JP6638145B2 - ネットワークシステム、ノード装置、キャッシュ方法及びプログラム - Google Patents
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きるようになる。
図1は、実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。図1のシステム1は、ネットワーク2と、ネットワーク2を形成するノード3(3a〜3e)と、ネットワーク2に接続される端末4(4a〜4d)と、ネットワーク2に接続されるコンテンツサーバ5とを含む。ネットワーク2は、ISP(Internet Service Provider)によって管理さ
れる自律システム(AS:Autonomous System)等の通信回線網である。ノード3、端末
4及びコンテンツサーバ5は、コンピュータであり、通信可能に接続された他のコンピュータとの間で電子ファイルを送受信することができるものとする。
、アクセス頻度の高いチャンクに対し、より多くのグループを割り当てるようにすれば、要求元のノード3に近い場所にチャンクがキャッシュされている確率を高めることができる。
ツ等は、1ファイル当たりの容量が大きく内容が更新されることが少ない。したがって、CDN(Contents Delivery Network)において、アクセス頻度の高いコンテンツをキャ
ッシュ対象とすれば、キャッシュによるトラフィックの削減が期待できる。
図4は、端末4、ノード3及びコンテンツサーバ5の構成の一例を示すブロック図である。端末4、ノード3及びコンテンツサーバ5は、一般的なコンピュータである。
端末4は、PC(Personal Computer)、スマートフォン、タブレット等のコンピュー
タであり、通信I/F41と、記憶装置42と、入出力装置43と、プロセッサ44と、バス45とを備えている。
プリケーション(プログラム、ソフトウェア等とも呼ぶ)を実行することにより本実施の形態に係る各処理を行う。図4の例では、プロセッサ44内に機能ブロックを示している。プロセッサ44は、例えば、再生処理部441として機能する。再生処理部441は、例えばユーザの操作に基づいて、ネットワーク2を介してファイル6の送信を要求したり、受信したチャンクを結合してコンテンツを再生したりする。
ノード3も、通信I/F31と、記憶装置32と、入出力装置33と、プロセッサ34と、バス35とを備えている。
コンテンツプロバイダ等のコンテンツサーバ5も、通信I/F51と、記憶装置52と、入出力装置53と、プロセッサ54と、バス55とを備えている。
図5は、ネットワークシステムが行うコンテンツ配信処理の一例を示す処理フロー図である。図5の「ノード」は、図1、図4における要求元の端末4からコンテンツサーバ5までの経路上に存在するノード3に相当する。すなわち、複数のノード3を経由する場合もある。図5においては、便宜上、1つのノードを示す。
情報と、位置情報631及び範囲情報632を含む第3のチャンク63に関する情報とを含んでいる。端末4の再生処理部441は、このようなファイル6に基づいて、基本的には前方の範囲を構成するチャンクから順に、コンテンツサーバ5に対しチャンクの送信を要求する。なお、1つのファイル6には、コンテンツの画質や音質等が異なる複数のファイルについてそれぞれ上述のチャンクが記述されていてもよい。この場合は、端末4の性能や通信経路の状態等に応じて複数のファイルのいずれかが送受信される。また、MPDファイルに限らず、M3UやHLS(HTTP Live Streaming)のようなフォーマットに適
用することもできる。
本実施形態では、ネットワーク2において同一のグループが偏らないようにノードをグループ分けする。すなわち、ネットワークトポロジ上隣接する他のノード装置とは異なるグループが優先して割り当てられるという簡便な方法により、同一のチャンクをキャッシュするノードをネットワーク上に分散させ、いずれのノードからもある程度近接した位置に各グループに属するキャッシュサーバが存在するという準最適なキャッシュ配置を実現することができる。また、図1に示したように、1つのチャンクには複数のグループを示
す情報を関連付けておくようにしてもよい。アクセス頻度の高いチャンクほど、多くのグループに属するノードでキャッシュすれば、ネットワーク上におけるキャッシュのヒット率を向上させることができる。特に、動画等のコンテンツファイルの場合、冒頭部分のアクセス頻度が高く、ユーザはその後視聴を中止したり一部をスキップしたりすることがある。また、再生を開始する位置を指定した動画へのリンクがSNS(Social Networking Service)に投稿された場合など、動画の一部のアクセス頻度が高まることもある。本実
施形態によれば、アクセス頻度の高いチャンクほど多くキャッシュさせておくことができ、ネットワークシステム全体におけるトラフィックの増大を抑えることができる。また、チャンク単位で要求される頻度が異なるような場合であっても、要求の頻度が高いチャンクをキャッシュさせれば、キャッシュ領域を効率的に活用することができる。
