FI115082B - Monisolmuinen palvelin - Google Patents

Description

115082 j

Monisolmuinen palvelin

Keksinnön ala Tämän keksinnön kohteena on palvelin, joka sisältää useita solmu-5 ja ja useita linkkejä, jotka yhdistävät kunkin solmun ainakin kahteen muuhun solmuun. Jokaiseen solmuun kuuluu datantallennusvälineet tiedostojen tallentamiseksi, ainakin yksi dataliittymä solmuun kytketyn käyttäjän kanssa kommunikoimiseksi sekä reititysmatriisi tallennettujen tiedostojen reitittämiseksi muihin solmuihin ja tulevien tiedostojen reitittämiseksi muihin solmui-10 hin.

Tekniikan tausta Käyttäjille informaatiota jakeleva skaalattava palvelin voidaan rakentaa tallentamalla informaatiota kuten datatiedostoja, audio- ja videotie-15 dostoja levyille, jotka on ryhmitelty useisiin yksikköihin. Levylle ladattava in-formaatio saadaan l/O-moduulien välityksellä palveluntuottajilta. Jokainen *· · . . moduuli ja kommutaattori paloittelevat tulevan datan levy-yksikköjen ohjaimil- le ja ohjaimet lataavat datan levyille käytetyn RAID-järjestelmän mukaisesti.

| " Päinvastaisessa suunnassa informaatio noudetaan levy-yksiköiltä ja yhdiste- i ' · * ’· 20 tään l/O-yksikössä ennen lähettämistä käyttäjälle.

« ♦ · v : Eräässä toisessa skaalattavassa mediapalvelimessa informaation · päätallennuspaikka on LAN-verkkoon kytketty sisältöpalvelin. Käyttäjälle la dattava tiedosto kopioidaan LAN-verkon kautta keskitetystä päämuistipaikas-ta puskuriin, josta informaatio ladataan edelleen käyttäjälle. Lataus voidaan .···. 25 aloittaa jo kopiointiprosessin aikana. Skaalattavuus saadaan lisäämällä uusia puskureita.

On myös tunnettua hajauttaa tietoja useille palvelimille, jotka ovat kytketty toisiinsa LAN-verkon kautta. Mikäli toiston aloittamiseksi tarvittava • |· pyydetty tiedosto ei ole saatavissa puskurissa, tiedosto kopioidaan LAN- • · · · 30 verkon kautta toiselta palvelimelta. Kopiointi voidaan tehdä ennen tiedoston toistamisen aloittamista, toisin sanoen ennen lataamista käyttäjälle, tai lataus voidaan aloittaa kopiointiprosessin aikana. Skaalattavuus saadaan lisäämällä uusia palvelimia.

On myös tunnettua yhdistää palvelimia kiinteillä, nopeilla linjoilla. 35 Tällöin palvelimien välinen informaationsiirto voi olla paljon nopeampaa kuin mikä on mahdollista LAN-verkossa. Mutta palvelimien lukumäärän kasvaes- 2 115082 sa kasvaa kiinteiden linjojen lukumäärä nopeasti, mikä johtaa vaikeuksiin järjestelmän ohjauksessa. Siitä huolimatta tämän tyyppinen videopalvelin, jota voidaan nimittää verkotetuksi videopalvelimeksi, on viime aikoina saanut nopeasti jalansijaa yleislähetysteollisuudessa, koska muutamien palvelimien 5 verkottaminen yhteen tuottaa hyvin luotettavan vikasietoisen järjestelmän.

Kuvio 1 esittää erään tehokkaan videopalvelimen rakennetta, joka on kuvattu Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa nro 97926027.0. Tämän keksinnön mukainen palvelin perustuu tuon kaltaiseen palvelinrakenteeseen ja sen vuoksi palvelimen rakennetta ja toimintaa selostetaan tarkemmin.

10 Palvelin käsittää useita solmuja: kuvassa on näytetty kahdeksan solmua. Käytännössä kukin solmu on pistoyksikkö, joka on työnnetty kehikon rakoon. Pistoyksikkö tai -solmu käsittää muistiyksikön, joka on edullisesti kovalevy, reititysmatriisin sekä tarpeellisen ohjauselektroniikan. Näiden elementtien yksityiskohtainen kuvaus esitetään myöhemmin. Edelleen, jokaisel-15 la solmulla on yksilöllinen osoite. Jokaiseen solmuun voidaan kytkeä ainakin yksi käyttäjälinja. Yksi tai useampi solmu on edelleen kytketty medialähtee- • . seen. Se voi olla palvelimeen kytketty keskitetty muistiyksikkö, joka sisältää ' käyttäjille tarjottavaa palvelua. Se voi myös olla siirtoverkon kautta saavutet- " tavissa oleva etälähde. Media voi olla datatiedostoja, tekstitiedostoja, audio- ; 20 ja videotiedostoja, jne.

: Solmut ovat kytketyt toisiinsa linkkien kautta, niin että yksi solmu on : kytketty useammalla kuin yhdellä linkillä toiseen solmuun. Mikäli solmut ovat pistoyksikköjä, on linkkien toteuttamiseksi paras tapa sijoittaa ne kehikon ta-kalevyyn. Edullinen tapa yhdistävien linkkien toteuttamiseksi loogisesti selos- ·*’: 25 tetaan myöhemmin.

• . Monisolmuisen palvelimen perustoimintaperiaate on seuraava: I / Esimerkiksi solmuun 8 kytketty käyttäjä A pyytää palvelinta lataa- '·;·* maan tiedoston sanokaamme videopätkän. Pyydetty tiedosto noudetaan ··· keskusvarastosta 11 tai muusta lähteestä tulopisteen palvelimen ollessa • * · · • 30 solmu 7. Tässä solmussa oleva reititysmatriisi 12 reitittää pyydetyn tiedoston solmuun 8. Siellä reititysmatriisi 13 reitittää tiedoston muistiin 14. Muisti, joka on edullisesti kovalevy, tallentaa tiedoston. Tiedosto voidaan ladata käyttäjälle A ainoastaan tästä pisteestä.

