JPH10228454A - マルチメディア・データストリームを処理するためのシステムおよび方法 - Google Patents
マルチメディア・データストリームを処理するためのシステムおよび方法Info
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- JPH10228454A JPH10228454A JP9320972A JP32097297A JPH10228454A JP H10228454 A JPH10228454 A JP H10228454A JP 9320972 A JP9320972 A JP 9320972A JP 32097297 A JP32097297 A JP 32097297A JP H10228454 A JPH10228454 A JP H10228454A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H04N7/00—Television systems
- H04N7/16—Analogue secrecy systems; Analogue subscription systems
- H04N7/173—Analogue secrecy systems; Analogue subscription systems with two-way working, e.g. subscriber sending a programme selection signal
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- Information Retrieval, Db Structures And Fs Structures Therefor (AREA)
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
- Multi Processors (AREA)
Abstract
るデータストリームの数を増やすために、マルチメディ
アA/Vサーバ・サブシステムのクラスタを提供する。 【解決手段】 各クラスタは、複数のA/Vサーバと、
A/Vサーバに相互接続され、これによってクラスタ内
のサーバのいずれによっても実質的に同等にアクセス可
能な共用ループ・アーキテクチャの複数のデータ記憶装
置と、A/Vサーバおよびデータ記憶装置を制御するた
めA/Vサーバおよびデータ記憶装置に相互接続された
可用性の高い制御サーバ・サブシステムとからなる。ク
ラスタのそれぞれは、クラスタからエンド・ユーザへの
データストリームの配布のために高速スイッチに相互接
続される。制御サーバ・サブシステムのうちの1つは、
マスタ制御サーバとしても働き、データストリームを求
める要求をクラスタのうちの1つに割り当てる。
Description
タおよびビデオ・データをサービスするためのコンピュ
ータ化されたシステムに関し、具体的には、改良された
データ記憶およびデータ処理を有する上記のシステムに
関する。
に、コスト効率のよい形で膨大な顧客のセットに大量の
個別に取り扱われるデータストリームを配布しなければ
ならない洗練されたコンピュータ化されたオーディオ/
ビデオ・サーバ・システムが出現した。この問題を複雑
にしているのは、さまざまな内容に対する比較的強い要
望があるので、大量の媒体ストリームを処理しなければ
ならないだけではなく、それらをほとんど瞬間的に使用
でき、膨大なタイトルおよびクリップの内容ベースから
顧客の思うままに簡単に選択可能であることが非常に望
ましく、複数の顧客が同時に同一タイトルの視聴を所望
することがしばしばあるという事実である。
ング・センター、美術館などの情報キオスクであるが、
このようなシステムの配布で発生する無数の技術的問題
をよりよく表す応用例は、おそらくビデオ・オン・デマ
ンド・システムの場合である。このようなシステムは、
ほとんど瞬間的なデマンド・ベースでの表示のために数
千人の顧客に同時に映画タイトルの個別の選択部分を同
時に配布するために呼び出され、この映画タイトルは、
数千本におよぶリストから顧客によって選択される。マ
ルチメディア・データは、極端に密度が高いことで悪名
高い。たとえば、1本の映画全体の記憶に5ギガバイト
を必要とする場合があり、そのタイトルのビデオ・スト
リームの再生は、通常は毎秒20メガバイトの速度で行
われる。さらに、ビデオ・オン・デマンド・サービス
は、数千人の顧客をサービスすることを期待される場合
があり、その顧客のそれぞれが、おそらくは1014バイ
ト(たとえば、1タイトルあたり100ギガバイト×1
000タイトル)を含むビデオ・データベースから同時
に選択される、顧客独自の「カストマイズされた」割込
み不能の20メガバイト毎秒のビデオ・ストリームを選
択することができる。これらの数値の正味の大きさか
ら、当業界を悩ませている、そのようなシステムを効果
的でコスト効率のよい形で配布する方法に関する深刻で
厄介な問題が直観的に想起される。
示された信じられないほど複雑な問題の初期の分析で見
落とされる可能性がある微妙な点は、問題をひどくする
だけである。この例の1つとして、ビデオ・オン・デマ
ンド映画サーバの場合、すべてのタイトルに対する需要
の均等な分布は仮定できない。逆に、さまざまな時点
で、所与のタイトルが、極端に人気があり、高い比率の
顧客によって視聴のために要求され、これによって、デ
ィスク駆動装置コントローラの帯域幅制限のために単純
には満足できない需要がディスク駆動装置コントローラ
に集まる場合がある。
解決策の1つが、追加のディスク駆動装置およびコント
ローラ上でタイトルを単純に複写することであるが、こ
の手法は、複数の理由から許容できない。まず、そのよ
うなオーディオ/ビデオ・サーバ・システムにおいて最
も重要なコストの1つは、記憶コストである。したがっ
て、複数のディスクにタイトルを単純に複写すること
は、実現不可能であろう。さらに、そのようなシステム
でのタイトルに対する需要は、静的ではなく、時間と共
