテレビ規格から判断すると貧弱であり、画面がより小さく、解像度がより低く、毎秒フレーム数が少ない。ストリーミングメディアに対するソースは、VHSまたはベータのテープ、オーディオカセット、DAT、MPEGビデオ、MP3オーデイォ、AVI等を含む、ほぼどの形式のメディアであってもよい。コンテントのストリーミングの前に、コンテントをまず符号化しなければならない。これは次の四つのことを行うプロセスである。すなわち、必要な場合に、コンテントをアナログ形式からディジタル形式へ変換すること、ストリーミングメディアのサーバとプレイヤによって認識されるフォーマットでのファイルの作成、実時間の与えられた限定された帯域幅で配信され得るコンテントのリッチネスを最大にするためのファイルの圧縮、およびメディアを配信するビットレートの設定である。ストリーミングメディアは「損失のある圧縮」を使用する。これは、クライアントエンドでの伸長後に、コンテントのいくつかの部分は保持されないということを意味する。たとえば、圧縮は毎秒30フレームのVHSビデオクリップを毎秒15フレームに下げることができる。通常、メディアは、特定のビットレート、たとえば、28kbps、56kbps、100kbps等で符号化されなければならない。コンテントオーナは通常、多レートでメディアを符号化することを選択する。したがって、高速接続のユーザはできる限り良い経験を得るが、低速接続のユーザはコンテントにアクセスすることもできる。明らかに、符号化レートが低くなるほど、圧縮時に、より多くのもとのコンテントが捨てられなければならない。
【0014】
異なるベンダによって開発されたサーバとクライアントのソフトウェア−Apache、マイクロソフトのインタネットエクスプローラ(Internet Explorer)(R)、ネットスケープコミュニケータ(Netscape Communicator)(R)等−が一緒に良好に動作するという意味で、非ストリーミングのコンテントは規格に基づいている。しかし、ストリーミングメディアは通常、所有者であるサーバおよびクライアントのソフトウェアに依存している。ストリーミングソフトウェアベンダによって開発されたサーバ、クライアント、プロダクションと符号化のツールはまとめてフォーマットと呼ばれる。特定のフォーマットで符号化されたストリーミングメディアはそのフォーマットのメディアサーバのサービスを受け、そのフォーマットのクライアントによって再生されなければならない。ストリーミングメディアのクライアントはしばしばプレイヤと呼ばれ、通常、ウェブブラウザに対するプラグインとして存在する。ストリーミングメディアのクライアントはしばしば、WAVまたはAVLのような規格に基づく非ストリーミングのメディアファイルを再生することもできる。
【0015】
今日使用されている三つの主要なストリーミングメディアフォーマットは、リアルネットワークス(RealNetworks)のリアルシステムG2(RealSystem G2)(R)、マイクロソフトのウィンドウズメディアテクノロジーズ(Windows Media Tschnologies−WMT)(R)、およびアップル(Apple)のクイックタイム(QuickTime)(R)である。リアルシステムG2(RealSystem G2)(R)はオーディオ、ビデオ、アニメーション、静止画像、およびテキストを含むすべてのメディア型を取り扱うが、HTMLはサポートしない。リアルシステムG2(RealSystem G2)(R)は、コンテントプロバイダがプレイヤウィンドウの中でメディアの時間と位置を決めることを許すXMLに基づくSMILをサポートする。実時間でメディアを配信するために、リアル(Real)はRTSPを使用する。WMTのアドバンストストリーミングフォーマット(Advanced Streaming Format)でストリーミングするために、コンテントプロバイダはマイクロソフトのNT4サーバ(NT4 Server)(R)をインストールしなければならない。WMTはSMILまたはRTSPをサポートしないが、それがHTML+Timeを呼び出すそれ自身のプロトコルをそなえている。アップル(Apple)のクイックタイム(QuickTime)(R)は最近、ストリーミングメディアに機能を追加した。クイックタイム(QuickTime)(R)はVR、3D、Flash、およびMP3を含む多数のフォーマットをサポートすることができる。クイックタイム(QuickTime)(R)のストリーミングはRTSPを使用して映画を実時間で配信し、専用のメディアサーバが必要とされる。
