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    基于云服務(wù)的P2P流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)視頻傳輸中的應(yīng)用

    2016-06-07 10:52:16周個(gè)妹劉澤斌
    關(guān)鍵詞:流媒體云服務(wù)教學(xué)系統(tǒng)

    周個(gè)妹 劉澤斌

    摘 要:通過(guò)闡述流媒體技術(shù)對(duì)于當(dāng)今遠(yuǎn)程教育的重要意義,文章提出了基于云服務(wù)的P2P的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)資源共享網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和解決方案,研究表明基于云服務(wù)的P2P架構(gòu)的流媒體技術(shù)能夠突破固有網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸,高效的傳輸流媒體文件,提高音視頻文件的播放質(zhì)量,保證視頻資源的穩(wěn)定性,更適用當(dāng)今遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。

    關(guān)鍵詞:云服務(wù);流媒體;P2P;教學(xué)系統(tǒng)

    中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-8454(2016)06-0091-04

    當(dāng)今,電子信息技術(shù)在以前所未有的速度發(fā)展,許多傳統(tǒng)領(lǐng)域都受到?jīng)_擊從而產(chǎn)生各種變革,基于先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),遠(yuǎn)程教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生,遠(yuǎn)程教學(xué)的開拓與發(fā)展,使得現(xiàn)在的教學(xué)模式呈多元化趨勢(shì)發(fā)展,無(wú)論是教學(xué)模式還是教授內(nèi)容均發(fā)生了巨大的變革。而相應(yīng)的,學(xué)生的學(xué)習(xí)模式也在變化,現(xiàn)在的課堂,學(xué)生不再是以單純的聽(tīng)講作為主要學(xué)習(xí)方式,他們開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂的主體,帶著疑問(wèn)有目的性的尋求教學(xué)資源,因此擁有龐大教學(xué)資料儲(chǔ)備、方便溝通渠道、良好互動(dòng)機(jī)制的遠(yuǎn)程教學(xué)模式必定成為教育領(lǐng)域的主流教學(xué)模式。

    一、基于云服務(wù)的P2P流媒體技術(shù)

    1.流媒體

    流媒體技術(shù)在一定程度上突破了網(wǎng)絡(luò)寬帶對(duì)多媒體信息傳輸?shù)南拗疲粡V泛用于網(wǎng)絡(luò)視頻直播、廣告、電子商務(wù)等各種領(lǐng)域,它采用流式傳輸?shù)姆绞?,其?shù)據(jù)流能夠做到隨時(shí)傳送,對(duì)系統(tǒng)緩存要求較低,縮短了啟動(dòng)延時(shí),隨時(shí)播放,減少了用戶等待時(shí)間且能夠做到斷點(diǎn)續(xù)播,不必從頭下載文件再播放,而且流媒體壓縮的音視頻文件容量小,易于網(wǎng)絡(luò)傳輸。

    雖然現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,但目前國(guó)內(nèi)的遠(yuǎn)程教學(xué)還存在不足之處,其中最顯著的一點(diǎn)是教學(xué)模式單一。許多院校只是將原版教材制成電子版上傳至網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載,僅僅是利用了網(wǎng)絡(luò)的便利條件改變了教學(xué)環(huán)境,教學(xué)形式上反而變得更加消極,在無(wú)人監(jiān)督和學(xué)習(xí)內(nèi)容單調(diào)乏味的情況下,會(huì)極大的打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,而且諸如化學(xué)、物理、音樂(lè)等需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和演示的學(xué)科,在只能傳輸PDF或PPT文本的形式單一的遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)上根本無(wú)法做到有效授課。

    流媒體技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決這些不足,從效果上看,流媒體技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)中教師授課風(fēng)采以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)景呈現(xiàn)在學(xué)生面前,幫助學(xué)生對(duì)課程的理解,同時(shí)輔以PPT講稿和索引,學(xué)員可根據(jù)需要自由切換學(xué)習(xí)的課程章節(jié),相比較于傳統(tǒng)教學(xué)模式,不僅不會(huì)降低教學(xué)質(zhì)量,而且極大地提高了教學(xué)的便利程度。從成本上看,由于支持流式技術(shù)的多媒體文件不需要全部下載完成就能觀看,點(diǎn)播延時(shí)大大縮短,不需要很大的緩沖區(qū),對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求下降。流式技術(shù)采用較高效的壓縮編碼如MPEG-4等,提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻的質(zhì)量,即使學(xué)員不在現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)課也有身臨其境的感覺(jué)。