に動的に変化し、たとえば、ある時点で相対的に「人
気」のあるタイトルが、数日のうちに需要が減少し、別
のタイトルに置換されてしまう場合がある。したがっ
て、さまざまなディスク駆動装置上でタイトルのコピー
を継続的に複写することが必要なシステムでは、前に説
明したタイトルの複写に関連する許容できないコストを
別にしても、効率的に負荷のバランスをとることが極端
に困難になる。
の通常の実施態様の1つを簡略化して示した図1を参照
することによって示すことができる。このようなシステ
ムでは、データ消失保護を提供するRAID4またはR
AID5コントローラなどの当技術分野で周知のRAI
Dコントローラの形とすることができる複数のサーバす
なわちコントローラ18、20および22が設けられ
る。そのようなコントローラのそれぞれは、RAIDア
レイに編成された1コントローラあたり30個ないし4
0個程度の、対応する専用の複数のディスク駆動装置を
制御できる。したがって、コントローラ18、20およ
び22は、それぞれの複数のディスク・アレイ19、2
1および23を制御し、各アレイには、図1に示された
タイトルTなどのディジタル化されたビデオ・データが
含まれ、各アレイは、通常は4つのディスク駆動装置と
パリティ用の1つの追加駆動装置を有する。
ぞれを相互接続するのは、ファイバ・チャネル・アービ
トレーテッド・ループ10と冗長ループ12である(デ
ータ消失保護は、RAIDコントローラによって提供さ
れ、冗長ループは、そのようなシステムでの高い可用性
が必要なので存在する)。コントローラ18、20およ
び22のそれぞれは、線24A、24Bおよび24C上
に、当技術分野で周知のMPEG2形式のATMストリ
ーミング・ビデオなどのストリーミング・ビデオをディ
スク・アレイ19、21および23から配布し、このよ
うなストリーミング・ビデオは、やはり当技術分野で周
知の適当なATMスイッチ14に配布される。ATMス
イッチ14には、複数のビデオ/オーディオ・コントロ
ーラ、コンピュータ、テレビジョン16(図を簡単にす
るために1つだけを図示)にサービスするケーブル・ネ
ットワーク13が相互接続される。
要求が行われる場合に、コントローラ20が、モニタ1
6上で顧客が視聴するために、そのタイトルが常駐する
対応する専用のディスク・アレイ21のうちの1つか
ら、コントローラ20、線24B、ATMスイッチ1
4、ケーブル・ネットワーク13を介してビデオ・スト
リームを配布する。このように単純な場合では、このシ
ステムは非常に良好に動作する可能性がある。しかし、
前に述べたように、タイトルTの需要が多く、したがっ
て、コントローラ20などの所与のRAIDコントロー
ラが有限の個数のストリームしか処理できないので、バ
スが飽和する場合がある。そのような事態では、ファイ
バ・チャネル・アービトレーテッド・ループ10および
冗長ループ12が働き始める。タイトルTを、ファイバ
・チャネル・アービトレーテッド・ループ10および冗
長ループ12上で、たとえばオン・デマンドではなく操
作員が静的に次のディスク・コントローラ22に転送
し、コントローラ22に関連する対応するディスク・ア
レイ23のうちの1つにT'として複写できる。こうす
れば、そのタイトルのビデオ・ストリームの追加の補足
を、コントローラ22のディスク駆動装置のタイトルT
の複写から冗長タイトルT'として導出することによっ
て、コントローラ22によって線24Cに供給できる。
トローラ・システムの実施態様に関連する。まず、ビデ
オ・タイトルは、大量の記憶域を必要とし、したがっ
て、ディスク・アレイ19、21および23のコスト
が、通常は全システムのコストの主要な部分になること
が想起される。したがって、所与のコントローラ18、
20および22によって提供できるものを超えるビデオ
・ストリームに対する需要を満足するためには、単純に
タイトルを別のディスク駆動装置にT'として複写する
ことは、冗長で高価なデータのコピーが必要となる限
り、一般に許容できない。図1のシステムに固有の弱点
は、コントローラ18、20および22のそれぞれが、
それぞれの独自の局所ディスクの組であるディスク・ア
レイ19、21および23だけにアクセスでき、ファイ
バ・チャネル・アービトレーテッド・ループ10および
冗長ループ12にまたがるタイトルの転送が必要になる
という事実に関連する。
は、タイトル複写の出費が多少は許容できる場合であっ
ても、タイトルの特定の需要に対して、ファイバ・チャ
ネル・アービトレーテッド・ループ10および冗長ルー
プ12自体が、あるコントローラのディスク記憶域から
別のコントローラのディスク記憶域へビデオ・データを
転送する際に輻輳状態になり、したがって、この処理に
許容できないオーバーヘッドが追加されることが簡単に
理解できる。さらに、さまざまなディスク・アレイ1
9、21および23は、通常は、特定のディスク駆動装
置に関連する所与のコントローラが処理できるストリー
ム数より大きい帯域幅を有する場合がある。したがっ
て、図1のシステムでは、高価なディスク駆動装置の帯
域幅が、本質的に、コントローラ18、20および22
のそれぞれが配布できるストリーム(線24A、24B
および24C)の数のサーバおよびコントローラの帯域
幅によって制限される。このシステムの設計は、それぞ
れのコントローラによる制限なしにディスクの読取ヘッ
ド帯域幅の全容量を利用するために高価なディスクのそ
れぞれを「絞り取る」必要があるという点で、本質的に
アンバランスであり、高価である。
の需要の異なる組合せを有する対話型ビデオ・システム
では、誰かが需要を予測し、さまざまなディスク・アレ
イ19、21および23上でクリップのバランスを事前
にとって、変化する負荷に対応し、ファイバ・チャネル
・アービトレーテッド・ループ10および冗長ループ1
2での輻輳を減らすという難しい作業が発生することは
明白である。それを行おうとする試みの1つで、システ
ムに、スイッチ・コントローラ11を追加して、ディス
ク・アレイ19、21および23の間でのタイトル分配