【0016】
もう一つの背景として、RTSPすなわちリアルタイムストリーミングプロトコル(Real Time Streaming Protocol)は、IPネットワーク上のストリーミングされたマルチメディアの制御された配信を可能にするためのクライアント−サーバのマルチメディア表現プロトコルである。RTSPは、停止、早送り、巻き戻し、絶対位置決めのような、オーディオおよびビデオのストリームに対する「VCRスタイル」の遠隔制御機能を提供する。データのソースはライブデータフィードと記憶されたクリップの両方を含む。RTSPはRTP(リアルタイムトランスポートプロトコル−Realtime Transport Protocol)とRAVP(リソースリザベーションプロトコル−Resource Reservation Protocol)のような、より低レベルのプロトコルと一緒に動作して、インタネット上で完全なストリーミングサービスを提供するように設計されたアプリケーションレベルのプロトコルである。RTSPは(UDP、マルチキャストUDP、マルチキャストTCPのような)配信チャネル、およびRTPに基づく配信機構を選択するための手段を提供する。RTSPはメディアサーバとクライアントとの間の連続したオーディオとビデオのメディアのストリームを確立し、制御する。RTSPでは、各プリゼンテーションとメディアのストリームはRTSPのURLで表される。メディアの全体のプリゼンテーションとプロパティはプリゼンテーションデスクリプションファイルで定義され、プリゼンテーションデスクリプションファイルは符号化、言語、RTSPのURL、宛て先アドレス、ポート、および他のパラメータを含むことができる。プリゼンテーションデスクリプションファイルは、HTTP、イーメール(email)または他の手段を使用してクライアントが入手することができる。RTSPはいくつかの理由でHTTPと異なる。第一に、HTTPはステートレスプロトコルであるが、RTSPサーバはRTSP要求をストリームと相関させるために「セション」ステートを維持しなければならない。第二に、HTTPは基本的に、クライアントが要求を発し、サーバが応答する非対称なプロトコルであるが、RTSPではメディアサーバとクライアントの両方が要求を発することができる。たとえば、サーバはストリームの再生パラメータを設定するために要求を発することができる。
【0017】
非ストリーミングコンテントのトランスポート層はトランスミッションコントロールプロトコルすなわちTCPを使用する。これは接続指向のプロトコルである。接続指向のプロトコルとは、コンテントが完全に受信されるまでサーバとクライアントとの間の接続が確立されて維持されるということを意味する。この接続の一つの理由は、どれかIPパケットが受信されない場合にクライアントが報告することができ、その後、IPパケットがサーバによって再送信されるということである。その結果、TCP上で成功裏に送信されるファイル、たとえばロゴは常にそれのソースと同一であるが、送信に必要とされる時間はインフラストラクチャに応じて広範囲に変わり得る。
【0018】
逆に、非ストリーミングメディアに対するトランスポート層はユーザデータグラムプロトコルすなわちUDPを使用する。UDPはコネクションレスプロトコルであり、コネクションレスプロトコルのもとではコネクションを確立することなくIPパケットがサーバからクライアントに送られる。このプロトコルはストリーミングメディアの実時間性を可能とし、脱落したパケットの再送出を待つ必要はない。しかし、それは、サーバとクライアントとの間でコンテント品質が著しく低下するかも知れないということ、あるいは二人の異なるユーザが非常に異なる経験をするかも知れないということをも意味する。
【0019】
本発明は、どのストリーミングメディアソース、符号化方式、メディアフォーマット、およびストリーミング(または他のトランスポート)プロトコルとも一緒に使用されるように設計される。
【0020】