On äärimmäisen tärkeätä huomata, että pyydetty videopätkä koko-35 naisuudessaan ja ainakin osa siitä tallennetaan ensin solmun muistiyksik- 3 115082 köön, ja solmuun kytketty käyttäjä voi saada tiedon ainoastaan lukemalla muistiyksikön sisällön.

Kun käyttäjä A on ladannut ja katsonut videopätkän, sen kopio pysyy edelleen muistissa 14.

5 Seuraavaksi solmuun 3 kytketty käyttäjä B pyytää samaa videopät kää kuin mitä A pyysi aikaisemmin. Palvelimen ohjausjärjestelmä (ei esitetty kuviossa) tietää, että läheisin paikka, josta videopätkä on saatavissa, on solmun A muisti 14. Koska kaikki solmut ovat kytketyt toisiinsa linkkien kautta, ohjausjärjestelmä pyytää solmua 8 lähettämään videopätkän solmuun 3. 10 Tässä esimerkissä videopätkä on ensin reititetty linkin A kautta solmuun 4. Tämän solmun reititysmatriisi 15 puolestaan reitittää pätkän linkin B kautta solmuun 3. Siellä reititysmatriisi 18 reitittää videopätkän muistiin 17, josta käyttäjä voi ladata tiedoston. Lataus voi alkaa joko tallennusprosessin päätyttyä tai kun tallennusprosessi on alkanut ja ainakin osa tiedostosta on 15 tallennettu.

Videopätkä on näin tallennettu ja on saatavissa kahdesta palveli- . . men solmusta, nimittäin solmusta 8 ja solmusta 3. Edellä kuvatulla tavalla .! ‘ videopätkän kopion sisältävien solmujen lukumäärä kasvaa sitä mukaa kun \ " sitä pyytävien käyttäjien lukumäärä kasvaa. Lopputulos on, että mitä useam- * · · ’· " 20 pi käyttäjä on saanut saman videopätkän, sitä nopeammin uusi käyttäjä voi • · # : sen saada

• M

: Kuvio 2 esittää esimerkkinä yllä mainitussa EP-hakemuksessa ku vatun solmun sisäistä rakennetta. Solmulla on kolme päätehtävää: ensinnä-kin se toimii reitityskanavana muiden solmujen välillä. Toiseksi se tarjoaa vä-.**·; 25 lineet datan siirtämiseksi solmusta solmuun kytketylle käyttäjälle ja kolman neksi se tallentaa dataa muistiinsa edelleen jaettavaksi. Yllä mainittuja tarkoituksia varten solmu käsittää ainakin reititysmatriisin 21, datan muistivälineet 22 ja ohjaimen 23. Solmu sisältää lisäksi lähdön liityntälinjat 01, 02,..,0n da-··· tan siirtämiseksi datamuistivälineistä 22 reititysmatriisiin 21 ja tuloliityntälinjat

Ml» 30 11, I2,..,ln datan siirtämiseksi reititysmatriisista 21 datamuistivälineisiin 22.

Solmussa on lisäksi ainakin yksi dataliitäntä U1, U2,...,Uk, joiden kautta data siirretään käyttäjille ja vastaanotetaan niiltä.

Linkit 8 ja 9, jotka yhdistävät solmun muihin vastaaviin solmuihin tai datansiirtolaitteisiin, ovat kytketty reititysmatriisiin 21. Reititysmatriisi kykenee 35 siten reitittämään datasiirtoja muihin solmuihin tai datansiirtolaitteisiin tai muista solmuista tai datansiirtolaitteista. Mikäli tuleva data on osoitetut soi- 4 115082 muun itseensä, reititysmatriisi reitittää tulevan datan tulon liitäntäjohtoihin 11, I2,..,ln, jolloin data tallennetaan datantallennusvälineisiin 22. Mikäli datan tallennusvälineeseen tallennettu data on siirrettävä palvelimen muihin solmuihin, se lähetetään lähdön liityntälinjojen 01, 02,..,0n kautta reititysmatriisiin 5 21. Reititysmatriisi yhdistää yhden lähdön liityntäjohdoista yhteen tai useam paan linkin 9 lähtökanavaan. On huomattava, että mikä tahansa yksi liityntä-linja voi kuljettaa useita datavirtoja.

Magneettinen, optinen tai puolijohdemuisti muodostaa datantallen-nusvälineet 23. Datantallennusvälineet liittyvät ohjaimeen CTRL 23, joka 10 palvelee sekä datayhteyksiä datan muistivälineissä 22 olevan datan toimittamiseksi datarajapintojen U1, U2,...,Uk kautta ainakin yhdelle välittömälle käyttäjälle 5, ja ainakin yhtä tulolinjaa 7 samoin kuin myös kahta reititysmatriisiin 21 kytkettyä lähtöä, jotka ovat yhdessä tai useammassa liityntälinjassa 6. Datan muistivälineissä on riittävästi kapasiteettia ainakin yhden keskipitui-15 sen jatkuvasti esitettävissä olevan video- tai audiosekvenssin datan tallen- • tamiseksi.

»♦ * ·

Ohjain 23 on sovitettu datan muistivälineiden 22 ja reititysmatriisin 21 toimintojen ohjaamiseksi. Ohjain kykenee lisäksi vastaanottamaan oh-: " jausdataa solmun osoitetuilta käyttäjiltä ja sopivan liitännän 210 kautta mistä ’· *’· 20 tahansa keskitetystä hallintajärjestelmästä.

I t I

: Edellä kuvattu solmurakenne johtaa siihen, että solmu kykenee : toimittamaan data datan tallennusvälineistä samanaikaisesti sekä solmuun liitetyillä käyttäjille että ainakin kahdelle muulle solmulle, joilla on pääsy da-tansiirtoyksikköihin. Solmu kykenee myös reitittämään siirrettävän datan tu-.··*. 25 loista solmuun ja tuloista solmun lähtöön aina silloin, kun solmu ei tarvitse • \ siirretyn datan sisältöä. Solmu kykenee lisäksi tallentamaan tiedoston datan muistivälineisiin aina silloin, kun solmulla on sisäinen tarve päästä käsiksi M» siirrettyyn dataan. Solmu kykenee aloittamaan tiedostosiirron muihin solmui- ·;· hin ja käyttäjille jopa silloin, kun tiedostonsisältöä kokonaisuudessaan ei ole • * * * 30 vielä kopioitu solmun datan muistivälineisiin.

