體育彩票多媒體播放系統(tǒng)芻議

文丨李勤煒

（浙江省體育彩票管理中心技術(shù)部，杭州 310003）

多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)MIDS(Media Information Distributed System)隨著系統(tǒng)功能不斷豐富，它的應(yīng)用范圍已逐漸擴(kuò)大，但目前彩票行業(yè)的應(yīng)用還沒有真正開始，更不用說普及，這主要是因?yàn)槎嗝襟w信息發(fā)布系統(tǒng)針對(duì)該行業(yè)的技術(shù)體系和發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)還沒有制定，特別是系統(tǒng)建立在彩票銷售網(wǎng)點(diǎn)中，有數(shù)量大、通訊條件多樣，同時(shí)由于彩票行業(yè)的特點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行相比其他行業(yè)更需安全、可靠。研究適用彩票業(yè)的多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)可以使彩票更透明、公開和公證，同時(shí)對(duì)彩民的培訓(xùn)和引導(dǎo)也起積極作用。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)的研究還在不斷深入中，中國(guó)已站在世界的前沿，特別是奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)的召開，許多信息發(fā)布都建立了相關(guān)多媒體系統(tǒng)，但目前的技術(shù)體系還無法做到海量信息的實(shí)時(shí)處理和傳播，大多是預(yù)先存儲(chǔ)或下載存儲(chǔ)后多媒體播放。從彩票業(yè)來說，實(shí)時(shí)開獎(jiǎng)，畫面即時(shí)傳播是必要的功能，本文希望用組播技術(shù)及P2P的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)文件傳輸協(xié)議來解決關(guān)鍵通訊瓶頸。

綜合國(guó)內(nèi)外研究，多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)主要是以下3種：C/S架構(gòu)(Cient/Server)、C/S+B/S架構(gòu)、B/S架構(gòu)(Brower/Server)；這些架構(gòu)都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足，目前由于彩票店的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，選擇兼容性好、成本相對(duì)較低又能保證系統(tǒng)安全、可靠的架構(gòu)是非常重要的。

1 目前運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)

上圖是浙江體育彩票網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)用的多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，采用C/S+B/S混合架構(gòu)，結(jié)構(gòu)中主要有五個(gè)模塊：最核心的是媒體發(fā)布以及BT服務(wù)模塊，它首先為EV08終端提供通訊服務(wù)、BT下載服務(wù),此外還為管理者提供素材、節(jié)目等相關(guān)管理服務(wù)。第二是開獎(jiǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)模塊，它用于日常開獎(jiǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)的來源為提供高頻數(shù)據(jù)的彩票機(jī)節(jié)點(diǎn)和提供普通開獎(jiǎng)數(shù)據(jù)浙江體彩網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，本模塊還向核心發(fā)布系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)更新通知。第三是數(shù)據(jù)庫模塊，采用SQL SERVER 2000x系統(tǒng)，為各類數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)庫查詢、調(diào)用服務(wù)。第四是浙江體彩網(wǎng)模塊，為多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)與浙江體彩網(wǎng)站中的數(shù)據(jù)交互調(diào)用提供接口。第五是EV08媒體播放終端，它采用LINUX操作系統(tǒng)，有兩個(gè)顯示輸出，一個(gè)為銷售網(wǎng)點(diǎn)的電視機(jī)提供視頻輸出，另一個(gè)輸出為顯示器使用，使媒體播放終端可以作為普通電腦使用。

現(xiàn)有系統(tǒng)往往要面臨處理大文件下載傳輸?shù)膯栴}（如視頻節(jié)目），而目前對(duì)銷售網(wǎng)點(diǎn)的來說網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，并且在大量播放終端存在的情況下，服務(wù)器的帶寬也極其稀缺，除利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)作為解決這一問題的有效辦法外，組播技術(shù)的應(yīng)用可以做到更靈活、更安全。

2 組播技術(shù)

2.1 IP組播的概念

IP組播是利用一種協(xié)議將IP數(shù)據(jù)包從一個(gè)源傳送到多個(gè)目的地，將信息的拷貝發(fā)送到一組地址，到達(dá)所有想要接收它的接收者處。IP組播是將IP數(shù)據(jù)包“盡最大努力”傳輸?shù)揭粋€(gè)構(gòu)成組播群組的主機(jī)集合，群組的各個(gè)成員可以分布于各個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上。IP組播群組中成員的關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，主機(jī)可以隨時(shí)加入和退出群組，群組的成員關(guān)系決定了主機(jī)是否接收送給該群組的組播數(shù)據(jù)包，不是某群組的成員主機(jī)也能向該群組發(fā)送組播數(shù)據(jù)包。