次に図2に示すように、本発明が実行されるパケット交換ネットワーク200は信号ソースA、一組のスプリッタB1−Bn、および一組のエンドユーザD1−Dnを含む。本発明に従って、ネットワークは本発明の信号複写プロセスを容易にする、一組のいわゆる「コンセントレータ」C1−Cnをも含む。このプロセスにより、配信システムの他の要素の中で生じ得る、たとえば、装置、機器、または通信の故障による伝送の中断にかかわらず、各エンドユーザが常にソース信号のコピーを確実に受信する。
【0021】
好ましくは、コンセントレータCはネットワークの中で、スプリッタBとエンドユーザDとの間にある物理層、論理層の一方または両方に配置される。図2に示される物理構成はもちろん、例を示すに過ぎない。もちろん、エンドユーザは通常、ストリーミング信号コンテントに対するプラグインまたはネイティブサポートをそなえたブラウザまたは他のグラフィックスビュアー(viewer)を含むクライアントコンピュータである。好適実施例では、コンセントレータCはソフトウェアプログラム、すなわち、プロセッサの中で実行し得る一つ以上のプロセスを含む一組のコンピュータ命令である。図2に示されるように、各コンセントレータCは入力としてソース信号データストリームの一つ以上のコピーを受信する。本発明の好適実施例では、各コンセントレータCは少なくとも二つ(2個)の異なるスプリッタBからソース信号データストリームのコピーを受信する。したがって、たとえば、この実施例では、もとの信号は数個のスプリッタB1,....,B5に送られる。これらのスプリッタは信号のコピーを作成し、それらをコンセントレータC1,...,C20に送る。スプリッタB1はソースAから受信した信号のコピーをコンセントレータC1,...,C8の各々に送る。スプリッタB2はソースAから受信した信号のコピーをコンセントレータC9,...,C16の各々に送る。スプリッタB3はコピーをコンセントレータC17,...,C20およびC1,...,C4に送るのに対して、B4はコピーをC5,...,C12に送り、B5はコピーをC13,...,C20に送る。再び、これらの例はいかなる意味でも本発明を限定するものと考えるべきではない。しかし、各々の場合に、すべてのコンセントレータはソース信号データストリームのコピーを正確に二つのスプリッタから受信することがわかる。換言すれば、各コンセントレータはもとのソースストリームのコピーを表す二つのストリームUDP1とUDP2を受信する。
【0022】
一般に、コンセントレータの機能は入力ストリームを処理し、入力ストリームのマージングを行った後、ソース信号データストリームの単一の、すなわち合成のコピーをコンセントレータから出力することである。コンセントレータは重複したパケットを除去し、好ましくは単一のストリームフィード(feed)を出力する。この処理は全く都合がよい。特に、あるストリームの数個のコピーが与えられた場合、たとえ、それらのすべてに損失があっても、重複したストリームの残りから単一のもとのストリームを作成することができる。この手法は非常に強健であり、エンドユーザの経験が損なわれる前に多数の故障をとり得る。
【0023】
データストリームの処理は多数の異なる仕方で行うことができる。たとえば、図3は、コンセントレータがストリーム内の各パケットの第一のコピーだけを送信する処理ルーチンの第一の実施例を示すフローチャートである。既に送信されたパケットのコピーは単に捨てられる。図4は、ストリームの多重コピーがバッファリングされて、出力が作成されるにつれて順が狂ったパケットを整理し直すことができる、処理ルーチンの第二の実施例を示す。次に、実施例の各々を詳細に説明する。
【0024】
