淺談網(wǎng)絡(luò)視頻廣播技術(shù)

王家樂(lè)

摘要：近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)視頻的迅速發(fā)展使對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源需求的急劇增加，這需要我們?cè)O(shè)計(jì)更加有效的視頻廣播解決方案。本文討論了現(xiàn)有的視頻廣播解決方案并介紹這方面的一些新動(dòng)向。

關(guān)鍵字：網(wǎng)絡(luò)視頻；視頻廣播；域間多播

1網(wǎng)絡(luò)視頻的基本概念和發(fā)展現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)視頻是利用Internet開(kāi)放式環(huán)境下寬帶連接所提供的一種視頻服務(wù)，它改變了傳統(tǒng)電視的播放模式，可以根據(jù)自己的需要選擇節(jié)目并隨看隨停。

現(xiàn)在許多門戶網(wǎng)站都提供網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)，比較知名的門戶網(wǎng)站有PPStream，PPLive，TVAnts與Sopcast等。2007年11月2目，姚明率領(lǐng)火箭對(duì)陣爵士的比賽央視沒(méi)有轉(zhuǎn)播，通過(guò)與美國(guó)NBA傳播機(jī)構(gòu)的合作，PPLive網(wǎng)上直播的在線觀眾最多時(shí)達(dá)到172萬(wàn)：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和寬帶的普及，網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)無(wú)疑將更深地影響我們的生活。2網(wǎng)絡(luò)視頻的基本特征作為傳統(tǒng)視頻服務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)上的延伸，網(wǎng)絡(luò)視頻無(wú)疑要為許多同時(shí)接收相同內(nèi)容的用戶提供服務(wù)，這就需要對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行廣播，在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下這種類型的服務(wù)一般需要通過(guò)支持點(diǎn)到點(diǎn)傳輸提供，必不可免地導(dǎo)致帶寬資源的大量浪費(fèi)，而且服務(wù)質(zhì)量難以得到保障。因此我們可以采用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)來(lái)降低帶寬的浪費(fèi)并提高服務(wù)質(zhì)量。CDN技術(shù)基本思路就是盡可能避開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)上有可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性的瓶頸和環(huán)節(jié)，使內(nèi)容傳輸?shù)母臁⒏€(wěn)。

網(wǎng)絡(luò)視頻不僅在內(nèi)容分發(fā)操作上有嚴(yán)格的要求，還需要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)變化比如網(wǎng)絡(luò)擾動(dòng)，帶寬動(dòng)態(tài)變化和帶寬需求大量增加等特性。因此需要設(shè)計(jì)更有效的網(wǎng)絡(luò)視頻廣播方案以滿足在用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)質(zhì)量的需要。與此同時(shí)，盡量需要考慮使具有高滲透性的服務(wù)更容易引入因特網(wǎng)服務(wù)提供商和日趨飽和的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)設(shè)施等問(wèn)題?；谝陨蠋c(diǎn)，我們需要更加有效的網(wǎng)絡(luò)視頻廣播解決方案。3網(wǎng)絡(luò)視頻廣播的設(shè)計(jì)方案目前從有效利用帶寬和網(wǎng)絡(luò)流量的角度來(lái)看，主要可以根據(jù)應(yīng)用級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)提出不同級(jí)別的內(nèi)容廣播方案。

3.1基于應(yīng)用級(jí)的視頻廣播

在應(yīng)用級(jí)我們主要考慮使用P2P技術(shù)進(jìn)行視頻內(nèi)容廣播。在一個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)中，單個(gè)主機(jī)同時(shí)充當(dāng)服務(wù)器和客戶機(jī)的角色。相對(duì)C／S模式，盡管它不能減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，但是可以使得在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布比較均衡。

這種解決方案的好處是：(1)不需要額外的路由器和其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，也不需要改變?nèi)魏位A(chǔ)設(shè)施，成本比較低；(2)對(duì)等結(jié)點(diǎn)在下載視頻流的同時(shí)也將視頻流上傳給其他的對(duì)等點(diǎn)，易于擴(kuò)展并且?guī)?lái)了大量的資源。當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中由于用戶之間需要傳輸數(shù)據(jù)流，隨著數(shù)據(jù)在用戶之間進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的流動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)流量可能隨著用戶數(shù)量的增加產(chǎn)生巨大的消耗。

目前使用P2P技術(shù)進(jìn)行視頻廣播的方法主要可分為兩類：基于樹(shù)的推送方法和基于網(wǎng)的拉伸方法，后者是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法。