    2.P2P概述

    大學(xué)的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)多以C/S模式存在,該模式中,服務(wù)器以單播的形式傳輸媒體流,該傳輸模式一般用于小范圍的局域網(wǎng)內(nèi),易于維護(hù)管理,但其缺點(diǎn)也十分明顯,當(dāng)用戶數(shù)量增加到一定程度時(shí),受服務(wù)器本身性能及網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制,無(wú)法承載較大流量的音視頻文件傳輸,這對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)流媒體技術(shù)的使用開發(fā)是一大瓶頸[1]。

    P2P是對(duì)等計(jì)算(Peer to Peer)的簡(jiǎn)稱,可以簡(jiǎn)單的定義成通過(guò)直接交換來(lái)共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù),而對(duì)等計(jì)算模型應(yīng)用層形成的網(wǎng)絡(luò)通常稱為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。在P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不依賴專用的集中服務(wù)器,成千上萬(wàn)臺(tái)彼此連接的計(jì)算機(jī)都處于對(duì)等的地位,網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)既能充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請(qǐng)求者,又對(duì)其它計(jì)算機(jī)的請(qǐng)求作出響應(yīng),提供資源和服務(wù)。此類組網(wǎng)的傳輸模式優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分利用客戶端(即學(xué)生終端)的閑置帶寬以及計(jì)算資源,減輕中央服務(wù)器及骨干網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān),解決C/S模式資源受限問(wèn)題,保證視頻流快速流暢播放,而且不需要互聯(lián)網(wǎng)路由器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持,因此性價(jià)比高且易于部署。但P2P技術(shù)流媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用中仍存在一些技術(shù)性的問(wèn)題,如合適源節(jié)點(diǎn)查找和數(shù)據(jù)傳輸路徑維護(hù)等,也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性造成負(fù)擔(dān)?;诖吮尘跋?,通過(guò)構(gòu)造新的虛擬多源P2P資源共享、傳輸模式等手段能有效解決遠(yuǎn)程教學(xué)中流媒體應(yīng)用的問(wèn)題,解決的方法是在客戶端節(jié)點(diǎn)中選擇優(yōu)秀節(jié)點(diǎn)構(gòu)建源組,充分利用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)終端用戶的空閑資源來(lái)減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān),在不影響接收教學(xué)視頻質(zhì)量的情況下,能夠保證客戶端穩(wěn)定、流暢地獲取視頻,同時(shí),使用該方法建立的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架具有良好的擴(kuò)展性,能自動(dòng)根據(jù)某一時(shí)期的用戶總量縮減或擴(kuò)張規(guī)模[2]。

    3.云服務(wù)概述

    云服務(wù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式,通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于本地設(shè)備的服務(wù),它具有大規(guī)模、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性和按需服務(wù)、費(fèi)用廉價(jià)等特點(diǎn),如此,小規(guī)模使用者既能省去高昂的數(shù)據(jù)中心的管理成本,云平臺(tái)服務(wù)商也可運(yùn)用閑散資源收取租用費(fèi)來(lái)對(duì)云平臺(tái)進(jìn)行維護(hù),雙方互利互贏。從普通用戶的角度來(lái)看,通過(guò)云平臺(tái)獲取服務(wù)價(jià)格低廉且方便快捷,只要有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方即能使用,因此運(yùn)用云服務(wù),能有效優(yōu)化基礎(chǔ)的P2P流媒體傳輸系統(tǒng)。

    二、系統(tǒng)模型

    1.傳輸系統(tǒng)框架

    使用P2P技術(shù)在遠(yuǎn)程教育平臺(tái)上傳輸流媒體,是為了充分利用終端設(shè)備的邊緣性網(wǎng)絡(luò)資源,減輕中央服務(wù)器負(fù)擔(dān),提高流媒體傳輸效率,所以在系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)上使用混合式傳統(tǒng)模型[3],如圖1所示。