また、上述したネットワークシステムにおいて、チャンクに対するキャッシュの優先度を決定し、チャンクに関連付けられるグループを示す情報(換言すればキャッシュすべきチャンクのリスト)を動的に変更するようにしてもよい。キャッシュの優先度は、例えばコンテンツサーバ5のキャッシュ管理部542が算出する各チャンクへのアクセス頻度に基づき決定する。コンテンツサーバ5は、チャンクに対するアクセスの頻度を算出し、キャッシュ対象のチャンクを決定する、本発明に係る「アクセス管理装置」の一例である。なお、コンテンツサーバ5とは別に、いずれかのネットワーク2にアクセス管理装置を設けてもよい。
は、当該コンテンツサーバ5が要求に応じて送信したチャンクについてのログと、ノード3がキャッシュを送信した旨のログを所定期間分集計し、図8に示すようなチャンクごとの統計データを生成する。図9に示す表は、「順位」、「グループ数」、及び「タグ」の項目を有する。「順位」のフィールドには、所定期間におけるチャンクへのアクセス頻度に基づいて定まる順位の範囲が記録されている。図7のS24においては、所定期間における順位が決定される。「グループ数」のフィールドには、各順位のチャンクをキャッシュするグループの数が示されている。「タグ」のフィールドには、各順位のチャンクをキャッシュするグループを示す情報が上述したタグの形式で記録されている。
キャッシュ対象更新処理によれば、コンテンツサーバ5から配信されるファイルをアクセス数に応じてチャンク単位でキャッシュさせることができる。また、アクセス頻度の傾向が変化した場合にも、傾向の変化に追従してネットワークにおけるキャッシュのヒット率を維持及び向上させられるよう設定を変更できる。なお、アクセス頻度の算出やキャッシュすべきチャンクのリストの更新を行う管理装置は、コンテンツサーバ5が行うようにしてもよいし、ネットワーク2に接続された他の装置が行うようにしてもよい。また、各ノード3が記憶するチャンクごとのアクセスログは、ネットワーク上の所定の装置に保持させ、コンテンツサーバ5又は上記管理装置が各中継ノードにおけるアクセスログを読み出せるようにしてもよい。
本実施形態では、アクセス頻度が高いチャンクをキャッシュ対象とし、アクセス頻度が高いほどネットワーク内における多くのノードでキャッシュする。チャンクをキャッシュ
するノードの数は、ユーザが任意に設定することができる。なお、チャンクをキャッシュするノードの数は、ネットワークに接続された、各グループに属するノードの数と、チャンクに対応づけて設定される、当該チャンクを保持するグループの数とによって決まる。チャンクをキャッシュするノードの数は、例えば遺伝的アルゴリズム等を利用して求めた準最適なキャッシュ配置に従って定めるようにしてもよい。
た準最適なキャッシュ配置におけるファイルと当該ファイルがネットワーク上にキャッシュされる数との関係を表している。実線は、遺伝的アルゴリズムで求めたネットワーク中のキャッシュファイル数を、本実施形態に係るネットワークシステムで近似する例である。本実施形態では、上述したタグによって表される、各ファイルに割り当てるグループを変更することにより、当該ファイルをキャッシュするネットワーク上のノード数を調整することができる。また、グループの種類の数を4よりも大きくすることで、準最適な配置に対する近似の精度を向上させることができる。本実施形態に係る階層的に接続されたネットワークにおいても、所定の頻度でアクセスされる複数のファイルを定義し、何らかのアルゴリズムで求めた準最適なキャッシュ配置を近似した値となるように、上記ファイルに割り当てるグループ及びネットワーク上のノードに割り当てるグループの少なくともいずれかを決定するようにしてもよい。
図10は、端末4の入出力装置43に表示される画面の一例を示す図である。本変形例では、アクセス頻度が所定の閾値以上である(すなわち、人気のある)チャンクを頭出しできるようにする。例えば図6に示したMPDファイルにチャンクごとのアクセス頻度や人気のあるチャンクである旨の情報を追加することにより、アクセス頻度が所定の閾値以上であったり人気のあるチャンクである旨の情報が付加されている所定のチャンクへ再生位置をスキップさせるようにしてもよいし、MPDファイルとは別にチャンクごとのアクセス頻度や人気の程度を示す情報を含むファイルを用意し、MPDファイルを組み合わせて所定のチャンクへ再生位置をスキップさせるようにしてもよい。なお、再生位置は必ずしもチャンクの先頭でなく、コンテンツ中の任意の位置が指定されていてもよい。
す情報によって登録されている。図11に示すような情報が端末4に配信され、端末4の再生処理部441は配信された情報を用いて図10に示したような画面を生成するようにしてもよい。
また、アクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクを抽出及び結合して、コンテンツのダイジェストを生成するようにしてもよい。すなわち、1つのファイルを分割して生成したチャンクのうち、管理装置が算出したアクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクを結合して再生する。このような処理は、例えばコンテンツサーバ5等が、アクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクのみを含むMPDファイルを、コンテンツのダイジェストとして生成することにより実現してもよいし、端末4が備えるコンテンツ再生プログラムがMPDファイルに記述されたチャンクのうちアクセス頻度が所定の閾値以上であえるチャンクのみを要求することにより実現してもよい。すなわち、複数のチャンクを結合することによりもとのファイルを形成する処理は、ノード3が行うようにしてもよいし、端末4が行うようにしてもよい。
