KR101556453B1

KR101556453B1 - 분할 멀티미디어를 위한 캐시 관리자 및 캐시 관리를 위한 대응 방법

Info

Publication number: KR101556453B1
Application number: KR1020137020783A
Authority: KR
Inventors: 블리샤우베르 바르트 드; 라파엘 휘세젬스; 팅야오 우
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20140032849A1; EP2487609A1; JP5747090B2; JP2014511519A; WO2012107341A2; WO2012107341A3; KR20130120509A; CN103370709A; US9418012B2; CN103370709B

Abstract

본 발명은 분할 멀티미디어 아이템의 중간 캐싱을 관리하기 위한 캐시 관리자(100)에 관한 것이다. 복수의 버전이 각각의 멀티미디어 아이템에서 이용 가능하고, 각각의 버전은 상이한 품질을 갖는 멀티미디어 아이템을 나타낸다. 캐시 관리자(100)는 세그먼트의 프리페치 및 삭제를 제어하기 위한 제어 수단(101, 102)을 포함한다. 제어 수단(101, 102)은 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계(131)에 적어도 응답한다.

Description

분할 멀티미디어를 위한 캐시 관리자 및 캐시 관리를 위한 대응 방법{A CACHE MANAGER FOR SEGMENTED MULTIMEDIA AND CORRESPONDING METHOD FOR CACHE MANAGEMENT}

본 발명은 전반적으로 상이한 버전으로 상이한 해상도로 인코딩된 HTTP 적응형 스트리밍(HAS) 비디오 세그먼트와 같이 복수의 품질로 이용 가능한 분할 멀티미디어 아이템의 캐싱에 관한 것이다. 본 발명은 특히 멀티미디어 서버와 멀티미디어 세그먼트를 요청하는 클라이언트 사이의 다소 소형의 중간 캐시의 캐시 적중률(hit rate)을 향상시키려고 시도한다.

현존하는 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(HTTP) 캐시는 HTTP 웹 콘텐츠에 유사한 방식으로 분할 비디오를 처리한다. 캐시 메모리로부터 세그먼트의 삭제(eviction)를 위해 또는 캐시 메모리 내의 저장을 위해 콘텐츠 서버로부터 세그먼트를 프리페치하기 위해 캐시 관리자에 의해 사용되는 통상의 알고리즘은 최소 최근 사용(least-recently-used: LRU) 또는 최소 사용 빈도(least-frequently-used: LFU) 메커니즘에 기초한다.

복수의 품질로 이용 가능한 분할 멀티미디어에 적용될 때 LRU 또는 LFU 기반 캐시 관리의 주 단점은, 세그먼트들 사이의 시간적 의존성 및 품질 기반 의존성이 이용되지 않고, 그 결과 캐시 적중률이 최적화되지 않는다는 사실에 있다.

발명의 명칭이 "캐시 관리를 갖는 비디오 최적화 미디어 스트리머(Video Optimized Media Streamer with Cache Management)"인 유럽 특허 출원 EP 0 702 491호는 대용량 저장 장치와 캐시 버퍼 사이의 전송을 스케쥴링하기 위한 비디오 세그먼트들 사이의 시간적 의존성을 고려하는 개량된 비디오 캐시를 설명하고 있다. 따라서, 시간적으로 순서화된 세그먼트를 갖는 비디오 스트림의 특성은 캐시 효율을 향상시키기 위해 비디오 세그먼트를 프리페치하는데 사용된다.

그러나, EP 0 702 491호는 단일 비디오 아이템의 복수의 품질의 이용 가능성 및 예를 들어 리소스의 이용 가능성에 따라 클라이언트가 이들의 품질 사이에서 동적으로 스위칭하는 가능성을 고려하지 않는다. 그 결과, EP 0 702 491호에 개시된 캐시 알고리즘은 멀티미디어 아이템이 상이한 품질로 요청되고 요청된 품질이 예를 들어 비디오의 HTTP 적응형 스트리밍(HAS)과 멀티미디어의 소비 중에 적응적으로 변경될 수 있을 때 캐시 적중률을 최적화하지 않는다.

특히, 제한된 용량을 갖는 중간 캐시 노드, 예를 들어 액세스 노드 내의 HTTP 캐시에 있어서, 캐싱 알고리즘의 개량은 이러한 캐시를 전개할 때 캐시 적중률 및 따라서 이익/비용 비의 상당한 증가를 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 현존하는 해결책의 전술된 단점을 해결하는 캐시 관리자 및 대응 캐시 관리 방법을 개시하는 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 목적은 복수의 품질로 이용 가능한 분할 멀티미디어에 대한 개량된 캐시 적중률을 갖는 캐시 관리자 및 대응 캐시 관리 방법을 개시하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 정의된 목적은 복수의 버전이 이용 가능한 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 캐시 관리자에 의해 실현되고, 각각의 버전은 상이한 품질을 갖는 멀티미디어 아이템을 나타내며, 캐시 관리자는 캐시 메모리 내로의 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 프리페치 및 캐시 메모리로부터 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 삭제를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하고, 이들 제어 수단은 멀티미디어 아이템의 복수의 버전의 세그먼트들 사이의 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 나타내는 정보에 응답한다. 이러한 캐시 관리자는 청구항 1에 의해 정의되어 있다.