    教師端或管理流媒體資源的中央服務(wù)器作為傳輸系統(tǒng)的源節(jié)點(diǎn),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的視頻流均源于此。如果采用C/S(客戶端/服務(wù)器)的方式,那么整個(gè)傳輸系統(tǒng)將受到源節(jié)點(diǎn)設(shè)備配置的制約,并且當(dāng)學(xué)生用戶數(shù)量增加到一定程度后,源節(jié)點(diǎn)的終端設(shè)備會(huì)由于負(fù)載過(guò)重造成當(dāng)機(jī)現(xiàn)象,從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。而純P2P的非中心化結(jié)構(gòu),則無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的快速定位,且容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴[4]。因此,傳輸系統(tǒng)采用建立虛擬源分組廣播的方式,在普通用戶中選擇網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)秀的節(jié)點(diǎn)作為組長(zhǎng)建立廣播組,由組長(zhǎng)專門負(fù)責(zé)該組內(nèi)部的流媒體傳輸管理,即源節(jié)點(diǎn)僅負(fù)責(zé)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的傳輸補(bǔ)償,而不對(duì)普通節(jié)點(diǎn)做流媒體文件傳輸,普通節(jié)點(diǎn)則由其所屬?gòu)V播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)流媒體傳輸[5]。由此,源節(jié)點(diǎn)與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)、組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)與組內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)均形成集中性結(jié)構(gòu),而各廣播組組長(zhǎng)之間、組內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸均采用P2P式的分散性結(jié)構(gòu),這樣即可快速補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流。

    2.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的工作原理

    (1)傳輸系統(tǒng)的初始化及資源獲取過(guò)程

    當(dāng)學(xué)生用戶需要獲取流媒體資源時(shí),必須先與源節(jié)點(diǎn)會(huì)話,建立通信鏈接,在首次通信過(guò)程中,源節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信響應(yīng)(如網(wǎng)絡(luò)帶寬及響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)等屬性)選擇網(wǎng)絡(luò)資源寬裕、終端性能優(yōu)秀的學(xué)生用戶的節(jié)點(diǎn)作為廣播組組長(zhǎng), 并分配編號(hào)GROUP_ID,構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)中的廣播組,并更新廣播組信息表,形成一級(jí)傳輸構(gòu)架。源節(jié)點(diǎn)優(yōu)先向組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)傳輸初始流媒體數(shù)據(jù),而各廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)間以純P2P的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián),互補(bǔ)信息差異。當(dāng)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)從源節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)后,馬上根據(jù)自身管理的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表所含路由信息進(jìn)行資源分發(fā)。

    隨著學(xué)生用戶接入數(shù)量的增加,源節(jié)點(diǎn)根據(jù)新接入節(jié)點(diǎn)的信息,利用均衡負(fù)載技術(shù),為用戶選擇最佳廣播組,標(biāo)識(shí)唯一節(jié)點(diǎn)編號(hào),并分配到相應(yīng)廣播組中,并向廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)反饋新節(jié)點(diǎn)信息。廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)接受到反饋信息后,更新組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表。

    節(jié)點(diǎn)在加入廣播組后,先與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)話,并從組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)流媒體初始片段流,然后組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)新節(jié)點(diǎn)當(dāng)前連接的片段號(hào)檢索組內(nèi)其余用戶,如果組內(nèi)其余用戶有相應(yīng)片段號(hào)的流媒體文件資源,則創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)與用戶P2P連接,由相應(yīng)用戶提供服務(wù);如其余用戶無(wú)新節(jié)點(diǎn)所需資源,則仍由組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)提供資源服務(wù)。

    由此可見(jiàn),廣播組內(nèi)部組成傳輸網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)構(gòu)架,普通用戶與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的層級(jí)關(guān)系與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)的層級(jí)關(guān)系一致,普通用戶僅向組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)及組內(nèi)用戶索取流媒體資源,極大地緩解了對(duì)源節(jié)點(diǎn)的壓力。雖然普通節(jié)點(diǎn)也需連接到源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證,但認(rèn)證信息所需網(wǎng)絡(luò)流量很小,不會(huì)對(duì)源節(jié)點(diǎn)造成太大影響。