のバランスを多少知的な形でとることができる。しか
し、そのようなシステムは、数百個のディスクのスイッ
チ論理回路に起因して極端に高価であり、前述のアンバ
ランスなシステムという問題が非常にすばやく発生する
可能性がある。また、障害点が1つだけあるので、2つ
のスイッチを設けなければならない。手短に言うと、図
1のシステムの重大な問題は、高価なディスク駆動装置
がそれぞれのコントローラの局所装置または私用装置で
あり、高速のファイバ・チャネル・アービトレーテッド
・ループ10および冗長ループ12が、コントローラ1
8、20および22を相互接続するシステムのフロント
・エンドに配置されて、プロセッサ間で調停されたルー
プを介するデータの移動を容易にするにすぎないことで
ある。これによって、バランスが低く高価であるとい
う、システムの望ましくない特性が生じる。
もう1つの手法では、図1のシステムで、複数のディス
ク・コントローラ30、32および34と、ビデオ・デ
ータを格納されたさまざまなディスク・アレイ38、4
0、42および44との間に配置される、クロスバー・
スイッチ36または他のタイプの相互接続スイッチが設
けられる。したがって、図1のシステムとは異なり、図
2のシステムでは、ディスク・コントローラ30、32
および34が、クロスバー・スイッチ36によって、デ
ィスク・アレイ38、40、42および44のいずれか
のタイトルにアクセスできる。したがって、このような
システムでは、すべてのコントローラがすべてのディス
クにアクセスできるという点でタイトルの冗長なコピー
を維持するという高価な実践が回避されるが、残念なが
ら、多くの応用分野では、図2のシステムなどのシステ
ムでの1ストリームあたりのコストは、非現実的に高く
なる。これは、大量のデータストリームに対して、対応
する多数の高価なクロスバー・スイッチ36が必要にな
るという事実を考慮すると、このような高速相互接続用
の冗長なクロスバー・スイッチ36の過剰コストの直接
の結果である。
テムによって提供されるデータストリームの数を増やす
ために、マルチメディアA/Vサーバ・サブシステムの
クラスタを提供する。
/Vサーバと、A/Vサーバに相互接続され、これによ
ってクラスタ内のサーバのいずれによっても実質的に同
等にアクセス可能な共用ループ・アーキテクチャの複数
のデータ記憶装置と、A/Vサーバおよびデータ記憶装
置を制御するためA/Vサーバおよびデータ記憶装置に
相互接続された可用性の高い制御サーバ・サブシステム
とからなる。クラスタのそれぞれは、クラスタからエン
ド・ユーザへのデータストリームの配布のために高速ス
イッチに相互接続される。制御サーバ・サブシステムの
うちの1つは、マスタ制御サーバとしても働き、データ
ストリームを求める要求をクラスタのうちの1つに割り
当てる。
ディオ/ビデオ・サーバ・システムの1実施例が示され
ている。図1の従来技術システムと比較すると、いくつ
かの類似点が簡単に明らかになる。まず、ATMスイッ
チなどの適当なスイッチ50が、テレビジョン・セット
などの複数の表示装置54と、複数のサーバまたはコン
トローラ56、58および60との間に設けられてい
る。各コントローラは、それぞれのデータストリーム線
62、64および66によって、スイッチ50に相互接
続される。やはり図1のシステムと同様に、複数のディ
スク・アレイ70、72、74および76が設けられ、
Tなどのタイトルが、これらにディジタルに記憶され
る。
基本的な区別が明らかになる。コントローラ18、20
および22を相互接続する図1のファイバ・チャネル・
アービトレーテッド・ループ10および冗長ループ12
が、なくなっていることに留意されたい。対照的に、図
3に示された本発明のシステムでは、直列記憶アーキテ
クチャ(SSA)またはファイバ・チャネル・アービト
レーテッド・ループ(FC−AL)(以下では単にルー
プと呼称する)68が、コントローラ56、58および
60とディスク・アレイ70、72、74および76の
間に設けられる。コントローラ56、58および60と
ディスク・アレイ70、72、74および76の間にル
ープ68を導入することの重要な意義は、図1のシステ
ムの場合と異なって、これらの高価なディスク・アレイ
が、ループ68によって、それぞれのコントローラの専
用装置または局所装置ではなくなり、コントローラ5
6、58および60のいずれからもループ68によって
簡単に使用できるということである。
置54でのタイトルTの視聴を所望する場合に、このビ
デオ・ストリームを、本質的に、タイトルTが常駐する
同一のディスク・アレイ72からコントローラ56、5
8および60のいずれかによって提供できる。したがっ
て、需要は、ループ68、コントローラ56、データス
トリーム線62、スイッチ50およびケーブル接続51
を介して表示装置54に配布されるディスク・アレイ7
2からのストリームによってサービスされる。同様に、
この経路は、ディスク・アレイ72から、ループ68、
コントローラ58、データストリーム線64、スイッチ
50およびケーブル接続51を介して表示装置54まで
とすることもできる。同様の形で、この需要は、ディス
ク・アレイ72から、ループ68、コントローラ60、
データストリーム線66、スイッチ50およびケーブル
接続51を介して表示装置54に至る経路に沿ってサー
ビスすることができる。
イトルTに対する需要を、別のディスク・アレイ72、
74または76での高価なタイトルの複写を必要とせず
に、前述の3つの経路を介して(たとえば、コントロー
ラ56、58および60を介して)同時にサービスでき
ることに留意することが重要である(ディスク・アレイ
21上のタイトルTをタイトルT'としてディスク・ア
レイ23上に複写しなければならなかった図1のシステ
ムの場合と比較されたい)。
および76の帯域幅は、通常は、所与のコントローラ5
6、58および60のデータストリーム処理能力を超え
ることを想起されたい。たとえば、ディスク・アレイ7
2の帯域幅は、タイトルTのデータストリームを60個