Edellä kuvattu palvelinrakenne ei aseta mitään rajoituksia sille, kuinka solmut ovat kytketyt keskenään tiedostopalvelimen muodostamiseksi. Paras toteutustapa on kuitenkin hyperkuutioarkkitehtuuri.

O-dimensionaalisessa hyperkuutiossa on ainoastaan yksi solmu. 1-35 dimensionaalinen hyperkuutio muodostetaan kopioimalla alkuperäinen solmu ja asettamalla datalinkki näiden solmujen väliin. 2-dimensionaalinen hyper- 5 115082 kuutio muodostetaan kopioimalla malli, toisin sanoen 1-dimensionaalinen kuutio, ja sijoittamalla linkit vastaavien vanhojen ja uusien solmujen väliin. 3-dimensionaalinen kuutio muodostetaan kopioimalla 2-dimensionaalinen kuutio ja sijoittamalla linkit vastaavien solmujen väliin. Tällä tavalla voidaan 5 muodostaa N-dimensionaalinen hyperkuutio kopioimalla N-1-dimensionaalinen hyperkuutio ja yhdistämällä vastaavat solmut datalinkein.

Kuvio 3 esittää palvelinta, jonka arkkitehtuuri on 5-dimensionaa-linen hyperkuutio. Palvelimen toimintaa selostetaan seuraavaksi. Kun käyttäjä pyytää tiedostoa, käyttäjän solmu 333 ottaa yhteyttä keskushallintajärjes-10 telmään 326, joka tarkistaa, kenellä solmuista 330, 335 ja/tai 336 on pyydetty tiedosto. Se havaitsee, että pyydetty tiedosto on äskettäin kopioitu solmusta 330 solmuihin 335 ja 336. Tämän seurauksena muodostetaan väylä lähimmästä reititettävästä solmusta 335 käyttäjän solmuun 333 ja replikoitavan datan siirto aloitetaan. Välittömästä replikoitavan datan siirron alettua kes-15 kushallintajärjestelmä 326 rekisteröi, että pyydetty tiedosto on myös saata-t>.; vissa käyttäjäsolmusta 333. Tämän tuloksena lukuisten käyttäjien samanai- . . kaisesti pyytämät tiedostot ovat samanaikaisesti saatavissa reaaliaikaisena solmuista 335, 336 ja 333 uuteen solmuun 337, joka pyytää kyseistä tiedos-: ” toa.

*.**: 20 Datan yhteyssolmut 323, 324 kykenevät siirtämään tiedostoja esi- * ·» : merkiksi ulkoisilta palvelimilta tai suurikapasiteettiselta datan tallennusväli- V : neestä.

Monisolmuisen videopalvelimen samoin kuin minkä tahansa nyky- päivän tiedostoja jakavien palvelimien haitta on, että ne ainoastaan siirtävät .···. 25 tiedostoja käyttäjille kiinnittämättä huomiota siirrettävän tiedoston formaattiin.

Käyttäjän päätelaitteeseen on asennettava sopiva ohjelmisto, niin että pääte- ’ ' laite kykenee vastaanottamaan ja edelleen prosessoimaan vastaanotettua tiedostoa. Mikäli palvelun tarjoaja päivittää ohjelmistoa, on myös käyttäjän ·;· asennettava uusi ohjelmistoversio päätelaitteeseen, jotta se voisi käyttää * *»· 30 päivitettyä versiota. Nykyisin internetistä on ladattavissa useita tiedostotyyppejä. Tämän tuloksena käyttäjällä on oltava ohjelmistot, jotka kykenevät lukemaan kaikki tai ainakin suurimman osan tiedostotyypeistä.

Toinen haitta on se, että päätelaitteiden selainten tai päätelaitteiden itsensä eroja ei voida ottaa huomioon. On olemassa eri tyyppisiä selai-35 mia: tietokoneessa, henkilökohtaisessa digitaalisessa assistentissa (PDA) ja WAP-puhelimessa olevat selaimet eroavat toisistaan samoin eroavat myös 6 115082 päätelaitteet. Esimerkiksi kuvia ei voida näyttää samalla resoluutiolla johtuen erikokoisista näytöistä.

Keksinnön yhteenveto 5 Tämän keksinnön eräs tarkoitus on aikaansaada palvelin, joka pro sessoi data ennen sen lähettämistä päätelaitteelle siten, että data on maksi-maalisesti sovitettu kyseiselle päätelaitteelle ottaen huomioon päätelaitteen ohjelmisto, näytön koko, siirtoprotokolla jne. Esimerkiksi datan prosessointi käsittää tiedostojen konversion yhdestä formaatista toiseen niin, että pääte-10 laite kykenee ajamaan ohjelmistoja, joiden versio on vanhempi kuin niiden, jotka palvelun tuottaja on toimittanut ja että päätelaite voi prosessoida eri-formaattisia tiedostoja päätelaitteen rajoittuneen erityyppisten tiedostojen käsittelykyvyn mukaisesti.

Tavoite saavutetaan monisolmuisella palvelimella, jossa useilla 15 solmuilla on konversiovälineet päätelaitteen pyytämän tiedoston konvertoimi-seksi tyypistä toiseen. Toisin sanoen mikäli pyydetyn tiedostotyypin formaatti on sellainen, että päätelaite ei kykene sitä käsittelemään, formaatti muutetaan sellaiseen formaattiin, jota päätelaite kykenee käsittelemään ja näyttä-i : mään.

! *: 20 Päätelaite ilmoittaa palvelimelle ne formaatit, joita se kykenee käsit- i · · ; telemään joko latauspyynnössä tai istunnon alussa. Vaihtoehtoisesti voidaan *·,: ' tieto niistä formaateista, joita päätelaitteet kykenevät käsittelemään, varas toida monisolmuisen palvelimen tietokantaan tai tieto voidaan saada ulkoi-sesta palvelimesta.

