(57)【要約】【課題】コンテンツの地域的特性に適応したキャッシュ効率の高い通信制御方法及び装置並びにキャッシュサーバを提供する。【解決手段】集約装置７０はアクセス頻度の高い高頻度コンテンツの識別子をキャッシュサーバ８０に通知する。キャッシュサーバ８０では、コンテンツ記憶部８１を高頻度コンテンツを記憶する高頻度コンテンツ記憶領域８２と他のコンテンツを記憶する他コンテンツ記憶領域８３に分割する。キャッシュサーバ８０のキャッシュ処理部８５は、配信コンテンツが高頻度コンテンツ以外であり且つ該配信コンテンツの記憶容量がない場合には、所定のアルゴリムに基づき他コンテンツ記憶領域８３からすくなくとも１つコンテンツを削除するとともに、配信コンテンツを他コンテンツ記憶領域８３に保存する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ端末をネットワークに収容する複数のエッジ装置と、各エッジ装置に接続したキャッシュサーバと、コンテンツごとのアクセス頻度を解析する集約装置とを備え、
前記集約装置は、他ネットワーク内のコンテンツサーバから各ユーザ端末へのコンテンツ配信状況に基づきコンテンツごとのアクセス頻度を解析する解析部と、アクセス頻度の高い高頻度コンテンツの識別子をキャッシュサーバへ通知する集約部とを備え、
前記キャッシュサーバは、集約装置から通知された識別子に係る高頻度コンテンツを保存する高頻度コンテンツ保存領域と高頻度コンテンツ以外のコンテンツを保存する他コンテンツ保存領域とに分割されたコンテンツ記憶部と、ユーザ端末からコンテンツ取得要求を受信すると、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されている場合には該コンテンツをユーザ端末へ配信し、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されていない場合にはコンテンツサーバからコンテンツを取得してユーザ端末へ配信する配信処理部と、ユーザ端末に配信したコンテンツが高頻度コンテンツの場合には該コンテンツをコンテンツ記憶部の高頻度コンテンツ保存領域に保存するとともに高頻度コンテンツ以外のコンテンツの場合にはコンテンツ記憶部の他コンテンツ保存領域に保存するキャッシュ処理部とを備えた
ことを特徴とする通信制御システム。
【請求項２】
前記キャッシュサーバのキャッシュ処理部は、ユーザ端末に配信したコンテンツが高頻度コンテンツ以外のコンテンツの場合であり、且つ、該コンテンツを記憶するため空き容量がコンテンツ記憶部の他コンテンツ保存領域にない場合には、所定のアルゴリズムに基づき削除対象コンテンツを選択してコンテンツ記憶部の他コンテンツ保存領域から該削除対象コンテンツを削除し、ユーザ端末に配信したコンテンツを他コンテンツ保存領域に保存する
ことを特徴とする請求項１記載の通信制御システム。
【請求項３】
ユーザ端末をネットワークに収容する複数のエッジ装置と、各エッジ装置に接続したキャッシュサーバと、コンテンツごとのアクセス頻度を解析する集約装置とを備え、
前記集約装置は、解析部が他ネットワーク内のコンテンツサーバから各ユーザ端末へのコンテンツ配信状況に基づきコンテンツごとのアクセス頻度を解析し、集約部がアクセス頻度の高い高頻度コンテンツの識別子をキャッシュサーバへ通知し、
前記キャッシュサーバは、集約装置から通知された識別子に係る高頻度コンテンツを保存する高頻度コンテンツ保存領域と高頻度コンテンツ以外のコンテンツを保存する他コンテンツ保存領域とに分割されたコンテンツ記憶部を備えるとともに、配信処理部が、ユーザ端末からコンテンツ取得要求を受信すると、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されている場合には該コンテンツをユーザ端末へ配信し、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されていない場合にはコンテンツサーバからコンテンツを取得してユーザ端末へ配信し、キャッシュ処理部が、ユーザ端末に配信したコンテンツが高頻度コンテンツの場合には該コンテンツをコンテンツ記憶部の高頻度コンテンツ保存領域に保存するとともに高頻度コンテンツ以外のコンテンツの場合にはコンテンツ記憶部の他コンテンツ保存領域に保存する
