JP5880547B2 - コンテンツ配信システム、制御装置およびコンテンツ配信方法 - Google Patents

Description

（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１１−０９６２５１号（２０１１年４月２２日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、コンテンツ配信システム、制御装置およびコンテンツ配信方法に関し、特に、動画、静止画、オーディオ、ソフトウェア、アプリケーション等のコンテンツをモバイルネットワークでキャッシュして、携帯電話、スマートフォン、ＰＣ（Personal Computer）、ゲーム機等の端末に配信するコンテンツ配信システム、その制御装置、およびコンテンツ配信方法に関する。

モバイルネットワークの高速化・大容量化の進展に伴い、モバイルネットワークを介してコンテンツを携帯端末に配信するコンテンツ配信が普及しつつある。今後、ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＥＰＣ（Evolved Packet Core）技術等により、モバイルネットワークも、さらに高速・大容量化されると予想される。

特許文献１には、コンテンツ配信システムにおいて、キャッシュ装置を設けることで、アクセス時間の短縮を図るとともに、ネットワークの混雑を防止する技術が記載されている。

特開２００３−２２８５３４号公報

上記特許文献１の全開示事項は、引用をもって本書に繰込み記載されているものとする。以下の分析は、本発明者によってなされたものである。

モバイルネットワークにおけるデータ系のトラヒック量は、２０１３年までに現在の８倍から１０倍に増大し、その大部分を映像コンテンツが占めると予測されている。また、スマートフォンの急速な普及に伴う端末能力の高性能化により、映像コンテンツのサイズも大容量化しており、近い将来、モバイルネットワークでもハイビジョン解像度による大容量のコンテンツが流通することが予想される。

一方、画像、動画、オーディオ、ソフトウェア、アプリケーション等のコンテンツ配信を行う場合に、従来のモバイルネットワークでは、コンテンツ配信サーバは、すべての端末からのコンテンツ要求をパケット転送装置を介して受けるとともに、パケット転送装置を介してすべての端末にコンテンツを配信する。

しかしながら、このような構成によると、以下の問題が生じる。第１に、端末からのアクセスが人気の高いコンテンツに集中した場合に、モバイルネットワークのコンテンツ配信サーバに到達するトラヒックが集中し、ネットワーク負荷が急激に増加することにより、モバイルネットワークで輻輳が発生するという問題がある。特に、端末の台数が増大したり、コンテンツが大容量化した場合には、輻輳が頻発し、遅延やパケットロスが発生し、端末側で画像がフリーズしたり、音声が途切れる等の問題も生じる。

第２に、端末とコンテンツ配信サーバとの距離が長いため、端末にコンテンツが到着するまでに時間を要し、端末で要求を出してからコンテンツを再生するまでの遅延時間が長くなり、エンドユーザのＱｏＥ（Quality of Experience）が悪化するという問題がある。

そこで、モバイルネットワークにおいてコンテンツを配信する場合に輻輳を回避することが課題となる。本発明の目的は、かかる課題を解決するコンテンツ配信システム、制御装置およびコンテンツ配信方法を提供することにある。

本発明の第１の視点に係るコンテンツ配信システムは、
パケットを転送する複数のパケット転送装置と、
コンテンツを一時的に保持するとともに、該コンテンツを前記複数のパケット転送装置のうちのいずれかを経由して送出する複数のキャッシュサーバと、
前記複数のキャッシュサーバを制御する制御装置と、をモバイルネットワーク上に備え、
前記制御装置は、前記複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を集計し、集計したアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出するアクセス計測部と、
前記複数のキャッシュサーバのそれぞれの負荷状況、前記モバイルネットワークのトポロジ情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか１つと、コンテンツを要求する端末の在圏情報とを用いて、前記複数のキャッシュサーバへのコンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように前記複数のキャッシュサーバに指示するコンテンツ配置決定部と、
端末からコンテンツの要求を受けると、前記複数のキャッシュサーバのうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに該コンテンツを送出するように指示するキャッシュサーバ選択部と、を備える。
コンテンツ配置決定部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定してもよい。

本発明の第２の視点に係る制御装置は、
モバイルネットワークにおいて、コンテンツを一時的に保持する複数のキャッシュサーバを制御する制御装置であって、
前記複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を集計し、集計したアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出するアクセス計測部と、
前記複数のキャッシュサーバのそれぞれの負荷状況、前記モバイルネットワークのトポロジ情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか１つと、コンテンツを要求する端末の在圏情報とを用いて、前記複数のキャッシュサーバへのコンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように前記複数のキャッシュサーバに指示するコンテンツ配置決定部と、
端末からコンテンツの要求を受けると、前記複数のキャッシュサーバのうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに、パケット転送装置を経由して該コンテンツを送出するように指示するキャッシュサーバ選択部と、を備える。
コンテンツ配置決定部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定してもよい。