따라서, 본 발명의 기초를 이루는 기본 사상은 캐시 삭제 및 프리페치 효율을 향상시키기 위해, 시간 및 품질 관련의 모두의 세그먼트간 관계에 대한 특정 지식을 이용한다. 실제로, 사용자가 예를 들어 품질 레벨(Q) 및 세그먼트 식별자(ID)를 갖는 세그먼트를 다운로드함으로써 특정 시점에 비디오를 시청할 때, 사용자가 Q에 근접한 품질 레벨을 갖는 세그먼트(ID+1)를 시청하는데 관심이 있을 수 있을 가능성이 비교적 높다. 더 일반적으로, 현재 소비되고 있는 멀티미디어 세그먼트의 ID에 후속하는 ID를 갖는 세그먼트는 현재 소비되는 세그먼트로부터 시간상 멀리 있는 세그먼트보다 사용자에 의해 요청될 가능성이 더 높다. 더욱이, 장래 요청될 멀티미디어 세그먼트의 품질 레벨은 현재 소비되는 품질 레벨에 근접할 가능성이 더 높다. 따라서, 세그먼트들 사이의 조합된 시간 및 품질 의존 관계는 가까운 장래에 요청될 가능성이 더 높은 멀티미디어 세그먼트를 프리페치하고, 가까운 장래에 요청될 가능성이 적은 세그먼트를 제거할 수 있게 한다. 명백하게, 이는 향상된 캐시 적중률, 즉 캐시 내의 요청된 세그먼트의 더 높은 이용 가능성을 야기할 것이다.

시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계는 캐시 적중률을 최적화하기 위해, 인기도, 최종 사용 시간 및 날짜 등과 같은 전통적인 기준과 조합될 수 있다는 것이 주지된다. 이하에 설명되는 바와 같이, 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계 지식은 사용자 프로파일 정보, 이력 정보 및 네트워크 부하 정보와 같은 덜 전통적인 기준으로 더 보충될 수 있어 캐시 적중률을 더 최적화한다. 부가적으로, 시스템은 예를 들어 스포츠 게임 또는 토크쇼와 같은 콘텐츠 자체에 구속되는 정보, 뿐만 아니라 예를 들어, 광고의 시작, 인터뷰의 종료 등과 같은 통상의 점프 시점을 나타내는 정보를 사용할 수 있다.

선택적으로, 청구항 2에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명에 따른 캐시 관리자는 예를 들어 멀티미디어 아이템에 관련된 매니페스트 파일과 같은 하나 이상의 멀티미디어 제시 기술 파일로부터 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계 정보를 추출하기 위한 수단을 포함한다.

실제로, 적응형 스트리밍 기술을 사용할 때 세그먼트들 사이의 관계는 통상적으로 예를 들어 매니페스트 파일과 같은 소위 멀티미디어 제시 기술(MPD) 파일에서 설명된다. 이 매니페스트 또는 MPD 파일은 따라서 HTTP 적응형 스트리밍 세션 내의 세그먼트들 사이의 관계에 대한 지식을 설정하기 위해 본 발명에 따른 캐시 관리자에 의해 이용될 수 있다.

또한 선택적으로, 청구항 3에 의해 정의된 바와 같이, 제어 수단은 시동시에 멀티미디어 아이템의 인기도 정보에 응답하도록 적용될 수 있다.

실제로, 예를 들어 영화의 시작시에, 활성 세션 및 세그먼트간 관계에 대한 정보가 거의 이용 가능하지 않을 것이다. 따라서, 일반적인 인기도 정보가 이 시점에서 세그먼트의 프리페치 및 삭제를 제어하기 위해 고려될 수 있다.

청구항 4에 의해 정의된 추가의 선택적 양태에 따르면, 세그먼트의 프리페치 및 삭제를 제어하기 위한 수단은

- 사용자 프로파일 정보,

- 세그먼트 인기도 정보,

- 사용자 이력 정보,

- 세션 이력 정보,

- 콘텐츠 이력 정보,

- 콘텐츠 소유자/제작자에 의해 공급된 콘텐츠 정보,

- 멀티미디어 서버와 상기 캐시 메모리 사이의 네트워크 부하,

- 상기 캐시 메모리와 최종 사용자 장비 사이의 네트워크 부하,

- 클라이언트측 알고리즘 정보

중 하나 이상에 응답하도록 더 적용될 수 있다.

