JP2003085032A - 自己組織化キャッシュ方法およびその方法を利用可能なキャッシュサーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワーク負荷を考慮して、コンテンツの
キャッシュを分散配置するのは難しかった。 【解決手段】 キャッシュサーバ１８の検索部２０はコ
ンテンツレシーバ１４から要求されたコンテンツのキャ
ッシュをＬＲＵバッファ２２から検索し、ヒットしたキ
ャッシュデータをコンテンツキャッシュ記憶部２８から
取りだしてコンテンツレシーバ１４へ送信する。移動制
御部２６は、ＬＲＵバッファ２２のヘッドからアクセス
頻度の高いキャッシュエントリ２３ａを取り出し、コン
テンツレシーバ１４に近い下流にある他のキャッシュサ
ーバ１８に移動させ、ＬＲＵバッファ２２のテイルから
アクセス頻度の低いキャッシュエントリ２３ｎを取り出
し、コンテンツプロバイダに近い上流にあるキャッシュ
サーバ１８に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はコンテンツをキャ
ッシュする技術、とくにネットワークノードにキャッシ
ュを分散させる自己組織化キャッシュ方法、およびその
方法を利用可能なキャッシュサーバに関する。

【０００２】

【従来の技術】インターネットにおける情報コンテンツ
の配信、特に映像メディアを中心としたストリーミング
配信のように、多くの利用者に同一の情報コンテンツを
配信するサービスや、個人ユーザがコンテンツを発信し
て交換するピア・ツウ・ピアのネットワークサービスの
利用が進んでいる。今後、ブロードバンドのネットワー
クが普及するにつれて、動画像を含むコンテンツの流通
がますます盛んになると思われる。

【０００３】ネットワークを利用してコンテンツの配信
をする際、サーバやルータの処理能力、通信回線の帯域
幅などに制限があるため、処理性能を確保する目的で、
キャッシュサーバをネットワーク上に設け、一時的にサ
ーバのコンテンツを保持することが一般に行われてい
る。コンテンツレシーバがコンテンツプロバイダにアク
セスしてコンテンツを取得したとき、キャッシュサーバ
にそのコンテンツのキャッシュデータが保持され、再度
同じコンテンツがアクセスされる際に、そのキャッシュ
データが代わりに利用される。これによりサーバやルー
タにかかる負荷を軽減し、ネットワークトラフィックを
削減して、ネットワークリソースの利用効率を向上させ
るとともに、サービスの応答時間の改善を図ることがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のキャッシュサー
バはネットワークのトラフィックの状態を制御するもの
ではなく、ユーザまたはネットワーク管理者がネットワ
ーク上に分散したキャッシュサーバのいずれを使用する
かを手動で設定してキャッシュの有効利用を図る必要が
あった。ネットワーク管理者ならトラフィックを計測し
て、使用すべきキャッシュサーバを選択することもでき
るが、一般ユーザはネットワークのトラフィックの状態
を知ることは困難である。そのため、ネットワークの輻
輳やキャッシュサーバの負荷とは無関係に、コンテンツ
レシーバが利用するキャッシュサーバが固定的に指定さ
れる状況が生まれ、特定のキャッシュサーバに負荷がか
かったり、一個所にネットワークトラフィックが集中す
るなどにより、コンテンツのキャッシュが有効に利用さ
れず、性能改善につながらないという問題があった。

【０００５】本発明はこうした状況に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ネットワーク上のキャッシュサ
ーバにコンテンツのキャッシュデータを分散配置するこ
とのできる自己組織化キャッシュ方法、およびその方法
を利用可能なキャッシュサーバのネットワークを提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のある態様は自己
組織化キャッシュ方法に関する。この方法は、コンテン
ツをキャッシュするキャッシュサーバのキャッシュバッ
ファからアクセス頻度の高いキャッシュデータを取り出
し、そのキャッシュデータをコンテンツレシーバに近い
下流方向のキャッシュサーバのキャッシュバッファに移
動させる。前記キャッシュサーバのキャッシュバッファ
からアクセス頻度の低いキャッシュデータを取り出し、
そのキャッシュデータをコンテンツプロバイダに近い上
流方向のキャッシュサーバのキャッシュバッファに移動
させてもよい。

【０００７】コンテンツプロバイダは、映像を含むコン
テンツをユーザに提供するＷｅｂサーバやデータベース
サーバなどであり、コンテンツレシーバは、サーバから
コンテンツを受信して利用するユーザ端末、またはその
ユーザ端末が属するネットワークにおいてユーザ端末を
代理するプロキシサーバなどである。コンテンツプロバ
イダからコンテンツレシーバまでのネットワーク経路上
のネットワークノードにコンテンツのキャッシュデータ
を保持するキャッシュサーバが構築される。キャッシュ
サーバは経路上にあるネットワークノードのうち少なく
とも一つに設けられる。ネットワーク経路上でコンテン
ツプロバイダに近づく方向を上流と呼び、コンテンツレ
シーバに近づく方向を下流と呼ぶ。ネットワークノード
は、通信データの中継と経路制御を行うルータなどのネ
ットワーク機器であり、キャッシュサーバはネットワー
ク機器に外付けされる形態でも、ネットワーク機器の機
能の一つとしてネットワーク機器内部に実装される形態
でもよい。