本発明の第３の視点に係るコンテンツ配信方法は、
モバイルネットワークにおいて、コンテンツを一時的に保持する複数のキャッシュサーバを制御する制御装置が、該複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を集計し、集計したアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出する工程と、
前記複数のキャッシュサーバのそれぞれの負荷状況、前記モバイルネットワークのトポロジ情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか１つと、コンテンツを要求する端末の在圏情報とを用いて、前記複数のキャッシュサーバへのコンテンツの配置を決定する工程と、
決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように前記複数のキャッシュサーバに指示する工程と、
端末からコンテンツの要求を受けると、前記複数のキャッシュサーバのうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに、パケット転送装置を経由して該コンテンツを送出するように指示する工程と、を含む。
制御装置は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定してもよい。

本発明に係るコンテンツ配信システム、制御装置およびコンテンツ配信方法によると、モバイルネットワークにおいてコンテンツを配信する場合に輻輳を回避することができる。

第１の実施形態に係るコンテンツ配信システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るコンテンツ配信システムにおける制御装置の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るコンテンツ配信システムにおけるキャッシュサーバの一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るコンテンツ配信システムの構成を示すブロック図である。

はじめに、本発明の概要について説明する。なお、この概要に付記する図面参照符号は、専ら理解を助けるための例示であり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

図１、図２および図４を参照すると、本発明のコンテンツ配信システムは、パケットを転送する複数のパケット転送装置（図１のＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１〜１９０＿Ｎ、または、図４のＳ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿１〜２９０＿Ｎ）と、コンテンツを一時的に保持するとともに、該コンテンツを複数のパケット転送装置（１９０＿１〜１９０＿Ｎ、２９０＿１〜２９０＿Ｎ）のうちのいずれかを経由して送出する複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）と、複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）を制御する制御装置（１６０）と、をモバイルネットワーク（１５０、２５０）上に備える。制御装置（１６０）は、複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）のそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出するアクセス計測部（１８４）と、複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）のそれぞれの負荷状況、モバイルネットワーク（１５０、２５０）のトポロジ情報、コンテンツを要求する端末（携帯端末１７０）の在圏情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか２つを用いて、複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）へのコンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）に指示するコンテンツ配置決定部（１８５）と、端末（１７０）からコンテンツの要求を受けると、複数のキャッシュサーバ（１１０＿１〜１１０＿Ｎ）のうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに該コンテンツを送出するように指示するキャッシュサーバ選択部（１８７）と、を備える。

本発明に係るコンテンツ配信システムによると、モバイルネットワーク（１５０、２５０）においてコンテンツを配信する場合に輻輳を回避することができる。

なお、本発明において、下記の形態が可能である。
［形態１］
上記第１の視点に係るコンテンツ配信システムのとおりである。
［形態２］
前記コンテンツ配置決定部は、Ａｊをｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度とし、Ｓｊをｊ番目のコンテンツのサイズとし、Ｃｉｊを前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数としたときに、Σ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊを最小にするキャッシュサーバへコンテンツを配置するようにしてもよい。
［形態３］
前記コンテンツ配置決定部は、前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、前記モバイルネットワークのトポロジ情報および前記端末の在圏情報、または、該負荷情報および該トポロジ情報に基づいて、前記コスト関数Ｃｉｊを算出するようにしてもよい。
［形態４］
前記コンテンツ配置決定部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定するようにしてもよい。
［形態５］
前記アクセス計測部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、前記複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を収集するようにしてもよい。
［形態６］
前記複数のパケット転送装置は、それぞれ、モバイルネットワークのＳＧＳＮ装置、ＧＧＳＮ装置もしくはＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置、または、モバイルＥＰＣネットワークのＳ−ＧＷ装置、Ｐ−ＧＷ装置もしくはＳ／Ｐ−ＧＷ装置であってもよい。
［形態７］
前記コンテンツは、動画、静止画、音声、オーディオ、ソフトウェア、アプリケーション、および、データのうちの少なくともいずれかを含んでいてもよい。
［形態８］
上記第２の視点に係る制御装置のとおりである。
［形態９］
前記コンテンツ配置決定部は、Ａｊをｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度とし、Ｓｊをｊ番目のコンテンツのサイズとし、Ｃｉｊを前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数としたときに、Σ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊを最小にするキャッシュサーバへコンテンツを配置するようにしてもよい。
［形態１０］
前記コンテンツ配置決定部は、前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、前記モバイルネットワークのトポロジ情報および前記端末の在圏情報、または、該負荷情報および該トポロジ情報に基づいて、前記コスト関数Ｃｉｊを算出するようにしてもよい。
［形態１１］
上記第３の視点に係るコンテンツ配信方法のとおりである。
［形態１２］
Ａｊをｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度とし、Ｓｊをｊ番目のコンテンツのサイズとし、Ｃｉｊを前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数としたときに、Σ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊを最小にするキャッシュサーバへコンテンツを配置するようにしてもよい。
［形態１３］
前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、前記モバイルネットワークのトポロジ情報および前記端末の在圏情報、または、該負荷情報および該トポロジ情報に基づいて、前記コスト関数Ｃｉｊを算出するようにしてもよい。