따라서, 부가의 정보가 세그먼트 프리페치 및 삭제 알고리즘에 의해 고려될 수 있다. 가외의 정보는 예를 들어 소정 사용자를 위해 이용 가능한 통상의 대역폭을 설명하는 사용자 프로파일, 소정의 세그먼트가 요청된 시간량을 나타내는 세그먼트 인기도 정보, 예를 들어 소정의 사용자의 잽핑(zapping) 거동을 설명하는 사용자 이력, 예를 들어 사용자가 소정의 멀티미디어 아이템을 소비하는 것을 정지하는 통상의 시점을 설명하는 콘텐츠 이력, 예를 들어 소정의 세션에서 요청되는 통상의 품질 레벨(들)을 설명하는 세션 이력, 멀티미디어 서버와 캐시 사이의 네트워크의 부분 및/또는 캐시와 클라이언트 사이의 네트워크의 부분 내의 부하 또는 이용 가능한 리소스 및 특정 클라이언트측 알고리즘 전략에 대한 지식일 수 있다. 후자는 예를 들어 클라이언트측 버퍼링에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 스무드스트리밍(Smoothstreaming) 클라이언트가 예를 들어 비디오 시청을 위한 그 버퍼 충전 레벨이 임계치보다 낮다고 통지할 때, 이는 중단을 회피하기 위해 최저 가능한 품질로 자동으로 스위칭할 수 있다. 따라서, 캐시 내에 대응 저품질 세그먼트를 유지하는 것은 이러한 클라이언트를 위한 캐시 적중률을 최적화하는 귀중한 전략일 수 있다. 서버와 캐시 사이의 네트워크부 내의 부하 또는 이용 가능한 리소스에 대한 지식은 어떻게 적극적으로 세그먼트가 프리페치되는지를 판정하도록 이용될 수 있다.

세그먼트의 프리페치 및 세그먼트의 삭제를 제어하기 위해, 본 발명에 따른 캐시 관리자는 따라서 시간 및 품질 의존성 세그먼트간 관계를 고려할 뿐만 아니라, 멀티미디어 캐시 전개의 캐시 적중률 및 이익/비용 비를 더 최적화하기 위해 전술된 정보 유형의 임의의 조합을 이용할 수 있다.

청구항 5에 의해 더 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 캐시 관리자는 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 머신 학습하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다.

따라서, 어느 세그먼트가 캐시로부터 제거되어야 하는지 및 어느 세그먼트가 대용량 저장부로부터 프리페치되어야 하는지를 판정하는데 사용되는 소프트웨어/하드웨어는 이것이 전개되는 환경에 자신을 동적으로 적응시키는 머신 학습 알고리즘에 기초할 수 있다. 그 장점은 네트워크 내의 현존하는 클라이언트로의 업데이트 또는 신규 클라이언트의 거동이 학습될 수 있다는 것이다. 이 방식으로, 중간 캐싱 노드를 위한 과잉의 소프트웨어 업그레이드가 회피된다.

청구항 6에 의해 정의된 본 발명에 따른 캐시 관리자의 실시예에서, 세그먼트의 프리페치 및 삭제를 제어하기 위한 수단은 캐시 메모리에 저장된 세그먼트에 값을 유지하고 그리고/또는 할당하도록 더 적응될 수 있고, 각각의 값은 멀티미디어 아이템의 버전의 대응 세그먼트가 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 고려하여 요청될 가능성을 나타낸다.

실제로, 본 발명을 구현하기 위한 간단한 방식은 멀티미디어 아이템의 각각의 버전의 각각의 세그먼트에 대한 값을 유지하는 것으로 이루어진다. 이들 값은 세그먼트가 요청될 가능성 및 따라서 또한 캐시 내에 세그먼트를 유지하기 위한 관심을 나타낸다. 각각의 값은 고려중인 세그먼트와 동일한 멀티미디어 아이템의 최근의 요청된 세그먼트 사이의 시간 관계 및 품질 관계의 함수로 결정된다. 결과적인 부가의 정보는 값을 결정/미세-조정하기 위해 이용될 수 있다. 값은 하나 이상의 세그먼트가 요청될 때마다 업데이트된다.

청구항 7에 정의된 본 발명의 추가의 유리한 양태에 따르면, 캐시 관리자는 제 1 캐시 노드로부터 제 2 캐시 노드로 멀티미디어 세션의 리다이렉션을 명령하도록 적용된 리다이렉션 수단을 포함할 수 있고, 리다이렉션 수단은 하나 이상의 캐싱 노드에 클라이언트를 맵핑하는 네트워크 토폴로지 정보에 적어도 응답한다.

따라서, 본 발명에 따른 프리페치 및 세그먼트 삭제 결정을 최적화하기 위해 사용되는 정보는 멀티미디어 세션, 예를 들어 클라이언트에 의한 비디오 스트리밍 세션을 네트워크 내의 다른 캐시 노드에 리다이렉트하기 위해 또한 이용될 수 있다. 이는 예를 들어 동일한 멀티미디어 세션이 결국에는 시간적으로 지연된 다른 클라이언트에 다른 캐시 노드에 의해 미리 전달되는 상황에서 유리할 수 있다. 캐시 노드가 멀티미디어 세션을 취급하고 식별자 ID 및 품질 레벨 Q를 갖는 세그먼트를 시청할 때, 세션에서 식별자 ID+1 및 품질 레벨 Q를 갖는 세그먼트에 대한 요청이 또한 발행될 가능성이 높을 것이다. 따라서, 동일한 콘텐츠를 위한 세션을 미리 취급하고 동일한 식별자 ID+1 및 품질 레벨 Q를 시청하는 세션을 취급하는 캐시 노드에 이 세션 요청을 리다이렉트하는 것이 유리할 수 있다.