以上配布できるが、たとえば所与のコントローラ56
は、30個のデータストリームしか処理できない場合が
ある。この問題は、図1のシステムで異なるコントロー
ラでのタイトルの複写(他のコントローラ22が、複写
されたタイトルT'が記憶された専用のディスク・アレ
イ23から追加の必要なデータストリーム自体を配布で
きるようにするために)の必要を生じた問題であること
を想起されたい。しかし、図3のシステムでは、所与の
コントローラの能力を超えるデータストリームに対する
需要が、たとえばタイトルTを残りのディスク・アレイ
74および76のうちの1つまたは複数に高価でオーバ
ーヘッド集中的な形でコピーするなどの内容自体の複写
を必要とせずに、複数のコントローラ全体に分散できる
ことに留意されたい。この革新の結果として(さまざま
なコントローラへのタイトル・データの転送に関してフ
ァイバ・チャネル・アービトレーテッド・ループ10お
よび冗長ループ12が輻輳する可能性が生じた図1の場
合と異なって)この重荷をループ68に課す必要はな
い。
60は、図1のコントローラ18、20および22の場
合と同様に調整され、相互接続されなければならないこ
とを諒解されたい。しかし、図3を再び参照すると、こ
の制御ループ52は、図1のシステムの場合のように高
速ファイバ・チャネル・ループを必要とするのではな
く、当技術分野で周知のイーサネット・ループによって
実現できる。その理由は、図1の場合と異なって、制御
ループ52に大量のビデオ・データが送られない(本質
的に、制御ループ52はさまざまなコントローラ56、
58および60の制御と調整の機能を実行するだけなの
で)ので、イーサネットによって実現されるものなどの
比較的低速の制御ループ52が適当であるからである。
したがって、制御ループ52は、図1のシステムの場合
のファイバ・チャネル・アービトレーテッド・ループ1
0および冗長ループ12ほどの高性能ループである必要
はない。
ク・アレイ70、72、74および76は、クラスタ内
のコントローラ56、58および60のすべてによって
共用される。さらに、特定のディスク駆動装置の帯域幅
によって制限されるか必要となる数(たとえば、所与の
ディスクが処理できるビデオ・ストリームの数)のタイ
トルを保持するには、それと同数のディスク・アレイ7
0、72、74および76だけが必要である。これは、
現代のコントローラ56、58および60が、処理でき
るビデオ・ストリームの数に関して簡単に飽和する可能
性があるが、所与のディスク・アレイ70、72、74
および76は、残りの帯域幅を有して、同一のビデオ・
ストリーム(たとえば同一のタイトルT)を有する別の
コントローラをサービスすることができるという事実を
認めたものである。また、図3のシステムでは、本質的
に、所与のどのコントローラでも、SSAまたはFC−
ALであるループ68を介して同様のオーバヘッドでタ
イトルTにアクセスできるので、ディスク・アレイ間で
タイトルのバランスをとるという要求は、図1のシステ
ムの場合ほど厳しくはない。
これによって本発明の理解が得られたので、図4のシス
テムの詳細な図を参照する。図1と図4を比較すると、
多数の類似点が明らかになる。図4のシステムの本質的
な要素を、これから説明する。
つのサーバまたはコントローラだけが図示されていた。
本発明は、これに制限されるものではない。したがっ
て、図4では、オーディオ/ビデオ・サーバ・コンピュ
ータ(以下ではA/Vサーバと呼称する)94ないし1
08を1つ設けるか、本質的に任意の所望の数のA/V
サーバを含むクラスタを設けることができ、これによっ
て直列記憶アーキテクチャ(SSA)またはファイバ・
チャネル・アービトレーテッド・ループ(FC−AL)
標準規格に従ってループにされた、符号110として示
される共用ループを介して、ディスクのプールにアクセ
スする。特定の実施例では、1つないし32個の計算ノ
ードが、3つのATM155メガバイト・アダプタ、2
つのSSAアダプタまたは4つのFC−ALループ・ア
ダプタと共に、対応する1つないし8つのCPUを含む
A/Vサーバ94ないし108によって提供されるが、
本発明はこれに制限されるものではない。
れた)接続(図4のシステムではATMスイッチおよび
ネットワーク88として実施される)が、A/Vサーバ
94ないし108と、広帯域チャネル82によって配布
されるオーディオ/ビデオ装置(以下ではA/V装置と
呼称する)83の組との間に設けられる。代替実施例で
は、アナログ出力を選択でき、これを通常の形で提供す
ることができる。これらのA/V装置83には、テレビ
ジョン、テレビジョン制御アダプタ(セット・トップ・
ボックス)、パーソナル・コンピュータおよび情報キオ
スクを含めることができるが、これらに制限されるもの
ではない。一般性のために、このようなA/V装置83
のユーザを、本明細書では視聴のいずれかまたはその両
方のどれを行うかに関わりなく視聴者と呼称する。
動装置112が、共用ループ110内に設けられ、図で
は小さい楕円によって表されている。さらに、図4では
長方形として表される1組のループ・アダプタ114が
設けられ、これによって、A/Vサーバ94ないし10
8が、ディスク通信ループとしての共用ループ110に
接続される。通常、これらのループ・アダプタは、共用
ループ110に採用されたループ・アーキテクチャに応
じて、SSAまたはFC−ALになる。
る実施例ではそれぞれが少なくとも256Kバイトのサ
イズの、数千個のデータ・ブロックに分割されることが
好ましい。個々のデータ・ブロックは、単一のディスク
駆動装置112に記憶されるのではなく、共用ループ1
10上で使用可能なディスク駆動装置112の多数また
はすべてにバランスをとった形で配置されることが好ま
しい。これによって、単一のディスク駆動装置112ま
たはA/Vサーバ94ないし108を過負荷にすること
なく、多数のA/V装置83によって任意の記憶された
タイトルを同時に再生できるようになる。例示のために
ディスク駆動装置112上の内容はビデオ・データまた