次に図3に示すように、処理ルーチンの第一の実施例はソース信号に対するアレーf(i)を利用する。データアレーの要素は、ストリームのパケットiがコンセントレータから転送されていれば、与えられた第一の値、たとえば1をそなえ、そうでなければ、第二の値、たとえば0をそなえている。ルーチンはステップ300で始まる。ステップ302で、通常、ストリームの第一のパケットがコンセントレータに到達したとき、処理ルーチンのインスタンスが起動される。ステップ304で、アレーが初期設定される。次に、処理ルーチンはステップ306で続行されて、入力ストリームの一つからパケットiが受信されたか否かがテストされる。しかし、ステップ306でのテストの結果が正で、パケットが受信されたことが示されている場合には、ステップ308でf(i)=0であるか判定するためのテストが行われる。(これがパケットiの最初の出現であるので)f(i)=0である場合には、ルーチンはステップ310で続行されて、遅延なしにコンセントレータからのパケットを転送する。ステップ312でルーチンは、アレー内のパケットiの値を0に設定することにより、アレーを更新する。次に、制御はステップ306に戻る。しかし、ステップ308でのテスト結果がf(i)が0に等しくないということを示す場合には、ルーチンはステップ314で続行されて、(既に転送されているので)パケットが捨てられる。
【0025】
したがって、事実上、パケットがコンセントレータに到達するとき、処理ルーチンはパケットを解析する。パーサ(parser)が既にストリームパケットを見ている場合にはパケットは捨てられ、そうでない場合にはパケットは転送される。
【0026】
図3の処理ルーチンは、実現が簡単で、ストリームにいかなる遅延(これは、たとえば、パケットの特定のコピーが到着するのを待つことによって生じ得る)も導入しないという点で都合がよい。このルーチンは、二つ以上の部分ストリームから完全なストリームを再構成することができるという望ましい特徴をもそなえている。したがって、ストリームの入力コピーが集合体としてもとのストリームのすべてのパケットを含む限り、コンセントレータはもとのストリームのコピーを作成する。
【0027】
たとえば、再び図2で、スプリッタの一つ(たとえば、B1)が機能しなくなった場合、コンセントレータC1,...,C4の各々がなおスプリッタB3からストリームを受信し、コンセントレータC5,...,C8の各々がなおスプリッタB4からストリームを受信する。この説明の例では、どのコンセントレータが送信する信号も決して中断されない。この性質は、どのスプリッタが機能していないかにかかわりなく維持される。実際、たとえ二つのスプリッタ(たとえば、B1およびB3)にパケット損失が生じても、(パケット損失が50%より小さければ)上記のプロセスを使用してコンセントレータC1,...,C4の各々がなお、もとの信号を再構成することができる。
【0028】
次に、図4には、コンセントレータでの各入力ストリームがそれに対応するバッファをそなえる、代替実施例が示される。ストリームパケットをバッファリングすることにより、コンセントレータは出力前にストリーム内のパケットを整理し直すことができる。ルーチンはステップ400で始まる。ステップ402で、バッファは初期設定される。次にステップ404でルーチンは続行され、与えられたサイクルが経過したかテストされる。経過していない場合には、(各ストリームに対する)ステップ406でルーチンは続行され、(そのストリームに対する)与えられた入力パケットが既に転送されたかテストされる。ステップ406でのテストの結果が肯定的である場合には、ルーチンはステップ408でパケットを捨てる。与えられた入力パケットが転送されていない場合には、ステップ410でパケットはバッファリングされる。次に、制御はステップ404に戻る。バッファリング方式を使用して、たとえば、ストリームUDP1からのパケットは第一のバッファにバッファリングされ、ストリームUDP2からのパケットは第二のバッファにバッファリングされ、以下同様である。与えられたサイクルが経過したことをステップ404でのテストの結果が示すときには、制御はステップ412に分岐し、ストリームシーケンスの中で最も早いパケットが識別される。ステップ414で、このパケットがシーケンスからはずれているか判定するためにテストが行われる。このパケットがシーケンスからはずれている場合には、ルーチンはステップ416で必要に応じてパケットを整理し直す。次に、ステップ418で、結果として得られたストリームがコンセントレータから出力される。ステップ420で、転送されたパケットを反映するようにアレーが更新される。ステップ414で否定的な結果が得られた場合にも、ステップ418に達する。
【0029】