어느 캐싱 노드가 세션을 취급해야 하는지를 결정하기 위해, 통상적으로 토폴리지 정보가 종래 기술에 사용되고, HAS 세션에 대한 어떠한 전용 정보도 고려되지 않는다. 그 결과, 세션은 전통적으로 인접 캐싱 노드에 리다이렉트된다. 멀티미디어 세션을 효율적으로 리다이렉트하는 것을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 캐시 관리자는 네트워크 토폴로지 정보, 예를 들어 가깝게 위치된 하나 또는 다수의 캐시 노드에 클라이언트를 맵핑하는 리스트를 사용할 수 있다. 캐시 노드, 즉 요청을 수신하는 캐시 노드 및 세션이 리다이렉트될 캐시 노드의 실제 부하와 같은 부가의 정보, 뿐만 아니라 이들 세션의 시간 및 품질 정보를 포함하는 상이한 캐싱 노드에 의해 취급되는 세션에 대한 특정 정보는 알고리즘을 리다이렉트하는 효율을 향상시킬 것이다. 부가의 정보는 세션의 예측된 인기도에 대한 종래의 지식을 포함할 수 있다. 상이한 캐싱 노드에 의해 취급된 부하 및 세션에 대한 네트워크 토폴로지 정보 및 결과적인 부가의 정보를 공유하기 위해, 캐싱 노드들 사이에 이 정보를 통신하는 것이 가능한 프로토콜 또는 중앙 플랫폼의 중재를 통해 이 정보를 분산하는 것이 가능한 프로토콜이 구현되어야 한다.

본 발명에 따른 멀티미디어 세션의 리다이렉션은 세그먼트 레벨에서 제어될 수 있는데, 즉 세션의 하나 이상의 세그먼트는 다른 캐싱 노드를 통해 전달되고, 또는 세션 레벨에서 제어될 수 있는데, 즉 전체 멀티미디어 세션은 다른 캐싱 노드로 리다이렉트되는 것이 또한 주지된다.

청구항 1에 의해 정의된 캐시 관리자에 추가하여, 본 발명은 또한 복수의 버전이 이용 가능한 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 대응 방법에 관한 것으로서, 각각의 버전은 상이한 품질을 갖는 멀티미디어 아이템을 나타내며, 방법은 멀티미디어 아이템의 복수의 버전의 세그먼트들 사이의 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 나타내는 정보에 응답하여, 캐시 메모리 내로의 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 프리페치 및 캐시 메모리로부터 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 삭제를 제어하는 단계를 포함한다. 이 대응 방법은 청구항 8에 의해 정의되어 있다.

청구항 9에 의해 지시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 제 1 캐시 노드로부터 제 2 캐시 노드로 멀티미디어 세션을 리다이렉트하여, 이에 의해 하나 이상의 캐싱 노드에 클라이언트를 맵핑하는 네트워크 토폴로지 정보를 적어도 사용하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 캐시 관리자의 실시예의 기능 블록 방안의 도면.
도 2는 복수의 품질(Q)로 이용 가능한 멀티미디어 아이템이 다운로드되는 단일 세션이 활성일 때 본 발명에 따른 캐시 관리자의 제 2 실시예의 동작을 도시하는 도면.
도 3은 복수의 품질(Q)로 이용 가능한 멀티미디어 아이템이 다운로드되는 2개의 세션이 활성일 때 본 발명에 따른 캐시 관리자의 제 3 실시예의 동작을 도시하는 도면.
도 4는 리다이렉트 구성 요소를 갖는 본 발명에 따른 캐시 관리자의 실시예의 기능 블록 방안을 도시하는 도면.

도 1은 세그먼트 저장부 또는 캐시(150), 세그먼트 관리자(100) 및 기초 전송 레이어(160)를 도시한다.

세그먼트 저장부(150)는 다수의 멀티미디어 세그먼트를 포함하는 단일 메모리 컴포넌트이다. 세그먼트는 세그먼트 저장부로부터 요구될 수 있고 세그먼트 저장부 내에 주입될 수 있다. 부가적으로, 메모리 컴포넌트는 모니터링될 수 있고, 이용 가능한 세그먼트에 대한 정보를 반환할 것이다.

세그먼트 관리자(100)는 본 발명에 따른 캐시 관리자의 제 1 실시예를 나타낸다. 세그먼트 관리자(100)는 클라이언트로부터 세그먼트에 대한 요청에 응답할 책임이 있고, 세그먼트 저장부(150)에 세그먼트를 프리페치하고 삽입하기 위한 프리페치 컴포넌트(102)와, 세그먼트 저장부(150)로부터 세그먼트의 삭제 또는 제거를 위한 삭제 컴포넌트(101)를 포함한다. 부가적으로, 세그먼트 관리자(100)는 또한 세그먼트가 세그먼트 저장부(150) 내에 존재하지 않을 때, 원격 엔티티, 즉 대용량 멀티미디어 저장부로부터 세그먼트를 요청할 책임을 가지며, 이와 같이 행하도록 결정될 때 세그먼트 저장부(150)에 이들 세그먼트를 저장할 가능성을 가질 것이다. 결국, 세그먼트 관리자(150)는 또한 멀티미디어 트래픽 상에 관련 데이터를 유지하는 책임이 있는 다양한 정보 컴포넌트(103)에 자신이 알고 있는 요청에 대한 정보를 저장할 것이다. 이들 정보 컴포넌트(103)는 세그먼트 관리자(100)의 내부 또는 외부에 있을 수 있다.