【０００８】キャッシュサーバは、コンテンツのキャッ
シュをキャッシュバッファにおいて管理する。キャッシ
ュデータのアクセス頻度とは、キャッシュデータのアク
セスの頻度を何らかの尺度で評価した値であり、たとえ
ばキャッシュサーバのキャッシュの全アクセス数に対す
る当該キャッシュデータのアクセス数の割合で与えられ
る。キャッシュバッファのキューのヘッド部にあるエン
トリまたはヘッド部に近いエントリから下流に移動させ
るべきキャッシュデータを選んでもよい。また上流に移
動させるキャッシュデータはキューのテイル部またはテ
イル部に近いエントリから選んでもよい。

【０００９】このようにキャッシュデータを移動させる
ことにより、アクセス頻度の高いコンテンツをネットワ
ーク経路上でコンテンツレシーバに近い下流のネットワ
ークノードにキャッシュさせることができ、コンテンツ
への応答時間を短縮し、ネットワークの上流部分のネッ
トワークノードの負荷、トラフィック量を抑える効果を
奏する。またキャッシュデータを他のキャッシュサーバ
に移動させることでコンテンツのキャッシュの分散を図
ることができ、一つのキャッシュサーバの蓄積容量の消
費を抑えるとともに、特定のキャッシュサーバに負荷が
集中するのを防ぐことができる。

【００１０】キャッシュデータを移動させる際、アクセ
ス頻度の他、キャッシュされたコンテンツの更新頻度を
用いてもよく、コンテンツの更新頻度に応じて前記キャ
ッシュデータの移動を調整してもよい。ここでコンテン
ツの更新頻度とは、コンテンツがコンテンツプロバイダ
により変更される頻度を何らかの尺度で評価した値であ
り、たとえば一定時間における当該コンテンツに対する
コンテンツプロバイダによる変更回数である。

【００１１】たとえばアクセス頻度と更新頻度を組み合
わせて、アクセス頻度が高くても更新頻度が高い場合に
はキャッシュデータを下流に移動させるのを制限しても
よい。これにより、アクセス回数が多く、更新の頻度が
低いコンテンツが下流のキャッシュサーバにキャッシュ
されるようになり、キャッシュデータの移動をきめ細か
く制御して、キャッシュの効率を上げることができる。

【００１２】また前記キャッシュサーバのキャッシュバ
ッファから更新頻度の高いコンテンツのキャッシュデー
タを取り出し、そのキャッシュデータをコンテンツプロ
バイダに近い上流方向のキャッシュサーバのキャッシュ
バッファに移動させてもよい。キャッシュされたコンテ
ンツが所定の参照回数だけ参照されるまで、そのキャッ
シュデータの下流方向への移動を制限し、そのコンテン
ツが更新された場合、更新されたコンテンツのキャッシ
ュデータについて前記参照回数のカウンタをゼロにリセ
ットしてもよい。

【００１３】さらに別のキャッシュの移動制御方法とし
て、キャッシュされたコンテンツの蓄積容量や滞留時間
にもとづいて前記キャッシュデータの移動を調整しても
よい。

【００１４】蓄積容量とは、コンテンツのキャッシュデ
ータのサイズに関する値であり、たとえばコンテンツプ
ロバイダに格納されている状態でのコンテンツの元デー
タのサイズであってもよく、キャッシュサーバにおいて
キャッシュされた状態において、そのキャッシュサーバ
のキャッシュの全容量に対するコンテンツのキャッシュ
データのデータ量の割合であってもよい。特に映像にお
いては、コンテンツプロバイダにおいて格納されている
データ容量に限らず、ネットワークの必要帯域に通信時
間を乗じた値で蓄積容量を定義することもできる。キャ
ッシュデータの移動を行う際、蓄積容量を考慮して、蓄
積容量が大きいほど積極的に下流方向に移動させること
により、キャッシュサーバのキャッシュ容量を最適化
し、検索のヒット率を高くするとともに、上流でのネッ
トワークトラフィックを軽減する効果が得られる。

【００１５】滞留時間とは、コンテンツのキャッシュデ
ータの有効期限を表す数値である。たとえばコンテンツ
が明日の天気予想図の画像であるとしたら、コンテンツ
のキャッシュは次の日には無効にしなければならないか
ら、滞留時間は１日に定められる。滞留時間が長いキャ
ッシュデータは積極的に下流のキャッシュサーバに移動
させ、滞留時間が短いキャッシュデータは、下流への移
動を制限することができる。前述の蓄積容量にこの滞留
時間を掛け合わせた値をキャッシュデータの移動制御の
際の評価に用いてもよい。これにより期限的な要素も含
めたキャッシュデータの移動が可能となる。

【００１６】ネットワークアドレスに応じて複数のキャ
ッシュバッファを設け、前記コンテンツレシーバの属す
るネットワークアドレスに対応するキャッシュバッファ
から前記キャッシュデータを取り出し、そのキャッシュ
データをそのネットワークアドレスに属するキャッシュ
サーバのキャッシュバッファに移動させてもよい。すな
わちキャッシュすべきコンテンツに対して、そのコンテ
ンツの要求元のコンテンツレシーバのネットワークアド
レスをキーとして、複数のバッファに分配される。これ
によりコンテンツに対してどのネットワーク領域からの
アクセスが頻繁であるかを評価した上で、コンテンツの
キャッシュデータの移動先のキャッシュサーバを決める
ことができる。