は映画データとして説明するが、本発明は、これに制限
されるものではない。本質的に、あらゆるマルチメディ
ア、音声、ビデオ、オーディオ/ビデオのタイトルまた
はクリップを、共用されるディスク駆動装置112上
に、MPEG1、MPEG2、モーションJPEGを含
むがこれに制限されない多数のディジタル標準規格フォ
ーマットで記憶できる。したがって、これらのタイトル
のいずれかからA/V装置83への接続は、ATMスイ
ッチおよびネットワーク88と広帯域チャネル82によ
るアイソクロナス接続を介してA/Vサーバ94ないし
108のいずれかから行うことができる。
Vサーバ94ないし108を制御するための、単なる1
機能として、制御サーバ84および86の計算クラスタ
に含められる。しかし、本質的に、制御コマンドは、A
/Vサーバ94ないし108にタイトル選択と再生制御
コマンドを通信できる他のタイプのコンピュータまたは
入力機構によっても設定できる。制御サーバ84および
86またはA/Vサーバ94ないし108のいずれか
は、前に述べたように、サーバ間でコンピュータ負荷の
バランスをとるという追加機能を実行できる。制御サー
バ84および86内で実行されるプログラムも、新しい
媒体選択要求を、休止、ギャップまたはサービス品質
(QOS)の過度な低下なしに視聴者に再生できるかど
うかを判定するという追加機能を実行する。要求をその
ように再生できない場合、制御サーバは、要求を遅延さ
せる。代替案では、制御サーバに関連するプログラム
が、A/Vサーバ94ないし108のうちの1つまたは
複数に常駐できる。
アーカイブ・サーバとしてのA/Vサーバ108からの
コマンドに応答してロボット媒体アーカイビング・シス
テム117内の磁気テープまたはCD−ROMを選択
し、再生するために磁気テープまたはCD−ROM媒体
118およびピッカ116からなるロボット媒体アーカ
イビング・システム117に相互接続されることが好ま
しい。アーカイブ・サーバとしてのA/Vサーバ108
は、共用ループ110のループのディスク駆動装置11
2に新タイトルをロードする機能を提供する。望むなら
ば、さらに2つのクラスタをアーカイブ・サーバとして
のA/Vサーバ108に接続できる。
スの動作は、図5の流れ図を参照すればより明瞭に理解
されるであろう。この流れ図は、制御サーバ84および
86上またはA/Vサーバ94ないし108上で実行さ
れるプログラム・コードで実施でき、これによって以下
のステップが実行される。制御ルーチンには、ステップ
120から進入し、ここで、以下の媒体タイトルを再生
するための事象の通常のシーケンスが発生する。まず、
ステップ122で、媒体タイトル再生の要求が、A/V
装置83(図4)または視聴者によって、ネットワーク
・ゲートウェイ80(図4)または他のデータ入力装置
を介して行われ、このような要求は、ネットワーク・ゲ
ートウェイ80から通信経路81に沿って制御サーバ8
4および86に配布される。その後、制御サーバ84お
よび86は、図5のステップ124で、要求されたタイ
トルが、図4の共用ループのディスク駆動装置112の
組のいずれかで使用可能であるかどうかを判定する。使
用可能でない場合、処理の流れは判断ブロック124の
左側に進み、制御サーバが、図4の制御メッセージ経路
90に沿ってアーカイブ・サーバであるA/Vサーバ1
08に要求を発行して、共用ループ110内の空きディ
スク空間にタイトルをロードする。タイトルがループ上
ですでに使用可能である場合には、処理の流れは判断ブ
ロック124の右側に進む。アーカイブ・サーバである
A/Vサーバ108は、必要であればA/Vサーバ94
ないし106に対するホット・スタンバイを兼ねること
ができることに留意されたい。
および86が、A/Vサーバ94ないし108を選択し
て、すべてのA/Vサーバにわたって作業負荷のバラン
スをとりながら要求を再生する。A/Vサーバは、共用
ループ110の共用ループ・アーキテクチャを介してデ
ィスク駆動装置112のすべてに接続されているので、
制御サーバは、この再生を行うためにいつでもどのA/
Vサーバでも選択でき、これによって負荷のバランスを
とるのが簡単になる。
86が、制御メッセージ経路90(または冗長制御経路
バックアップ92)を使用して、選択されたA/Vサー
バ94ないし108に再生要求を発行する。制御メッセ
ージ経路90は、冗長であることが好ましいが、実施態
様は変更できる(たとえばイーサネット、FDDIまた
はトークン・リング経路は、同等に許容可能である)。
選択された特定のA/Vサーバが、その後、ステップ1
32で、アイソクロナス・ネットワークであるATMス
イッチおよびネットワーク88を介する要求元のA/V
装置83への接続がまだ確立されていない場合には、そ
の接続を完了する。その後、ステップ134で、この選
択されたA/Vサーバは、共用ループのディスク駆動装
置112上で媒体データの最初の2ブロック(たとえば
タイトル・データ)を突き止め、選択されたサーバのメ
モリに、両方のブロックを事前取出しする。次に、この
A/Vサーバは、要求元のA/V装置83に接続された
入出力アダプタ(たとえば、ATMアダプタである必要
はないが、サーバ内のATMアダプタ)を介して媒体デ
ータの最初のブロックを出力する。このステップは、図
5ではステップ136として図示されている。
送の完全性について検査を行うことができる。選択され
たA/Vサーバと、制御サーバ84および86と、サー
バ内の通信アダプタが、協同で検査を行って、ギャッ
プ、休止または許容不能な過度のノイズもしくはジッタ
の導入なしに媒体データが選択されたA/V装置83に
流れることを確認する。次に、ステップ140で、選択
されたA/Vサーバは、A/V装置83によって要求さ
れる前に、連続するタイトル・データ・ブロックをメモ
リに事前取出しする。アクセス・パターンは、本質的に
複数のディスク駆動装置112間でランダムであり、各
ディスク内でもランダムであることが好ましい。
ロックを再生し終えた時に、タイトル再生を終了し、A