정보 컴포넌트(103) 내에는, 이들의 결정을 행할 때에 세그먼트 삭제 및 프리페치 알고리즘을 보조하기 위해 전역 및 로컬 정보를 본질적으로 캡처하는 다양한 컴포넌트를 포함한다. 도 1에 도시된 예는 소정의 세션의 세그먼트가 어떻게 시간적으로 품질적으로 결합되는지에 대한 정보를 갖는 매니페스트 파일(들)(131), 사용자 프로파일 정보(132), 특정 사용자에 대한 사용자 이력 정보(133), 특정 세션에 대한 세션 이력 정보(134), 특정 콘텐츠가 어떻게 통상적으로 소비되는지에 대한 콘텐츠 이력 정보(135) 및 모니터링된 네트워크 부하(136)에 대한 정보를 포함한다. 그러나, 이는 비한정적인 리스트이고, 다른 부가의 정보가 본 발명의 대안 실시예의 삭제 및 프리페치 알고리즘에 사용될 수 있다.

삭제 컴포넌트(101)는 어느 세그먼트가 세그먼트 캐시(150)로부터 제거되어야 하는지를 결정하는 책임이 있다. 이를 행하기 위해, 삭제 컴포넌트(101)는 정보 컴포넌트(130)에 이용 가능한 다양한 유형의 정보(131, 132, 133, 134, 135, 136)의 사용을 행한다.

프리페치 컴포넌트(102)는 어느 세그먼트가 멀티미디어 대용량 저장부로부터 프리페치되어야 하는지를 결정하는 책임이 있다. 이를 행하기 위해, 프리페치 컴포넌트(102)는 또한 정보 컴포넌트(103)에 이용 가능한 다양한 유형의 정보(131, 132, 133, 134, 135, 136)의 사용을 행한다.

요청 수신기(161), 요청 송신기(162), 응답 수신기(163) 및 응답 송신기(164)는 외부 세계로의 메시지 인터페이스를 구성한다. 기본적으로, 이들은 클라이언트 및 대용량 저장부와 같은 네트워크 내의 다른 엔티티와 통신하기 위한 전송 레이어(160)를 제공한다.

본 발명은 HTTP 적응형 스트리밍(HAS)과 스케일러블 비디오 코딩(SVC)의 조합이 사용되는 시스템에 사용될 수 있다는 것이 주지된다. 이는 예를 들어 MPEG DASH(HTTP의 동적 적응형 스트리밍) 표준 사양에 해당한다. SVC는 계층적으로 구성된 레이어 내의 비디오 파일의 상이한 버전을 인코딩한다. 베이스 레이어는 비디오 파일의 저품질 버전을 나타낸다. 향상 레이어가 비디오 파일의 더 고품질 버전을 생성하기 위해 베이스 레이어 상에 구성된다. 이러한 시스템에서, 본 발명에 따른 캐시 관리자에 의해 유도된 이익은 더 하위 레이어, 예를 들어 베이스 레이어가 항상 세그먼트를 위해 요청되기 때문에 더 크다. 더 상위의 향상 레이어가 캐시로부터 제거되는 반면에, 베이스 레이어는 비디오 파일의 모든 버전에 대해 요청되기 때문에 유지될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 원리에 따라 동작하는 캐시 관리자의 제 2 실시예의 동작을 도시한다. 이 제 2 실시예에서, 값은 각각의 품질 레벨[수직축(Q)]에서 비디오 파일[수평축(T)]의 각각의 세그먼트에 대해 유지된다. 도 2는 단일 사용자가 소정의 시점에 특정 세그먼트, 즉 도 2의 음영 세그먼트를 다운로드하는 상황을 도시한다. 수평 점선은 사용자가 다운로드하는 것으로 추정되는 비디오 파일의 연속적인 세그먼트를 도시한다. 사용자가 음영 세그먼트를 다운로드하는 시점에, 본 발명에 따른 캐시 관리자는 다른 세그먼트에 값을 할당한다. 이들 값은 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계에 의존할 수 있고, 세그먼트가 사용자에 의해 요청될 가능성에 대한 척도를 나타낸다. 세그먼트를 이러한 값에 할당하기 위한 간단한 전략은 이하와 같을 수 있다.

- 현재 다운로드되고 있는 세그먼트 다음의 동일한 품질 레벨의 첫번째 3개의 세그먼트가 3만큼 증가됨,

- 동일 품질 레벨에서 후속의 3개의 세그먼트가 2만큼 증가됨,

- 동일 품질 레벨에서 후속의 3개의 세그먼트가 1만큼 증가됨,

- 1의 품질 레벨차를 갖는 세그먼트와, 현재 다운로드된 세그먼트 식별자와는 최대 5만큼 상이한 세그먼트 식별자가 2의 증가를 얻음,

- 1의 품질 레벨차에서 후속의 4개의 세그먼트는 1만큼 증가됨,

- 2의 품질 레벨차를 갖는 세그먼트와, 현재 다운로드된 세그먼트 식별자와는 최대 5만큼 상이한 세그먼트 식별자가 1의 증가를 얻음.

