ＩＰＴＶ與Ｐ２Ｐ的結(jié)合

摘要：針對(duì)IPTV所面臨的技術(shù)瓶頸，闡述了IPTV與P2P技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，并描述了相關(guān)工作流程。

關(guān)鍵詞：IPTV；P2P；CDN；超級(jí)節(jié)點(diǎn)

引言

隨著Internet在全世界迅速普及和發(fā)展，人們希望互聯(lián)網(wǎng)不僅僅只提供網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件下載等簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)，并且能提供“邊下載邊播放視、音頻等信息”的功能，這種“邊下載邊播放”技術(shù)就是我們所熟知的流媒體技術(shù)，而IPTV就是其中一個(gè)典型的應(yīng)用代表。

IPTV即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是基于寬帶高速IP網(wǎng)的一項(xiàng)以網(wǎng)絡(luò)視頻資源為主體，以電視機(jī)、手機(jī)等為顯示終端的流媒體服務(wù)。它能根據(jù)用戶的選擇配置多種多媒體服務(wù)功能，包括數(shù)字電視節(jié)目、可視IP電話、DVDNCD播放、互聯(lián)網(wǎng)游覽、電子郵件、以及多種在線信息咨詢、娛樂(lè)、教育及商務(wù)功能。

目前IPTV有兩種終端：一是電腦；二是通過(guò)IP機(jī)頂盒接入電視。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，包括移動(dòng)數(shù)字電視、電視手機(jī)等多種產(chǎn)品也將在未來(lái)出現(xiàn)，特別是隨著IP數(shù)字化生活的來(lái)臨，IPTV將以三網(wǎng)融合的一種重要表現(xiàn)形式而受到市場(chǎng)的追捧。

1 IPIV的本質(zhì)

要推動(dòng)IPTV的發(fā)展首先就要明確其定位，也就是大家想通過(guò)IPTV干什么事情。目前最常見(jiàn)的說(shuō)法是，IPTV技術(shù)順應(yīng)了通信與信息化家電、娛樂(lè)相融合的發(fā)展趨勢(shì)，它可以利用寬帶多媒體終端為用戶提供多方面的互動(dòng)多媒體寬帶增值服務(wù)，加快寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入用戶的家庭生活和娛樂(lè)的速度，具有良好的發(fā)展前景并將實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合的突破。這種說(shuō)法沒(méi)有錯(cuò)誤，但它只是描述了IPTV未來(lái)所起的作用和部分表現(xiàn)形式，并沒(méi)有說(shuō)明其本質(zhì)。

其實(shí)，IPTV代表了可交互傳播型信息服務(wù)的發(fā)展方向。雖然傳統(tǒng)的電信網(wǎng)適合提供交互型業(yè)務(wù)，有線電視網(wǎng)絡(luò)適合作為單向信息傳播的通道，但都無(wú)法提供一個(gè)可供用戶自主選擇、具有廣泛信息傳播能力的良好平臺(tái)。然而。無(wú)論是電信運(yùn)營(yíng)商、廣播電視部門還是其他的信息服務(wù)提供商都可以利用IPTV的強(qiáng)大技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出豐富多彩的應(yīng)用和服務(wù)，例如，看電視、聽(tīng)音樂(lè)、讀書、玩游戲、查詢資料、接受培訓(xùn)、參與活動(dòng)、發(fā)表評(píng)論等，這些應(yīng)用和服務(wù)才能真正吸引用戶并創(chuàng)造價(jià)值。由于這些應(yīng)用和服務(wù)的完成過(guò)程存在各自的特性，因此未來(lái)的IPTV平臺(tái)將具有一個(gè)架構(gòu)簡(jiǎn)單但處理能力強(qiáng)大的核心以及豐富多彩的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)接口；IPTV業(yè)務(wù)將發(fā)展成為一種新的服務(wù)體系，而不是簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)組合。IPTV本身不是商品，它能否很好地承載諸多用戶需要的服務(wù)決定其真正價(jià)值。