基于樹(shù)的推送方法構(gòu)造了一棵或多棵以節(jié)目源為根的組播分發(fā)樹(shù)，按照轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則采用推的方式從父節(jié)點(diǎn)向每個(gè)子節(jié)點(diǎn)推送數(shù)據(jù)，它是一種為簡(jiǎn)單但有效的數(shù)據(jù)廣播方法，但是也存在一些缺點(diǎn)比如當(dāng)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)時(shí)候性能較差。

基于網(wǎng)的拉伸方法具有健壯性、良好的對(duì)抗節(jié)點(diǎn)擾動(dòng)性、對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性和有效利用節(jié)點(diǎn)的可用帶寬等性能，它采用用隨機(jī)的方法對(duì)抗節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)失效，并采用拉伸的方法獲取數(shù)據(jù)，但是它也存在對(duì)服務(wù)質(zhì)量無(wú)法保證且時(shí)延較長(zhǎng)等問(wèn)題。

目前，也有一些研究者也提出了一些混合方法來(lái)改進(jìn)效果，但是多少都存在一些問(wèn)題由于沒(méi)有與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)點(diǎn)有聯(lián)系的對(duì)等點(diǎn)位置信息，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)和鏈路重復(fù)處理數(shù)據(jù)流，由于重復(fù)處理量和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)數(shù)量成比例。這就導(dǎo)致對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源需求過(guò)高，不可避免地引起對(duì)用戶質(zhì)量體驗(yàn)(QoE)的影響。由于資源的飽和狀態(tài)和無(wú)法應(yīng)對(duì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的巨大需求，一些門戶網(wǎng)站不得不降低服務(wù)質(zhì)量，所有這些都威脅到這些P2P視頻廣播的中長(zhǎng)期業(yè)務(wù)模型。3.2基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)的視頻廣播在網(wǎng)絡(luò)級(jí)主要考慮采用多播的方式進(jìn)行視頻廣播。多播是一種允許單個(gè)視頻信號(hào)同步地傳遞給多個(gè)終端用戶的技術(shù)，它是與用戶數(shù)量無(wú)關(guān)，這種技術(shù)建立在路由器具有多播lP數(shù)據(jù)流的能力上，使用多播技術(shù)可以減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流，但是做為代價(jià)，需要路由器的支持、保持流量和擁塞控制的能力以及多播組標(biāo)識(shí)符的額外處理開(kāi)銷。

在互聯(lián)網(wǎng)上，由于網(wǎng)絡(luò)的混雜屬性，需要多播能夠功能性的穿越多個(gè)域和自治系統(tǒng)，也就是說(shuō)域間多播。域間多播意味著經(jīng)濟(jì)的需要并在全球一級(jí)的按照統(tǒng)一協(xié)定部署路由器與所需的功能和互操作性協(xié)議，這就不單純屬于技術(shù)問(wèn)題了，因此，這種解決方案在互聯(lián)網(wǎng)上不可能作為一種通用的方案。

3.3P4P體系結(jié)構(gòu)

前面提過(guò)，即使最先進(jìn)的P2P解決方案如果不考慮與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施連接的用戶位置，也無(wú)法避免網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)和鏈路重復(fù)處理數(shù)據(jù)流，導(dǎo)致不確定的帶寬消耗的結(jié)果。

在這個(gè)領(lǐng)域，一些研究者和組織設(shè)計(jì)了一種稱為P4P的體系結(jié)構(gòu)。它提出依靠服務(wù)提供商和P2P應(yīng)用的合作，由最了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的服務(wù)提供商提供底層網(wǎng)絡(luò)信息，供上層應(yīng)用有效選擇“鄰近”節(jié)點(diǎn)、擁塞程度低和開(kāi)銷小的鏈路傳輸內(nèi)容。IETF工作組和其他的一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究，相信在不久的將來(lái)會(huì)取得突破。

4總結(jié)和展望

因特網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入寬帶多媒體時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)視頻信息毫無(wú)疑問(wèn)成為了因特網(wǎng)的主要流量，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，將越來(lái)越對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能提出更高的要求。本文討論了一些目前比較常用視頻廣播方案并關(guān)注這方面的最新動(dòng)態(tài)，這個(gè)方向是很多研究者現(xiàn)在和未來(lái)一段時(shí)間關(guān)注的重點(diǎn)，相信隨著視頻廣播的進(jìn)一步完善，更多人將能夠享受網(wǎng)絡(luò)視頻帶來(lái)的快樂(lè)。