음영 세그먼트를 다운로드하기 전에 모든 세그먼트의 값은 0이었던 것으로 가정되면, 도 2는 음영 세그먼트를 다운로드한 후에 상이한 품질 레벨에서 세그먼트의 값을 나타낸다.

도 3은 제 1 사용자가 제 1 음영 세그먼트를 다운로드하고, 제 2 사용자가 제 2 음영 세그먼트를 다운로드하는 상황에서 동일한 실시예를 도시한다. 제 2 사용자에 의해 다운로드된 세그먼트는 나중의 세그먼트를 구성하고, 제 2 사용자는 제 1 사용자가 시청하는 것보다 고품질의 레벨로 이 나중의 세그먼트를 다운로드한다. 제 1 및 제 2 사용자가 음영 세그먼트를 다운로드하기 전에 모든 세그먼트의 값이 0인 것으로 재차 가정될 때, 도 3은 제 1 사용자 및 제 2 사용자가 이들의 각각의 원하는 품질에서 이들의 각각의 세그먼트를 다운로드한 후에 상이한 품질 레벨에서 세그먼트의 값을 나타낸다. 도 3의 점선은 제 1 및 제 2 사용자에 의해 다운로드될 세그먼트의 가정된 시퀀스를 또한 나타낸다.

값의 전술된 할당은 모든 활성 세션에 대해 반복되고, 세그먼트에 할당된 최종값은 정규화된다. 본 발명에 따른 캐시 관리자의 삭제 컴포넌트 및 프리페치 컴포넌트는 이들 값의 캐시 내로의 세그먼트의 캐시 및 프리페치로부터 세그먼트의 삭제를 위한 이들의 결정에 기초할 수 있다. 높은값을 갖는 세그먼트는 삭제 컴포넌트에 의해 캐시로부터 제거될 가능성이 적다. 캐시 내에 아직 있지 않은 높은값을 갖는 세그먼트는 프리페치 컴포넌트에 의해 대용량 저장부로부터 프리페치될 가능성이 있다.

세그먼트에 대한 중요도를 또한 유지하는 대안적인 실시예에서, 캐시 관리자는 캐시 내에 있는 특정 세그먼트에 값을 할당한다. 모든 세그먼트는 동일한 기간을 갖는 것으로 가정된다. 세그먼트가 캐시로부터 제거될 때, 캐시 관리자 내의 삭제 컴포넌트는 최저값을 갖는 것을 선택한다. 알고리즘에서, S(m)은 영화 m의 모든 세그먼트의 세트를 나타낸다. 각각의 세그먼트는 세그먼트가 통상적으로 다운로드되는 순서를 표현하는 정수값(s)에 의해 식별되고, Q(s)는 세그먼트 s에 대응하는 품질을 나타낸다. 세그먼트의 캐시 중요도는 이 세그먼트를 캐시 내에 유지하는데 관심이 있는 정도를 표현하는 값이다. 제 3 실시예에서 이들 값을 할당하기 위한 방안은 이하와 같다.

여기서,

m은 사용자 u에 의해 시청되는 영화를 표현하고,

s는 사용자 u에 의해 시청되는 영화 m의 세그먼트의 식별자를 표현하고,

q는 세그먼트 s의 품질을 표현하고,

i는 정수 인덱스를 표현하고,

i_importance는 식별자 i를 갖는 세그먼트의 중요도 값을 표현하고,

f(i,s)는 사용자 u가 동일한 영화 m의 세그먼트 s를 현재 시청하는 것으로 인지될 때 세그먼트 i에 대한 중요도의 증가를 계산하는데 사용되는 함수이다.

예시적인 함수 f(i,s)는 이하와 같을 수 있다.

이 함수 f(i,s)는 현재 시청된 세그먼트에 시간에 근접한 세그먼트에 더 높은 중요도를 할당한다. 이 함수 f(i,s)는 시간상 근접한 세그먼트에 대해 예측된 품질의 추정이 더 높은 것으로 하고 시간상 멀리 있는 세그먼트는 이용 가능한 품질 버전에 대해 훨씬 더 동일한 중요도를 가질 수 있는 것으로 가정함으로써 다양한 품질을 또한 허용한다.

이 제 3 실시예에서, 비디오 스트림에 속하는 초기 세그먼트를 위한 캐시 메모리의 부분을 보존하는 것이 바람직하다. 이는 이전의 알고리즘이 사용될 때 캐시 내에 더 하위의 가능성을 가질 영화의 시작시의 세그먼트가 계속 이용 가능한 것을 보장할 것이다.

본 발명에 따른 캐시 관리자의 제 4 실시예에서, 학습 메커니즘이 시간 또는 품질에 있어서, 현재 시청되는 세그먼트에 근접한 세그먼트를 요청할 가능성을 학습하는데 사용된다. 일 가능한 기술은 상이한 이력 요청 경로에 대해 마코프 체인을 훈련하는 것으로 이루어진다. 훈련 세트가 주어지면, 요청 세그먼트 Q(s+1)는 P(Q(s+1)｜Q(s), Q(s-1), ... ,Q(1))로서 추정될 수 있고, 이는 가까운 장래 (s+1)에 HTTP 적응형 스트리밍에 의한 요청 품질이 현재 품질에 의존할 뿐만 아니라, 이력 요청 품질에도 의존한다는 것을 가정한다.

