(57)【要約】【課題】階層符号化マルチキャスト方式に適用される中継装置において、各階層毎に送出する階層化符号化方式のマルチキャストパケットの送出間隔における揺らぎを吸収すること。【解決手段】中継装置１が管理するマルチキャストグループ内のユーザおよびユーザが要求する階層に関する情報を管理する端末管理部１１と、ネットワーク２から受信したマルチキャストパケットの複製処理を行う複製処理部１２と、階層情報とマルチキャストＩＰアドレスとの対応関係が示されている階層管理テーブル１３と、要求した階層のパケットを格納可能とする送信キュー１４と、送信キュー１４の状態を監視し、送出順序制御を行うスケジューラ１５と、スケジューラ１５から伝達されたデータをＬ２スイッチ４に送出する送出処理部１６と、が備えられ、スケジューラ１５による送出順序制御は、ユーザが要求した階層までのデータが揃ったものから順に行われる。【選択図】        図２
2009194846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
階層符号化データが含まれる伝送パケットを中継する中継装置であって、
マルチキャストグループに属するユーザ毎に設けられ、当該ユーザ毎に異なる階層符号化データを格納するデータ格納部と、
マルチキャストグループ内のユーザおよび当該ユーザが要求する階層に関するユーザ情報を管理するユーザ情報管理部と、
受信した階層符号化データを前記ユーザ情報に従って複製し、ユーザに対応する前記データ格納部に振り分ける複製処理部と、
前記データ格納部の格納状態を監視するとともに、該データ格納部に格納されたデータの送出順序制御を行うスケジューラと、
前記スケジューラから伝達されたデータに基づくデータパケットを生成して外部への送出処理を行う送出処理部と、
を備え、
前記スケジューラによる送出順序制御は、前記ユーザが要求した階層までのデータが揃ったものから順に行われることを特徴とする中継装置。
【請求項２】
前記複製処理部は、受信したマルチキャストパケットのアドレス情報では何れの階層かを判別できない場合に、当該マルチキャストパケットに対するスヌーピングによって階層の判別を行うとともに、当該判別した階層情報に基づいて、前記データ格納部への振り分け処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項３】
前記マルチキャストパケットのアドレス情報と階層情報との対応関係を示す階層管理テーブルが設けられ、
前記複製処理部は、前記スヌーピングによって判別した階層情報を前記受信したマルチキャストパケットのアドレス情報に関連付けて前記階層管理テーブルに登録することを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
【請求項４】
前記データ格納部に格納されたデータの前記送出処理部からの送出時間を計測する計測部と、
前記送出処理部から送出された直近の送出パケットの送出時間である前回送出時間と、ユーザからの要求品質に応じて当該ユーザごとに設定されたパケット送出間隔と、に基づいて新たな送出パケットの送出時間である次回送信予定時間を算出するパケット間隔調整部と、
をさらに備え、
前記スケジューラは、前記次回送信予定時間に基づいて、前記送出順序制御を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の中継装置。
【請求項５】
前記パケット送出間隔は、前記複製処理部に入力されるマルチキャストパケットの出力レートを考慮して設定されることを特徴とする請求項４に記載の中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、階層符号化マルチキャストにおける中継装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰマルチキャストを利用したコンテンツ配信システムは、ＩＰユニキャストを利用したコンテンツ配信システムに比べて、配信サーバの負荷を軽減でき、ネットワーク上に流れるデータ量を削減できるため、大容量のコンテンツを多数のユーザに配信する場合に有効である。一方、ＩＰマルチキャストを利用した場合、データパケットはルータでコピーされて転送されるため、配信サーバから配信されるコンテンツは、単一の配信レートでマルチキャストツリー上に配信される。従って、単純にＩＰマルチキャストを利用したコンテンツ配信システムでは、多様なアクセスネットワーク帯域を有するユーザや、多様な端末性能を有するユーザに対して個別に最適な品質での配信を行うことは困難である。
【０００３】
