JP2007074413A - コンテンツ配信装置およびコンテンツ受信装置、ならびにコンテンツ配信システム、コンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 無線ネットワーク3におけるマルチキャスト配信とオンデマンド配信とを併用したコンテンツ配信システムであって、マルチキャスト配信データに対して冗長性を付加することによりパケット損失対策を施す。このとき、冗長性を付加することによって無線ネットワーク3上のデータ伝送量が増大するにもかかわらず、サーバ1が、クライアント2のパケット損失状況に応じて冗長性を動的に制御する。
【選択図】 図1
Description
ところで、無線ネットワークを用いたコンテンツ配信は、ネットワーク内の基地局を介して行われるため、ほぼ同じ場所に位置する複数のクライアント(端末)に対して双方向通信でコンテンツを個別に配信(以下、オンデマンド配信という)することは、帯域効率の点で好ましくない。そこで、1つの基地局から複数のクライアントに対して、同一コンテンツを同報配信(以下、マルチキャスト配信という)する技術について従来から検討されている。
そこで、マルチキャスト配信におけるパケット損失対策として、伝送中のパケット損失によるエラーを検出し、自己修復を行う伝送誤り制御方式であるFEC(Forward Error Correction)が利用される。FECでは、伝送したいK個のパケット(コンテンツ)を符号化し、N(≧K)個の符号化データとして伝送する。これにより、伝送中にパケット損失が発生しても、クライアントは、N個の符号化データのうち、少なくともK個の符号化データを受信すれば、本来のK個のパケットに復元できる。但し、この符号化処理により、伝送するデータ量が増大するため、ネットワークにかかる負荷も増大してしまう。また、クライアントの受信状態がさらに悪化し、K個の符号化データを受信できなかった場合、クライアントは、本来のK個のパケットへの復元ができない。ここで、符号化前のパケットの数Kと符号化後におけるデータの数Nの比であるN/Kを、冗長度と呼ぶ。
また、パケット損失への対応として、FECは、本来、OSI(Open System Interconnection)7階層のネットワーク層で利用される。しかしながら、クライアントの受信状況は、時間や場所、コンテンツ(アプリケーション)などのさまざまな要因で変化する。そのため、このような要因に対して、アプリケーションデータの振る舞いを観測するのが困難なネットワーク層だけでは効果的な対処ができない。したがって、ネットワーク層で把握できない情報を利用した、アプリケーション層でのパケット損失対策が必要である。
また、上記した冗長性の付加によってネットワーク上を流れるデータ伝送量が増大するにもかかわらず、クライアントのパケット損失状況に応じて、冗長性を動的に制御し、オンデマンド配信のためのデータ伝送量を低減することで、結果的にネットワーク上の総伝送量を低減させる、コンテンツ配信装置およびコンテンツ受信装置、ならびにコンテンツ配信システム、コンピュータプログラムを提供することも目的とする。
また、冗長性の付加によってネットワーク上を流れるデータ伝送量が増大するにもかかわらず、コンテンツ配信装置が、コンテンツ受信装置のパケット損失状況に応じて冗長性を動的に制御することでオンデマンド配信のためのデータ伝送量を低減することができ、結果的に無線ネットワーク上の総伝送量を低減させることができる。更に、本発明によれば、ネットワーク層で把握できないパケット損失情報を利用したアプリケーション層でのパケット損失対策が実現できる。このため、クライアントの受信状況が、時間、場所、アプリケーションなどのさまざまな要因で変化する無線ネットワークのコンテンツ配信に用いて特に顕著な効果が得られる。
図1において、符号1はコンテンツ配信装置としてのサーバ、符号2はコンテンツ受信装置としての複数のクライアントであり、無線ネットワーク3および基地局4を介して接続される。上記構成から成るコンテンツ配信システムは、以下の2つの機能を持つハイブリッド型のコンテンツ配信形態をとる。
一つは、サーバ1から基地局4を通じ、その無線通信範囲以内に存在するクライアント2に対してマルチキャスト配信するプッシュ型配信機能である。この場合、コンテンツは、カルーセル状に連続的に配信される。他の一つは、各クライアント2がオンデマンドでコンテンツを要求すると、サーバ1がユニキャスト配信するプル型配信機能である。
ここで、無線ネットワーク3では、電波事情により、時々、無線信号がクライアント2に届かない状態に陥る可能性がある。このとき、受信中のクライアント2では、1以上のパケットを受信できず、オリジナルコンテンツを復元できなくなる。このため、本発明では、パケット損失が発生することを想定し、プッシュ型配信の際、配信データに冗長性を持たせることとした。このため、サーバ1に対し、配信データの冗長度を動的に決定するためのコンテンツ配信戦略を策定する機能を付加している。詳細は後述する。