연산을 간단화하고, 데이터 희소성을 회피하기 위해, P(Q(s+1)｜Q(s), Q(s-1), ... ,Q(1))은 P(Q(s+1)｜Q(s), Q(s-1), ... ,Q(s-n))으로 근사화될 수 있고, 여기서 n은 검색된 품질 경로의 길이로서 정의된다. 파라미터 n은 최적화될 필요가 있다. 유사하게, 훈련 세트로부터 P(Q(s+2), Q(s+1)｜Q(s), Q(s-1), ... ,Q(s-n)), ..., P(Q(s+1)｜Q(s), Q(s-1), ... ,Q(s-n))을 통계적으로 추정하는 것이 가능하다.

테스트에서, 요청 경로 Q(s), Q(s-1), ..., Q(s-n)이 주어지면, 최대 가능성 기준이 훈련 세트로부터 얻어진 마코프 체인에 기초하여 최소 중요 세그먼트를 선택하는데 사용된다. 증분 학습이 또한 새로운 네트워크 조건을 적합하기 위해 마코프 체인의 파라미터를 적응적으로 업데이트하도록 통합될 수 있다. 이 학습은 개별 클라이언트에 대해 개별적으로, 그러나 또한 집합적으로 각각의 비디오에 대해 행해질 수 있다.

도 4는 캐시 관리자(100)가 리다이렉션 컴포넌트(401)를 갖는 캐시 노드의 블록 다이어그램을 도시한다. 도 1에 사용된 도면 부호가 동일한 기능성을 구현하는 기능 블록을 나타내기 위해 도 4에 재사용된다. 도 4에 의해 예시된 캐시 노드는 네트워크 토폴로지에 대한 정보(403) 및 세션 요청이 리다이렉트될 수 있는 다른 캐시 노드에 대한 정보(402)를 더 포함한다. 모니터 데몬 컴포넌트(404)가 다른 캐시 노드에 모니터 정보를 송신하고 다른 캐시 노드로부터 모니터 정보를 검색하는 것을 처리한다. 예시적인 알고리즘은 이하와 같이 동작할 것이다, 도 4에 도시된 캐시 노드는 요청을 발행하는 클라이언트에 근접한 캐시 노드를 판정한다. 이는 이어서 클라이언트에 대한 이들의 근접도에 기초하여 이들 노드를 순서화하고 클라이언트에 가장 근접한 캐시 노드로 시작한다. 이하에 c로서 나타내는 이 노드가 동일한 콘텐츠에 대한 세션을 취급하면, 도 4의 캐시 노드는 이 노드가 리다이렉션을 위한 유효한 후보인지 여부를 판정한다. 이는 이하의 방식으로 행해질 수 있다. 요청(S)는 시간 식별자(ID) 및 품질 식별자(Q)를 갖는 세그먼트를 위한 것이라 가정하면, 동일한 콘텐츠에 대한 모든 세션을 통해 진행한다. 후보 캐시 노드에 이용 가능한 메모리는 X이다.

초기 캐시 노드는 모든 후보 캐시 노드에 대해 이 절차를 따를 수 있고, 리다이렉트 결정이 도달되는 노드 c를 발견할 수 있을 때, 세션을 리다이렉트한다. 어떠한 적합한 후보 노드 c도 발견되지 않으면, 요청 자체를 취급할 것이다.

본 발명이 특정 실시예를 참조하여 예시되었지만, 본 발명은 상기 예시적인 실시예의 상세에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 그 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정을 갖고 실시될 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 실시예는 모든 관점에서 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 본 발명의 범주는 상기 설명에 의해서보다는 첨부된 청구범위에 의해 지시되고, 따라서 청구범위의 등가의 의미 및 범주 내에 있게 되는 모든 변경은 거기에 포함되도록 의도된다. 달리 말하면, 기본 원리의 범주 내에 있고 그 본질적인 속성이 본 특허 출원에 청구되어 있는 임의의 및 모든 수정, 변형 또는 등가물을 커버하는 것으로 고려된다. 용어 "포함하는" 또는 "포함한다"는 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것은 아니고, 단수 표현의 용어는 복수를 배제하는 것은 아니고, 컴퓨터 시스템, 프로세서 또는 다른 통합 유닛과 같은 단일 요소는 청구범위에 인용된 다수의 수단의 기능을 충족할 수도 있다는 것이 본 특허 출원의 독자에 의해 또한 이해될 수 있을 것이다. 청구범위의 임의의 도면 부호는 관련된 각각의 청구범위를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 용어 "제 1", "제 2", "제 3", "a", "b", "c" 등은 상세한 설명 또는 청구범위에 사용될 때, 유사한 요소 또는 단계를 구별하도록 도입된 것이고, 반드시 순차적인 또는 연대적인 순서를 설명하는 것은 아니다. 유사하게, 용어 "상부", "저부", "위", "아래" 등은 설명의 목적으로 도입된 것이고, 반드시 상대 위치를 나타내는 것은 아니다. 이와 같이 사용된 용어는 적절한 상황 하에서 상호 교환 가능하고, 본 발명의 실시예는 상기 설명된 또는 예시된 것(들)과는 상이한 다른 순서 또는 배향으로 본 발명에 따라 동작이 가능하다는 것이 이해되어야 한다.