このため、各受信端末が利用可能帯域および受信端末の性能に適した多様なルートで受信できることを保証する方法として、階層化マルチキャスト方式が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に開示されたシステム（階層符号化ビデオ配信システム）では、配信側で元のコンテンツを階層符号化し、階層毎に個別のマルチキャストアドレスを割り当ててＩＰマルチキャスト送信を行う。この制御により、ルータは各階層符号を意識することなく転送を行うことができる。また、ユーザは必要とする階層を各階層に割り当てられているマルチキャストアドレスに対してマルチキャストプロトコルであるＩＧＭＰやＭＬＤのメンバーシップレポート(ＩＧＭＰ ＪｏｉｎまたはＭＬＤ Ｊｏｉｎ）メッセージを用いてエッジルータに受信要求を行うことで、ユーザが各自所望の品質（配信レート）でコンテンツの受信が可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５２５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記階層符号化マルチキャスト方式に適用される従来の中継装置（エッジルータ）は、マルチキャストパケットを受信すると、マルチキャストグループに参加する端末数だけ、マルチキャストＭＡＣフレームを複製し、送出して行く。この処理により、送出されたＭＡＣフレームは、Ｌ２スイッチを経由し、各受信端末に届けられる。
【０００６】
一方、従来のエッジルータでは、階層符号のことを意識せずに処理を行うため、受信したマルチキャストパケットの複製処理は、受信した順にその処理が行われる。その結果、従来の中継装置では、階層符号化されたデータ（以下「階層符号化データ」という）をマルチキャストで配信する場合、マルチキャストグループに参加するユーザ数の増加とともに、階層符号化データの１フレームを形成する各階層のパケット間隔の揺らぎが大きくなり、各受信端末が階層符号化されたデータを復号処理するときに、各受信端末が要求した階層までの受信ができていないといった事象が発生する。このため、従来の中継装置では、各受信端末が要求した階層までのマルチキャストパケットを待たずに受信処理を行おうとすると、要求した品質を確保することができず、逆に、各受信端末が要求した階層までのマルチキャストパケットを受信してから復号処理を行おうとすると、受信端末内での復号処理が断続的になり、映像信号における各画像間の同期ずれなどが生じて各画像間の揺らぎが発生するといった問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、階層符号化マルチキャスト方式に適用される中継装置において、各階層毎に送出する階層化符号化方式のマルチキャストパケットの送出間隔における揺らぎを吸収して、各受信端末での要求品質を満足させることができる中継装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる中継装置は、階層符号化データが含まれる伝送パケットを中継する中継装置であって、マルチキャストグループに属するユーザ毎に設けられ、当該ユーザ毎に異なる階層符号化データを格納するデータ格納部と、マルチキャストグループ内のユーザおよび当該ユーザが要求する階層に関するユーザ情報を管理するユーザ情報管理部と、受信した階層符号化データを前記ユーザ情報に従って複製し、ユーザに対応する前記データ格納部に振り分ける複製処理部と、前記データ格納部の格納状態を監視するとともに、該データ格納部に格納されたデータの送出順序制御を行うスケジューラと、前記スケジューラから伝達されたデータに基づくデータパケットを生成して外部への送出処理を行う送出処理部と、を備え、前記スケジューラによる送出順序制御は、前記ユーザが要求した階層までのデータが揃ったものから順に行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、マルチキャストグループに属するユーザ毎に異なる階層符号化データがユーザ情報に従って複製されて振り分けられ、当該振り分けられたユーザ毎のデータの中で、当該ユーザが要求した階層までのデータが揃ったものから順に送出順序制御が行われて外部に送出されるので、各階層毎に送出される階層化符号化方式のマルチキャストパケットの送出間隔における揺らぎが吸収され、各受信端末での要求品質を満足させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる階層符号化マルチキャストにおける中継装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本発明は、階層符号化された結果のデータを転送するためのものであって、階層符号化手法の差異により、本発明が制限されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる中継装置１が適用されるネットワークを示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる中継装置１は、階層符号化マルチキャスト方式のネットワーク内に配置され、例えばＩＧＭＰ、ＭＬＤ等のマルチキャストルーティングプロトコルに対応した中継装置（以下単に「中継装置」という）であり、他の中継装置５を介して配信サーバ３とＬ２スイッチ４との間に配置されている。Ｌ２スイッチ４には、複数の端末装置７が接続されており、これらの端末装置７は、各装置毎に要求される階層が異なっている。例えば、端末装置７ａでは、階層１（Ｌａｙｅｒ１）、階層２（Ｌａｙｅｒ２）および階層３（Ｌａｙｅｒ３）による３階層の画像データが要求されるため、これらの３階層のデータ伝送が必要となる。一方、端末装置７ｂでは、階層１（Ｌａｙｅｒ１）および階層２（Ｌａｙｅｒ２）による２階層の画像データが要求されるため、これらの２階層のデータ伝送が必要となる。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる中継装置１の装置内処理部を示した機能ブロックを示す図である。図２では、中継装置１と配信サーバ３とは、ネットワーク２を介した接続として示している。図２に示すように、階層符号化マルチキャスト方式に適用される中継装置（以下、「中継装置」という）１は、Ｌ２スイッチ４に接続された複数の受信端末（図１参照）にマルチキャストパケットを配信する。なお、ネットワーク２には、マルチキャストパケットの送信元として配信サーバ３が接続されており、この配信サーバ３は、配信データに階層符号を適用し、各階層毎に異なるマルチキャストＩＰアドレスを割り当てて、ネットワーク２に対してマルチキャスト配信を行う。