ことを特徴とする通信制御方法。
【請求項４】
ユーザ端末をネットワークに収容する複数のエッジ装置に接続されたキャッシュサーバであって、
集約装置から通知された高頻度コンテンツの識別子に係るコンテンツを保存する高頻度コンテンツ保存領域と高頻度コンテンツ以外のコンテンツを保存する他コンテンツ保存領域とに分割されたコンテンツ記憶部と、ユーザ端末からコンテンツ取得要求を受信すると、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されている場合には該コンテンツをユーザ端末へ配信し、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されていない場合にはコンテンツサーバからコンテンツを取得してユーザ端末へ配信する配信処理部と、ユーザ端末に配信したコンテンツが高頻度コンテンツの場合には該コンテンツをコンテンツ記憶部の高頻度コンテンツ保存領域に保存するとともに高頻度コンテンツ以外のコンテンツの場合にはコンテンツ記憶部の他コンテンツ保存領域に保存するキャッシュ処理部とを備えた
ことを特徴とするキャッシュサーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク上のコンテンツをキャッシュする技術に関し、特に地域特性を考慮した効率的なキャッシング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のユーザが同一コンテンツを視聴する場合、キャッシュ機能を用いてコンテンツをネットワーク内の物理的にユーザへ近い位置に保存し、キャッシュ機能からコンテンツを配信することによって、ネットワーク内のトラヒック増加の抑制、およびコンテンツ配信の高速化が可能と考えられる。ここで、非常に多くのユーザを収容する大規模なネットワークでは、キャッシュ機能の負荷分散等を目的として、単一のキャッシュ機能ではなく、複数のキャッシュ機能が分散的に配備されることが多い。
【０００３】
キャッシュ機能において、ユーザの視聴要求に対するキャッシュ機能からのコンテンツ配信の割合(キャッシュヒット率)を向上させるための技術としては、従来よりＬＦＵ（Least Frequently Used）やＬＲＵ（Least Recently Used）等のキャッシュ置換アルゴリズムが用いられている。また、非特許文献１では、さらにキャッシュヒット率を向上させるための技術が提案されている。
【０００４】
非特許文献１に記載のものでは、コンテンツをキャッシュへの保存対象とするか否かを判定する集約機能とコンテンツの保存配信機能とを、ネットワーク内において上部及び下部に分散させている。ここでネットワークにおける上下関係は、コンテンツ配信に係るデータストリームの流れる方向を意味し、したがってコンテンツが他網にある場合には、自網において前記他網側が上流となり、ユーザ端末を収容する収容装置が下流となる。
【０００５】
非特許文献１に記載の技術の詳細について説明する。非特許文献１に記載のものでは、ユーザ端末を収容する複数のユーザ収容装置のそれぞれにキャッシュ機能部を配置する。一方、ネットワークの上部に、具体的には自網と他網との境界に位置するゲートウェイ装置の内側に、集約機能部へパケットをコピー又はリダイレクトを行うためのコピー装置を配置する。集約機能部は、ユーザ端末・コンテンツサーバ間のパケットからユーザの視聴要求コンテンツの識別子（例えばＵＲＬ：Uniform Resource Locator等）を抽出する。集約機能部は、抽出したコンテンツ識別子をもとに、ユーザの視聴頻度が高いコンテンツを判定する。そして集約機能部は、判定結果をもとに、ユーザ視聴頻度が高いコンテンツの識別子をキャッシュ機能部へ通知する。
【０００６】