したがって、図4のルーチンでは、各入力ストリームコピーに対して与えられたサイズのバッファが保持される。各サイクルで、コンセントレータはどのバッファにも含まれる最小のインデックスのパケットを送信する。各パケットが送信されるにつれて、アレー内のデータが更新されるので、同じパケットの将来のコピーはコンセントレータに到達したとき捨てることができる。わかるように、図4のプロトコルは図3のプロトコルと類似しているが、ストリーム内のパケットを正しい順で出力されるように整理し直すことができるという付加的な望ましい特徴をそなえている点が異なる。バッファのサイズが大きいほど、順が狂ったパケットを順序正しく出力できる可能性が高くなる。このようにして、ネットワークで遅くなったパケットはバッファで追いつく機会がある。
【0030】
次に、与えられたコンセントレータCでどちらの手法(図3または図4)が使用されるかにかかわりなく、与えられたコンセントレータの出力をスプリッタまたはエンドユーザに直接帰還することができる。コンセントレータがスプリッタに出力されるとき、プロセスを反復して、ソース信号データストリームの任意に多数のコピーを作成することができる。複写プロセスの終わりに、スプリッタまたはコンセントレータ(または何か他の機器)の出力は直接、視聴者に与えられる。結果として得られる複写プロセスは完全にフォールトトレラントである。特に、どの信号が破壊されるかにかかわりなく、エンドユーザの信号は中断されない。
【0031】
各コンセントレータに入力される信号の数は、分散システムが許容することができる障害システムの数を決める。たとえば、すべてのコンセントレータが少なくともk個の異なるスプリッタから信号を受信する場合には、システムはどのエンドユーザが受信する信号もあやうくすることなくk−1個の信号のどのサブセットの障害も許容することができる。信号(またはシステムの構成要素)の障害がランダムである場合には、システムはどのエンドユーザの信号が中断される前にもF個の障害を許容することができる。ここで、Fは約N{1−1/k}であり、Nはシステム内の構成要素の数である。各ストリームで経験されるパケット損失率がpである場合には、コンセントレーション後の損失率はpk×ストリーム数となる。
【0032】
好適実施例では、与えられたコンセントレータに二つ(2個)の入力ストリームを入力することが望ましい。もちろん、ストリーム数を多くすると、そのコストとして配信機構のためのネットワーク帯域幅が大きくなる。多重入力ストリームがコンセントレータに供給される(すなわちスプリッタから出力される)場合には、本発明の変形は与えられた符号化方式をスプリッタ/コンセントレータの中に組み込むことにより、多重データストリームを送信するために使用される帯域幅の幾分かを取り戻す。この変形では、与えられた機器(たとえば、スプリッタ)からストリームが出力されるとき、それは符号化ルーチンを使用して符号化される。ストリームが下層のコンセントレータに入るとき、それは上記のように復号化され、処理される。符号化手法が使用されるとき、スプリッタから出力されるデータストリームのコピーは同一である必要はない。むしろ、与えられた機器の中で使用される符号化アルゴリズムの結果として、コピーは変動し得る。
【0033】
説明している実施例では、有用な符号化方式はラビン情報分散アルゴリズム(Rabin Information Dispersal Algorithm)である。情報分散では、パケットがサブパケットの集合に分解されて、サブパケットがエッジディスジョイント(edge disjoint)パスに沿ってそれらの共通の宛て先に大食い的に(greedy like fashion)送られる。情報分散の利点は、大きなパケットを多数の小さなサブパケットに分散することによりネットワークのエッジに非常に均衡した通信負荷が加わるという結果が生じる傾向になるということである。その結果、ネットワークの最大輻輳は非常に低くなりそうであり、パケットが全然遅延しない充分な見込みがある。更に、パケットのコンテントが冗長にサブパケットの集合に符号化されれば、情報分散アルゴリズムはよりフォールトトレラントになる。もとのパケットを再構成するためには、サブパケットの一部分だけが宛て先に届けばよいからである。情報分散アルゴリズムについての更に詳しい情報は、次の文献に見出すことができる。レイトン著「並列アルゴリズムとアーキテクチャ入門、アレイ、トリー、超立方体」、モルガンカウフマン(Leighton,Introduction To Parallel Algorithms and Architectures:Arrays,Trees,Hypercubes,Morgan Kaufmann(1992),Section3.4.8)。これはここに引用することにより本明細書の一部として組み入れられる。したがって、説明している実施例では、与えられたスプリッタと与えられたコンセントレータの中でラビン情報分散アルゴリズムが実行される。