【００１３】
図２に示すように、中継装置１は、端末管理部１１、複製処理部１２、階層管理テーブル１３、送信キュー１４、スケジューラ１５、および送出処理部１６を備えている。
【００１４】
端末管理部１１は、中継装置１が管理するマルチキャストグループ内のユーザおよびユーザが要求する階層に関する情報（ユーザ毎の階層情報）を管理する管理部である。複製処理部１２は、ネットワーク２から受信したマルチキャストパケットの複製処理を行う処理部である。階層管理テーブル１３は、階層情報とマルチキャストＩＰアドレスとの対応関係が示されているテーブルである。この階層管理テーブル１３は、複製処理部１２内に設けられていても構わない。送信キュー１４は、要求した階層のパケットを格納可能とする格納部であり、この格納部の数は、マルチキャストグループに属するユーザ（受信端末）の数に対応して設けられる。スケジューラ１５は、送信キュー１４の状態を監視し、送出順序制御を行う処理部である。送出処理部１６は、スケジューラ１５から伝達されたデータの外部ネットワーク（本実施の形態ではＬ２スイッチ４）への送出処理を行う処理部である。
【００１５】
つぎに、中継装置１の動作について図１および図２を参照して説明する。なお、以下に説明する動作については、説明の便宜上、配信サーバ３は、配信データに階層符号を適用し、各階層毎に異なるマルチキャストアドレスを割り当てて、マルチキャストによるデータ伝送を行うものとして説明する。なお、階層符号化のアルゴリズムは複数存在するが、本発明にかかる中継装置１は、階層符号化された結果のデータを転送するための通信装置である。したがって、階層符号化自体の差異については、本発明にかかる中継装置１の動作を何ら限定するものではない。
【００１６】
まず、各受信端末７は、マルチキャストルーティングプロトコルを用いて、受信したい階層に対応したマルチキャストグループに参加する。なお、各受信端末の参加情報は、端末管理部１１にて管理される。例えば、登録済の受信端末がマルチキャストグループから離脱したり、未登録の新規受信端末が新たに加わったりした場合には、管理情報が更新されて行く。
【００１７】
複製処理部１２には、ネットワーク２を通して配信サーバ３から配信された階層符号化マルチキャストパケットが伝送される。複製処理部１２は、配信サーバ３から配信されたマルチキャストパケット（以下単に「受信パケット」という）の宛先アドレスを参照し、マルチキャストグループおよび階層を判別するとともに、端末管理部１１の管理情報に基づいて、パケットの複製処理を行う。なお、受信パケットの宛先アドレスが現在まで受信されたデータではない場合、複製処理部１２は、受信パケットがどの階層のデータかを判別するため、パケットスヌーピングを行う。この際、宛先アドレスと階層情報とを関連付けて、階層管理テーブルに登録しておく。この処理により、以後、同一アドレスのパケットを受信した場合に、どの階層のデータかを容易に判別することが可能となる。なお、予め配信サーバが各階層に割り当てるマルチキャストアドレスを中継装置１側が把握している場合には、上記の処理を行わなくてもよい。
【００１８】
複製処理部１２は、パケットを要求するユーザ数分の複製が完了したら、端末毎に用意された送信キュー１４に複製パケットを格納していく。なお、送信キュー１４には、パケットの実データが格納されるのではなく、実データの格納領域アドレスおよびデータ長の情報が含まれるメッセージブロックが格納される。また、送信キュー１４への格納順序は、基本的に任意である。ただし、パケット送出の優先度を考慮して、優先度の高いユーザから複製することも無論可能である。
【００１９】
スケジューラ１５は、送信キュー１４の各格納部を監視しておき、パケット単位で各端末が要求する階層が揃ったものから、格納されたパケットを送出処理部１６に伝達する。なお、上記した複製処理部１２の処理では、受信パケットがどの階層のデータかを判別するため、受信パケットの宛先アドレスが現在まで受信されたデータではない場合にパケットスヌーピングを行うものとして説明したが、このスケジューラ１５の処理において、１画像分を形成する各階層のデータをバッファリングするために、常時、パケットスヌーピングを行うようにしてもよい。パケットスヌーピングを常時行うことにより、送信キュー１４に格納されたパケットがどの階層のフレームかを把握することができ、各階層のデータのバッファリング処理を効率的に行うことが可能となる。
【００２０】
送出処理部１６は、Ｌ２スイッチ４に向けて、パケットを送信する。なお、送信が完了すると、送信が完了した送信キュー１４のパケット格納領域は解放される。