/V装置83への接続を切断する。その後、ステップ1
44で、呼出し元プログラムへのリターンを発行する。
な特徴および長所の要約を、以下に示す。まず、ディス
ク駆動装置112のそれぞれが、図4の符号110とし
て集合的に示された1つまたは複数の共用通信ループを
介してA/Vサーバ94ないし108のそれぞれに接続
され、このループは、SSAまたはFC−ALのアーキ
テクチャおよび標準規格を介して実施されることを述べ
た。前述の設計のゆえに、各選択媒体または各媒体タイ
トルは、この共用ディスク・ループ・アーキテクチャが
原因でサーバの1つまたは複数のクラスタ内のA/Vサ
ーバ94ないし108のすべてによって直接にアクセス
可能である。媒体タイトルは、多数のこのようなディス
ク駆動装置112にまたがってランダムに配置でき、こ
れによって、同時に多数の視聴者による個々のタイトル
の再生が容易になる。
Vサーバ108は、活動状態のA/Vサーバ95ないし
106のいずれにも追加の作業負荷を追加することな
く、共用ループのディスク駆動装置112に直接に新タ
イトルをロードでき、これによって、高品質再生の可能
性が高まる。三重SSAまたはFC−ALループ・アダ
プタを有する比較的大型のアーカイブ・サーバとしての
A/Vサーバ108を使用することによって、図4に示
されたように1つの共用ループ・クラスタを設けるので
はなく、相互接続できる3つの独立のA/V共用ループ
・クラスタを設け、これによって、アーカイブ装置、ロ
ボット、およびアップロードごとの媒体コストを減らせ
ることが有利である。さらに、アーカイブ・サーバとし
てのA/Vサーバ108自体は、クラスタ内の故障した
A/Vノードの作業負荷を肩代わりすることができ、こ
れによって、3つまでの相互接続されたクラスタのホッ
ト・スタンバイとして働くことができる。そのような事
態では、アーカイブ・アップロードは、やはりA/Vサ
ーバ問題を訂正するのに十分な長さだけ遅延されなけれ
ばならない。制御サーバ84および86内で実行される
プログラムは、負荷平準化とより多数のA/V再生への
スケーリングのために、多重制御/データ経路相互接続
クラスタ(たとえば、クラスタ)もサポートできること
が望ましい。たとえば、性能対費用の研究から、8つな
いし16個のA/Vサーバによるディスク共用によっ
て、共用ディスクのコストが十分に償却され、その結
果、1ストリームあたりの追加コストが、非共用システ
ムのコストによって左右されることが示されている。し
たがって、現在、16ノードを越えるクラスタのスケー
リングは、ほとんど経済的ではない。
ープ・アーキテクチャの1再生あたりのコストは、それ
に匹敵する、スイッチ接続されたディスク駆動装置(図
2)または局所ディスク駆動装置を有するスイッチ接続
されたコンピュータ(図1)を使用するアーキテクチャ
よりかなり低いことが示されている。本発明の教示によ
るループ・スイッチングは、はるかに安価なスイッチを
効果的に提供し、コスト効率が高いが、これは、A/V
サーバ94ないし108自体によって電力を与えられ、
サポートされるアダプタとディスクの論理回路がスイッ
チングを実現し、再生ストリーム間の相互作用が小さい
ことも一因である。現在実現可能な実施例では、単一の
共用ループ・クラスタは、16個のA/Vサーバのみを
用いて、毎秒3メガバイトのビデオ再生ストリームを1
000個ないし5000個程度処理できるように簡単に
スケール・アップできる。さらに、このような共用ルー
プ110のクラスタは、再生ストリーム用の適当なスイ
ッチング装置を前提として、望むならば公称25000
ストリームまでをサポートするようにスケーリングでき
る。それによって、3つまでのこのようなクラスタが、
高価なアーカイブ・サーバと媒体コストを共用でき、そ
れによって、1アップロードあたりのコストがさらに低
下する。
ーカイブ・サーバとしてのA/Vサーバ108は、活動
状態のA/Vサーバ94ないし106のいずれにも実質
的な作業負荷を追加することなく、共用ループのディス
ク駆動装置112に直接に新タイトルをロードでき、こ
れによって、商業ビデオ・オン・デマンド環境で非常に
望ましい高品質再生の見込みが高まる。すべてのノード
がすべてのディスクに接続され、タイトルを多数または
すべてのディスク駆動装置にまたがって分散できるの
で、突然人気が出たタイトルが、単一のサーバ上または
ディスク駆動装置上の過渡システム過負荷を引き起こさ
なくなる。
複写と、そのようなループのそれぞれへのA/Vサーバ
94ないし108のそれぞれの接続は、ディスクまたは
ループの故障が、システムの再生性能にあまり影響しな
いという事実をもたらす。さらに、すでに述べたよう
に、記憶コストは、多数のA/V応用例の再生タイトル
あたりの総合コストの支配的要因である。本発明では、
制御サーバによる、タイトル・データごとの視聴頻度の
収集を予期している。このデータは、その後、共用ルー
プ帯域幅の最適化と、データ複写の大幅な削減に使用す
ることができる。さらに、ディスク駆動装置112間で
媒体タイトル要求のバランスを動的にとることは、頻繁
な再生最適化が所望され、使用される場合を除いて不要
である。
の説明を念頭において、いくつかの場合に、前に示した
システムより多数のデータストリームを簡単にサポート
できるマルチメディア・データストリーム提供システム
が必要になる可能性がある。スケール・アップされた容
量を有するこのようなシステムを、図6および図7の機
能ブロック図に示す。
説明したマルチメディア・システムのクラスタが示され
ていることがわかる。便宜上、クラスタは高速のATM
スイッチ186の周囲に配置されている。図6の左上、
おおむね「10時」の位置に図示されたクラスタを見る
と、このクラスタは、前に説明したA/Vサーバのクラ
スタに実質的に類似していると認められる。さらに、こ
のクラスタは、本質的に、図示されているように何回も
複製されることに留意されたい。具体的に言うと、最初
に説明するクラスタには、制御サーバ・サブシステム1
50(通常は高可用性のために前に説明した2つの制御