【００１７】キャッシュデータは複数のキャッシュサー
バに同時に移動させてもよく、キャッシュされたコンテ
ンツに対するアクセス頻度によって同時に移動させる際
のキャッシュサーバの数を調整してもよい。特にコンテ
ンツに対するアクセス頻度が高い場合、複数のキャッシ
ュサーバにそのコンテンツのキャッシュデータを移動さ
せることで、キャッシュサーバに対するアクセスの集中
を避けることができる。また移動先のキャッシュサーバ
を決める際、コンテンツレシーバの属するネットワーク
アドレスを参照してもよい。

【００１８】本発明の別の態様はキャッシュサーバに関
する。このキャッシュサーバは、コンテンツプロバイダ
により提供され、コンテンツレシーバにより利用される
コンテンツをキャッシュして保持する記憶部と、前記コ
ンテンツのキャッシュエントリに前記コンテンツのアク
セス頻度の評価データを含め、そのキャッシュエントリ
のキュー管理を行うキャッシュバッファと、前記評価デ
ータを基準にして前記キャッシュバッファ内の前記キュ
ーを検索して、キャッシュデータを抽出する検索部と、
前記抽出されたキャッシュデータを、前記プロバイダか
ら前記レシーバまでのネットワーク経路上の他のキャッ
シュサーバに移動させる移動制御部とを含む。

【００１９】前記キャッシュバッファは、前記評価デー
タに前記コンテンツの更新頻度、蓄積容量、および滞留
時間の少なくとも一つをさらに含めて管理してもよく、
前記移動制御部はこれらの評価データを適宜参照してキ
ャッシュデータの移動制御を行ってもよい。前記キャッ
シュバッファは、前記コンテンツのアクセス頻度、更新
頻度、蓄積容量、および滞留時間の少なくとも一つの評
価データによりキャッシュエントリがソートされるキュ
ー構造をもち、前記移動制御部は前記キューのヘッド部
またはテイル部からキャッシュデータを抽出し、前記他
のキャッシュサーバに移動させてもよい。

【００２０】前記キャッシュバッファは、前記レシーバ
のネットワークアドレスに応じて複数のバッファに分割
され、前記検索部は前記レシーバの属するネットワーク
アドレスに対応するキャッシュバッファから前記キャッ
シュデータを抽出し、前記移動制御部は、そのキャッシ
ュデータを対応するネットワークアドレスに属するキャ
ッシュサーバに移動させてもよい。

【００２１】なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本
発明の表現を方法、装置、サーバ、システム、コンピュ
ータプログラム、記録媒体などの間で変換したものもま
た、本発明の態様として有効である。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、第１の実施の形態に係る
キャッシュサーバシステムの構成図である。コンテンツ
プロバイダ１０はコンテンツをユーザに提供するサーバ
である。コンテンツレシーバ１４はインターネット１６
を介してコンテンツプロバイダ１０が提供するコンテン
ツを受信して利用するユーザの端末である。インターネ
ット１６には複数のネットワークノード１２が含まれ、
コンテンツプロバイダ１０からコンテンツレシーバ１４
へ提供されるコンテンツのデータを中継するルータとし
て機能する。さらにネットワークノード１２にはキャッ
シュサーバ１８が設けられ、中継されるコンテンツのデ
ータを一時的にキャッシュすることができる。キャッシ
ュサーバ１８は、ネットワークノード１２内に設けられ
てもよく、ネットワークノード１２の外側に付属しても
よい。

【００２３】図２にコンテンツプロバイダ１０からコン
テンツレシーバ１４までのネットワーク経路を示す。ネ
ットワーク経路上に、コンテンツプロバイダ１０に近い
方から、３つのネットワークノードＡ１２ａ、ネットワ
ークノードＢ１２ｂ、ネットワークノードＣ１２ｃ（こ
れらを総称する場合ネットワークノード１２とよぶ）
と、それらの各々に付属する３つのキャッシュサーバＡ
１８ａ、キャッシュサーバＢ１８ｂ、キャッシュサーバ
Ｃ１８ｃ（これらを総称する場合キャッシュサーバ１８
とよぶ）がある。コンテンツプロバイダ１０に近い方を
上流とよび、コンテンツレシーバ１４に近い方を下流と
よぶ。

【００２４】コンテンツのキャッシュデータはネットワ
ーク経路上のいずれのキャッシュサーバ１８に保持され
てもよいが、当然コンテンツレシーバ１４に近い方が応
答時間が短くなるという利点がある。しかしながらキャ
ッシュデータを下流方向のキャッシュサーバ１８だけに
保持すると、そのキャッシュサーバ１８にアクセスが集
中し、かえって応答時間が悪化してしまう。そこでキャ
ッシュデータをネットワーク経路上の複数のキャッシュ
サーバ１８に分散させることが必要となる。