【００２１】
以上の動作により、階層毎のデータ間隔の揺らぎを吸収することが可能となる。ここで、図３は、比較例として示す従来のエッジルータによるデータ配信の様子を示す図であり、図４は、従来のエッジルータでのパケット間の揺らぎによるパケット廃棄を示す図である。例えば図３に示すように、端末７ａが必要とするパケット間の揺らぎが大きくなった場合には、図４に示すようにパケットの廃棄が生じてしまう場合がある。一方、本実施の形態にかかる中継装置１では、図２に示すように、端末７ａが必要とするパケットの各パケット間の揺らぎは解消されており、各端末が要求した品質を得ることが可能となる。
【００２２】
このように実施の形態１にかかる中継装置では、マルチキャストグループに属するユーザ毎に異なる階層符号化データがユーザ情報に従って複製されて振り分けられ、当該振り分けられたユーザ毎のデータの中で、当該ユーザが要求した階層までのデータが揃ったものから順に送出順序制御が行われて外部に送出されるので、各階層毎に送出される階層化符号化方式のマルチキャストパケットの送出間隔における揺らぎが吸収され、各受信端末での要求品質を満足させることが可能となる。
【００２３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる中継装置１の装置内処理部を示した機能ブロックを示す図である。本実施の形態にかかる中継装置１では、実施の形態１の構成に加え、計測部１７およびパケット間隔調整部１８が追加されている。なお、その他の構成については、図２に示す構成と同一または同等であり、同一符号を付して示すと共に、重複する説明を省略する。
【００２４】
図５において、計測部１７は、ユーザ（受信端末）側で画像間に揺らぎが生じない出力レートから、次回の送出時間を予め計算しておく処理部であり、パケット間隔調整部１８は、予め配信サーバ３からのマルチキャストグループに対するマルチキャストパケットの出力レート情報を取得し、その情報に基づいてマルチキャストグループへの最低出力間隔を計算しておく処理部である。
【００２５】
つぎに、実施の形態２にかかる中継装置１の動作について、図５を参照して説明する。
【００２６】
実施の形態１の中継装置では、上位ネットワークで輻輳が発生し、上位側の中継装置で上位階層のデータが廃棄される場合には、その上位階層を必要とする端末装置に対しては、当該パケットの送出が不可能となる。そこで、本実施の形態にかかる中継装置１では、送信キュー毎に送出間隔を決めておき、上位階層が受信できない場合には送出処理を行うように制御する。
【００２７】
具体的には、計測部１７は、送信キュー１４毎に格納されたパケットが送出処理部１６から送出された時間を計測し、その情報を管理しておく。パケット間隔調整部１８は、予め配信サーバ３からのマルチキャストグループに対するマルチキャストパケットの出力レート情報を取得し、当該出力レート情報に応じたマルチキャストグループへの最低出力間隔を計算しておく。
【００２８】
パケット間隔調整部１８は、マルチキャストグループにおける最低出力間隔と前回送出時間とに基づき、最低出力間隔を超えない次回送信予定時間をユーザ毎に算出する。
【００２９】
スケジューラ１５は、パケット間隔調整部１８が算出した次回送信予定時間に基づき、各送信キュー１４を監視し、次回送出予定時間を超えた送信キュー１４から送出処理部１６に対してデータ転送を行って行く。
【００３０】
これらの転送処理を繰り返し行うようにすれば、上位ネットワークで上位階層が廃棄された場合でも、各画像間の揺らぎが発生しないように中継処理を行うことができ、各受信端末での要求品質を満足させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかる中継装置は、各階層毎に送出する階層化符号化方式のマルチキャストパケットの送出間隔における揺らぎを吸収して、各受信端末での要求品質を満足させることができる発明として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる中継装置が適用されるネットワークを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる中継装置１の装置内処理部を示した機能ブロックを示す図である。
【図３】比較例として示す従来のエッジルータによるデータ配信の様子を示す図である。
【図４】従来のエッジルータでのパケット間の揺らぎによるパケット廃棄を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる中継装置が適用されるネットワークを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，５  中継装置
２  ネットワーク
３  配信サーバ
４  Ｌ２スイッチ
７，７ａ，７ｂ  受信端末
１１  端末管理部
１２  複製処理部
１３  階層管理テーブル
１４  送信キュー
１５  スケジューラ
１６  送出処理部
１７  計測部
１８  パケット間隔調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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