【0034】
上記のように、本発明で使用するためのコンセントレータはコンピュータ上で実行できるソフトウェアプログラムである。図5は、マネジャルーチン502、アレイマネジャプロセス504、および一組のストリームコンセントレーションプロセス506a−nを含む代表的なコンセントレータ500を示す。上記の変形で説明したように、一つ以上の符号化/復号化ルーチン508を設けてもよい。動作については、コンセントレータの始動時にマネジャルーチン502が初期設定される。入力データストリームが受信されると、マネジャルーチン502はストリームコンセントレーションプロセス506のインスタンスを開始する。ストリームコンセントレーションプロセス506は個々のデータストリームをマージングしてストリームとした後、これをコンセントレータから出力することを管理する。アレイマネジャプロセスはマネジャルーチン502によって呼び出されて、与えられたストリームコンセントレーションプロセス506が使用するためのアレイ(または他のデータ構造または同等のワークエリア)を確立する。多重ストリームコンセントレーションプロセスを使用することにより、マネジャルーチンの制御のもとに、与えられたコンセントレータを使用して異なるコンテントストリームをコンセントレーションすることができる。
【0035】
本発明のフォールトトレラントな配信機構は、従来のクライアント−サーバの分散演算環境の中で実現してもよい。図6は、ストリーミングフレームワークをその中で実現することができるクライアント−サーバの環境を示す。この例では、複数のインタネットクライアントマシン610は電話ネットワーク614のようなネットワークを介してコンピュータネットワークサービスプロバイダ612に接続され得る。サービスプロバイダ612はクライアントマシン610をネットワーク618の残りの部分にインタフェースし、ネットワーク618の残りの部分は複数のウェブコンテントサーバマシン620を含み得る。ネットワーク618は通常、ドメインネーム導出演繹、ルーチング、および他の制御機能の制御のために他のサーバ(図示しない)を含む。クライアントマシンは通常、公知のインタネットツールの組を含む。種々の公知のインタネットプロトコルがこれらのサービスのために使用される。
【0036】
与えられたクライアントマシンとサーバは公衆インタネット、イントラネット、または他の任意のコンピュータネットワーク上で通信を行うことができる。希望される場合には、与えられた通信を機密接続上で行ってもよい。したがって、たとえば、クライアントは、ネットスケープのセキュアソケットレイヤ(SSL)プロトコル(R)等のようなネットワークセキュリティプロトコルを使用してサーバと通信を行ってもよい。
【0037】
代表的なクライアントはパソコン、ノートパソコン、インタネット機器、またはx86−(R)、ペンティアム(Pentium)(R)−、パワーPC(R)、またはRISCに基づく普及する演算装置(たとえば、PDAまたはパームコンピュータ)である。クライアントはマイクロソフトのウィンドウズ98(R)、マイクロソフトのNT(R)、ウィンドウズCE(R)、またはパームOS(R)のようなオペレーティングシステムを含む。クライアントは、ジャババーチャルマシン(JVM)(R)およびアプリケーションプラグインまたはヘルパアプリケーションに対するサポートをそなえる、ネットスケープナビゲータ(R)またはマイクロソフトのインタネットエクスプローラ(R)のようなウェブブラウザを含むインタネットツールの組を含む。
【0038】