【００２５】図３は、キャッシュサーバ１８の構成図で
ある。この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピ
ュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、
ソフトウエア的にはメモリにロードされた自己組織化キ
ャッシュ機能のあるプログラムなどによって実現される
が、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロ
ックを描いている。したがって、これらの機能ブロック
がハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれら
の組合せによっていろいろな形で実現できることは、当
業者には理解されるところである。

【００２６】キャッシュサーバ１８には、ＬＲＵバッフ
ァ２２が設けられ、ＬＲＵ（LeastRecent Used）方式で
キュー２４にコンテンツのキャッシュエントリ２３ａ、
２３ｂ、・・・、２３ｎ（これらを総称する場合キャッ
シュエントリ２３とよぶ）がキューイングされる。キャ
ッシュエントリ２３のデータ構造は後に説明するが、キ
ャッシュエントリ２３にはコンテンツデータへのポイン
タが含まれ、コンテンツのキャッシュデータそのものは
大容量記憶装置であるコンテンツキャッシュ記憶部２８
に記憶される。

【００２７】検索部２０は、コンテンツレシーバ１４か
ら要求のあったコンテンツについて、ＬＲＵバッファ２
２のキュー２４を先頭から検索して、キャッシュされて
いるかどうかを調べる。コンテンツを識別するためにコ
ンテンツプロバイダ１０における格納場所を示すＵＲＬ
が用いられる。キャッシュにヒットした場合、検索部２
０はコンテンツのキャッシュデータをコンテンツキャッ
シュ記憶部２８から取り出し、インターネット１６を介
してコンテンツレシーバ１４へ送信する。

【００２８】移動制御部２６は、ＬＲＵバッファ２２の
キュー２４のヘッダ部またはテイル部にあるキャッシュ
エントリ２３をコンテンツキャッシュ記憶部２８に格納
されたコンテンツのキャッシュデータとともに、ネット
ワーク経路上の他のキャッシュサーバ１８に移動させ
る。また移動制御部２６は後述の評価データにもとづい
てＬＲＵバッファ２２のキュー２４から移動対象のキャ
ッシュエントリ２３を選択することもできる。さらに移
動制御部２６は他のキャッシュサーバ１８から送信され
たキャッシュデータを受け取り、新たなキャッシュエン
トリとしてＬＲＵバッファ２２に追加するとともに、コ
ンテンツのキャッシュデータをコンテンツキャッシュ記
憶部２８に記憶する。

【００２９】図４は、キャッシュエントリ２３のデータ
構造を説明する図である。ＰｒｅｖＲｏｕｔｅ３０とＮ
ｅｘｔＲｏｕｔｅ３２はそれぞれ、コンテンツの配信経
路上のすぐ前、すぐ後のネットワークノード１２のアド
レスである。

【００３０】アクセス頻度３４は、キャッシュデータが
アクセスされる頻度を示すデータであり、キャッシュサ
ーバ１８のＬＲＵバッファ２２のキャッシュエントリ２
３に対する総アクセス数に対する当該キャッシュデータ
のアクセス数の割合である。アクセスカウンタ３５は、
コンテンツのキャッシュデータのアクセス回数のカウン
タである。更新頻度３６は、キャッシュされたコンテン
ツがコンテンツプロバイダ１０において更新される頻度
を示すデータであり、一定時間における当該コンテンツ
に対するコンテンツプロバイダによる変更回数である。

【００３１】蓄積容量３８は、コンテンツのキャッシュ
データのサイズに関する数値であり、キャッシュサーバ
１８のＬＲＵバッファ２２の全容量に対する当該キャッ
シュデータのデータ量の割合であり、特に映像のコンテ
ンツの場合にはネットワークの必要帯域に通信時間を乗
じた値を用いる。滞留時間４０は、コンテンツのキャッ
シュデータがネットワークに滞留してよい時間、すなわ
ち有効期限に達するまでの時間を表す数値である。たと
えば日数や時間などで設定される。

【００３２】コンテンツレシーバのネットワークアドレ
ス４２は、このコンテンツを参照したコンテンツレシー
バ１４のネットワークアドレスである。コンテンツポイ
ンタ４４は、キャッシュされたコンテンツのデータその
ものへのポインタであり、コンテンツキャッシュ記憶部
２８に格納されたコンテンツデータを指す。

【００３３】移動制御部２６は、基本的には、ＬＲＵバ
ッファ２２のヘッダ部にあるキャッシュエントリ２３を
下流のキャッシュサーバ１８に移動させ、ＬＲＵバッフ
ァ２２のテイル部にあるキャッシュエントリ２３を上流
のキャッシュサーバ１８に移動させる。ＬＲＵ方式は、
最後に参照されてからの経過時間が最も長いキャッシュ
エントリ２３から先に追い出す方式であり、最近にアク
セスされたキャッシュエントリ２３がキュー２４の先頭
に動かされる。キュー２４の順序は、厳密にはアクセス
頻度３４の順にはならないが、アクセス頻度３４の低い
キャッシュのエントリは、キュー２４の後尾に送り出さ
れて追い出されることになるため、キュー２４の順序
は、アクセス頻度をある程度反映したものとなる。