（実施形態１）
第１の実施形態に係るコンテンツ配信システムの構成および動作について、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、コンテンツを動画像とするが、コンテンツが静止画、オーディオ、音声、ソフトウェア、アプリケーション、データ等である場合にも、同一の構成を採用することができる。

図１は、本実施形態のコンテンツ配信システムの構成を一例として示すブロック図である。本実施形態では、モバイルネットワーク１５０として３Ｇ（3rd Generation）モバイルパケットネットワークを用い、パケット転送装置としてＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置を用いる。

図１において、配信サーバ装置１２０は、動画像、静止画、オーディオ、音声等のうちの少なくとも１種を含むコンテンツの圧縮符号化ビットストリーム、または、圧縮符号化ビットストリームを格納したファイルを、予めコンテンツ１００として蓄積している。

モバイルネットワーク１５０上に、Ｎ台（Ｎ≧２）のＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１〜１９０＿Ｎが配備され、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１にはＲＮＣ（Radio Network Controller）装置１９５＿１〜１９５＿Ｌ（Ｌ≧２）が接続され、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿ＮにはＲＮＣ装置１９７＿１〜１９７＿Ｌが接続されている。なお、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿２にもＲＮＣ装置がＬ台接続されるが、図１ではスペースの都合上記載を省略している。さらに、ＲＮＣ装置１台当りにはＭ台（Ｍ≧２）の基地局装置が接続されている。例えば、ＲＮＣ装置１９５＿１には、Ｍ台の基地局装置１８０＿１〜１８０＿Ｍが接続されている。

ここでは、各ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置に対して、１台のキャッシュサーバが接続されている。例えば、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１には、キャッシュサーバ１１０＿１が接続されている。

さらに、Ｎ台（Ｎ≧２）のキャッシュサーバ１１０＿１〜１１０＿Ｎは、キャッシュサーバ間インタフェースにより、互いに接続されている。また、Ｎ台のキャッシュサーバ１１０＿１〜１１０＿Ｎは、１台の制御装置１６０に接続されている。

携帯端末１７０は、配信サーバ装置１２０のＩＰ（Internet Protocol）アドレスを記載して配信の接続要求メッセージを発する。すると、在圏している基地局装置（図１の場合には基地局装置１８１＿１〜１８１＿Ｍのいずれか）は、接続要求メッセージを受信し、基地局装置を管理しているＲＮＣ装置（図１の場合にはＲＮＣ装置１９５＿Ｌ）に接続要求メッセージを送出する。

ＲＮＣ装置１９５＿Ｌは、接続要求メッセージを基地局装置から受信し、ＧＴＰ−Ｕ（GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）プロトコルのペイロード部分に接続要求メッセージと配信サーバ装置１２０のＩＰアドレス、携帯端末１７０のＩＰアドレス等を格納し、ＲＮＣ装置１９５＿１〜１９５＿ＬをとりまとめているＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１に対し、ＧＴＰパケットを転送する。ここで、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置とは、ＳＧＳＮ（Serving GPRS Support Node）装置とＧＧＳＮ（Gateway GPRS Support Node）装置とが一体化された構成を指す。

次に、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１は、ＧＴＰパケットを受信する。

キャッシュサーバ１１０＿１はＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１に接続され、キャッシュサーバ１１０＿ＮはＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿Ｎに接続されている。

制御装置１６０には、キャッシュサーバ１１０＿１〜１１０＿Ｎと、ポリシ装置１６５とが接続されている。制御装置１６０は、各キャッシュサーバから負荷状況情報とコンテンツ毎のアクセス度情報とを入力し、パケット転送装置から携帯端末１７０の在圏情報を入力し、ポリシ装置１６５からネットワークトポロジ情報を入力し、これらの情報のうち２つ以上の情報を用いて、コンテンツのキャッシュサーバへの配置を決定し、各キャッシュサーバに対しコンテンツ配置指示を出す。また、制御装置１６０は、携帯端末１７０からのコンテンツ要求に対し、携帯端末１７０の在圏情報および負荷状況情報等をもとにしたクライテリアに従い、クライテリアを満たすキャッシュサーバを選択し、選択されたキャッシュサーバに対し、パケット転送装置を介して携帯端末１７０へコンテンツを配信する指示を出す。