2.2 IP組播技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

信息顯示系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊主要采用IP組播技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：1）需要相同數(shù)據(jù)流的體彩信息顯示端加入相同的組共享一條數(shù)據(jù)流，節(jié)省了主機(jī)的負(fù)載。2）由于組播協(xié)議是根據(jù)接受者的需要對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，所以總帶寬不受接入端帶寬的限制。3）可分布式應(yīng)用，隨著需求與應(yīng)用的增長(zhǎng)，組播幾乎沒有客戶數(shù)量增長(zhǎng)的限制，符合競(jìng)猜型體育彩票業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

2.3 IP組播技術(shù)的特點(diǎn)

2.3.1 群地址

在組播網(wǎng)中，每個(gè)組播群組擁有惟一的組播地址，組播數(shù)據(jù)包可以送到標(biāo)識(shí)目的組機(jī)的組地址，發(fā)送者不必知道有哪些組成員，更不必知道組成員的位置和數(shù)量。

2.3.2 規(guī)?？蓴U(kuò)展性

隨著廣域組播網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模擴(kuò)大、網(wǎng)速提高，適應(yīng)組播路由算法和協(xié)議有PIM-DM、PIM-SM、CBT等。

2.3.3 健壯性

IP組播網(wǎng)絡(luò)使用的路由協(xié)議和算法能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)路由動(dòng)態(tài)變化，它采用軟件狀態(tài)刷新機(jī)制，制作路由備份等方法，來維護(hù)群組成員之間的連接，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

2.3.4 路由算法的獨(dú)立性

組播路由算法和協(xié)議獨(dú)立于單播路由使用的協(xié)議，但又依靠現(xiàn)存的單播路由表，在域內(nèi)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓瑒?dòng)態(tài)生成組播樹。

2.4 組播生成樹的靈活性

組播生成樹的形成與發(fā)送者和接收者的分布、網(wǎng)絡(luò)的流量狀況以及組成員的動(dòng)態(tài)性有關(guān)，且組播生成樹也反映了不同的組播路由算法和組播應(yīng)用。靈活的組播生成樹有利于數(shù)據(jù)包的傳送，不容易造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞。

3 相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)討論

根據(jù)體育彩票的業(yè)務(wù)需求，發(fā)布系統(tǒng)的多媒體信息有很多類型，數(shù)據(jù)量、重要性、即時(shí)性都有所區(qū)別，我們把數(shù)據(jù)量相對(duì)小、內(nèi)容十分重要，需要馬上播出的信息用組播傳送，如開獎(jiǎng)公告、重要的文本或視頻通知等；而數(shù)據(jù)量特別大、沒有即時(shí)要求的信息用P2P（peer to peer）協(xié)議傳送，如大型公益宣傳片、比賽錄像和娛樂節(jié)目等，媒體播放器終端完成下載后，根據(jù)節(jié)目單定時(shí)播出。下面對(duì)組播和P2P適用協(xié)議作簡(jiǎn)略探討。

3.1 組播適用的路由協(xié)議

域內(nèi)組播路由協(xié)議常用有：距離向量組播路由協(xié)議DVMRP、組播開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議MOSPF、基于核心樹的稀疏模式組播協(xié)議CBT、與協(xié)議無關(guān)的密集式組播協(xié)議PIM-DM、、與協(xié)議無關(guān)的稀疏式組播協(xié)議PIM-SM等。

下面用表格對(duì)各協(xié)議性能參數(shù)進(jìn)行比較：

根據(jù)上述協(xié)議的比較，我們使用了是PIM-SM協(xié)議，它擁有獨(dú)立于單播協(xié)議，可雙向轉(zhuǎn)發(fā)，組管理方便，安全性相對(duì)較好，流量不集中，擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。當(dāng)然它計(jì)算復(fù)雜，在域內(nèi)拓?fù)浠蚪M成員發(fā)生變化時(shí)，刷新周期需要仔細(xì)考慮，如果周期太長(zhǎng)，不能反映組播環(huán)境的變化，而太短，又會(huì)加重路由器處理控制消息的負(fù)載。

3.2 P2P應(yīng)用

體育彩票媒體播放器每天播出90 min的比賽錄像,還有約30 min的娛樂節(jié)目,這些內(nèi)容一般放在服務(wù)器端, 數(shù)據(jù)總量約500 M，為了不影響白天帶寬的應(yīng)用，客戶端下載是從晚上12:00開始到第二天凌晨6:00之間進(jìn)行,用P2P實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)內(nèi)容傳送。