【００３４】さらに移動制御部２６は、キャッシュデー
タの移動制御をよりきめ細かく行うために、移動対象の
キャッシュデータの選択基準として、アクセス頻度３
４、更新頻度３６、蓄積容量３８、および滞留時間４０
の各評価データの組合せを用いることができる。ＬＲＵ
バッファ２２のヘッド部には直近にアクセスされたキャ
ッシュエントリ２３が存在するが、これが必ずしもアク
セス頻度３４が最も高いエントリとは限らない。そこで
移動制御部２６は、ＬＲＵバッファ２２のヘッド部から
始めて順にキャッシュエントリ２３を検索して、アクセ
ス頻度３４が高いキャッシュエントリ２３を選択して、
そのキャッシュエントリ２３を下流に移動させてもよ
い。

【００３５】移動制御部２６はさらに更新頻度３６を選
択基準に用いて、アクセス頻度３４が高くかつ更新頻度
３６が低いキャッシュエントリ２３をＬＲＵバッファ２
２から選択してもよい。アクセス頻度３４と更新頻度３
６の評価を組み合わせた移動制御を可能にするために、
コンテンツのキャッシュデータのアクセスカウンタ３５
を用いて、次のようにキャッシュデータの移動を制御し
てもよい。

【００３６】まずコンテンツを最初にキャッシュするネ
ットワークノード１２は、ネットワーク経路上にあるネ
ットワークノード１２のうち、コンテンツプロバイダ１
０寄りの上流に位置するＮ個のノードとする。アクセス
上限回数Ａｃｃをあらかじめ定めておく。移動制御部２
６は、キャッシュのアクセスカウンタ３５がアクセス上
限回数Ａｃｃに達するまで、キャッシュデータの移動を
制限し、最初のＮ個のネットワークノード１２より下流
にキャッシュデータが伝搬しないようにする。

【００３７】移動制御部２６は、アクセス回数のカウン
タがアクセス上限回数Ａｃｃに達すると、下流のネット
ワークノード１２にキャッシュデータを移動させる。一
方、検索部２０は、コンテンツの更新が行われると、キ
ャッシュを無効にするために、アクセスカウンタ３５の
値をゼロにリセットし、キャッシュが無効となったこと
を経路上の他のネットワークノード１２に通知する。

【００３８】キャッシュデータに対するアクセス回数が
増えても、そのキャッシュデータがコンテンツの更新に
より無効になった場合は、アクセス回数のカウンタがゼ
ロにリセットされ、アクセス上限回数Ａｃｃに達するま
で下流への移動が制限される。アクセス頻度だけでな
く、コンテンツの更新頻度も考慮してキャッシュデータ
の移動を制御することが可能となる。

【００３９】さらに移動制御部２６は、アクセス頻度３
４の他に、蓄積容量３８と滞留時間４０の積を評価値に
用いて移動対象のキャッシュデータを決めてもよい。移
動制御部２６は、蓄積容量３８と滞留時間４０の積が大
きいキャッシュデータを積極的に下流に移動させ、蓄積
容量３８と滞留時間４０の積が小さいキャッシュデータ
については下流への移動を制限する。したがって蓄積容
量が大きく、かつ有効時間の長いキャッシュデータほど
下流に配置されるようになり、トラフィックの削減につ
ながる。もっとも移動制御部２６は、蓄積容量３８と滞
留時間４０のいずれか一方のみを用いて移動対象のキャ
ッシュデータを決めてもよい。またアクセス頻度３４、
蓄積容量３８、滞留時間４０の３つの値を加味した評価
値を用いてもよい。

【００４０】ＬＲＵバッファ２２は、基本的にはＬＲＵ
方式でキューイング制御をするが、キュー２４のキャッ
シュエントリ２３を上記の各種評価データもしくはそれ
らを組み合わせた評価値にもとづいてソートしてもよ
い。あらかじめ評価データにもとづいたソーティングが
なされていれば、移動制御部２６は、単にＬＲＵバッフ
ァ２２のキュー２４のヘッド部またはテイル部からキャ
ッシュエントリ２３を選択するだけでよく、キャッシュ
データの選択処理を一元化することが可能となる。もっ
ともＬＲＵバッファ２２がキュー２４を通常のＬＲＵ方
式のソーティングし、キャッシュデータの細かな移動制
御のために、アクセス頻度３４、更新頻度３６、蓄積容
量３８、滞留時間４０など他の評価データを用いてキャ
ッシュエントリ２３を検索して選択する構成でもよい。

【００４１】図５は、以上の構成によるキャッシュサー
バ１８によるキャッシュ移動制御のシーケンス図であ
る。図２のネットワーク経路の例を用いて処理のシーケ
ンスを説明する。第１のコンテンツレシーバ１４ａから
のコンテンツの要求情報がネットワークノードＢ１２ｂ
に到着する（Ｓ１０）。この要求情報はコンテンツのＵ
ＲＬを含むものである。ネットワークノードＢ１２ｂに
おいてキャッシュサーバＢ１８ｂの検索部２０がこの要
求情報にもとづいてキャッシュバッファを検索する。キ
ャッシュがヒットした場合、検索部２０はキャッシュデ
ータを第１のコンテンツレシーバ１４ａに送信する（Ｓ
１２）。また、第２のコンテンツレシーバ１４ｂから同
一のコンテンツに対する要求情報がネットワークノード
Ｂ１２ｂに到着し（Ｓ１４）、キャッシュデータが返信
される（Ｓ１６）。