次に、制御装置１６０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、制御装置１６０の構成を一例として示すブロック図である。図２を参照すると、制御装置１６０は、制御信号送受信部１６１、アクセス計測部１８４、コンテンツ配置決定部１８５、キャッシュサーバ選択部１８７、コンテンツマップ作成・蓄積部１６７、および、コンテンツ確保指示部１６８を備えている。

制御信号送受信部１６１は、各キャッシュサーバ１１０＿１〜１１０＿Ｎから、各コンテンツのアクセス頻度情報と各キャッシュサーバの負荷情報を入力し、前者をアクセス計測部１８４へ出力し、後者をコンテンツ配置決定部１８５およびキャッシュサーバ選択部１８７へ出力する。また、制御信号送受信部１６１は、ポリシ装置１６５からネットワークトポロジ情報として各リンクのコスト等の情報を入力し、コンテンツ配置決定部１８５に出力する。さらに、制御信号送受信部１６１は、パケット転送装置１９０＿１等から携帯端末１７０の在圏情報を入力し、コンテンツ配置決定部１８５およびキャッシュサーバ選択部１８７に出力する。

アクセス計測部１８４は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、各キャッシュサーバから各コンテンツのアクセス回数を集め、これらをコンテンツ毎に加算し、コンテンツ毎にキャッシュサーバ全体のアクセス頻度を集計した上で、コンテンツ配置決定部１８５に出力する。ここで、予め定められた条件として、例えば、特定のコンテンツのアクセス回数が予め定められた閾値を超えた場合としてもよいし、これ以外の条件を用いてもよい。

コンテンツ配置決定部１８５は、制御信号送受信部１６１から、キャッシュサーバの負荷情報、ネットワークトポロジ情報および携帯端末１７０の在圏情報を入力し、アクセス計測部１８４からコンテンツ毎のアクセス頻度を入力し、複数のコンテンツの各々に対して式（１）を計算し、コンテンツを保持すべきキャッシュサーバを決定する。ここで、キャッシュサーバ全体の蓄積容量の合計は有限であるため、すべてのコンテンツに対して、各コンテンツを保持すべきキャッシュサーバを決定するのは現実的ではない。そこで、予め定められた範囲のコンテンツに限定して、コンテンツの配置を決定するようにしてもよい。例えば、アクセス計測部１８４で集計したアクセス度が上位Ｐ個のコンテンツに限定する等の方法を用いることができる。

Ｄｉ＝ｍｉｎ_ｉΣ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊ （１）

コンテンツ配置決定部１８５は、式（１）から、Ｄｉを最小にするキャッシュサーバｉを選択する。ここで、式（１）のＤｉはｉ番目のキャッシュサーバに対する評価関数であり、Ｃｉｊはｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数、Ａｊはｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度、Ｓｊはｊ番目のコンテンツのサイズを示す。また、Σ_ｊはｊに関する和を表す。ここで、コスト関数Ｃｉｊは、ネットワークトポロジ情報、ｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、および、携帯端末１７０の在圏情報から、予め定められたクライテリアに従って計算する。

式（１）では、ネットワークトポロジ情報、負荷情報および在圏情報の３種を用いているが、２種を用いるようにしてもよい。２種を用いる場合には、コスト関数Ｃｉｊを計算する際に、ネットワーク情報とキャッシュサーバの負荷情報から成るクライテリアを採用することができる。

なお、コンテンツ配置決定部１８５は、式（１）によるコンテンツ配置決定の計算、および、キャッシュサーバへの対象コンテンツのキャッシュの指示を、予め定められた時間毎に実施してもよいし、予め定められた条件が満たされた場合に実施してもよい。ここで、予め定められた条件として、例えば、アクセス計測部１８４で集計したコンテンツのアクセス頻度がそれよりも過去のアクセス頻度と比較して変化しており、かつ、変化度が予め定められた閾値を越えた場合としてもよいし、これ以外の条件を用いてもよい。また、コンテンツ配置決定部１８５は、式（１）以外の式を用いるようにしてもよい。

キャッシュサーバ選択部１８７は、制御信号送受信部１６１から、携帯端末１７０の在圏情報、各キャッシュサーバの負荷情報、および、携帯端末１７０が要求したコンテンツ情報（例えばコンテンツのＵＲＬ（Uniform Resource Locator）等）を入力し、コンテンツマップ作成・蓄積部１６７からコンテンツマップを入力する。ここで、コンテンツマップは、各キャッシュサーバがどのコンテンツをキャッシュしているかを示すマップである。キャッシュサーバ選択部１８７は、まず、携帯端末１７０が要求したコンテンツをキャッシュしているキャッシュサーバ群を選択し、負荷情報および在圏情報を用いて、負荷が予め定められた閾値以下のキャッシュサーバであって携帯端末１７０に最も近いキャッシュサーバを選択する。キャッシュサーバ選択部１８７は、携帯端末１７０が要求したコンテンツをパケット転送装置へ配信するように、選択したキャッシュサーバに指示する。