代表的なウェブサーバはプロセッサ622、オペレーティングシステム624(たとえば、リナックス、ウィンドウズNT(R)、ユニックス(R)等)、およびウェブサーバプログラム626を含む。OS624とウェブサーバプログラム626はシステムメモリ623(たとえばRAM)でサポートされる。もちろん、任意の都合のよいサーバプラットホーム(たとえば、Apache(R)、WebSphere(R)等)がサポートされてもよい。プラグイン、CGIプログラム、サーブレッツ(servlets)等を含むソフトウェアプログラムを介してコア機能性の拡張やカスタマイズをアプリケーション開発者が行えるような拡張を提供するアプリケーションプログラミングインタフェース(API)628をサーバは含んでもよい。
【0039】
代表的なコンセントレータはオペレーティングシステムおよびネットワーク結合性に対するサポートをそなえたコンピュータまたはコンピュータプラットホームである。したがって、たとえば、代表的なコンセントレータはコンピュータを動かすウィンドウズNT(R)(インテルとDECのAlpha(R))、IBMのAIX(R)、HP−UX(R)、Sun Solaris(R)(SPARCおよびインテルエディション)、NovellのNetWare(R)またはウィンドウズ98(R)を含む。
【0040】
図7は本発明の実現を示す。システム700は、たとえばストリーミングビデオプロダクションファシリティ706に常駐する一対のリレーサーバ702および704を含む。これらのサーバは各々、たとえば二つの(2個の)ネットワークカードをそなえている。その中の一方の組はエンコーダマシン708とともに共通ネットワーク上に配線され、他方の組はインタネット710に接続される。エンコーダマシン708はビデオとオーディオのデータを符号化し、符号化されたパケットをリレーサーバ702および704と共有するネットワークのブロードキャストアドレスに送る。リレーサーバはパケットをビックアップして、それらを、たとえば、二つの専用T−1回線を介して二つの異なるデータセンタ712および714に再送出する。これらの二つのデータセンタから、コンテントは二つ多いデータセンタ716、718、720、および722に広がる。このようにして、各データパケットの4個の写しが作成される。四つのデータセンタの各々は各パケットのコピーを一組の領域724a−nの各々に送る。各サーバ領域724は一組のホスティングサーバ726a−nを含む。各領域はコンセントレータ728を含み、コンセントレータ728は重複を除去し、単一の残ったストリームをその領域の中の各サーバ726に送る。限定を意味するものではないが、サーバ領域は、高性能でフォールトトレラントなウェブコンテント配信サービスであるアカマイ(Akamai)のFreeFlow(R)のような分散コンテントホスティングシステムの一部を含んでもよい。
【0041】
上記のように本発明は、プロセッサ内で実行可能なソフトウェアで、すなわち、コンピュータのランダムアクセスメモリに常駐するコードモジュール内の一組の命令(プログラムコード)として実現してもよい。コンピュータが必要とするまで、命令の組はもう一つのコンピュータメモリ、たとえば、ハードディスクドライブ内に、または除去可能なメモリ内に記憶してもよいし、インタネットまたは他のコンピュータネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【0042】
更に、上記の種々の方法はソフトウェアにより選択的に起動または再構成される汎用コンピュータで都合よく実現されるが、このような方法はハードウェア、ファームウェア、または必要な方法ステップを遂行するように構成された、より専用の装置で実行してもよいということも通常程度の当業者には了解されよう。
【0043】
以上我々の発明を説明してきたが、新規性があり、確保したいことは請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 複数のスプリッタを使用してソース信号が複数のエンドユーザすなわち視聴者に送信される公知のストリーミングアーキテクチャの概略図である。
【図2】 本発明の教示によるコンセントレータの発明的使用を示す概略図である。
【図3】 コンセントレータで使用され得る処理ルーチンの第一の型のフローチャートである。