• · .···. 25 Konversio voidaan suorittaa ainoastaan siinä solmussa, johonka *' päätelaite on kytketty. Konversion toteuttamiseen tarvittava laskentakyky j * voidaan kuitenkin hajauttaa useisiin solmuihin. Tämä on erityisen edullista, mikäli yhdessä solmussa olevan prosessorin laskentakuormitus on hyvin suuri johtuen useista samanaikaisista konversioprosesseista.

30 Sen lisäksi joillekin solmuille voidaan osoittaa vain tietyn tyyppisiä konversioprosesseja. Tällöin tällä solmulla on hyvin suuri laskentakapasiteetti ja muut solmut voivat jakaa sen kapasiteettia.

Ehdotettu monisolmuinen palvelin mahdollistaa keskitetyn ohjelmien päivityksen, mikä vähentää päivitystarvetta terminaaleissa. Sen lisäksi 35 monet laskentatehtävät suorittaa palvelin, jolloin päätelaitetta ei ole tarve varustaa ylimääräisellä laskentakapasiteetilla.

7 115082

Monisolmuisen palvelimen sisäinen rakenne mahdollistaa datan reitittämisen solmusta toiseen lukuisia vaihtoehtoisia reittejä pitkin. Näin ollen mikäli jokin datareitti varaa alikuutiossa satunnaisesti linkkiketjun maksimaalisen datasiirtokapasiteetin ja siten estää näiden linkkien käytön muiden sol-5 mujen datasiirtoon, silloin nämä muut datasiirrot prosessoidaan jäljellä olevien vapaiden linkkien kautta vuoroittaisin aikaperiodein. Näin ollen kullakin datasiirrolla on oma reitityskuvionsa ja kuviot vaihtelevat ajan mukaan.

Kuvioiden selostus 10 Keksintöä selostetaan lähemmin viitaten oheisiin kuvioihin, joissa:

Kuvio 1 esittää tunnetun monisolmuisen palvelimen perusperiaatetta,

Kuvio 2 esittää solmun rakennetta.

Kuvio 3 esittää 5-dimensionaalisen hyperkuutioarkkitehtuuriin perustuvaa 15 palvelinta, rt>; Kuvio 4 esittää kaavallisesti keksinnön mukaista monisolmuista palvelinta, v Kuvio 5 esittää solmun rakennetta, .; * Kuvio 6 kuvaa konversiotoimintaa solmussa, \ " Kuvio 7 esittää monisolmuisen palvelimen käyttöä, ‘ · * ’· 20 Kuvio 8 havainnollistaa tiedonvaihtoa päätelaitteen ja palvelimen välillä, I » · : Kuvio 9 esittää ensimmäisen vaihtelukuvion mukaista datareittiä, ja : Kuvio 10 esittää toisen vaihtelukuvion mukaista datareittiä.

* ·, * Keksinnön yksityiskohtainen selostus 25 Kuviossa 4 kuvatun palvelimen rakenne on samankaltainen tunne- • . tun monisolmuisen palvelimen rakenteen kanssa. Solmuja yhdistävät sisäiset ‘ ' linkit on selvyyden vuoksi jätetty huomiotta. Palvelin käsittää lukuisia solmu- ja; tässä esimerkissä solmuja on kahdeksan. Jokainen solmu sisältää oh-··· jausvälineet 41, muistivälineet 42 ja rajapintavälineet 43. Ohjausvälineet, joi- 30 na on edullisesti keskusprosessori, ohjaavat solmun sisäistä toimintaa. Muistivälineet, joina toimii edullisesti kovalevy tai flash-muisti, tallentavat muista solmuista tai ulkoisista lähteistä vastaanotetun datan. Liityntävälineet (l/F) käsittelevät liikennettä solmuun ja solmusta.

Solmu sisältää lisäksi konversiovälineet 44. Konversiovälineiden 35 päätehtävä on konvertoida muistivälineisiin tallennettu data toiseen formaattiin. Konversio suoritetaan ennen kuin data toimitetaan tätä data pyytäneelle 8 115082 käyttäjälle mikäli käyttäjän päätelaite ei kykene käsittelemään dataa samassa formaatissa kuin palvein.

Formaattikonversio voi olla yksinkertainen konversio ohjelmaversiosta toiseen, jolloin esimerkiksi uudella ohjelmaversiolla tuotettu tiedosto 5 konvertoidaan ohjelman vanhaan versioon. Tässä tapauksessa päätelaitteessa olevaa ohjelmaa ei tarvitse päivittää niin, että se kykenee avaamaan juuri vastaanotetun uuden version mukaisen tiedoston.

Formaattikonversio voi olla myös tiedostotyyppikonversio. Päätelaite voi käsitellä esimerkiksi ainoastaan WAV-tyyppisiä audiotiedostoja. Palve-10 lun tuottaja kuitenkin tarjoaa MP3-audiotiedostoja. Tässä tapauksessa kon-versiovälineet konvertoivat MP3-audiotiedoston WAV-tiedostoksi. Toisaalta mikäli päätelaite kykenee käsittelemään MP3-tiedostoja mutta palvelimessa ei ole kaistanleveyttä riittävästi WAV-tiedostojen siirtoon, konvertoidaan WAV-tiedostot MP3-tiedostoiksi.

15 Formaattikonversio voi olla myös protokollakonversio. Tässä ta- pauksessa muistivälineessä 41 oleva dataprotokolla konvertoidaan protokol-latyypiksi, mikä sallii päätelaitteen vastaanottaa ja prosessoida tätä dataa. * Eräs esimerkki tällaisesta on selain. Mikäli päätelaite on varustettu selaimel- ·' *’ la, joka tukee protokollaa nimeltä Wireless Access Protocol (WAP) se voi '· ” 20 vastaanottaa WML (Wireless Markup Language) koodattuja sivuja, mutta ei : voi vastaanottaa www-protokollalla siirrettyjä html-sivuja. Tällaisissa tapauk- v · sissa konversiovälineet suorittavat konversion www:stä WAViin ja htmlistä VMLään.