2 IPIV的技術(shù)“短板”

IPTV，作為近年來(lái)在全球興起的熱門多媒體應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)電視節(jié)目單向傳輸?shù)木窒扌?，使用戶能夠參與其中，方便、靈活、自由地獲取所需。但是要想得到這樣的良好體驗(yàn)，我們必須付出相應(yīng)的代價(jià)——網(wǎng)絡(luò)需要更高的帶寬、更靈活的資源調(diào)度能力、更暢通的傳輸通道、提供更豐富多彩的內(nèi)容?，F(xiàn)在我們的IPTV采用CDN(內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))技術(shù)來(lái)完成多媒體內(nèi)容的存儲(chǔ)、調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)和播放等功能，基本上滿足了現(xiàn)有需求。然而，在面對(duì)大規(guī)模用戶選擇同一內(nèi)容等情況時(shí)，現(xiàn)在的技術(shù)還存在服務(wù)效率低、重定向機(jī)制復(fù)雜等問(wèn)題，如果不能有效解決大規(guī)模用戶對(duì)交互式多媒體應(yīng)用需求的問(wèn)題，IPTV將不得不受限于此瓶頸。因此我們需要引進(jìn)一種更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來(lái)滿足IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，在這樣一種背景下，如何利用P2P技術(shù)在交互式應(yīng)用等方面的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建更加靈活有效的IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)就成為人們討論的重點(diǎn)話題。

3 P2P技術(shù)概述

P2P是對(duì)等連接peer to peer模式的簡(jiǎn)稱。目前，業(yè)界對(duì)P2P的定義還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，P2P技術(shù)是一種用于不同PC用戶之間、不經(jīng)過(guò)中繼設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)或服務(wù)的技術(shù)。它打破了傳統(tǒng)的Client／Server模式，在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位都是相同的，具備客戶端和服務(wù)器雙重特性，可以同時(shí)作為服務(wù)使用者和服務(wù)提供者。

P2P采用一種與CDN完全不同的內(nèi)容傳遞方式。它在每個(gè)觀看的用戶機(jī)器上申請(qǐng)一塊內(nèi)存，在用戶觀看節(jié)目的同時(shí)在內(nèi)存中緩存一部分?jǐn)?shù)據(jù)，為其它用戶提供端到端的下載，也能從別的機(jī)器上獲得所需的數(shù)據(jù)，最終完成視頻數(shù)據(jù)的多用戶、高帶寬播放。它按照時(shí)間片將用戶分成幾批，單位時(shí)間片內(nèi)的用戶之間實(shí)際上是P2P視頻直播。當(dāng)用戶任意選擇視頻播放位置時(shí)，它需要將用戶從原來(lái)的時(shí)間片中去除，然后加入相應(yīng)的時(shí)間片中，經(jīng)過(guò)短暫的緩沖后，就能從用戶指定的位置開(kāi)始播放視頻。由此可見(jiàn)，P2P的核心是利用用戶資源，通過(guò)“非中心化”的設(shè)計(jì)和多點(diǎn)傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了快速而不依賴服務(wù)器的文件交換。基于P2P的IPTV體系結(jié)構(gòu)可以使得IPTV業(yè)務(wù)的廣播和轉(zhuǎn)播等門檻降低，可以讓眾多用戶參與多媒體內(nèi)容的提供和共享，同時(shí)還可以節(jié)約電信運(yùn)營(yíng)商之間的對(duì)接流量。

當(dāng)然，運(yùn)用P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)IPTV應(yīng)用也有一定的難點(diǎn)。首先，P2P點(diǎn)播技術(shù)對(duì)帶寬抖動(dòng)十分敏感，而P2P流媒體是一種大流量的傳輸技術(shù)，必須將用戶帶寬完全利用起來(lái)才能與片源碼率相當(dāng)，相對(duì)于Ⅳ、IM等小流量的服務(wù)，帶寬的抖動(dòng)很難避免；同時(shí)，P2P點(diǎn)播節(jié)目源多，用戶比較分散，單個(gè)片源上的用戶比較少，分享率低，因此很難提高速率；最后，P2P點(diǎn)播圖像質(zhì)量比較好，接近帶寬上限，如果不采用精細(xì)的控制技術(shù)和良好的NAT穿透技術(shù)，在用戶數(shù)比較少的情況下不是很實(shí)用。

4 P2P理念與IPTV業(yè)務(wù)的結(jié)合

IPTV面對(duì)的是十萬(wàn)規(guī)模、百萬(wàn)規(guī)模的大并發(fā)多媒體服務(wù)的挑戰(zhàn)，在服務(wù)器I／O能力、帶寬、海量存儲(chǔ)、部署成本等方面都受到了前所未有的考驗(yàn)，它既要滿足用戶實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)要求，又要滿足大規(guī)模并發(fā)用戶同時(shí)在線的要求，還要能夠滿足低成本部署的運(yùn)營(yíng)要求和未來(lái)業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性的要求。因此，IPTV需要引入P2P重疊網(wǎng)的理念和技術(shù)。