【図4】 コンセントレータで使用され得る処理ルーチンの第二の型のフローチャートである。
【図5】 本発明で使用されるコンセントレータのブロック図である。
【図6】 本発明を実行し得るクライアント−サーバの演算環境のブロック図である。
【図7】 本発明の実現を示すブロック図である。
Claims (6)
- データパケットのストリームとして所与のメディアフォーマットで利用可能なライブメディアコンテンツの耐障害性配信方法であって、
各データセンタに1個配置された1組のスプリッタにデータパケットのストリームを受信させ、
各スプリッタから1組のサーバ領域へストリームの各パケットのコピーを出力させ、
各サーバ領域はコンセントレータと、所与のメディアフォーマットに関連する1組のメディアサーバとを含み、
各サーバ領域のコンセントレータに各スプリッタからのデータパケットを処理させて、冗長なデータパケットであれば捨てさせ、冗長なデータパケットでなければ受信後遅滞なく送信させることにより、データパケットのストリームを再編成させ、
コンセントレータから送信されてきたデータパケットを、データパケットのストリームとして、所与のメディアフォーマットに関連する1組のメディアサーバの各々に供給させることにより、サーバ領域の1組のメディアサーバの各々がデータパケットのストリームを供給できるようにし、
各サーバ領域の1組のメディアサーバの各々に、コンセントレータから送られてきたデータパケットのストリームを受信させ、
コンセントレータから送られてきたデータパケットのストリームを受信しているサーバ領域の1組のメディアサーバのうちの1つに差し向けられたエンドユーザの要求に応答して、サーバ領域の所与のメディアサーバからデータパケットのストリームを出力させるステップより成り、
データパケットは各スプリッタから各サーバ領域へ非ストリーミングメディアプロトコルにより配信され、データパケットのストリームは所与のメディアサーバから所与のストリーミングプロトコルにより出力される、ライブメディアコンテンツの耐障害性配信方法。 - ストリーミングプロトコルはRTSPである請求項1の方法。
- 非ストリーミングメディアプロトコルはUDPである請求項1の方法。
- データパケットのストリームを配信する所与のポイントでデータパケットのストリームを符号化し、データパケットのストリームを配信するその後のポイントで符号化済みデータパケットのストリームを復号するステップをさらに含む請求項1の方法。
- データパケットのストリームは、所与のメディアサーバから、エンドユーザーマシン上で実行されるブラウザに関連するメディアプレイヤへ出力される請求項1の方法。
- データパケットのストリームとして所与のメディアフォーマットで利用可能なライブメディアコンテンツを1組の配信ソースの各々からインタネットを介して配信する耐障害性配信方法であって、
1組のサーバ領域の各々に、1組の配信ソースの1つから1つのコピーを受信させることにより、データパケットのストリームの2またはそれ以上のコピーを受信させ、
各サーバ領域でデータパケットを受信させ処理させて、冗長なデータパケットであれば捨てさせ、冗長なデータパケットでなければ受信後遅滞なく送信させることにより、データパケットの新しいストリームを編成させ、
データパケットの新しいストリームを所与のメディアフォーマットに関連する1組のメディアサーバの各々に供給させることにより、サーバ領域の1組のメディアサーバの各々がデータパケットの新しいストリームを供給できるようにし、
各サーバ領域の1組のメディアサーバの各々に、データパケットの新しいストリームを受信させ、
データパケットの新しいストリームを受信したサーバ領域の1組のメディアサーバのうちの1つのサーバへ差し向けられたエンドユーザの要求に応答して、サーバ領域の所与のメディアサーバからデータパケットの新しいストリームを出力させるステップより成り、
データパケットの各ストリームはUDPにより各サーバ領域へ配信され、データパケットの新しいストリームは所与のメディアサーバからメディアフォーマット特定アプリケーションレベルストリーミングプロトコルにより出力される、ライブメディアコンテンツの耐障害性配信方法。
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