P2P自2001年從文件共享領(lǐng)域興起，到現(xiàn)在已成互聯(lián)網(wǎng)主流應(yīng)用，但它協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化嚴(yán)重滯后，雖然國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）對(duì)P2P部分的概念、術(shù)語和體系結(jié)構(gòu)也作了定義，可大部分體系還在討論之中。目前微軟、INTEL、SUN都加大了開發(fā)力度，他們各有自己的優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)品。

我們的媒體播放器系統(tǒng)應(yīng)用了現(xiàn)在最成熟的產(chǎn)品：BitTorrent下載系統(tǒng)，該系統(tǒng)在多人同時(shí)下載同一個(gè)文件時(shí)，他們之間也互為對(duì)方提供文件的部分片段下載，這樣，就把上載服務(wù)的開銷分?jǐn)偟矫總€(gè)下載者那里，節(jié)約了帶寬，并支持無限下載者下載同一個(gè)文件。

BitTorrent下載系統(tǒng)簡(jiǎn)稱BT，它應(yīng)用了兩個(gè)協(xié)議：Tracker HTTP/HTTPS協(xié)議和Peer連接協(xié)議。

Tracker HTTP/HTTPS協(xié)議中的tracter實(shí)際上是一個(gè)HTTP的服務(wù)，該協(xié)議維護(hù)下載文件的全局統(tǒng)計(jì)信息。

Peer連接協(xié)議是建立在TCP上的，以.torrent文件里描述的排序的文件快為基礎(chǔ)，當(dāng)某個(gè)Peer下載完某個(gè)文件塊，并驗(yàn)證其Hash值正確后，該P(yáng)eer就向與它連接著的其它Peer宣布，它擁有該文件塊。

由于目前彩票店網(wǎng)絡(luò)環(huán)境千差萬別，媒體播放器終端都在網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換后的設(shè)備之后，因此NAT穿越，十分重要。如果我們傳輸層用的是UDP協(xié)議，那穿越技術(shù)用UDP Punch實(shí)現(xiàn)比較成熟?，F(xiàn)在我們傳輸層用的是TCP協(xié)議,我們將利用UPnP技術(shù)，這是一套解決網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)配置的協(xié)議，它的功能涵蓋了NAT穿越。其原理是利用UPnP規(guī)定的協(xié)議控制NAT設(shè)備，使NAT設(shè)備上主動(dòng)建立映射表，從而使外部來的TCP SYN請(qǐng)求能夠被送到相應(yīng)的媒體播放器終端。

4 網(wǎng)絡(luò)安全

從網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮因素包括以下若干環(huán)節(jié)：1）網(wǎng)絡(luò)邊界安全保護(hù)，在與體彩中心網(wǎng)絡(luò)互連部分，制定安全策略，規(guī)范合法流量，防范來自外圍的可能的安全威脅；2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身安全調(diào)優(yōu)，通過關(guān)閉不必要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，開啟所需的關(guān)鍵服務(wù)，調(diào)整系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)等方面加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IOS自身的安全性；3）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面的保護(hù)，部署特殊安全特性，著重防范攻擊，加固接入終端安全性，通過即時(shí)升級(jí)操作系統(tǒng)、打補(bǔ)丁軟件，安裝防病毒軟件、主機(jī)入侵檢測(cè)系統(tǒng)等，提高接入終端抵御安全風(fēng)險(xiǎn)的能力；4）網(wǎng)絡(luò)管理平面的保護(hù)，如何加強(qiáng)網(wǎng)管協(xié)議、設(shè)備訪問維護(hù)等方面的安全性。

利用組播和P2P技術(shù)可以最大程度的節(jié)約帶寬，保證多媒體信息，特別是大容量視頻圖像的傳輸和播放，體育彩票多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)在改進(jìn)后的實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)得到了檢驗(yàn)和論證。

[1]周賢偉. IP組播與安全. 國(guó)防工業(yè)出版社，2006（1）.

[2]劉瑩，徐恪. Internet組播體系結(jié)構(gòu). 科學(xué)出版社，2008（1）.

[3]刑小良. P2P技術(shù)及其應(yīng)用. 人民郵電出版社，2008（1）.

[4]蔡康，唐宏，丁圣勇，鄭貴鋒，等. P2P對(duì)等網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用.科學(xué)出版社，2011（1）.