共享資源協(xié)同計(jì)算是P2P的生存方式和生命力源泉。P2P系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用從依賴于有強(qiáng)大處理能力和高帶寬高性能計(jì)算機(jī)設(shè)備的集中處理模式的禁錮中解放出來(lái)，利用多個(gè)通用計(jì)算機(jī)設(shè)備的共享滿足應(yīng)用對(duì)高帶寬和高性能計(jì)算資源的要求。P2P意味著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)全部計(jì)算潛能的一次釋放。采用P2P架構(gòu)可以有效地利用大量普通計(jì)算設(shè)備的計(jì)算資源和帶寬資源，將計(jì)算任務(wù)或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分布到所有結(jié)點(diǎn)上，達(dá)到高性能計(jì)算、高I／O能力、高帶寬和海量存儲(chǔ)的目標(biāo)。P2P系統(tǒng)在大規(guī)模并發(fā)服務(wù)時(shí)凸現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，降低了系統(tǒng)的部署成本，這種高性價(jià)比能力正是P2P技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。

由此可見(jiàn)，P2P能夠很好地解決IPTV需要的帶寬問(wèn)題，而IPTV同時(shí)又能避免P2P的版權(quán)問(wèn)題和用戶問(wèn)題。

5 P2P-IPTV工作流程描述

在基于P2P的IPTV架構(gòu)的基礎(chǔ)上，IPTV終端得到服務(wù)的流程可以分為三個(gè)部分。

(1)登錄IPTV系統(tǒng)。IPTV終端啟動(dòng)后，首先將自行檢查是否處于NAT或者防火墻之后。UDP數(shù)據(jù)包無(wú)法正常穿越這些設(shè)備，因此需要利用NAT穿越技術(shù)打通信道。當(dāng)打通NAT信道后或直接處于公網(wǎng)位置，終端則發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包給存儲(chǔ)在其配置文件中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)(列表)。這個(gè)列表以超級(jí)節(jié)點(diǎn)的IP：PORT形式存儲(chǔ)。如果列表為空，則終端直接登錄到IPTV登錄服務(wù)器，獲取超級(jí)節(jié)點(diǎn)的列表。

(2)對(duì)等用戶搜索。IPTV終端登錄到承載網(wǎng)絡(luò)后，需要搜尋與其具有相同IPTV請(qǐng)求的對(duì)等用戶，并從這些對(duì)等體中得到所需要的服務(wù)。這個(gè)過(guò)程需要超級(jí)節(jié)點(diǎn)的索引幫助。超級(jí)電視節(jié)點(diǎn)在接受終端登錄的同時(shí)，將記錄用戶的請(qǐng)求并做服務(wù)歸類和索引，將其存儲(chǔ)在服務(wù)歸類數(shù)據(jù)庫(kù)中。超級(jí)節(jié)點(diǎn)在接受用戶請(qǐng)求后將根據(jù)其需求返回與其具有共同服務(wù)的對(duì)等體終端的列表，據(jù)此，終端可以直接與對(duì)等體建立連接，得到具有一定QoS保障的服務(wù)。

需要指出，超級(jí)電視節(jié)點(diǎn)也是一種終端，只是其處理能力或帶寬能力較強(qiáng)，被系統(tǒng)選為超級(jí)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)它退出系統(tǒng)時(shí)，由于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的分布式連接，終端用戶的對(duì)等服務(wù)搜索過(guò)程并不受影響，其他超級(jí)節(jié)點(diǎn)可代替提供相關(guān)服務(wù)。這保證了IFTV系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性，也為系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展提供了可能。

(3)服務(wù)建立和撤除。終端用戶得到對(duì)等用戶的列表后，將通過(guò)基于IP協(xié)議的IPTV承載網(wǎng)絡(luò)直接與多個(gè)對(duì)等電視用戶建立點(diǎn)一點(diǎn)的通信連接，彼此交換多媒體流的信息，從多個(gè)對(duì)等體接受數(shù)據(jù)流。當(dāng)某個(gè)用戶退出系統(tǒng)時(shí)，與其建立了點(diǎn)一點(diǎn)連接的對(duì)等用戶將刪除相應(yīng)信道，并將更新的對(duì)等用戶列表提交到超級(jí)電視節(jié)點(diǎn)，為下次用戶搜索作準(zhǔn)備。

6 結(jié)束語(yǔ)

在中國(guó)這樣一個(gè)電視擁有量居世界第一、電腦擁有量居世界第二的龐大市場(chǎng)，IPTV擁有著潛在的海量用戶，市場(chǎng)潛力不可估量。為實(shí)現(xiàn)便捷、高效快速、價(jià)優(yōu)質(zhì)高的IPTV網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，結(jié)合P2P技術(shù)不失為一條值得探索的道路。