キャッシュ機能部は、ユーザからの視聴要求に対し、要求コンテンツを保存している場合にユーザへコンテンツを配信する。一方、ユーザの要求コンテンツを保存していない場合、視聴要求をコンテンツサーバへ振り分ける。振り分けられた視聴要求に対しコンテンツサーバから配信されたコンテンツは、再度キャッシュ機能部を経由し、ユーザに至る。このとき、キャッシュ機能部は自身を経由するコンテンツを保存する。ここで、キャッシュ機能部内にコンテンツを保存するための容量が残されていない場合、集約機能から通知されたコンテンツ識別子以外の保存済みコンテンツの中から少なくとも１つを消去した上で、新たなコンテンツを保存する。
【０００７】
非特許文献１に記載の技術では、他網との境界に配置されたゲートウェイ装置のようにトラヒックが集中する箇所へ集約機能部を配置することにより視聴頻度の記録のサンプル数を増加させ、これにより、インターネット上の動画コンテンツのような視聴頻度の分散が大きいコンテンツの中から視聴頻度の高いコンテンツを選択することを可能とする。なおコンテンツの視聴頻度の分散についての考察については非特許文献２を参照されたい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】中村  孝幸、早瀬  清史、相原  正夫、岡本  司、"視聴頻度の広域情報を活用したキャッシュアルゴリズムの提案"、２０１２年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会，Ｂ−６−６６，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１２
【非特許文献２】小林  正裕、亀井  聡、斎藤  洋、"大規模ビデオコンテンツ配信に向けたキャッシュ連携方式の評価"、電子情報通信学会技術研究報告．ＩＮ、情報ネットワーク１１０（３７３）、２５−３０、２０１１−０１−１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に記載のものでは、集約機能部において視聴頻度が高いと判断されたコンテンツと、あるユーザ収容装置配下のユーザの視聴頻度の人気コンテンツが異なる場合すなわち地域特性が存在する場合に、キャッシュ機能部へユーザの視聴要求が振り分けられなくなり、キャッシュヒット率が低下する可能性がある。ここで、地域特性としては、例えば集約機能部において視聴頻度が高いと判定されないコンテンツの視聴頻度があるユーザ収容装置配下のユーザにおいては高い場合や、あるユーザ収容装置配下のみ人気コンテンツが局所的に変動する場合等が挙げられる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンテンツの地域的特性に適応したキャッシュ効率の高い通信制御方法及び装置並びにキャッシュサーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本願発明は、ユーザ端末をネットワークに収容する複数のエッジ装置と、各エッジ装置に接続したキャッシュサーバと、コンテンツごとのアクセス頻度を解析する集約装置とを備え、前記集約装置は、他ネットワーク内のコンテンツサーバから各ユーザ端末へのコンテンツ配信状況に基づきコンテンツごとのアクセス頻度を解析する解析部と、アクセス頻度の高い高頻度コンテンツの識別子をキャッシュサーバへ通知する集約部とを備え、前記キャッシュサーバは、集約装置から通知された識別子に係る高頻度コンテンツを保存する高頻度コンテンツ保存領域と高頻度コンテンツ以外のコンテンツを保存する他コンテンツ保存領域とに分割されたコンテンツ記憶部と、ユーザ端末からコンテンツ取得要求を受信すると、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されている場合には該コンテンツをユーザ端末へ配信し、取得対象のコンテンツがコンテンツ記憶部に保存されていない場合にはコンテンツサーバからコンテンツを取得してユーザ端末へ配信する配信処理部と、ユーザ端末に配信したコンテンツが高頻度コンテンツの場合には該コンテンツをコンテンツ記憶部の高頻度コンテンツ保存領域に保存するとともに高頻度コンテンツ以外のコンテンツの場合にはコンテンツ記憶部の他コンテンツ保存領域に保存するキャッシュ処理部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、キャッシュサーバの記憶手段を、集約装置から通知される視聴頻度の高いコンテンツを選択的に保存する領域と、従来手法により広域集約箇所では判別が難しい地域毎の局所的な視聴頻度コンテンツを保存する領域とに分割されている。