サーバからなる)と、複数のA/Vサーバ162と、共
用ループ・アーキテクチャ・データ記憶サブシステム1
74が含まれる。A/Vサーバ162と制御サーバ・サ
ブシステム150は、相互接続188を介してATMス
イッチ186に相互接続される。この最初のクラスタ
は、複数のA/Vサーバ162(図6および図7に示さ
れた実施例では合計16個)が共用ループ・アーキテク
チャ・データ記憶サブシステム174に相互接続され、
その結果、16個のA/Vサーバ162のどれもが、共
用ループ・アーキテクチャ・データ記憶サブシステム1
74上のどのディスクにも実質的に同等のアクセスを有
するという意味で、前に説明したクラスタに本質的に類
似した形で相互接続されている。
ば図6および図7で反時計回りに移動して、次のクラス
タに複製されることがわかる。したがって、次のクラス
タには、同様に、複数のA/Vサーバ164、符号17
6に示される共用ループ・アーキテクチャに配置された
複数のディスク駆動装置と共に制御サーバ・サブシステ
ム152が設けられ、これらの構成要素は、相互接続1
90を介してATMスイッチ186と通信する。
反時計回りに進むと、各クラスタには、同様の形で、そ
れぞれ制御サーバ・サブシステム154、156、15
8および160が含まれる。各クラスタには、それぞ
れ、対応する複数のA/Vサーバ166、168、17
0および172も含まれる。各クラスタには、さらに、
符号178、180、182および184に示される、
よく知られている共用ループ・アーキテクチャに配置さ
れた、対応する複数のディスク駆動装置が含まれる。各
クラスタの構成要素は、それぞれの相互接続192、1
94、196および198を介し、ATMスイッチ18
6を介して通信する。
サーバ・サブシステムのうちの1つが、制御サーバ・サ
ブシステム156など、マスタ制御サーバの機能を提供
することが望ましい。マスタ制御サーバの目的は、以下
の通りである。データストリーム・ロードの要求182
が、線184に沿ってATMスイッチ186に転送さ
れ、そこから接続186'に沿ってマスタである制御サ
ーバ・サブシステム156に転送される時に、このマス
タ制御サーバは、このデータストリームの要求を図6お
よび図7の複数のクラスタのうちの特定の1つに割り当
てるという目的のために働く。したがって、この割当
は、負荷のバランスを取るために、マスタである制御サ
ーバ・サブシステム156から接続186'に沿ってA
TMスイッチ186を介して適当なクラスタに伝送され
る。その後、このクラスタは、図4に示したものなどの
個々のクラスタに関して前に説明したものに類似した形
でデータストリーム要求をサービスする。代表的な実施
例では、ATMスイッチ186を、図6および図7の1
6ノードまたは16クラスタの増大したスループットと
多重クラスタを処理するために、前の図に示されたOC
3スイッチの4倍の容量を有する、当技術分野で周知の
OC12スイッチの形態とすることができる。図6およ
び図7に示されたシステムを提供することによって、各
クラスタ上の16個のA/Vサーバと多重クラスタの提
供とによって、1ストリームあたりのディスク記憶域の
コストが大幅に償却される。所与のクラスタについて、
ある点で、所与のクラスタの共用ループ・リングが、本
質的にそれに見合うものを「絞り取られる」収穫逓減点
に達することは簡単に諒解される。というのは、最も高
価な資源が共用ディスクであり、これによって、たとえ
ば図6および図7の各クラスタに示された16個を超え
る追加プロセッサを追加する意味がほとんどなくなるか
らである。言い換えると、適当な数のプロセッサがあれ
ば、相互接続ディスク駆動装置のより高速な帯域幅が、
限界まで負担を負わされ、これによって、ATMスイッ
チ186の能力がその容量を超える負担を負わされるま
では、別のA/Vサーバを追加するよりも、もう1つの
クラスタ全体を単純に追加した方が利益を得られる。ク
ラスタは、特化(広範囲のタイトル数)のため、帯域幅
(多数のクラスタに複写されたタイトル)のため、また
は、可用性(クラスタの内容が正確に対にされる場合)
のために複写できる。
示し、説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨
および範囲から逸脱することなく、形態および詳細にお
いて前述および他の変更を行えることを理解するであろ
う。
の事項を開示する。
テップと、各クラスタが複数のA/Vサーバと、制御サ
ーバ・サブシステムと、共用データ・ループに構成さ
れ、前記複数のA/Vサーバおよび前記制御サーバ・サ
ブシステムに相互接続された、複数の記憶装置とを含
む、A/Vサーバの複数の前記クラスタのうちの1つ
を、前記要求に応答してマスタ・コントローラによって
前記要求をサービスするために割り当てるステップと、
前記クラスタのうちの前記割り当てられた1つによって
前記要求をサービスするステップとを含む、マルチメデ
ィア・データストリーム・サーバ・システム内で多数の
データストリームを提供するための方法。 (2)前記クラスタのそれぞれが、高速データ・スイッ
チに相互接続されることを特徴とする、上記(1)に記
載の方法。 (3)前記マスタ・コントローラが、前記コントロール
・サーバ・サブシステムのうちの1つの構成要素である
ことを特徴とする、上記(2)に記載の方法。 (4)前記要求されたデータストリームが、前記割り当
てられたクラスタ内の前記記憶装置のうちの1つから、
前記クラスタ内の前記A/Vサーバのうちの対応する1
つを介して前記スイッチに渡されることを特徴とする、
上記(3)に記載の方法。 (5)前記共用データ・ループがSSAループまたはF
C−ALループであることを特徴とする、上記(4)に
記載の方法。 (6)前記ループのそれぞれについて、前記各ループ内
の前記記憶装置のそれぞれが、前記ループに相互接続さ
れた前記A/Vサーバのいずれに対しても実質的に同等
のアクセスを有することを特徴とする、上記(5)に記
載の方法。 (7)データストリーム要求を生成する手段と、各クラ