次に、コンテンツマップ作成・蓄積部１６７は、予め定められた時間間隔毎に、制御信号送受信部１６１を介してキャッシュサーバ１１０＿１〜１１０＿Ｎの各々からコンテンツリストを受信し、どのキャッシュサーバにどのコンテンツが一時蓄積されているかを表すコンテンツマップを作成し、これを蓄積する。

コンテンツ確保指示部１６８は、コンテンツマップ作成・蓄積部１６７からコンテンツマップを読み出し、携帯端末１７０が要求したコンテンツを自身が一時蓄積しているかどうかを判別する。蓄積している場合には、コンテンツ確保指示部１６８は、他のキャッシュサーバへの通知を行わない。一方、蓄積していない場合には、コンテンツ確保指示部１６８は、当該キャッシュサーバ以外の他のキャッシュサーバでどのキャッシュサーバが蓄積しているかをコンテンツマップから判別した上で、当該キャッシュサーバに対し制御信号送受信部１６１を介してコンテンツ確保通知を出力する。コンテンツ確保通知は、次の２つの通知、すなわち、要求されたコンテンツを蓄積しているキャッシュサーバのＩＰアドレスの通知、および、コンテンツを確保する指示の通知を含む。なお、要求されたコンテンツが他のいずれのキャッシュサーバでも蓄積していない場合には、キャッシュサーバのＩＰアドレスの通知の代わりに、配信サーバ装置１２０のＩＰアドレスを通知する。

次に、キャッシュサーバの構成の一例として、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１に接続されたキャッシュサーバ１１０＿１の構成を、図３を参照して説明する。なお、他のキャッシュサーバ１１０＿２〜１１０＿Ｎは、キャッシュサーバ１１０＿１と同一の構成であるため、説明を省略する。

図３は、キャッシュサーバ１１０＿１の構成を一例として示すブロック図である。図３を参照すると、キャッシュサーバ１１０＿１は、制御信号送受信部１１１、解析部１１５、コンテンツ一時蓄積部１１３、コンテンツリスト作成部１１６、コンテンツ確保部１１２、アクセス集計部１３０、および、負荷状況検出部１３５を備えている。

制御信号送受信部１１１は、携帯端末１７０からの接続要求メッセージと携帯端末１７０の受信ＩＰアドレス、要求コンテンツのＵＲＬ等を格納したＧＴＰパケットと、携帯端末１７０の在圏情報を、ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置１９０＿１から受信し、解析部１１５に出力する。

解析部１１５は、ＧＴＰパケットのペイロード部分に格納された接続要求メッセージの内容を読み出し、携帯端末１７０の受信ＩＰアドレスと要求されたコンテンツのＵＲＬ等の情報を抽出し、制御信号送受信部１１１を介して、これらの情報を制御装置１６０に送出する。また、解析部１１５は、携帯端末１７０の在圏情報を制御装置１６０に送出する。

コンテンツ確保部１１２は、制御装置１６０から送出され制御信号送受信部１１１を経由して受信したコンテンツ配置決定指示に従い、配置指定されたコンテンツを他のキャッシュサーバまたは配信サーバ装置１２０から読み出し、コンテンツ一時蓄積部１１３へ蓄積する。

コンテンツ一時蓄積部１１３は、他のキャッシュサーバまたは配信サーバ装置１２０から取得したコンテンツを一時的に蓄積する。

コンテンツリスト作成部１１６は、コンテンツ一時蓄積部１１３に蓄積されているコンテンツのすべてに対し、予め定められた時間間隔毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツリストを作成し、制御信号送受信部１１１を介して、制御装置１６０に予め定められた時間間隔毎に、コンテンツリストを送出する。

アクセス集計部１３０は、キャッシュサーバ１１０＿１がコンテンツ一時蓄積部１１３に蓄積するコンテンツ毎に、携帯端末１７０からの接続要求数を予め定められた時間範囲内で加算し、コンテンツ毎のアクセス回数を計算し、制御信号送受信部１１１を介して制御装置１６０に送出する。

負荷状況検出部１３５は、キャッシュサーバ１１０＿１の負荷状況Ｑを、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に計測し、計測した負荷状況Ｑを、制御信号送受信部１１１を介して制御装置１６０に送出する。ここで、予め定められた条件として、例えば、制御装置１６０からキャッシュサーバに負荷状況送信の要求があった場合としてもよいし、これ以外の条件としてもよい。