Kuviossa 4 solmut ovat kytketty toisiinsa 100 Mbps.n väylän 45 25 kautta, johon kukin solmu voi lähettää ja josta kukin solmu voi vastaanottaa * \ dataa 4 Mbps:n bittinopeudella. Väylä on kytketty nopeaan kytkimeen 46, ’ ’ tässä 1 Gbit:n kytkin, joka reitittää käyttäjän dataa solmuihin niiden osoittei- * · * den perusteella ja solmuista käyttäjille. Lisäksi useita väyliä niihin liittyvine •; · solmuineen voidaan yhdistää kytkimeen, jos palvelin käsittää suuren määrän 30 solmuja. Huomattakoon, että solmujen välinen sisäinen liikenne kuljetetaan linkkien kautta, joita ei ole esitetty kuvassa.

Palvelimen toiminta ohjaa keskushallintajärjestelmä 47, joka tutkii, missä solmuissa on käyttäjän pyytämä tiedosto.

Kuvio 5 esittää erästä mahdollista solmun rakennetta. Tässä solmu 35 kuuluu palvelimeen, jonka arkkitehtuuri on hyperkuutio ja joka käyttää kyt-kentämatriisia kuten on esitetty kuviossa 2. Kovalevy 52, formaatin konver- 9 115082 siolohko 54, prosessoriyksikkö 53 ja käyttäjärajapinta 55 on kytketty yhteiseen väylään 56, joka puolestaan lähettää dataa kytkentämatriisiin 51 ja vastaanottaa sieltä data. Mikäli prosessoriyksiköllä on riittävästi kapasiteettia formaattikonversion tekemiseen, voi formaattikonversiolohko perustua oh-5 jelmistoon ja se voi olla prosessoriyksikön ohjelmiston kiinteä osa. Tämän tyyppinen rakenne on alan ammattimiehelle tuttu.

Kuvion 6 avulla selostetaan nyt konversioprosessia yksityiskohtaisemmin. Selvyyden vuoksi ja konversion paremmaksi ymmärtämiseksi kuvio esittää ainoastaan kahta vierekkäistä monisolmuisen palvelimen solmua.

10 Lähtökohtana oletetaan, että käyttäjä A solmussa A on pyytänyt tiedostoa, esimerkiksi www-sivua, ja pyydetty tiedosto on vastaanotettu linkin A kautta ja tallennettu kokonaisuudessaan tai ainakin osittain kovalevylle 61. Tiedostoformaatti ei kelpaa käyttäjälle A, joten vaaditaan konversiota.

Kovalevyllä 61 oleva data toimitetaan formaattikonversiolohkoon 15 62, joka suorittaa konversio. Data ja konversionopeudesta riippuen voidaan i>>; konvertoitu data toimittaa suoraan käyttäjälle A tai konvertoitu data voidaan . . puskuroida kovalevylle 61. Mikäli konvertoidun datan esittäminen vaatii ; · enemmän bittejä sekunnissa tai enemmän kaistanleveyttä kuin linkki A, jonka : ” kautta pyydetty data toimitaan solmuun A, voi tarjota tai konversiolohko 62 • 20 voi tuottaa, täytyy konvertoitua dataa tallentaa riittävästi puskuriin, esimerkik- .: ·’ si kovalevyyn 31, ennen esityksen aloittamista, niin että käyttäjän päässä . · ' voidaan esitys toteuttaa alusta loppuun ilman keskeytyksiä. Voidaan erottaa neljä perusmoodia. Ensinnäkin mikäli solmuun A tulevan datan nopeus on :*·.· hitaampi kuin välittävän linkin A kaistanleveys ja mikäli konversio voidaan ,···. 25 toteuttaa pienimmällä mahdollisella esityksen vaatimalla nopeudella, silloin konvertoitu data lähetetään suoraan käyttäjälle A ilman puskuroimista levylle 61.

* i i

Toiseksi, mikäli tulevan datan nopeus on pienempi kuin välittävän ··· linkin A kaistanleveys, mutta konversiota ei voida toteuttaa miniminopeudel- 30 la, silloin konvertoitua dataa täytyy puskuroida levyille 61. Puskuroitu data määrä täytyy olla riittävä, jotta ongelmaton esittäminen käyttäjän A päätelaitteessa on varmaa.

Kolmanneksi, mikäli tulevan datan nopeus on suurempi kuin solmujen välinen kaistanleveys, toisin sanoen linkin A datanopeus, mutta on riittä-35 vä konversion tekemiseksi lohkossa 62 miniminopeudella ja mikäli konvertoidun datan määrä toisin sanoen konvertoidun tiedoston koko on pienempi 10 115082 > kuin alkuperäisen datan määrä, toisin sanoen alkuperäisen tiedoston koko, silloin konvertoitu data täytyy tallentaa levylle 61. Kuitenkin mikäli konvertoidun datan määrä on suurempi kuin alkuperäinen data, silloin puskuroidaan edullisesti vain alkuperäinen data levylle 61.

5 Lopuksi, mikäli tulevan datan nopeus on suurempi kuin linkin A

kaistanleveys eikä konversiota voida suorittaa vaaditulla miniminopeudella, silloin riittävästi konvertoitava data puskuroidaan levylle 61 niin, että ongelmaton esitys on mahdollista käyttäjän A päässä.

Edellä esitetyt vaihtoehdot koskevat tapauksia, joissa käyttäjän 10 pyytämä tiedosto haetaan ulkoisesta tietokannasta, toisin sanoen tiedosto ei ole saatavissa monisolmuisen palvelimen yhdestä tai useammasta solmusta. Joka tapauksessa sen jälkeen, kun tiedosto on lähetetty solmuun A konvertoimaton tiedosto ja konvertoitu tiedosto tallennetaan solmun A levylle 61. Sen jälkeen tiedostot ovat monisolmuisen palvelimen muihin solmuihin kyt-15 kettyjen käyttäjien saatavilla.

