基于P2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV技術(shù)分析與設(shè)計(jì)

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，很多新興的技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)逐漸進(jìn)入人們的視野，并且滲透到人們的生活之中。其中，P2P技術(shù)作為一種流媒體網(wǎng)絡(luò)電視系統(tǒng)在當(dāng)今人們的生活中已經(jīng)較為普遍，文章就基于P2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV技術(shù)作了較為詳細(xì)的分析，主要介紹了IPTV常規(guī)技術(shù)的CDN分析，還對(duì)P2P流媒體做了透徹的介紹和技術(shù)分析，最后重點(diǎn)論證了P2P技術(shù)在IPTV中的應(yīng)用，以及一些P2P技術(shù)應(yīng)用于IPTV過(guò)程中存在的問(wèn)題與解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：P2P網(wǎng)絡(luò)電視；IPTV技術(shù)分析；設(shè)計(jì)

所謂IPTV技術(shù)，就是我們經(jīng)常在生活中提到的網(wǎng)絡(luò)電視技術(shù)。其特點(diǎn)就是利用寬帶IP網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)給家用或者公用電視加載電視機(jī)、機(jī)頂盒、或計(jì)算機(jī)、手機(jī)、移動(dòng)終端，作為一種終端設(shè)備，來(lái)傳輸包括視頻、游戲等多項(xiàng)多媒體服務(wù)。IPTV技術(shù)的發(fā)展不僅充分發(fā)揮了電視機(jī)的傳統(tǒng)功能，還帶動(dòng)了其他類似于遠(yuǎn)程教育、視頻會(huì)議以及電子商務(wù)等各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 IPTV常規(guī)技術(shù)CDN簡(jiǎn)介與分析

IPTV技術(shù)的工作機(jī)理是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能。IPTV系統(tǒng)的組成包括了中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)相互組合形成了多級(jí)結(jié)構(gòu)。雖然看似結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其實(shí)各節(jié)點(diǎn)間工作任務(wù)分工明確。例如，中心節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是儲(chǔ)存全部的節(jié)目流，而對(duì)于邊緣節(jié)點(diǎn)而言，任務(wù)主要集中于儲(chǔ)存部分節(jié)目流。但是如果用戶所發(fā)出的請(qǐng)求沒(méi)有直接到達(dá)邊緣節(jié)點(diǎn)的情況下，就需要借助中心節(jié)點(diǎn)將內(nèi)容發(fā)送到邊緣節(jié)點(diǎn)。這也就是內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工作原理，簡(jiǎn)稱CND技術(shù)。這里的具體工作細(xì)節(jié)是這樣的，用戶在觀看電視節(jié)目的時(shí)候，有兩種算法參與工作，分別是用戶定位算法和服務(wù)器健康監(jiān)測(cè)算法，這兩種算法分析過(guò)程的最終結(jié)果將最后確定為最接近用戶的最佳CDN服務(wù)器，同時(shí)將計(jì)算的結(jié)果傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)。CDN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于與鏡像相比更為智能化，在工作過(guò)程中可以顯著提高Internet網(wǎng)絡(luò)中信息流動(dòng)的效率，在解決關(guān)于網(wǎng)絡(luò)寬帶小、用戶訪問(wèn)量大以及網(wǎng)點(diǎn)分布不均勻等問(wèn)題上更有優(yōu)勢(shì)，很大程度上提高了用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。但是目前CDN技術(shù)的發(fā)展也遭遇了瓶頸，就是客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）模式的輸入/輸出。由于IPTV技術(shù)的目前市場(chǎng)占有量快速增加，呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的需求，因而只能夠支持有限的客戶機(jī)的邊緣服務(wù)器已經(jīng)不足以滿意消費(fèi)者的消費(fèi)需求，需要進(jìn)行不斷的技術(shù)更新。

2 P2P流媒體簡(jiǎn)介與技術(shù)分析

2.1 P2P流媒體技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂P2P流媒體技術(shù)又稱為對(duì)等計(jì)算，是一種特殊的分布式系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層為建立基礎(chǔ)，在這一網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層中每一個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)各自的路由相互通信。在P2P流媒體技術(shù)興起之前，在互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上廣泛采用的是C/S模式，這種模式與P2P流媒體技術(shù)的主要區(qū)別就在于，C/S網(wǎng)絡(luò)模式的各個(gè)客戶端和服務(wù)器是獨(dú)立的，兩者在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作過(guò)程中具有明確的分工，各自為營(yíng)。在客戶量少的境況下，服務(wù)器可以為每一個(gè)用戶提供獨(dú)立的資源和服務(wù)，但是當(dāng)用戶量不斷增加之后，服務(wù)器端的帶寬資源就會(huì)逐漸面臨枯竭的窘境，不能為客戶繼續(xù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。但是這些C/S模式的弊端在P2P技術(shù)研發(fā)之際已經(jīng)得到很好的改正，在P2P模式中，很大程度上降低了系統(tǒng)對(duì)于服務(wù)器的依賴性和依附性，甚至于在一些P2P系統(tǒng)中基本不需要服務(wù)器參與工作，用戶在與其他用戶連接的時(shí)候擺脫了服務(wù)器的限制。P2P模式的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是，強(qiáng)調(diào)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的平等性，在使用系統(tǒng)服務(wù)的同時(shí)，又要為系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)提供力所能及的服務(wù)。P2P模式的工作原理的特點(diǎn)就是：系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有雙重身份，一是要作為客戶端向其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求服務(wù)，二是作為服務(wù)端為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。這樣做的目的是可以最有效的利用分布在終端計(jì)算機(jī)上的邊緣性網(wǎng)絡(luò)資源，最大程度降低資源消耗量。