負荷状況検出部１３５は、例えば、式（２）に従って負荷状況Ｑを計算するようにしてもよい。

Ｑ＝Σ_ｊＡｊ＊Ｓｊ （２）

式（２）で、Ｑは当該キャッシュサーバの負荷状況を示す指標、Ｓｊは当該キャッシュサーバが一時蓄積するｊ番目のコンテンツのサイズ、Ａｊはｊ番目のコンテンツの要求回数を、それぞれ示す。なお、負荷条件検出部１３５は、これ以外のクライテリアを用いるようにしてもよい。

図１では、一つのＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置に対して一つのキャッシュサーバを接続するようにしたが、複数のＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置に対して一つのキャッシュサーバを接続するようにしてもよいし、一つのＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置に対して複数のキャッシュサーバを接続するようにしてもよい。

配信サーバ装置１２０は、キャッシュサーバ装置１１０＿１〜１１０＿Ｎと接続するようにしてもよい。

さらに、図１では、ＳＧＳＮ装置とＧＧＳＮ装置を一体化したＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置を用いるようにしたが、ＳＧＳＮ装置とＧＧＳＮ装置を分離した構成を採用することもできる。この構成の場合には、ＳＧＳＮ装置またはＧＧＳＮ装置のいずれかにキャッシュサーバを少なくとも１台接続するようにしてもよい。

また、携帯端末１７０は、モバイル３Ｇネットワークと通信ができる端末であれば、携帯電話でも、スマートフォンでも、ＰＣにデータ通信カードを搭載したものでもよい。

（実施形態２）
第２の実施形態に係るコンテンツ配信システムの構成および動作ついて、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態のコンテンツ配信システムの構成を一例として示すブロック図である。図４において、図１と同一の番号を付した構成要素は図１と同一の動作をするため、説明を省略する。

図４を参照すると、本実施形態では、モバイルネットワーク２５０として、３Ｇモバイルパケットネットワークではなく、３．９世代のモバイルネットワークであるＬＴＥ（Long Term Evolution）／ＥＰＣ（Evolved Packet Core）ネットワークを使用する。ＬＴＥでは、基地局装置とＲＮＣ装置の機能が縮退し、ｅＮｏｄｅＢ装置のみとなる。

また、ＥＰＣでは、Ｓ／Ｐ−ＧＷ（Serving/Packet Data Network Gateway）装置がｅＮｏｄｅＢ装置に接続される。ここで、Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置とは、Ｓ−ＧＷ装置とＰ−ＧＷ装置が一体化された構成をいう。図４を参照すると、Ｍ台のｅＮｏｄｅＢ装置が１台のＳ／Ｐ−ＧＷ装置に接続されている。例えば、Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿１には、ｅＮｏｄｅＢ装置２６０＿１〜２６０＿Ｍが接続されている。

ここでは、各Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置に対して１台のキャッシュサーバが接続されている。例えば、Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿１には、キャッシュサーバ１１０＿１が接続されている。

携帯端末１７０は、配信サーバ装置１２０のＩＰアドレスを記載して配信の接続要求メッセージを発する。すると、携帯端末１７０が在圏しているｅＮｏｄｅＢ装置（図４の場合にはｅＮｏｄｅＢ装置２６１＿１〜２６１＿Ｍのいずれか）は、接続要求メッセージを受信する。ｅＮｏｄｅＢ装置２６１＿１〜２６１Ｍのいずれかは、ＧＴＰプロトコルのペイロード部分に、接続要求メッセージ、配信サーバ装置１２０のＩＰアドレス、携帯端末１７０のＩＰアドレス等を格納し、Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿２に対しＧＴＰパケットを転送する。

キャッシュサーバ１１０＿１は、図３に示した構成と同一の構成を有する。ただし、本実施形態では、制御信号送受信部１１１の接続先はＳ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿１となる。したがって、制御信号送受信部１１１は、携帯端末１７０からの接続要求メッセージとＩＰアドレス等を格納したＧＴＰパケットと、携帯端末１７０のロケーション情報をＳ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿１から受信する。なお、他のキャッシュサーバ１１０＿２〜１１０＿Ｎでも、それぞれに接続されたＳ／Ｐ−ＧＷ装置と、上記のやりとりを行う。

また、本実施形態では、配信サーバ装置１２０は、Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置２９０＿１〜２９０＿Ｎと接続される。

図４では、一つのＳ／Ｐ−ＧＷ装置に対して一つのキャッシュサーバを接続するようにしたが、複数のＳ／Ｐ−ＧＷ装置に対して一つのキャッシュサーバを接続するようにしてもよいし、一つのＳ／Ｐ−ＧＷ装置に対して複数のキャッシュサーバを接続するようにしてもよい。