Mikäli solmuun B kytketty käyttäjä B pyytää yllä kuvatulla tavalla konvertoitua tiedostoa, on kaksi tapaa edetä. Nimittäin joko toimitetaan kon-I vertoimaton tiedosto solmusta A solmuun B ja konversio tehdään solmuun B

' “ formaattikonversiolohkossa 622 tai jo konvertoitu tiedosto toimitetaan sol- • *: 20 musta A linkin B kautta solmuun B. Etenemistapa riippuu joistakin rajoittavis- ; ta ehdoista. Voidaan erottaa neljä mahdollista tapausta: ' Ensinnäkin, mikäli konvertoidun datan ongelmaton esittäminen käyttäjän B päässä ei vaadi suurempaa bittinopeutta kuin mitä linkki B tar-joaa, ja mikäli solmuun A tallennetun konvertoidun tiedoston koko on pie-.···. 25 nempi kuin alkuperäisen tiedoston koko, silloin konvertoitu tiedosto noude- ·* taan aina solmusta A, kun konversiota ei voida tehdä solmun B konversio- ’ * lohkossa 622 miniminopeudella. Kuitenkin, mikäli konversio voidaan tehdä * · * miniminopeudella, noudetaan alkuperäinen tiedosto solmusta A niin, että al-kuperäistä tiedostoa voidaan käyttää yleisemmällä tavalla.

30 Toiseksi, mikäli konvertoidun datan ongelmaton esittäminen käyttä- • · jän B päässä ei vaadi suurempaa bittinopeutta kuin mitä linkki B voi tarjota, ja mikäli solmuun A tallennetun konvertoidun tiedoston koko on suurempi kuin alkuperäisen tiedoston koko, silloin alkuperäinen (konvertoimaton) tiedosto noudetaan solmusta A aina, kun solmun B konversiolohko 622 voi 35 tehdä konversion miniminopeudella. Aina, kun konversiota ei voida tehdä miniminopeudella noudetaan konvertoitu tiedosto.

11 115082

Kolmanneksi, mikäli konvertoidun datan ongelmaton esittäminen käyttäjän B päässä vaatii suuremman bittinopeuden kuin mitä linkki B voi tarjota, mutta solmuun A tallennetun konvertoidun tiedoston koko on pienempi kuin alkuperäisen tiedoston koko, silloin solmusta A noudetaan konvertoitu 5 tiedosto.

Lopuksi, mikäli konvertoidun datan ongelmaton esittäminen käyttäjän B päässä vaatii suuremman bittinopeuden kuin mitä linkki B voi tarjota, ja mikäli solmuun A tallennetun konvertoidun tiedoston koko on suurempi kuin alkuperäisen tiedoston koko, silloin alkuperäinen (konvertoimaton) tiedosto 10 noudetaan solmusta A, sillä edellytyksellä, että solmun B konversiolohko 622 voi tehdä konversion miniminopeudella. Aina, kun konversiota ei voida tehdä miniminopeudella, noudetaan tiedosto, mikä sallii esityksen aloittamisen nopeammin, kun otetaan huomioon solmujen välinen siirtonopeus ja konver-sionopeus solmussa.

15 Yksinkertaisen monisolmuisen palvelimen solmut voivat olla identti siä, mikä tarkoittaa sitä, että kunkin solmun konversioyksikkö kykenee suorit- * * * * ' tamaan samat tehtävät, mutta eivät kykenee tarjoamaan konversiopalveluita muille solmuille. On kuitenkin edullista jakaa konversioresursseja solmujen : välillä niin, että yksi solmu voi käyttää muiden solmujen konversioresursseja, 20 mikäli tarpeen. Joissakin sovelluksissa voi olla edullista muodostaa erityis-solmuja, jotka ovat tarkoitettu vain tietyntyyppisiin konversiotarkoituksiin. Nämä solmut voivat suorittaa hyvin nopeasti kompleksisia, suurta laskentakapasiteettia vaativia konversioita ja muut solmut voivat tilata palveluita näis-: tä solmuista. Erityissolmut on parasta sijoittaa lähelle niitä solmuja, jotka 25 useimmiten käyttävät erityissolmujen palveluita.

On lisäksi edullista, että konversionopeuden maksimoimiseksi sa-mantyyppistä konversiota käyttävät solmut sijoitetaan lähelle toisiaan. Tällöin tämäntyyppistä konversiota pyytävät käyttäjän päätelaitteet kytketään näihin solmuihin.

30 Mikäli monisolmuisen palvelimen rakenne on hyperkuutio, kuten on esitetty kuviossa 3, voivat alikuution solmut olla erikoistuneet tehtäviin, jotka vaativat samankaltaisia data- ja laskentaresursseja.

Kuvio 7 esittää monisolmuisen palvelimen käyttöä. Tässä käyttäjä voi olla matkapuhelinverkon tilaajaa, joka käyttää WAP-protokollan mukai-35 sesti toimivaa kännykkää. Sellaista puhelinta kutsutaan WAP-puhelimeksi. Käyttäjä voi käyttää puhelimen selainta WAP-protokollan mukaisten tiedosto- 12 115082 jen vastaanottamiseen tai WML-koodattujen (Wireless Markup Language) sivujen (WML-sivujen) vastaanottamiseen. Verrattuna tietokoneihin asennettuihin, kompleksisten tiedostojen käsittelyyn kykeneviin selaimiin, voi WAP-selain käsitellä jokseenkin yksinkertaisia tiedostoja. Puhelin 70 on liitetty 5 matkaviestinverkon 71 kautta monisolmuiseen palvelimeen 72 solmuun, joka tarjoaa WAP-palveluita. Palvelin 72 voi sen lisäksi noutaa tiedostoja internet-verkosta 76 edelleen ladattavaksi puhelimeen 70. On sangen tavallista, että noudettu tiedosto ei ole sellaisessa formaatissa, jota WAP-puhelin 70 voi käsitellä. GIF-kuvan resoluutio tai HTML-dokumentin koko saattaa olla liian 10 suuri esimerkiksi. Tällaisessa tapauksessa monisolmuisen palvelimen for-maattikonversioyksikkö tekee konversion formaattiin, jota WAP-puhelin voi käsitellä ja joka on sopiva siirrettäväksi radiorajapinnan läpi. Konversio voi olla protokollakonversio http-protokollasta WAP-protokollaan ja/tai koodikon-versio html-koodista xtml- tai xml-koodiin. Tällaisissa tapauksissa monisol-15 muinen palvelin toimii kuin proxy-palvelin.