【００４２】キャッシュサーバＢ１８ｂにおいてキャッ
シュがヒットしたとき、移動制御部２６は、上述の評価
データを基準にＬＲＵバッファ２２のキャッシュデータ
の移動制御を行う。この移動制御により、キャッシュヒ
ットしたコンテンツが第１および第２のコンテンツレシ
ーバ１４ａ、１４ｂに近い下流のネットワークノードＣ
１２ｃに移動する（Ｓ１８）。次に第１のコンテンツレ
シーバ１４ａが同一のコンテンツに対する要求を送信す
ると（Ｓ２０）、キャッシュデータが下流のネットワー
クノードＣ１２ｃで取得されて、第１のコンテンツレシ
ーバ１４ａに送信される（Ｓ２２）。

【００４３】これ以降、このコンテンツにアクセスが起
きなかった場合、下流のネットワークノードＣ１２ｃに
存在するキャッシュデータはＬＲＵバッファ２２のテイ
ル部に送り出され、移動制御部２６により上流のネット
ワークノードＢ１２ｂに移動する（Ｓ２４）。さらにア
クセスが起きない状態が続いた場合、キャッシュデータ
はさらに上流のネットワークノードＡ１２ａに移動する
（Ｓ２６）。

【００４４】この後、第１のコンテンツレシーバ１４ａ
が同一コンテンツに対する要求情報をネットワークノー
ドＢ１２ｂに送ると（Ｓ２８）、キャッシュミスが起こ
り、要求情報は一つ上のネットワークノードＡ１２ａに
転送され（Ｓ３０）、そのネットワークノードＡ１２ａ
において、キャッシュがヒットし、キャッシュデータが
返信される（Ｓ３２）。

【００４５】図６は、第２の実施の形態に係るキャッシ
ュサーバ１８の構成図である。第１の実施の形態とは異
なり、ＬＲＵバッファ２２にはネットワークアドレスに
対応づけられた複数のキュー２４ａ〜ｃ（これらを総称
する場合キュー２４とよぶ）が設けられる。３つのキュ
ー２４ａ〜ｃはそれぞれ、３つのネットワークアドレス
ｎｅｔａｄｄｒＡ、ｎｅｔａｄｄｒＢ、ｎｅｔａｄｄｒ
Ｃに対応する。ＬＲＵバッファ２２はコンテンツをキャ
ッシュする際、そのコンテンツを要求したコンテンツレ
シーバ１４が属するネットワークのネットワークアドレ
スにより、複数のキュー２４ａ〜ｃからいずれかを選ん
で、キューイングする。ここでコンテンツレシーバ１４
の属するネットワークのネットワークアドレスは、コン
テンツレシーバ１４のＩＰアドレスの上位ビットから判
断することができる。

【００４６】検索部２０はコンテンツレシーバ１４が要
求するコンテンツのキャッシュを検索する際、コンテン
ツレシーバ１４のネットワークアドレスを参照して、そ
のネットワークアドレスに対応するキュー２４からキャ
ッシュデータを検索する。

【００４７】移動制御部２６は、検索部２０によるキャ
ッシュヒットを契機にして、キャッシュヒットのあった
キュー２４からキャッシュデータを取り出し、そのキュ
ー２４に対応するネットワークアドレスのネットワーク
に属するキャッシュサーバ１８にキャッシュデータを移
動させる。また移動制御部２６は、複数のネットワーク
領域の各々に属するキャッシュサーバ１８に同一のキャ
ッシュデータを移動させることもできる。

【００４８】図７は、第２の実施の形態のキャッシュサ
ーバ１８によるキャッシュ移動制御を説明する図であ
る。コンテンツプロバイダ１０にはコンテンツＡ５０と
コンテンツＢ５２とが格納されている。第１のネットワ
ーク５４に属するコンテンツレシーバ１４がコンテンツ
Ａ５０にアクセスすると、上流から下流へ３つのネット
ワークノードＡ１２ａ、ネットワークノードＢ１２ｂ、
ネットワークノードＣ１２ｃを経由してコンテンツデー
タが中継され、これらのネットワークノード１２ａ〜ｃ
に付属するいずれかのキャッシュサーバ１８ａ〜ｃにデ
ータがキャッシュされる。第１のネットワーク５４に属
するコンテンツレシーバ１４からのアクセスが増える
と、コンテンツＡ５０のキャッシュデータは、ネットワ
ーク経路の上流から下流に移動する。

【００４９】いま、コンテンツＡ５０のキャッシュデー
タが第１のネットワーク５４に属する下流のキャッシュ
サーバ１８ｃにあるとする。このとき、第２のネットワ
ーク５６に属するコンテンツレシーバ１４からコンテン
ツＡ５０に対するアクセスが増えた場合、下流のキャッ
シュサーバ１８ｃの移動制御部２６は、コンテンツＡ５
０のキャッシュデータを、第１および第２のネットワー
ク５４、５６の双方ｌから見て上流にあるキャッシュサ
ーバ１８ｂに移動させる。