また、配信サーバ装置１２０は、キャッシュサーバ装置１１０＿１〜１１０＿Ｎと接続するようにしてもよい。

図４では、Ｓ−ＧＷ装置とＰ−ＧＷ装置を一体化したＳ／Ｐ−ＧＷ装置を用いるものとしたが、Ｓ−ＧＷ装置とＰ−ＧＷ装置とを分離した構成を採用することもできる。この場合には、Ｓ−ＧＷ装置またはＰ−ＧＷ装置のいずれかに、キャッシュサーバを少なくとも１台接続するようにしてもよい。

また、携帯端末１７０は、３．９Ｇモバイルネットワークと通信ができる端末であれば、携帯電話でも、スマートフォンでも、ＰＣにデータ通信カードを搭載したものでもよい。

第１および第２の実施形態に係るコンテンツ配信システムによると、次の効果がもたらされる。第１に、制御装置が、負荷状況情報、アクセス度情報、端末の在圏情報、ネットワークトポロジ情報のうちの少なくとも２以上からなる評価クライテリアを用いてコンテンツのキャッシュサーバへの配置を決定し、キャッシュサーバに対し配置を決定されたコンテンツのキャッシュを指示することにより、人気の高いコンテンツのアクセスが集中する場合でもモバイルネットワークのトラヒックを分散させネットワークの負荷の集中を回避することができ、モバイルネットワークの輻輳を回避することがきる。このとき、端末の台数が増大したりコンテンツが大容量化した場合においても、遅延やパケットロスが発生せず、端末側で画像がフリーズしたり、音声が途切れる等の問題が発生しない。

第２に、制御装置が、端末の在圏情報をもとに予め定められたクライテリアを満たすキャッシュサーバを選択し、前記キャッシュサーバから端末にコンテンツを配信することから、配信サーバから配信する従来方式と比較して、コンテンツ配信の距離を短くすることができるため、端末にコンテンツが到着するまでの時間を短縮し、端末で要求を出してからコンテンツを再生するまでの遅延時間を大幅に短縮することができ、エンドユーザのＱｏＥ（Quality of Experience）を大幅に改善することができる。

第３に、第１の効果および第２の効果をもたらすために、端末を一切改造する必要もない。

なお、上記の特許文献等の先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１００ コンテンツ
１１０＿１〜１１０＿Ｎ キャッシュサーバ
１１１ 制御信号送受信部
１１２ コンテンツ確保部
１１３ コンテンツ一時蓄積部
１１５ 解析部
１１６ コンテンツリスト作成部
１２０ 配信サーバ装置
１３０ アクセス集計部
１３５ 負荷状況検出部
１５０ モバイルネットワーク
１６０ 制御装置
１６１ 制御信号送受信部
１６５ ポリシ装置
１６７ コンテンツマップ作成・蓄積部
１６８ コンテンツ確保指示部
１７０ 携帯端末
１８０＿１〜１８０＿Ｍ、１８１＿１〜１８１＿Ｍ、１８２＿１〜１８２＿Ｍ、１８３＿１〜１８３＿Ｍ 基地局装置
１８４ アクセス計測部
１８５ コンテンツ配置決定部
１８７ キャッシュサーバ選択部
１９０＿１〜１９０＿Ｎ ＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置
１９５＿１〜１９５＿Ｌ、１９７＿１〜１９７＿Ｌ ＲＮＣ装置
２５０ モバイルネットワーク
２６０＿１〜２６０＿Ｍ、２６１＿１〜２６１＿Ｍ、２６２＿１〜２６２＿Ｍ ｅＮｏｄｅＢ装置
２９０＿１〜２９０＿Ｎ Ｓ／Ｐ−ＧＷ装置

Claims (12)