ここでは、伝送したい1つのオリジナルコンテンツをR個のパケットに分割し、さらに、それらK個のパケットを1つのブロックとする。このとき、各パケットおよびブロックのサイズは一定であり、1つのブロックサイズに満たない場合は、パディング処理を行う。そして、各ブロック内に含まれるK個のパケットに対して符号化処理を行い、N(≧K)個の符号化データを生成し、その符号化データを配信する。ここでは、N/Kを符号化による「冗長度」と呼ぶ。
一方、クライアント2の受信状態が悪化し、各ブロックにおける符号化データをK個受信できなかった場合、クライアント2は、そのブロック自体を破棄する。さらに、クライアント2は、サーバ1に対して同ブロックをオンデマンドで要求し、その配信を待って受信する。つまり、パケット損失が頻繁に発生し、クライアント2が受信する符号化データ数が少なくなるような環境においても、符号化による冗長度を上げると、オリジナルデータの復元が可能となる。
そこで、冗長度を決定する方法として、一般的には、クライアント数、パケット損失状態などが異なるさまざまな環境を想定し、クライアント2がどのような受信状況であっても、パケット損失が発生しないような冗長度をあらかじめ決定しておき、常にその状態を維持する。つまり、基地局4単位で利用状況などを観測し、最繁時(最悪時)の状態に合わせて、冗長度を決定する。しかし、携帯電話を利用するユーザの行動、あるいはユーザの周囲の環境は多種多様であり、基地局4単位で異なるだけでなく、1つの基地局4が管理する領域であっても時間帯によってユーザ数などが変化するため、常に最繁時(最悪時)を想定した冗長度を設定しておくことは、無線ネットワーク3上のデータ伝送効率を低下させる。
また、各クライアント2は、パケット損失率piを常に計算可能であると仮定する。ここで、パケット損失率とは、オリジナルコンテンツを分割した際のパケット数に対して、受信できなかったパケット数の割合を示す。
ここで、ブロック損失率とは、サーバ上で符号化したときのブロック数に対して、クライアントが受信できなかったブロック数の割合を示し、パケット損失率がpiであるとき、N個の符号化データのうち、K個以上の符号化データを受信できない確率と等しい。
図3において、コンテンツ配信を行うサーバ1は、データベース10(DB)と、符号化演算部11と、補完演算部12と、プッシュ型送信部13と、プル型送受信部14と、パケット損失情報収集部15と、伝送量推定演算部16と、冗長度決定演算部17とで構成される。
プッシュ型送信部13は、符号化演算部11から転送される符号化データをクライアント2に対してマルチキャストする。また、補完演算部12は、後述するプル型送受信部14を介して転送される、各クライアント2からのコンテンツ要求や、各クライアント2がマルチキャストデータ受信時に受信できなかったコンテンツ未受信データ(第2の符号化データ)要求に対して、符号化演算部11から該当データを受信し、プル型送受信部14に転送する。
伝送量推定演算部16は、符号化データ群のマルチキャスト配信に伴い、クライアント2から送信されるパケット損失情報に基づき、クライアント2が受信できなかった符号化データ群におけるデータ伝送量の総和を推定する演算を行い、冗長度決定演算部17に転送する。冗長度決定演算部17は、クライアント2に対してオンデマンド配信する符号化データ群におけるデータ伝送量の総和と、マルチキャスト配信する符号化データ群におけるデータ伝送量の総和とを最小にする冗長度を算出して符号化演算部11に指示する。
パケット損失情報生成部24は、復号化演算部23が復号できなかった(第1の)符号化データに基づきパケット損失情報を生成してプル型送受信部22へ転送する。プル型送受信部22は、パケット損失情報、ならびに未受信のオリジナルコンテンツをオンデマンド要求のためにサーバ1へ送信し、サーバ1によりオンデマンド配信される、パケット損失情報に基づき更新された冗長度により符号化される未受信のオリジナルコンテンツに相当する(第2の)符号化データを受信し、復号化演算部23に転送する。
以下、図4、図5に示すフローチャートを参照しながら、図3に示す本発明の実施形態に係るコンテンツ配信システムの動作について詳細に説明する。
なお、プッシ型送信部13は、冗長度αとオリジナルコンテンツのデータ量に関する情報を符号化データ群のヘッダ領域に書込み、無線ネットワーク3を介して接続されるクライアント2に対してこの符号化データ群をマルチキャスト配信する。
すなわち、冗長度決定演算部17は、上記した演算式(10)に従う演算を実行し、オンデマンド伝送量とマルチキャスト伝送量の総和を最小にする冗長度αを動的に決定することで、クライアントのパケット損失状況に応じたオンデマンド側のデータ伝送量の低減をはかっている。以上の処理は、コンテンツ配信が終了するまで繰り返される(ステップS43“Yes”)。