100: 세그먼트 관리자 131: 매니페스트 파일
132: 사용자 프로파일 133: 사용자 이력
134: 세션 이력 135: 콘텐츠 이력
136: 네트워크 모니터 150: 세그먼트 저장부
161: 요청 수신기 162: 요청 송신기
163: 응답 수신기 164: 응답 송신기

Claims

복수의 버전이 이용 가능한 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 캐시 관리자(cache manager)(100)에 있어서―각각의 버전은 상이한 품질을 갖는 멀티미디어 아이템을 나타냄―,
상기 캐시 관리자(100)는 대용량 멀티미디어 저장부로부터 캐시 메모리(150) 내로의 상기 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 프리페치(pre-fetching)를 제어하도록 구성되고, 상기 캐시 메모리(150)로부터 상기 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 삭제(eviction)를 제어하도록 구성되는 제어 수단(101, 102)을 포함하고,
상기 제어 수단(101, 102)은, 현재 소비되는 세그먼트에 후속하며 현재 소비되는 품질 레벨에 근접한 품질 레벨을 갖는 세그먼트인, 가까운 장래에 요청될 가능성이 높은 멀티미디어 아이템의 세그먼트를 프리페치하고, 가까운 장래에 요청될 가능성이 낮은 멀티미디어 아이템의 세그먼트를 제거하기 위해, 상기 멀티미디어 아이템의 복수의 버전의 세그먼트들 사이의 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계(temporal and quality related inter-segment relationships)를 나타내는 정보(131)에 응답하는 것을 특징으로 하는
캐시 관리자.
제 1 항에 있어서,
상기 캐시 관리자는,
상기 멀티미디어 아이템에 관련된 하나 이상의 멀티미디어 제시 기술 파일(one or more multimedia presentation description file)로부터 상기 정보(131)를 추출하기 위한 수단을 포함하는
캐시 관리자.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단(101, 102)은 시동(start-up)시에 상기 멀티미디어 아이템의 인기도 정보에 응답하도록 더 구성되는
캐시 관리자.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단은
- 사용자 프로파일 정보(132),
- 세그먼트 인기도 정보,
- 사용자 이력 정보(133),
- 세션 이력 정보(134),
- 콘텐츠 이력 정보(135),
- 콘텐츠 소유자/제작자에 의해 공급된 콘텐츠 정보,
- 멀티미디어 서버와 상기 캐시 메모리 사이의 네트워크 부하(136),
- 상기 캐시 메모리와 최종 사용자 장비 사이의 네트워크 부하(136),
- 클라이언트측 알고리즘 정보
중 하나 이상에 응답하도록 더 구성되는
캐시 관리자.
제 1 항에 있어서,
상기 캐시 관리자는,
상기 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 머신 학습하기 위한 수단을 더 포함하는
캐시 관리자.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단은 상기 캐시 메모리(150)에 저장된 세그먼트에 값을 할당하거나 유지하도록 더 구성되고, 각각의 값은 멀티미디어 아이템의 버전의 대응 세그먼트가 상기 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 고려하여 요청될 가능성을 나타내는
캐시 관리자.
제 1 항에 있어서,
상기 캐시 관리자는,
제 1 캐시 노드로부터 제 2 캐시 노드로 멀티미디어 세션의 리다이렉션을 명령하도록 구성된 리다이렉션 수단(401)을 더 포함하고, 상기 리다이렉션 수단(401)은 하나 이상의 캐싱 노드에 클라이언트를 맵핑하는 네트워크 토폴로지 정보(403)에 적어도 응답하는
캐시 관리자.
복수의 버전이 이용 가능한 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 방법에 있어서―각각의 버전은 상이한 품질을 갖는 멀티미디어 아이템을 나타냄―,
상기 방법은, 현재 소비되는 세그먼트에 후속하며 현재 소비되는 품질 레벨에 근접한 품질 레벨을 갖는 세그먼트인, 가까운 장래에 요청될 가능성이 높은 멀티미디어 아이템의 세그먼트를 프리페치하고, 가까운 장래에 요청될 가능성이 낮은 멀티미디어 아이템의 세그먼트를 제거하기 위해, 상기 멀티미디어 아이템의 복수의 버전의 세그먼트들 사이의 시간 및 품질 관련 세그먼트간 관계를 나타내는 정보(131)에 응답하여, 대용량 멀티미디어 저장부로부터 캐시 메모리(150) 내로의 상기 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 프리페치를 제어하고 상기 캐시 메모리(150)로부터 상기 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 삭제를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 방법은,
제 1 캐시 노드로부터 제 2 캐시 노드로 멀티미디어 세션을 리다이렉트하여, 하나 이상의 캐싱 노드에 클라이언트를 맵핑하는 네트워크 토폴로지 정보(403)를 적어도 사용하는 단계를 더 포함하는
멀티미디어 아이템의 세그먼트의 중간 캐싱을 관리하기 위한 방법.