    (2)節(jié)點(diǎn)信息認(rèn)證管理及維護(hù)

    源節(jié)點(diǎn):統(tǒng)一管理傳輸系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)信息及廣播組信息,當(dāng)有新節(jié)點(diǎn)加入時(shí),由源節(jié)點(diǎn)為其選擇廣播組,并向所選廣播組反饋新節(jié)點(diǎn)認(rèn)證信息,同時(shí)更新自身節(jié)點(diǎn)信息管理表。

    組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn):系統(tǒng)初始化時(shí),從源節(jié)點(diǎn)獲取流媒體數(shù)據(jù),并分發(fā)到組內(nèi)。廣播組穩(wěn)定后,負(fù)責(zé)組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息管理。在接到源節(jié)點(diǎn)反饋的新節(jié)點(diǎn)加入認(rèn)證后,更新組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表,并開始向新節(jié)點(diǎn)提供資源傳輸服務(wù)。同時(shí)廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)之間保持通信及P2P式資源傳輸補(bǔ)償。

    由于組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)源于學(xué)生用戶,為避免該用戶退出后出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄嗔鳜F(xiàn)象,源節(jié)點(diǎn)應(yīng)為每個(gè)廣播組配備后備組長(zhǎng),當(dāng)現(xiàn)有組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)退出后,后備組長(zhǎng)行駛組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)職能。后備組長(zhǎng)應(yīng)由組內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬最優(yōu)、響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)最短的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任。

    (3)節(jié)點(diǎn)退出

    正常退出:源節(jié)點(diǎn)信息表中,對(duì)新加入節(jié)點(diǎn)認(rèn)證并分配廣播組,同時(shí)更新節(jié)點(diǎn)信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)正常退出時(shí),向源節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求,源節(jié)點(diǎn)刪除節(jié)點(diǎn)信息表相應(yīng)信息并向?qū)?yīng)的廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)反饋,組長(zhǎng)停止對(duì)請(qǐng)求退出的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)服務(wù),刪除相應(yīng)的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息。

    異常退出:由于網(wǎng)絡(luò)故障或斷電等原因?qū)е掠脩粢馔怆x開時(shí),組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)不會(huì)收到用戶節(jié)點(diǎn)的退出請(qǐng)求。因此,傳輸系統(tǒng)內(nèi)需要通過(guò)心跳機(jī)制判斷節(jié)點(diǎn)存活。普通節(jié)點(diǎn)每個(gè)特定時(shí)間t向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)狀態(tài)信息標(biāo)示節(jié)點(diǎn)存活。若源節(jié)點(diǎn)在n個(gè)特定時(shí)間t內(nèi)未收到某節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息,則視該節(jié)點(diǎn)已退出,向?qū)?yīng)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出反饋信息,停止向未響應(yīng)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù),更新節(jié)點(diǎn)拓?fù)洹H艚M長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)未響應(yīng),則刪除組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn),同時(shí)更換后備組長(zhǎng)為新節(jié)點(diǎn)組長(zhǎng),并向新組長(zhǎng)配置相應(yīng)的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息。