これにより、ユーザ収容装置であるエッジ装置配下のユーザの視聴コンテンツに地域特性が存在する場合に、集約装置において視聴頻度が高いと判断されたコンテンツに加え、集約装置において計測結果には表れない各エッジ装置配下における視聴頻度の比較的高いコンテンツを保存することで、従来技術より高いキャッシュヒット率が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る通信制御システムのネットワーク構成図
【図２】キャッシュサーバの構成図
【図３】本発明に係る通信制御システムの動作を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施の形態に係る通信制御システムについて図面を参照して説明する。図１は本実施の形態に係る通信制御システムのネットワーク構成図、図２はキャッシュサーバの構成図である。
【００１５】
図１に示すように、ユーザ端末１はユーザ収容装置であるエッジ装置１０を介してＩＰ網２０に接続している。ＩＰ網２０はゲートウェイ装置３０を介して他網４０に接続されている。ユーザ端末１は、ゲートウェイ装置３０を経由して他網４０に配置された様々なコンテンツサーバ５０にアクセスが可能である。
【００１６】
本発明では、上記の一般的な通信キャリアのＩＰ網構成に対し、ゲートウェイ装置３０とＩＰ網２０間にパケットのコピー機能を有するコピー装置６０を配置する。さらに本発明では、コピー装置６０に接続され、コピー装置６０によりコピーされたパケットに基づきコンテンツのアクセス頻度を解析する集約装置７０と、エッジ装置１０に接続されたキャッシュサーバ８０とを配備する。さらにエッジ装置１０にはＤＰＩ（Deep Packet Inspection）機能部１５を配備する。
【００１７】
コピー装置６０は、ゲートウェイ装置３０とＩＰ網２０間に配置され、パケットをコピーし集約装置７０へ送信する。ここで、コピー方法としては、光ＴＡＰを用いて物理的にコピーする方法や５ｔｕｐｌｅ（送信元ＩＰアドレス、送信先ＩＰアドレス、送信元ポート、送信先ポートおよびプロトコルの組合せ）をベースにパケットの宛先サーバを識別して特定のパケットをコピーする方法等が挙げられる。また、コピー装置６０はパケットをコピーする機能ではなく、パケットを集約装置７０へリダイレクトさせることで、パケットを集約装置７０へ引き込む機能としてもよい。
【００１８】
集約装置７０は、他網４０内のコンテンツサーバ５０から各ユーザ端末１へのコンテンツ配信状況に基づきコンテンツごとのアクセス頻度を解析する解析部７１と、視聴頻度の高い（換言すれば「アクセス頻度の高い」）コンテンツ（以下「高頻度コンテンツ」と言う。）のコンテンツ識別子をキャッシュサーバ８０へ通知する集約部７２とを備える。解析部７１は、コピー装置６０から送信されるパケットを受信し、ユーザ端末１からのコンテンツ取得要求に係るパケットについて、ユーザが要求するコンテンツのＩＰアドレスやＵＲＬ等のコンテンツ識別子を取得する。集約部７２は、取得したコンテンツ識別子毎にアクセス回数を記録し、視聴頻度の高いコンテンツのコンテンツ識別子を判別する。高頻度コンテンツであると判別されたコンテンツ識別子は分散配備された各キャッシュサーバ８０へ通知される。なお、コンテンツ識別子の通知は、コンテンツの視聴頻度の変化に応じ数時間から数十時間毎等の周期で行われる。また、集約部７２は、高頻度コンテンツの識別子を通知する際には、コンテンツ識別子とともに、各コンテンツについて視聴頻度の高低を示すパラメータを通知してもよい。該パラメータとしては、高頻度コンテンツを視聴頻度の高い（又は低い）順にソートした際の順位などが挙げられる。
【００１９】