. Henkilökohtainen tietokone 74 voidaan liittää PST/N/ISDN-verkon * · ·« välityksellä monisolmuisen palvelimen yhteen solmuun. Mikäli henkilökohtai-'·*·* sen tietokoneen selain ei kykene käsittelemään ladattuja sivuja tai mikäli la- ; '*· datun tiedoston formaatti on versioltaan uudempi kuin se ohjelma, jonka ole- 20 tetaan avaavan sen, suoritetaan konversio käyttökelpoiseen formaattiin mo-! nisolmuisessa palvelimessa.

Jotta monisolmuinen palvelin voisi aloittaa konversioprosessin, sillä on oltava tietoa päätelaitteen ominaisuuksista. Päätelaitteen on siten lähetet-: tävä istunnon alussa itsestään tietoa. Eräs tapa informaation lähettämiseksi ,'··! 25 monisolmuiselle palvelimelle on kuvattu kuviossa 8.

Päätelaite aloittaa istunnon lähettämällä palvelupyynnön monisol-muiselle palvelimelle. Päätelaite voi lähettää tässä pyynnössä tietoja ominai-suuksista, kuten on asian laita web-selaimen kanssa, jolloin selain kiinnittää sivupyyntöön erityisen otsakkeen, jonka nimi User-Agent Header. Tämä ot-30 sake sisältää tietoa selaimen tyypistä.

• ·

Mikäli palvelupyyntö ei sisällä riittävästi tietoa päätelaitteesta, voi monisolmuinen palvelin lähettää päätelaitteelle ominaisuuskyselyn. Tämä kysely voi olla esimerkiksi Java-applet tai Java-script, joka lähettää toteutta-misensa jälkeen monisolmuiselle palvelimelle vastausviestin, joka sisältää 35 tietoa päätelaitteen ominaisuuksista. Kun palvelin on koonnut riittävästi tietoa päätelaitteesta, se voi suorittaa konversiot aina, kun on tarpeen.

13 115082

Surffailun aikana selain lähettää myös jokaisessa sivupyynnössä otsakkeita, joiden nimi on Accept, Accept-Encoding, ja Accept-Language. Näihin otsakkeisiin piilotettua käyttäjäinformaatiota käyttäen kykenee moni-solmuinen palvelin valitsemaan selaimelle parhaan sivuformaatin ja siten 5 konvertoimaan jokaisen lähetettävän sivun selaimelle käyttökelpoisimpaan muotoon.

Useissa tapauksissa ei selaimen palvelimelle lähettämä ominai-suustieto ole kuitenkaan riittävä. Näin on erityisesti asianlaita PDA-laitteen (Personal Digital Assistant) tapauksissa, sillä näissä laitteissa on rajoitettu 10 muisti, rajoittettu prosessointikapasiteetti ja pieni näyttö. Mutta PDA-laitteet lähettävät jokaisessa sivupyynnössä otsakkeen, joka sisältää jotakin tietoa laitteen tyypistä. Sillä edellytyksellä, että palvelimella on kaikkien laitetyyp-pien tiedot sisältävä tietokanta, kykenee palvelin noutamaan lisätietoa tietokannasta ja tekemään vastaavat konversiot.

15 Jos monisolmuinen palvelin on rakenteeltaan hyperkuutio, on edul- . lista vaihdella sisäisten datasiirtojen reittejä alikuution sisällä. Yksi datasiirto- »»n , / reitti voi esimerkiksi ottaa haltuunsa tilapäiseksi ajaksi alikuution kolmen pe- räkkäisen linkin kaiken kapasiteetin. Tämä tarkoittaa, että muita datasiirto-’·' reittejä ei voida asettaa näiden linkkien kautta ja tietyissä oloissa on mahdo- \*·: 20 tonta ilman vuorottelua asettaa datasiirtoreittiä ennenkuin tilapäinen esto on v ; hävinnyt. Selostetaan vuorottelua seuraavana.

/:*: Kuvio 9 esittää alikuutiota monosolmuisessa palvelimessa, jossa on useita on useita alikuutioita. Alikuutio on 4-dimensionaalinen käsittäen ,·. : kahdeksan solmua ja solmuja yhdistävät linkit. Yksi datasiirtoreitti, jota on

.···. 25 merkitty numerolla 91, alkaen lähettävästä solmusta T1, kulkee solmujen B

ja C kautta ja päättyy vastaanottavaan solmuun R1, jossa data konvertoi- : ’': daan ennen lähettämistä käyttäjälle 1.

» * *

Toinen datavirta 92 alkaa lähettävästä solmusta T2, kulkee solmun D läpi ja päättyy vastaanottavaan solmuun R2. Datavirta konvertoidaan pää- '"‘‘i 30 tesolmussa R2 ennen lähettämistä käyttäjälle.

• ·

Oletetaan, että lähettävä solmu T2 on kytketty ulkoiseen tietokantaan niin, että solmu T2 on alikuution tulosolmu. Datavirta 92 saadaan ulkoisesta tietokannasta.

Viitataan kuvioon 10. Mitä tapahtuu, jos solmuun E kytketty käyttäjä 35 4 ja solmuun D kytketty käyttäjä 5 ovat pyytäneet tiedostoja samasta tulo- solmusta. On ilmeistä, että pyydetty tiedosto voidaan reitittää käyttäjälle 4 115082 14 suoraan solmusta T2 reitittämättä välillä olevien solmujen kautta. Pyydettyä tiedostoa ei voida reitittää käyttäjälle 5 suoraan tai solmujen T1 ja R3 kautta, koska datavirta 92 on varannut täysin linkkien T2-»D ja R2-*D (ks. kuvio 9).