    3.基于云服務(wù)的視頻資源傳輸優(yōu)化

    混合結(jié)構(gòu)的P2P視頻傳輸模型能夠極大地提高遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中視頻分發(fā)傳播的效率,但是有三點(diǎn)問(wèn)題需要解決:①視頻資源數(shù)據(jù)的完整性、安全性:為保證視頻資源的存儲(chǔ)安全,確保不在硬件損壞的情況下丟失文件,需要考慮到資源的備份工作,要保證在讀取備份的過(guò)程中不間斷視頻的傳輸、分發(fā)工作,則至少需要“雙機(jī)熱備份”作為基本配置,即需要兩套相同配置的服務(wù)器群及存儲(chǔ)陣列;②校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載過(guò)量:所有的初始資源均從存儲(chǔ)視頻資源的源節(jié)點(diǎn)獲取,會(huì)導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)構(gòu)建的初始階段,負(fù)責(zé)視頻資源管理的服務(wù)器負(fù)載過(guò)大,出現(xiàn)高延遲甚至當(dāng)機(jī)的現(xiàn)象;③關(guān)鍵點(diǎn)存活效率:組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵,它是第一批接收視頻資源并進(jìn)行分發(fā)管理的重要節(jié)點(diǎn),但是由于組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)是利用了性能較好的普通用戶節(jié)點(diǎn),所以當(dāng)系統(tǒng)中用戶到達(dá)一定程度時(shí),組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的登錄退出會(huì)變得相當(dāng)頻繁,繼而導(dǎo)致普通用戶頻繁的更換廣播組,期間的認(rèn)證通信過(guò)程會(huì)消耗不必要的網(wǎng)絡(luò)資源,增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)載,降低傳輸效率,加之也有可能會(huì)出現(xiàn)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)性能不足導(dǎo)致超級(jí)節(jié)點(diǎn)成為系統(tǒng)的瓶頸,其組內(nèi)的普通用戶節(jié)點(diǎn)成為孤立節(jié)點(diǎn),從而一直等不到視頻數(shù)據(jù)。

    由此,為保證傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)轉(zhuǎn),必須解決上述三個(gè)問(wèn)題。對(duì)于視頻文件數(shù)據(jù)的完整性、安全性和校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載過(guò)量的問(wèn)題,最直接的方法就是加強(qiáng)自身硬件配置,然而這需要配置多臺(tái)高性能服務(wù)器以及存儲(chǔ)陣列,無(wú)論在采購(gòu)還是日常維護(hù)的工作上,均要花費(fèi)大量的人力物力,對(duì)于學(xué)校而言,僅為了遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的視頻資源就花費(fèi)大量成本去構(gòu)建企業(yè)級(jí)的硬件設(shè)施是十分劃不來(lái)的。而如果使用云服務(wù),則可以完美解決這一問(wèn)題。首先,在硬件配置上,云平臺(tái)的設(shè)施都由大型企業(yè)作為運(yùn)營(yíng)商維護(hù),其硬件配置遠(yuǎn)比自己構(gòu)建的機(jī)房更高效,更合理,用戶從云平臺(tái)獲取流媒體教學(xué)資源,無(wú)需占用校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬,能極大緩解校內(nèi)網(wǎng)壓力;其次,從經(jīng)濟(jì)上,云平臺(tái)的設(shè)施不需要由學(xué)校派專人維護(hù),學(xué)校僅需要支付云平臺(tái)服務(wù)租用費(fèi)用即可,期間硬件的損壞更換、升級(jí)服務(wù)以及機(jī)房維護(hù),學(xué)校都不再需要支付任何費(fèi)用,學(xué)校也不用另外購(gòu)買數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份所需的硬件設(shè)備,極大地節(jié)約了人力和物力成本;再次,從拓展性來(lái)說(shuō),使用云服務(wù)可以根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量直接調(diào)整傳輸模型的承載能力,如需擴(kuò)大規(guī)模時(shí)不需要更換硬件設(shè)備,僅需要向云平臺(tái)的服務(wù)商購(gòu)買更高等級(jí)的環(huán)境配置即可。由此可見(jiàn),使用云平臺(tái)來(lái)解決本文提出的P2P視頻傳輸系統(tǒng)是有效可行并且極富性價(jià)比的。