また、端末4の再生処理部441は、アクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクを優先的に受信(プリフェッチ)するようにしてもよい。このようにすれば、端末4は、ユーザが視聴したい部分を先読みしてダウンロードしておき、ユーザが当該シーンへスキップする操作をした場合は、すぐに再生を開始することができる。また、ノード3のキャッシュ送信部342が主体となって、端末4へアクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクをプッシュ配信するようにしてもよい。いずれの場合であっても、端末4の再生処理部441は、ファイルを構成するチャンクのうち、アクセス頻度が所定の閾値以上であるチ
ャンクを優先的に受信することができる。そして、チャンクの再生時には当該チャンクが端末4の記憶装置42に保持された状態にしておくことができる。
また、1つのコンテンツのうち、アクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクの前に広告等のような他のコンテンツを挿入して再生するようにしてもよい。このような処理は、例えば端末4の再生処理部441が、コンテンツサーバ5やノード3と協調して、アクセス頻度が所定の閾値以上であるチャンクの前に他のコンテンツを割り込ませて再生する。また、他のコンテンツについても、予めノード3にキャッシュさせておくようにしてもよい。このように人気のあるチャンクの前に他のコンテンツを挿入することにより、ユーザに他のコンテンツも視聴してもらえる可能性が高まる。本変形例に係る他のコンテンツの挿入も、ノード3のキャッシュ送信部342が主体となって、端末4へプッシュ配信するようにしてもよい。
また、コンテンツデータは、動画や音声に限られず、例えば三次元オブジェクトを含むVR(Virtual Reality)動画であってもよい。このとき、VR動画内のオブジェクト単
位で送受信を制御できるファイル形式を採用し、時間的に分割されたチャンクごとにキャッシュするだけでなく、三次元オブジェクトごとにキャッシュできるようにしてもよい。すなわち、多くのユーザに視線を向けられ、表示の対象となることが多い三次元オブジェクトは、より多くのグループに属するノード3においてキャッシュし、ユーザに注目されず、表示されることが少ない三次元オブジェクトは、ネットワーク2上にほとんどキャッシュしない。また、段階的に品質の異なる三次元オブジェクトを予め用意しておき、表示の対象となることが多い三次元オブジェクトは高品質なものをキャッシュさせ、表示の対象となることが少ない三次元オブジェクトは低品質なものをキャッシュさせるようにしてもよい。このような変形例によっても、ネットワーク上のトラフィックの増大を抑えることができると共に、キャッシュを保持するための記憶領域を有効的に活用できる。
うに段階的に画質の異なるレイヤを含む動画ファイルを用意しておき、時間的な区間ごとの動画に対するアクセス頻度に応じて、アクセス頻度の高い区間ほど画質の高いレイヤを多くキャッシュするようにしてもよい。また、アクセス頻度に関係なく、低画質のレイヤを多くキャッシュするようにしてもよい。このようにすれば、回線の混雑状況によらず、少なくとも低画質のレイヤは早期に端末4へ配信できるようになる。
本発明は上述の処理を実行するコンピュータプログラムを含む。さらに、当該プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に属する。当該プログラムが記録された記録媒体については、コンピュータに、この記録媒体のプログラム
を読み込ませて実行させることにより、上述の処理が可能となる。
2 :ネットワーク
3 :ノード
31 :通信I/F
32 :記憶装置
33 :入出力装置
34 :プロセッサ
341 :キャッシュ保持部
342 :キャッシュ送信部
343 :中継部
35 :バス
4 :端末
41 :通信I/F
42 :記憶装置
43 :入出力装置
44 :プロセッサ
441 :再生処理部
45 :バス
5 :コンテンツサーバ
51 :通信I/F
52 :記憶装置
53 :入出力装置
54 :プロセッサ
541 :コンテンツ配信部
542 :キャッシュ管理部
55 :バス
Claims (11)
- 分割されたファイルであるチャンクを送受信すると共に当該チャンクを一時的に保持するノード装置を複数含むネットワークシステムであって、
前記ノード装置には、当該ノード装置が保持すべきチャンクを特定するためのグループが、ネットワークトポロジ上隣接する他のノード装置とは異なるグループが優先されるように割り当てられ、
前記チャンクは、ゼロ以上の前記グループと関連付けられ、
前記ノード装置は、
自身に割り当てられた前記グループと関連付けられた前記チャンクを受信した場合は、当該チャンクをキャッシュとして記憶部に一時的に保持させるキャッシュ保持部と、
要求元のノード装置が送信を要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持している場合は、当該キャッシュを前記要求元のノード装置に対して送信するキャッシュ送信部と、