まず、サーバ1によりマルチキャスト配信された符号化データ群は、プッシュ型受信部21により受信され、復号化演算部23に転送される(ステップS51)。
復号化演算部23は、プッシュ型受信部21により受信される(第1の)符号化データ群のヘッダ領域に書き込まれた情報を参照し、オリジナルコンテンツを符号化したときに用いた冗長度αと、オリジナルコンテンツのデータ量とを取得し、当該情報に基づき受信した(第1の)符号化データ群を復号してパケット損失情報生成部24ならびに送受信コンテンツ再生部25へ転送する(ステップS52)。
符号化演算部23は、受信した(第2の)符号化データ群の復号化処理を実行してコンテンツ再生部25へ転送する。そして、コンテンツ再生部25は、復号化演算部23により出力されるオリジナルコンテンツを再生する(ステップS57)。
また、本発明によれば、ネットワーク層で把握できないパケット損失情報を利用したアプリケーション層でのパケット損失対策が実現できる。このため、クライアントの受信状況が、時間、場所、アプリケーションなどのさまざまな要因で変化する無線ネットワークのコンテンツ配信に用いて特に顕著な効果が得られる。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
Claims (9)
- 無線ネットワークにおけるマルチキャスト配信とオンデマンド配信とを併用してコンテンツを配信するコンテンツ配信装置であって、
オリジナルコンテンツに対して任意の冗長度に従い第1の符号化データ群を生成する符号化演算部と、
前記コンテンツ配信装置とは前記無線ネットワークを介して接続されるコンテンツ受信装置に対し、前記第1の符号化データ群をマルチキャスト配信するプッシュ型送信部と、
前記第1の符号化データ群のマルチキャスト配信に伴い、前記コンテンツ受信装置から送信されるパケット損失情報に基づき、前記コンテンツ受信装置が受信できなかった第2の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和を推定する演算を行う伝送量推定演算部と、
前記第2の符号化データ群を前記コンテンツ受信装置の全てに対してオンデマンド配信を行うプル型送信部と、
前記第2の符号化データ群における伝送量の総和に基づき、前記符号化演算部による前記第1の符号化データ群生成に用いる冗長度を更新する冗長度決定演算部と、
を備えたことを特徴とするコンテンツ配信装置。 - 前記冗長度決定演算部は、
前記コンテンツ受信装置に対してオンデマンド配信する前記第2の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和と、マルチキャスト配信する前記第1の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和とを最小にする冗長度を算出することを特徴とする請求項1に記載のコンテンツ配信装置。 - 前記プッシュ型送信部は、
前記更新された冗長度と前記オリジナルコンテンツのデータ量に関する情報を前記第1の符号化データ群における所定の領域に書込み、前記無線ネットワークを介して接続されるコンテンツ受信装置に対して前記第1の符号化データ群をマルチキャスト配信することを特徴とする請求項1記載のコンテンツ配信装置。 - 無線ネットワークにおけるマルチキャスト配信とオンデマンド配信とを併用してコンテンツを受信するコンテンツ受信装置であって、
前記コンテンツ受信装置とは前記無線ネットワークを介して接続されるコンテンツ配信装置により生成され、マルチキャスト配信される、オリジナルコンテンツを任意の冗長度に従い符号化した第1の符号化データ群を受信するプッシュ型受信部と、
前記第1の符号化データ群を復号してコンテンツ再生部へ転送する復号化演算部と、
前記復号化演算部が復号できなかった前記第1の符号化データに基づきパケット損失情報を生成するパケット損失情報生成部と、
前記パケット損失情報、ならびに未受信のオリジナルコンテンツをオンデマンド要求のために前記コンテンツ配信装置へ送信し、前記コンテンツ配信装置によりオンデマンド配信される、前記パケット損失情報に基づき更新された冗長度により符号化される前記未受信のオリジナルコンテンツに相当する第2の符号化データを受信し、前記復号化演算部に転送するプル型送受信部と、
前記復号化演算部により出力されるオリジナルコンテンツを再生し、前記未受信のオリジナルコンテンツを前記プル型送受信部経由で前記コンテンツ配信装置にオンデマンド要求するコンテンツ再生部と、
を備えたことを特徴とするコンテンツ受信装置。 - 前記復号化演算部は、
前記プッシュ型受信部により受信される前記第1の符号化データにおける所定の領域に書き込まれた情報を参照し、前記オリジナルコンテンツを符号化したときに用いた冗長度と、前記オリジナルコンテンツのデータ量とを取得することを特徴とする請求項4記載のコンテンツ受信装置。 - 前記パケット損失情報生成部は、