    在引入云平臺(tái)的同時(shí),引入兩個(gè)定義:①主動(dòng)源:云平臺(tái)上一種由多個(gè)核心、可變內(nèi)存和永久的存儲(chǔ)空間組成的自動(dòng)化虛擬機(jī)服務(wù),它的任務(wù)是主動(dòng)接受從源節(jié)點(diǎn)(校內(nèi)管理流媒體資源的中央服務(wù)器)推送的流媒體文件數(shù)據(jù),并立即利用自身上傳能力分發(fā)到各用戶節(jié)點(diǎn),保證用戶節(jié)點(diǎn)盡可能早的獲得緩存視頻數(shù)據(jù),它的存在能夠有效解決視頻資源數(shù)據(jù)的完整性、安全性和校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載過(guò)量的問(wèn)題。②被動(dòng)源:僅租用簡(jiǎn)單的云存儲(chǔ)服務(wù),源節(jié)點(diǎn)和主動(dòng)源均可推送任意數(shù)據(jù)給被動(dòng)源,而普通的用戶節(jié)點(diǎn)如果無(wú)法在限定時(shí)間以前獲得流媒體數(shù)據(jù),則向被動(dòng)源請(qǐng)求,由被動(dòng)源直接推送數(shù)據(jù)給用戶節(jié)點(diǎn),它用于解決關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)存活問(wèn)題。

    被動(dòng)源工作機(jī)制:在基于P2P的視頻流傳輸系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)上,云節(jié)點(diǎn)除了向組長(zhǎng)服務(wù)器發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)外,還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在被動(dòng)源上。為了保證達(dá)到預(yù)定義的服務(wù)質(zhì)量,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都先緩存播放時(shí)間往后的一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)塊,把這段數(shù)據(jù)塊定義為緩沖預(yù)判,對(duì)應(yīng)的這段時(shí)間叫預(yù)判時(shí)間TL,如果一個(gè)數(shù)據(jù)塊不能在它應(yīng)該的播放時(shí)間減去TL這個(gè)時(shí)刻之前獲取到的話,那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)便向被動(dòng)源求助,從被動(dòng)源那直接獲取這個(gè)預(yù)判緩沖的數(shù)據(jù)塊。這樣,在組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)失效的情況下,普通用戶節(jié)點(diǎn)也能及時(shí)獲取流媒體視頻數(shù)據(jù),并且被動(dòng)源基于云服務(wù),不會(huì)頻繁登錄退出浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。

    主動(dòng)源工作機(jī)制:主動(dòng)源的目的是為了減少網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力,分擔(dān)校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載,提升服務(wù)質(zhì)量。主動(dòng)源獲得數(shù)據(jù)的途徑可以是媒體源,可以是其它主動(dòng)源,然后將數(shù)據(jù)推送給其他主動(dòng)源或者組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)、普通節(jié)點(diǎn)。由于主動(dòng)源具有自動(dòng)化虛擬機(jī)服務(wù),它和用戶節(jié)點(diǎn)一樣運(yùn)行節(jié)點(diǎn)取樣協(xié)議去獲取整個(gè)傳輸系統(tǒng)的拓?fù)湫畔⒑瓦\(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn)其鄰居節(jié)點(diǎn)。顯然,由于主動(dòng)源能夠自動(dòng)獲取拓?fù)湫畔⒑推渌?jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息,它可以對(duì)源節(jié)點(diǎn)做動(dòng)態(tài)備份,并且能自動(dòng)尋找壓力過(guò)大的群組,按負(fù)載壓力大小主動(dòng)分擔(dān)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)源的壓力,使得更多的節(jié)點(diǎn)在更早的時(shí)間接收到視頻流數(shù)據(jù),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率會(huì)得到提高。然而,由于主動(dòng)源的服務(wù)租用費(fèi)遠(yuǎn)比被動(dòng)源高,所以,主動(dòng)源和被動(dòng)源的租用數(shù)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況取舍,在用戶數(shù)量相對(duì)較小、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度不高的情況,甚至可以考慮僅使用被動(dòng)源功能。這樣才能做到效率和成本的兩方面優(yōu)化。

    本文設(shè)計(jì)和描述了基于云服務(wù)的P2P流媒體傳輸模式在遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用,并分析了系統(tǒng)的性能及優(yōu)勢(shì)?;谠品?wù)的P2P流媒體技術(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的C/S教學(xué)模式,將給遠(yuǎn)程教育模式帶來(lái)全新的體驗(yàn),解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量難以控制的問(wèn)題。隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境的改善和廣泛應(yīng)用,基于云服務(wù)P2P模式的流媒體技術(shù)將為遠(yuǎn)程教學(xué)提供更好的平臺(tái)。

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    (編輯:魯利瑞)

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