Sen vuoksi datavirta 92 keskeytetään hetkeksi ja aloitetaan datavir-5 rat 10 ja 11. Tämän tuloksena käyttäjä 2 saa datavirran 10 ja vastaanottavaan solmuun kytketty käyttäjä 5 saa datavirran 5. Ennalta määrätyn ajan kuluttua datavirrat 10 ja 11 taas pysäytetään ja datavirran 92 siirtoa jatketaan. Tällä tavalla virtakuviot, jotka muodostuvat virroista 92 ja virroista 10 ja 11 toisaalta vuorottelevat periodisesti.

10 Vuorottelua ohjaa monisolmuisen palvelimen keskitetty ohjausjär jestelmä, joka myös ohjaa solmun sisäistä datasiirtoa. Tätä tarkoitusta varten ohjausjärjestelmä lähettää multicast-paketteja, jotka on osoitettu palvelimen kaikille solmuille. Paketti sisältää aikakoodin, virtauskuviot ja solmujen vuo-rottelustatuksen suhteessa aikakoodiin. Vuorottelustatus informoi solmua 15 sallituista lähetyssunnista ajan funktiona niin, että multicast-paketin vastaanotettuaan jokainen solmu tietää, mitä virtauskuviota sen täytyy käyttää, ajan-*' ' kohdan, jolloin virtauskuvia täytyy muuttaa ja uuden virtauskuvion.

Mikäli sisäisten linkkien datanopeus 4 Mbps, silloin keskitetty oh- : '·· jausjärjestelmä voidaan toteuttaa 10 Mbps Ethernet-ohjaimena, joka kyke- 20 nee käsittelemään vuorottelua hyvin. Yhdellä linkillä voi vuorotella kaksi 4 T: Mbps:n datavirtaa. Yleisperiaate on, että vuorottelujen lukumäärä V kerrottu- » na vuon maksimidatanopeudella S täytyy olla pienempi kuin linkin siirtokapa-siteetti C, toisin sanoen V*S<C.

.. ; Vuorottelujen lukumäärän täytyy toisaalta olla pienempi tai yhtä !./ 25 suuri kuin solmuun kytkettyjen käyttäjien lukumäärä. Siksi on edullista käyt tää useita vuorottelevia reittejä, toisin sanoen virtauskuvioita, mikäli samaan : * ” solmuun on kytketty useita käyttäjiä.

Keksintö on ensisijaisesti tarkoitettu tuottamaan jatkuva datavirta \# useille samanaikaisille käyttäjille. Tämän vuoksi keksintö sopii erityisen hyvin 30 käytettäväksi video-on-demand -järjestelmissä, joissa yksi ainoa palvelin voi tarjota palveluita jopa useille tuhansille käyttäjille. Samanaikaisesti parannetaan palvelimen vikasietoisuutta, koska useita solmuja sisältävät palvelin on halpa toteuttaa ja lisäetuna on, ettei vika yhdessä solmussa voi kokonaan pysäyttää palvelimen toimintaa.

35

Claims (10)

115082

1. Tiedostopalvelin tiedostojen jakamiseksi palvelimeen kytketyille käyttäjille käsittää: lukuisia solmuja, joista kuhunkin kuuluu datan tallennusvälineet tie-5 dostojen tallentamiseksi ja ainakin yksi dataliitäntä solmuun kytketyn käyttäjän kanssa kommunikoimiseksi, jolla käyttäjällä on rajoitettu kapasiteetti prosessoida tiedostoja, lukuisia linkkejä kunkin solmun kytkemiseksi ainakin kahteen muuhun solmuun, 10 jokaisen solmun lisäksi sisältäessä reititysvälineet yhdeltä linkeistä vastaanotetun formatoidun tiedoston reitittämiseksi solmuun, datamuistiin tallennetun tiedoston reitittämiseksi ainakin yhdelle linkille, ja 15 yhdeltä linkeistä vastaanotetun ja muulle solmulle tarkoitetun tie doston reitittämiseksi toiselle linkille, tu n n ettu siitä, että solmu edelleen käsittää konversiovälineet solmuun reititetyn formatoidun tiedoston konvertoimiseksi toiseen formaattiin ennen tiedoston toimit-20 tamista käyttäjälle ·;>· ja että tiedostopalvelin tallentaa tarvittaessa kopion toiseen for- maattiin konvertoidusta tiedostosta solmun tallennusvälineelle, josta se on » · :, linkkien kautta minkä tahansa muun solmun saatavissa. t »· *·, ; 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu !..' 25 siitä, että konversiovälineet suorittavat tiedostotyypin konversion. ♦ * >

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu * I v * siitä, että konversiovälineet suorittavat protokollakonversion.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu : siitä, että konvertoitu data lähetetään suoraan käyttäjälle ilman puskurointia 30 kovalevylle, mikäli solmuun tulevan datan nopeus on pienempi kuin linkin ,v. kaistanleveys ja konversio voidaan suorittaa esittämisen vaatimalla pienim- mällä mahdollisella nopeudella.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu siitä, että konvertoitua data puskuroidaan kovalevylle, mikäli tulevan datan 115082 nopeus on pienempi kuin linkin kaistanleveys, mutta konversiota ei voida suorittaa esityksen vaatimalla pienimmällä mahdollisella nopeudella.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu siitä, että konvertoitua data tallennetaan kovalevylle, mikäli tulevan datan 5 nopeus on suurempi kuin linkin kaistanleveys, mutta riittävä konversion toteuttamiseksi esityksen vaatimalla miniminopeudella ja kun konvertoidun datatiedoston koko on pienempi kuin konvertoimattoman datan määrä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu siitä, että konversiovälineet jokaisessa solmussa ovat identtiset.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu siitä, että useat solmut on suunniteltu konversiotehtäviin, jolloin näiden solmujen välineet tarjoavat konversiokapasiteettia muille solmuille.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu siitä, että samankaltaisille konversiotehtäville osoitetut solmut on fyysisesti 15 sijoitettu toisiaan lähelle.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tiedostopalvelin, tunnettu siitä, että solmujen välisissä datasiirroissa datasiirtoreittejä vuorotellaan ennalta määrätyllä tavalla. i • * t • I t • » « * ♦ * « t * $ ,, 1 1 5082