1. パケットを転送する複数のパケット転送装置と、
   コンテンツを一時的に保持するとともに、該コンテンツを前記複数のパケット転送装置のうちのいずれかを経由して送出する複数のキャッシュサーバと、
   前記複数のキャッシュサーバを制御する制御装置と、をモバイルネットワーク上に備え、
   前記制御装置は、前記複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を集計し、集計したアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出するアクセス計測部と、
   前記複数のキャッシュサーバのそれぞれの負荷状況、前記モバイルネットワークのトポロジ情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか１つと、コンテンツを要求する端末の在圏情報とを用いて、前記複数のキャッシュサーバへのコンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように前記複数のキャッシュサーバに指示するコンテンツ配置決定部と、
   端末からコンテンツの要求を受けると、前記複数のキャッシュサーバのうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに該コンテンツを送出するように指示するキャッシュサーバ選択部と、を備え、
   前記コンテンツ配置決定部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定する、コンテンツ配信システム。
2. 前記コンテンツ配置決定部は、Ａｊをｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度とし、Ｓｊをｊ番目のコンテンツのサイズとし、Ｃｉｊを前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数としたときに、Σ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊを最小にするキャッシュサーバへコンテンツを配置する、請求項１に記載のコンテンツ配信システム。
3. 前記コンテンツ配置決定部は、前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、前記モバイルネットワークのトポロジ情報および前記端末の在圏情報、または、該負荷情報および該トポロジ情報に基づいて、前記コスト関数Ｃｉｊを算出する、請求項２に記載のコンテンツ配信システム。
4. 前記アクセス計測部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、前記複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を収集する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンテンツ配信システム。
5. 前記複数のパケット転送装置は、それぞれ、モバイルネットワークのＳＧＳＮ装置、ＧＧＳＮ装置もしくはＳＧＳＮ／ＧＧＳＮ装置、または、モバイルＥＰＣネットワークのＳ−ＧＷ装置、Ｐ−ＧＷ装置もしくはＳ／Ｐ−ＧＷ装置である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のコンテンツ配信システム。
6. 前記コンテンツは、動画、静止画、音声、オーディオ、ソフトウェア、アプリケーション、および、データのうちの少なくともいずれかを含む、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のコンテンツ配信システム。
7. モバイルネットワークにおいて、コンテンツを一時的に保持する複数のキャッシュサーバを制御する制御装置であって、
   前記複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を集計し、集計したアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出するアクセス計測部と、
   前記複数のキャッシュサーバのそれぞれの負荷状況、前記モバイルネットワークのトポロジ情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか１つと、コンテンツを要求する端末の在圏情報とを用いて、前記複数のキャッシュサーバへのコンテンツの配置を決定し、決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように前記複数のキャッシュサーバに指示するコンテンツ配置決定部と、
   端末からコンテンツの要求を受けると、前記複数のキャッシュサーバのうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに、パケット転送装置を経由して該コンテンツを送出するように指示するキャッシュサーバ選択部と、を備え、
   前記コンテンツ配置決定部は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定する、制御装置。
8. 前記コンテンツ配置決定部は、Ａｊをｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度とし、Ｓｊをｊ番目のコンテンツのサイズとし、Ｃｉｊを前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数としたときに、Σ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊを最小にするキャッシュサーバへコンテンツを配置する、請求項７に記載の制御装置。
9. 前記コンテンツ配置決定部は、前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、前記モバイルネットワークのトポロジ情報および前記端末の在圏情報、または、該負荷情報および該トポロジ情報に基づいて、前記コスト関数Ｃｉｊを算出する、請求項８に記載の制御装置。
10. モバイルネットワークにおいて、コンテンツを一時的に保持する複数のキャッシュサーバを制御する制御装置が、該複数のキャッシュサーバのそれぞれに格納されたコンテンツに対するアクセス回数を集計し、集計したアクセス回数に基づいてコンテンツごとにアクセス頻度を算出する工程と、
    前記複数のキャッシュサーバのそれぞれの負荷状況、前記モバイルネットワークのトポロジ情報、および、前記アクセス頻度のうちの少なくともいずれか１つと、コンテンツを要求する端末の在圏情報とを用いて、前記複数のキャッシュサーバへのコンテンツの配置を決定する工程と、
    決定したコンテンツの配置に応じてコンテンツを保持するように前記複数のキャッシュサーバに指示する工程と、
    端末からコンテンツの要求を受けると、前記複数のキャッシュサーバのうちの該コンテンツを保持するキャッシュサーバに、パケット転送装置を経由して該コンテンツを送出するように指示する工程と、を含み、
    前記制御装置は、予め定められた時間毎に、または、予め定められた条件が満たされた場合に、コンテンツの配置を決定する、コンテンツ配信方法。
11. Ａｊをｊ番目のコンテンツに対するアクセス頻度とし、Ｓｊをｊ番目のコンテンツのサイズとし、Ｃｉｊを前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバに対するコスト関数としたときに、前記制御装置が、Σ_ｊＣｉｊ＊Ａｊ＊Ｓｊを最小にするキャッシュサーバへコンテンツを配置する、請求項１０に記載のコンテンツ配信方法。
12. 前記制御装置が、前記複数のキャッシュサーバのうちのｉ番目のキャッシュサーバの負荷情報、前記モバイルネットワークのトポロジ情報および前記端末の在圏情報、または、該負荷情報および該トポロジ情報に基づいて、前記コスト関数Ｃｉｊを算出する、請求項１１に記載のコンテンツ配信方法。

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