スタが、複数のA/Vサーバと、制御サーバ・サブシス
テムと、共用データ・ループに構成された、前記複数の
A/Vサーバおよび前記制御サーバ・サブシステムに相
互接続された複数の記憶装置とを含む、前記A/Vサー
バの複数のクラスタのうちの1つを、前記要求に応答し
てマスタ・コントローラによって前記要求をサービスす
るために割り当てる手段と、前記クラスタのうちの前記
割り当てられた1つによって前記要求をサービスする手
段とを含む、マルチメディア・データストリーム・サー
バ・システム内で多数のデータストリームを提供する装
置。 (8)前記クラスタのそれぞれが、高速データ・スイッ
チに相互接続されることを特徴とする、上記(7)に記
載の装置。 (9)前記マスタ・コントローラが、前記コントロール
・サーバ・サブシステムのうちの1つの構成要素である
ことを特徴とする、上記(8)に記載の装置。 (10)前記要求されたデータストリームが、前記割り
当てられたクラスタ内の前記記憶装置のうちの1つか
ら、前記クラスタ内の前記A/Vサーバのうちの対応す
る1つを介して前記スイッチに渡されることを特徴とす
る、上記(9)に記載の装置。 (11)前記共用データ・ループがSSAループまたは
FC−ALループであることを特徴とする、上記(9)
に記載の装置。 (12)前記ループのそれぞれについて、前記各ループ
内の前記記憶装置のそれぞれが、前記ループに相互接続
された前記A/Vサーバのいずれに対しても実質的に同
等のアクセスを有することを特徴とする、上記(11)
に記載の装置。
バ・チャネル・アービトレーテッド・ループを用いる、
従来技術のオーディオ/ビデオ・サーバ・システムの機
能ブロック図である。
に相互接続するためにクロスバー・スイッチを用いる、
従来技術のもう1つのオーディオ/ビデオ・サーバ・シ
ステムの機能ブロック図である。
ィオ/ビデオ・サーバ・システムの1実施例の機能ブロ
ック図である。
す流れ図である。
ービス・ノードと、クラスタの16個のノードのすべて
によって共用されるように相互接続されたディスク駆動
装置が含まれる、本発明による5クラスタ・システムを
示す図である。
ービス・ノードと、クラスタの16個のノードのすべて
によって共用されるように相互接続されたディスク駆動
装置が含まれる、本発明による5クラスタ・システムを
示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】データストリーム要求を生成するステップ
と、 各クラスタが複数のA/Vサーバと、 制御サーバ・サブシステムと、 共用データ・ループに構成され、前記複数のA/Vサー
バおよび前記制御サーバ・サブシステムに相互接続され
た、複数の記憶装置とを含む、A/Vサーバの複数の前
記クラスタのうちの1つを、前記要求に応答してマスタ
・コントローラによって前記要求をサービスするために
割り当てるステップと、 前記クラスタのうちの前記割り当てられた1つによって
前記要求をサービスするステップとを含む、マルチメデ
ィア・データストリーム・サーバ・システム内で多数の
データストリームを提供するための方法。 - 【請求項2】前記クラスタのそれぞれが、高速データ・
スイッチに相互接続されることを特徴とする、請求項1
に記載の方法。 - 【請求項3】前記マスタ・コントローラが、前記コント
ロール・サーバ・サブシステムのうちの1つの構成要素
であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】前記要求されたデータストリームが、前記
割り当てられたクラスタ内の前記記憶装置のうちの1つ
から、前記クラスタ内の前記A/Vサーバのうちの対応
する1つを介して前記スイッチに渡されることを特徴と
する、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】前記共用データ・ループがSSAループま
たはFC−ALループであることを特徴とする、請求項
4に記載の方法。 - 【請求項6】前記ループのそれぞれについて、前記各ル
ープ内の前記記憶装置のそれぞれが、前記ループに相互
接続された前記A/Vサーバのいずれに対しても実質的
に同等のアクセスを有することを特徴とする、請求項5
に記載の方法。 - 【請求項7】データストリーム要求を生成する手段と、 各クラスタが、 複数のA/Vサーバと、 制御サーバ・サブシステムと、 共用データ・ループに構成された、前記複数のA/Vサ
ーバおよび前記制御サーバ・サブシステムに相互接続さ
れた複数の記憶装置とを含む、前記A/Vサーバの複数
のクラスタのうちの1つを、前記要求に応答してマスタ
・コントローラによって前記要求をサービスするために
割り当てる手段と、 前記クラスタのうちの前記割り当てられた1つによって
前記要求をサービスする手段とを含む、マルチメディア
・データストリーム・サーバ・システム内で多数のデー
タストリームを提供する装置。 - 【請求項8】前記クラスタのそれぞれが、高速データ・
スイッチに相互接続されることを特徴とする、請求項7
に記載の装置。 - 【請求項9】前記マスタ・コントローラが、前記コント
ロール・サーバ・サブシステムのうちの1つの構成要素
であることを特徴とする、請求項8に記載の装置。 - 【請求項10】前記要求されたデータストリームが、前
記割り当てられたクラスタ内の前記記憶装置のうちの1
つから、前記クラスタ内の前記A/Vサーバのうちの対
応する1つを介して前記スイッチに渡されることを特徴
とする、請求項9に記載の装置。 - 【請求項11】前記共用データ・ループがSSAループ
またはFC−ALループであることを特徴とする、請求
項9に記載の装置。 - 【請求項12】前記ループのそれぞれについて、前記各
ループ内の前記記憶装置のそれぞれが、前記ループに相
互接続された前記A/Vサーバのいずれに対しても実質
的に同等のアクセスを有することを特徴とする、請求項
11に記載の装置。
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