【００５０】移動制御部２６は、同一コンテンツにアク
セスするコンテンツレシーバ１４が複数のネットワーク
にまたがって存在する場合は、それらの複数のネットワ
ークのそれぞれに属するキャッシュサーバ１８にキャッ
シュデータを移動させてもよい。その場合、マルチキャ
スト通信を用いて移動先のネットワークアドレスを複数
指定してキャッシュデータを送信してもよい。たとえ
ば、コンテンツＢ５２のキャッシュデータがネットワー
クＤ１２ｄに付属するキャッシュサーバ１８ｄにあると
する。このとき第３および第４のネットワーク５８、６
０のそれぞれに属するコンテンツレシーバ１４からコン
テンツＢ５２へのアクセスがあった場合、これら二つの
ネットワークの上流に位置するキャッシュサーバ１８ｄ
は、それぞれのネットワークに属するキャッシュサーバ
１８ｇ、１８ｅにキャッシュデータを移動させる。

【００５１】このように複数のネットワーク領域に属す
るキャッシュサーバ１８にキャッシュデータを移動させ
る際、移動先ネットワークの数をここではキャスティン
グルート数と呼ぶ。移動制御部２６はこのキャスティン
グルート数を、コンテンツに対するアクセス頻度、アク
セス元のコンテンツレシーバ１４が属するネットワーク
アドレスの総数などにより適宜調整してもよい。

【００５２】以上述べたように、本発明の実施の形態に
よれば、多数の利用者がコンテンツの配信を受けるイン
ターネットの環境や、ピア・ツウ・ピアでコンテンツの
送受信を行う個人間ネットワークの環境において、コン
テンツのキャッシュをキャッシュサーバに分散して配置
し、コンテンツの配信サービスの応答時間を改善するこ
とができる。

【００５３】また実施の形態のキャッシュサーバは、ネ
ットワーク上の他のキャッシュサーバと連携して、自己
組織型のキャッシュ制御を実現するものである。キャッ
シュサーバのネットワークは、コンテンツのアクセス頻
度、更新頻度などの統計情報や、コンテンツの蓄積容
量、滞留時間などのコンテンツに固有の特性情報を評価
しながら、コンテンツのキャッシュを自律的に交換する
能動的なコンテンツアクセス環境を実現する。

【００５４】また実施の形態のキャッシュサーバはルー
タ機能をもつネットワークノードと連携し、ルーティン
グのプロトコルレイヤーすなわちネットワーク層でキャ
ッシュデータの移動制御を行うため、移動制御にあたっ
て、それよりも上位のレイヤーの情報、たとえばアプリ
ケーション層の情報まで考慮する必要がないため、高速
な処理が可能である。

【００５５】以上、本発明を実施の形態をもとに説明し
た。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成
要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可
能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあるこ
とは当業者に理解されるところである。以下そのような
変形例を説明する。

【００５６】上記の説明では、データ中継機能とルータ
機能をもつネットワークノード１２と、コンテンツのキ
ャッシュ管理機能をもつキャッシュサーバ１８とを別構
成にしたが、キャッシュサーバ１８はネットワークノー
ド１２と一体化して構成してもよい。またキャッシュサ
ーバ１８の検索部２０、ＬＲＵバッファ２２、および移
動制御部２６の機能をネットワークノード１２内部に実
現し、コンテンツキャッシュ記憶部２８のみを大規模記
憶装置としてネットワークノード１２の外側に接続する
構成でもよい。

【００５７】上記の説明では、キャッシュの有効時間を
示す滞留時間４０をキャッシュデータの選択基準の一つ
として用いたが、キャッシュデータの作成時のタイムス
タンプとキャッシュデータの利用時のタイムスタンプと
を比較することにより、キャッシュデータの滞留時間４
０に対して、キャッシュデータの有効な時間があとどれ
くらい残留しているかがわかる。移動制御部２６は、こ
の残留時間を滞留時間４０の代わりに用い、残留時間の
長いキャッシュデータほど積極的に下流のネットワーク
ノード１２に移動させ、残留時間が残り少ないキャッシ
ュデータについては下流への移動を制限してもよい。

【００５８】またキャッシュバッファとしてＬＲＵ方式
のバッファが用いられたが、参照回数の最も少ないキャ
ッシュエントリから先に追い出すＬＦＵ（Least Freque
ntlyUsed）方式など、他の方式のバッファが用いられて
もよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、コンテンツを効率よく
ユーザに配信することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係るキャッシュサーバシ
ステムの構成図である。