前記要求元のノード装置が要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持していない場合は、他のノードに前記チャンクを要求する中継部と、
を備えるネットワークシステム。 - 前記チャンクに対する要求の頻度を算出する管理装置をさらに備え、
前記管理装置は、算出した前記頻度が高いチャンクは前記頻度が低いチャンクよりも多くのノード装置において保持されるように、前記チャンクに関連付ける前記グループを変更するキャッシュ管理部を備える
請求項1に記載のネットワークシステム。 - 前記ノード装置の前記キャッシュ送信部は、当該ノード装置の前記記憶部が保持するキャッシュを前記要求元のノード装置に対して送信した場合、当該キャッシュに対応する前記チャンクへのアクセス数を計数し、当該アクセス数を前記管理装置へ送信する
請求項2に記載のネットワークシステム。 - 前記ファイルはコンテンツデータであり、
前記チャンクは、前記コンテンツデータが再生時間又はデータサイズに基づいて分割されたファイルであり、複数のチャンクを結合することにより前記ファイルを形成する
請求項2又は3に記載のネットワークシステム。 - 当該ネットワークシステムは、前記ノード装置に対し前記コンテンツデータをチャンク単位で要求する端末をさらに含み、
前記端末は、要求するチャンクによって形成されるファイルを構成する他のチャンクのうち、要求の頻度が所定の閾値以上であるチャンクを優先的に受信する再生処理部を備える
請求項4に記載のネットワークシステム。 - 前記端末の前記再生処理部は、前記管理装置が算出した前記要求の頻度が所定の閾値以上であるチャンクの再生前に、他のコンテンツを再生する
請求項5に記載のネットワークシステム。 - 前記端末の前記再生処理部は、1つのファイルを分割して生成したチャンクのうち、前記管理装置が算出した前記要求の頻度が所定の閾値以上であるチャンクを結合して再生する
請求項5又は6に記載のネットワークシステム。 - 前記端末の前記再生処理部は、ユーザの操作に応じて、1つのファイルを分割して生成したチャンクのうち、前記管理装置が算出した前記要求の頻度が所定の閾値以上であるチャンクのいずれかから再生を開始する
請求項5から7のいずれか一項に記載のネットワークシステム。 - 分割されたファイルであるチャンクを送受信すると共に当該チャンクを一時的に保持するノード装置であって、
前記ノード装置には、当該ノード装置が保持すべきチャンクを特定するためのグループが割り当てられ、
前記ファイルは、ゼロ以上の前記グループと関連付けられ、
前記ノード装置は、
自身に割り当てられた前記グループと関連付けられた前記チャンクを受信した場合は、当該チャンクをキャッシュとして記憶部に一時的に保持させるキャッシュ保持部と、
要求元のノード装置が送信を要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持している場合は、当該キャッシュを前記要求元のノード装置に対して送信するキャッシュ送信部と、
前記要求元のノード装置が要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持していない場合は、他のノードに前記チャンクを要求する中継部と、
を備えるノード装置。 - 分割されたファイルであるチャンクを送受信すると共に当該チャンクを一時的に保持するノード装置が実行するキャッシュ方法であって、
前記ノード装置には、当該ノード装置が保持すべきチャンクを特定するためのグループが割り当てられ、
前記ファイルは、ゼロ以上の前記グループと関連付けられ、
前記ノード装置が、
自身に割り当てられた前記グループと関連付けられた前記チャンクを受信した場合は、当該チャンクをキャッシュとして記憶部に一時的に保持させ、
要求元のノード装置が送信を要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持している場合は、当該キャッシュを前記要求元のノード装置に対して送信し、
前記要求元のノード装置が要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持していない場合は、他のノードに前記チャンクを要求する
キャッシュ方法。 - 分割されたファイルであるチャンクを送受信すると共に当該チャンクを一時的に保持するノード装置に実行されるプログラムであって、
前記ノード装置には、当該ノード装置が保持すべきチャンクを特定するためのグループが割り当てられ、
前記ファイルは、ゼロ以上の前記グループと関連付けられ、
前記ノード装置に、
自身に割り当てられた前記グループと関連付けられた前記チャンクを受信した場合は、当該チャンクをキャッシュとして記憶部に一時的に保持させ、
要求元のノード装置が送信を要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持している場合は、当該キャッシュを前記要求元のノード装置に対して送信させ、
前記要求元のノード装置が要求する前記チャンクに対応する前記キャッシュを保持していない場合は、他のノードに前記チャンクを要求させる
プログラム。
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