前記復号化演算部を介して取得される、前記冗長度と前記コンテンツのデータ量とに基づき、前記コンテンツを構成するパケット数に対し受信できなかったパケット数の比を求め、前記パケット損失情報を生成することを特徴とする請求項4または5に記載のコンテンツ受信装置。 - 無線ネットワークにおけるマルチキャスト配信とオンデマンド配信とを併用してコンテンツを配信するコンテンツ配信システムであって、
オリジナルコンテンツに対し、任意の冗長度に従い第1の符号化データ群を生成する符号化演算部、前記コンテンツ配信装置とは前記無線ネットワークを介して接続されるコンテンツ受信装置に対し、前記第1の符号化データ群をマルチキャスト配信するプッシュ型送信部、前記第1の符号化データ群のマルチキャスト配信に伴い、前記コンテンツ受信装置から通知されるパケット損失情報に基づき、前記コンテンツ受信装置が受信できなかった第2の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和を推定する演算を行う伝送量推定演算部、前記第2の符号化データ群を前記コンテンツ受信装置の全てに対してオンデマンド配信を行うプル型送信部、前記第2の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和に基づき、前記符号化部による第1の符号化データ群生成に用いる冗長度を更新する冗長度決定演算部、から成るコンテンツ配信装置と、
前記コンテンツ配信装置により生成され、マルチキャスト配信される、前記第1の符号化データ群を受信するプッシュ型受信部、前記受信した第1の符号化データ群を復号してコンテンツ再生部へ転送する復号化演算部、前記復号化演算部が復号できなかった前記第1の符号化データに基づきパケット損失情報を生成するパケット損失情報生成部、前記パケット損失情報、ならびに未受信のオリジナルコンテンツをオンデマンド要求のために前記コンテンツ配信装置へ送信し、前記コンテンツ配信装置によりオンデマンド配信される、前記パケット損失情報に基づき更新される冗長度により符号化された前記未受信のオリジナルコンテンツに相当する第2の符号化データを受信し、前記復号化演算部に転送するプル型送受信部、前記復号化演算部により出力されるオリジナルコンテンツを再生し、前記未受信のオリジナルコンテンツを前記プル型送受信部経由で前記コンテンツ配信装置にオンデマンド要求するコンテンツ再生部、から成るコンテンツ受信装置と、
を備えたことを特徴とするコンテンツ配信システム。 - 無線ネットワークにおけるマルチキャスト配信とオンデマンド配信とを併用してコンテンツを配信するコンテンツ配信装置に用いられるコンピュータプログラムであって、
オリジナルコンテンツに対して任意の冗長度に従い第1の符号化データ群を生成する処理と、
前記コンテンツ配信装置とは前記無線ネットワークを介して接続されるコンテンツ受信装置に対し、前記第1の符号化データ群をマルチキャスト配信する処理と、
前記第1の符号化データ群のマルチキャスト配信に伴い、前記コンテンツ受信装置から通知されるパケット損失情報に基づき、前記コンテンツ受信装置が受信できなかった第2の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和を推定する演算を行う処理と、
前記第2の符号化データ群を前記コンテンツ受信装置の全てに対してオンデマンド配信を行う処理と、
前記第2の符号化データ群におけるデータ伝送量の総和に基づき、前記第1の符号化データ群生成に用いる冗長度を更新する処理と、
をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。 - 無線ネットワークにおけるマルチキャスト配信とオンデマンド配信とを併用してコンテンツを受信するコンテンツ受信装置に用いられるコンピュータプログラムであって、
前記コンテンツ受信装置とは前記無線ネットワークを介して接続されるコンテンツ配信装置により生成され、マルチキャスト配信される、オリジナルコンテンツを任意の冗長度に従い符号化した第1の符号化データ群を受信する処理と、
前記第1の符号化データ群を復号する処理と、
復号できなかった前記第1の符号化データに基づきパケット損失情報を生成する処理と、
前記パケット損失情報、ならびに未受信のオリジナルコンテンツをオンデマンド要求のために前記コンテンツ配信装置へ送信し、前記コンテンツ配信装置によりオンデマンド配信される、前記パケット損失情報に基づき更新された冗長度により符号化された前記未受信のオリジナルコンテンツに相当する第2の符号化データを受信する処理と、
前記復号の結果生成されるオリジナルコンテンツを再生し、前記未受信のオリジナルコンテンツを前記プル型送受信部経由で前記コンテンツ配信装置にオンデマンド要求する処理と、
をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
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