エッジ装置１０は、ユーザ端末１をＩＰ網２０に収容する装置である。該エッジ装置１０はＤＰＩ機能部１５を具備する。ＤＰＩ機能部１５は、キャッシュ対象とする特定のコンテンツサーバ５０（例えば著名な動画配信サイト）との通信のみをキャッシュサーバ８０へ振り分ける。これは、キャッシュ対象外のコンテンツサーバのコンテンツ取得にかかる通信までもキャッシュサーバ８０に振り分けてしまうと、該キャッシュサーバ８０においてＩＦ（Interface）帯域やＣＰＵ（Central Processing Unit）・メモリ等のリソースを不要に消費してしまうことから、これを防止することを目的としている。なお、キャッシュサーバ８０のリソースを十分に確保できる場合は、すべての通信をキャッシュサーバ８０へ振り分けることとしても良い。
【００２０】
キャッシュサーバ８０は、図２に示すように、コンテンツを記憶する保持するコンテンツ記憶部８１と、ユーザ端末１からのコンテンツの取得要求に応じてコンテンツ記憶部８１又はコンテンツサーバ５０からコンテンツを取得してユーザ端末１に配信する配信処理部８４と、コンテンツ記憶部８１へのコンテンツの記憶を制御・管理するキャッシュ処理部８５とを備えている。ここでコンテンツ記憶部８１は、集約装置７０により視聴頻度が高いと判断された高頻度コンテンツを記憶する高頻度コンテンツ記憶領域８２と、それ以外のコンテンツを記憶する他コンテンツ記憶領域８３とに分割されている。高頻度コンテンツ記憶領域８２と他コンテンツ記憶領域８３との割合は、各エッジ装置１０において地域特性を示すコンテンツの割合に応じてキャッシュサーバ８０毎に設定可能としている。
【００２１】
配信処理部８４は、自らを経由するユーザ端末１からのコンテンツ取得要求に対し、該コンテンツ取得要求が保存済みコンテンツへの要求である場合には、該コンテンツをコンテンツ記憶部８１からユーザ端末１に配信する。一方、コンテンツ取得要求が未保存コンテンツへの要求である場合、配信処理部８４は、該コンテンツをコンテンツサーバ５０から取得してユーザ端末１に配信する。具体的には、配信処理部８４はユーザ端末１から受信したコンテンツ取得要求をコンテンツサーバ５０に転送することによりコンテンツを取得する。
【００２２】
キャッシュ処理部８５は、コンテンツ取得要求が未保存コンテンツへの要求であり、且つ、コンテンツ記憶部８１内にコンテンツを保存することが可能な容量がある場合は、コンテンツサーバ５０から取得したコンテンツをコンテンツ記憶部８１に保存する。ここで、コンテンツサーバ５０から取得したコンテンツが高頻度コンテンツの場合には該コンテンツは高頻度コンテンツ記憶領域８２に保存し、他コンテンツの場合には他コンテンツ記憶領域８３に保存する。一方、コンテンツ取得要求が未保存コンテンツへの要求であり、且つ、コンテンツ記憶部８１内にコンテンツを保存することが可能な容量がない場合、キャッシュ処理部８５は、保存済みコンテンツから少なくとも１つのコンテンツを消去して記憶容量を確保し、コンテンツサーバ５０から取得したコンテンツをコンテンツ記憶部８１に保存する。ここで、消去対象とするコンテンツは、集約装置７０から通知されたコンテンツ識別子のうち一部のもしくは全てのコンテンツ識別子に係る高頻度コンテンツからは選択せず、それ以外の他コンテンツであってコンテンツ記憶部８１に保存されているものから既存のコンテンツ置換アルゴリズム（ＬＦＵ:Least Frequently Usedや、ＬＲＵ：Least Recently Used等）を利用して選択する。すなわち、コンテンツ記憶部８１の他コンテンツ記憶領域８３に保存されている他コンテンツが消去対象となる。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る通信制御システムの動作について図３を参照して説明する。ここでは、ユーザ端末１が、エッジ装置１０のＤＰＩ機能部１５に予め設定されている所定のコンテンツサーバ５０に対してコンテンツＹの視聴要求を行う場合について説明する。また、コンテンツＹは初期状態では高頻度コンテンツではないものとし、コンテンツ１〜５が高頻度コンテンツであるとして集約装置７０からキャッシュサーバ８０に予め通知済みであるものとする（ステップＳ１）。