【図２】 コンテンツプロバイダからコンテンツレシー
バまでのネットワーク経路上のネットワークノードを説
明する図である。

【図３】 キャッシュサーバの構成図である。

【図４】 キャッシュサーバが管理するＬＲＵバッファ
のキャッシュエントリのデータ構造を説明する図であ
る。

【図５】 第１の実施の形態のキャッシュサーバによる
キャッシュ移動制御のシーケンス図である。

【図６】 第２の実施の形態に係るキャッシュサーバの
構成図である。

【図７】 第２の実施の形態のキャッシュサーバによる
キャッシュ移動制御を説明する図である。

【符号の説明】

１０ コンテンツプロバイダ、 １２ ネットワークノ
ード、 １４ コンテンツレシーバ、 １６ インター
ネット、 １８ キャッシュサーバ、 ２０検索部、
２２ ＬＲＵバッファ、 ２３ キャッシュエントリ、
２４ キュー、 ２６ 移動制御部、 ２８ コンテ
ンツキャッシュ記憶部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 実 石川県石川郡野々市町扇が丘７番１号 学 校法人金沢工業大学内 (72)発明者 小林 孝 東京都渋谷区渋谷二丁目17番５号 株式会 社アルファシステムズ内 Ｆターム(参考） 5B082 HA02 HA05 HA08 5B085 BA07 BG07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンテンツをキャッシュするキャッシュ
   サーバのキャッシュバッファからアクセス頻度の高いキ
   ャッシュデータを取り出し、そのキャッシュデータをコ
   ンテンツレシーバに近い下流方向のキャッシュサーバの
   キャッシュバッファに移動させることを特徴とする自己
   組織化キャッシュ方法。
2. 【請求項２】 前記キャッシュサーバのキャッシュバッ
   ファからアクセス頻度の低いキャッシュデータを取り出
   し、そのキャッシュデータをコンテンツプロバイダに近
   い上流方向のキャッシュサーバのキャッシュバッファに
   移動させることを特徴とする請求項１に記載の自己組織
   化キャッシュ方法。
3. 【請求項３】 前記コンテンツの更新頻度にもとづいて
   前記キャッシュデータの移動を調整することを特徴とす
   る請求項１または２に記載の自己組織化キャッシュ方
   法。
4. 【請求項４】 キャッシュされたコンテンツが所定の参
   照回数だけ参照されるまで、そのキャッシュデータの下
   流方向への移動を制限し、そのコンテンツが更新された
   場合、前記参照回数のカウンタをリセットすることを特
   徴とする請求項３に記載の自己組織化キャッシュ方法。
5. 【請求項５】 キャッシュされたコンテンツの蓄積容量
   にもとづいて前記キャッシュデータの移動を調整するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の自己組織化キ
   ャッシュ方法。
6. 【請求項６】 キャッシュされたコンテンツのネットワ
   ークにおける滞留時間にもとづいて前記キャッシュデー
   タの移動を調整することを特徴とする請求項１、２、５
   のいずれかに記載の自己組織化キャッシュ方法。
7. 【請求項７】 ネットワークアドレスに応じて複数のキ
   ャッシュバッファを設け、前記コンテンツレシーバの属
   するネットワークアドレスに対応するキャッシュバッフ
   ァから前記キャッシュデータを取り出し、そのキャッシ
   ュデータを移動先のキャッシュサーバのキャッシュバッ
   ファに移動させることを特徴とする請求項１から６のい
   ずれかに記載の自己組織化キャッシュ方法。
8. 【請求項８】 キャッシュされたコンテンツの前記アク
   セス頻度により前記キャッシュデータの移動先のキャッ
   シュサーバの数を調整することを特徴とする請求項１か
   ら７のいずれかに記載の自己組織化キャッシュ方法。
9. 【請求項９】 コンテンツプロバイダからコンテンツレ
   シーバに提供されるコンテンツをキャッシュして保持す
   る記憶部と、 前記コンテンツのキャッシュデータに前記コンテンツの
   アクセス頻度の評価データを含め、そのキャッシュデー
   タのキュー管理を行うキャッシュバッファと、 前記キャッシュバッファ内の前記キューを検索し、コン
   テンツレシーバの要求するコンテンツのキャッシュデー
   タを抽出する検索部と、 前記評価データを基準にして前記キャッシュバッファか
   らキャッシュデータを抽出し、前記プロバイダから前記
   レシーバまでのネットワーク経路上の他のキャッシュサ
   ーバに移動させる移動制御部とを含むことを特徴とする
   キャッシュサーバ。
10. 【請求項１０】 前記キャッシュバッファは、前記評価
    データに前記コンテンツの更新頻度、蓄積容量、および
    滞留時間の少なくとも一つをさらに含めて管理すること
    を特徴とする請求項９に記載のキャッシュサーバ。
11. 【請求項１１】 前記キャッシュバッファは、前記コン
    テンツのアクセス頻度、更新頻度、蓄積容量、および滞
    留時間の少なくとも一つの評価データによりキャッシュ
    エントリがソートされるキュー構造をもち、前記移動制
    御部は前記キューのヘッド部またはテイル部からキャッ
    シュデータを抽出し、前記他のキャッシュサーバに移動
    させることを特徴とする請求項９に記載のキャッシュサ
    ーバ。
12. 【請求項１２】 前記キャッシュバッファは、前記レシ
    ーバのネットワークアドレスに応じて複数のバッファに
    分割され、前記検索部は前記レシーバの属するネットワ
    ークアドレスに対応する前記分割されたバッファから前
    記キャッシュデータを抽出し、前記移動制御部は、抽出
    された前記キャッシュデータを対応するネットワークア
    ドレスに属する前記他のキャッシュサーバに移動させる
    ことを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の
    キャッシュサーバ。