【００２４】
ユーザ端末１は、他網４０に配備されたコンテンツサーバ５０上のコンテンツＹの視聴要求を送信する（ステップＳ２）。エッジ装置１０内のＤＰＩ機能部１５は、当該視聴要求が予め設定されたコンテンツサーバに対する視聴要求であることを判別し、キャッシュサーバ８０へ視聴要求をリダイレクトする（ステップＳ３）。
【００２５】
キャッシュサーバ８０の配信処理部８４は、視聴要求が保存済みのコンテンツに対する視聴要求であるかを判別する。ここで、コンテンツＹはキャッシュサーバ８０に未保存であるとする。このとき、視聴要求はエッジ装置１０およびＩＰ網２０・ゲートウェイ装置３０を介してコンテンツサーバ５０へ転送される。また、コピー装置６０は、自身を経由するパケットをコピーし、集約装置７０へ転送する。集約装置７０の解析部７１は、視聴要求からコンテンツ識別子（ＩＰアドレスやＵＲＬ等)を抽出し、コンテンツ識別子毎の視聴回数を記録する。
【００２６】
ユーザ端末１からの視聴要求に基づきコンテンツサーバ５０より配信されるコンテンツＹは、視聴要求時とは逆方向の経路をたどりキャッシュサーバ８０を経由してユーザ端末１へ転送される（ステップＳ４）。ここで、キャッシュサーバ８０内にコンテンツＹを保存する容量が残されていない場合を想定する。このとき、キャッシュ処理部８５は、キャッシュサーバ８０は自身が保存しているコンテンツのうち少なくとも１つを消去した上でコンテンツＹを保存する（ステップＳ５）。消去対象とするコンテンツは、キャッシュサーバ８０の保存コンテンツのうち、集約装置７０より通知されたコンテンツ識別子のある順位より大きいものを除き、ＬＦＵやＬＲＵ等の既存のコンテンツ置換アルゴリズムを用いて選択される。すなわち消去対象となるコンテンツは、コンテンツ記憶部８１の他コンテンツ記憶領域８３に記憶されているコンテンツである（図３ではコンテンツＣ）。なお、前記「順位」とは、集約装置７０から通知されたコンテンツ識別子のリストについて各高頻度コンテンツの視聴頻度の高いものから順に並べたときの順位を意味する。各高頻度コンテンツの視聴頻度は集約装置７０からコンテンツ識別子とともに受信すればよい。
【００２７】
次に、集約装置７０の集約部７２においてコンテンツＹが視聴頻度の高いコンテンツであると判別されたとする。集約装置７０の集約部７２からキャッシュサーバ８０へ、コンテンツＹが視聴頻度の高いコンテンツと通知される。その後、キャッシュサーバ８０のキャッシュ処理部８５においてコンテンツを置換する際に、コンテンツＹが集約装置７０から通知される視聴頻度の高いコンテンツのうち所定の順位より高い場合、保存済みのコンテンツＹは消去対象から除外されキャッシュサーバ８０内に保存され続ける。
【００２８】
以上詳述したように、本発明によれば、キャッシュサーバ８０におけるコンテンツ記憶部８１を、集約装置７０から通知される視聴頻度の高い高頻度コンテンツを選択的に保存する領域８２と、従来手法により広域集約箇所では判別が難しい地域毎の局所的な視聴頻度コンテンツを保存する領域８３とに分割している。これにより、ユーザ収容装置であるエッジ装置１０配下のユーザの視聴コンテンツに地域特性が存在する場合に、集約装置７０において視聴頻度が高いと判断されたコンテンツに加え、集約装置７０において計測結果には表れない各エッジ装置１０配下における視聴頻度の比較的高いコンテンツを保存することで、従来技術より高いキャッシュヒット率が実現可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１…ユーザ端末、１０…エッジ装置、１５…ＤＰＩ機能部、２０…ＩＰ網、３０…ゲートウェイ装置、４０…他網、５０…コンテンツサーバ、６０…コピー装置、７０…集約装置、７１…解析部、７２…集約部、８０…キャッシュサーバ、８１…コンテンツ記憶部、８２…高頻度コンテンツ記憶領域、８３…他コンテンツ記憶領域、８４…配信処理部、８５…キャッシュ処理部
【図１】
2014157405.tif 000003
【図２】
2014157405.tif 000004
【図３】
2014157405.tif 000005