2.2 P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

P2P模式有諸多的優(yōu)點(diǎn)，可以有效節(jié)約服務(wù)器的資源，合理利用資源，在日常實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常見(jiàn)的P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大致有三類。一類是集中目錄式P2P模式。這是歷史最為悠久的P2P模式，出現(xiàn)的時(shí)間最早，因?yàn)榧夹g(shù)中還存在不夠成熟的因素，例如該結(jié)構(gòu)仍然具有中心化的特點(diǎn)，所以其中所含的P2P結(jié)構(gòu)的技術(shù)含量不夠純碎。第二類是分布式P2P模式。這種P2P模式的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)全部由對(duì)等的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，屬于純粹的P2P模式。工作原理是借助于相鄰節(jié)點(diǎn)間廣播接力來(lái)完成對(duì)等節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容共享和傳遞。最后一種是混合型P2P模式。按照能力不同將節(jié)點(diǎn)分為兩類，分別是普通節(jié)點(diǎn)和搜索節(jié)點(diǎn)。值得注意的是，這種P2P模式綜合了前兩類模式的優(yōu)點(diǎn)（集中式P2P快速查找和分布式P2P模式無(wú)中心化的優(yōu)勢(shì)），規(guī)避了兩類模式的弊端，有效消除了工作中出現(xiàn)的例如網(wǎng)絡(luò)堵塞、搜索遲緩等不利影響。

2.3 P2P技術(shù)的特點(diǎn)

P2P技術(shù)主要有四個(gè)方面的技術(shù)特點(diǎn)。一是無(wú)中心點(diǎn)。這一特點(diǎn)在P2P所有特點(diǎn)最為突出，是P2P技術(shù)模式顯著區(qū)別于其他技術(shù)的鮮明特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，就是將網(wǎng)絡(luò)中所有的資源和服務(wù)分散在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，這樣的話每一個(gè)對(duì)等點(diǎn)都具有了相同的地位，具有了雙重功能，既可以請(qǐng)求服務(wù)還可以提供服務(wù)。第二個(gè)特點(diǎn)是健壯性和可拓展性強(qiáng)。具體說(shuō)來(lái)就是節(jié)點(diǎn)工作的過(guò)程中受網(wǎng)絡(luò)和其他節(jié)點(diǎn)的影響較小，就算是少量的節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)絡(luò)遭到破壞出現(xiàn)損傷，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這樣就改善了傳統(tǒng)的C/S模式容易受到服務(wù)器限制、一旦服務(wù)器出現(xiàn)異常就影響到所有用戶使用的缺點(diǎn)。第三個(gè)特點(diǎn)就是高性價(jià)比。價(jià)格高低是考量一項(xiàng)技術(shù)是否可以得到廣泛推廣的一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)。P2P技術(shù)在較低成本的前提下，還兼顧著優(yōu)良的工作性能，確實(shí)具有較高的性價(jià)比。最后一個(gè)特點(diǎn)就是負(fù)載均衡。由于P2P模式的雙重性特點(diǎn)（每一個(gè)節(jié)點(diǎn)即是服務(wù)器又是客戶機(jī)），資源分配的均衡極大程度上降低了傳統(tǒng)C/S模式對(duì)服務(wù)器運(yùn)算和儲(chǔ)存能力的要求，體現(xiàn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡。

3 基于P2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV技術(shù)分析與設(shè)計(jì)

3.1 IPTV工作原理

關(guān)于IPTV的工作原理，前文中已經(jīng)簡(jiǎn)要介紹了，下面再進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明一下。IPTV是以電視機(jī)和機(jī)頂盒為主要的終端設(shè)備，借助于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供包括電視節(jié)目、遠(yuǎn)程教學(xué)和視頻會(huì)議等多項(xiàng)服務(wù)在內(nèi)的寬帶業(yè)務(wù)。工作過(guò)程大致分為三個(gè)主要步驟，首先是完成編碼工作，就是對(duì)原始的電視信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行全新的編碼，將其轉(zhuǎn)化為適合Internet傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式。接下來(lái)的工作是將編碼好的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳送。最后的工作是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，只有解碼后的數(shù)據(jù)才可以被電腦或電視播放。IPTV的層次結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要應(yīng)該包括支撐層、業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)承載層和終端層幾部分構(gòu)成。組成結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分分工明確，支撐層主要完成IPTV用戶的管理認(rèn)證授權(quán)和系統(tǒng)設(shè)備的管理工作。業(yè)務(wù)層的工作職責(zé)是為IPTV提供各式各樣的多媒體交互業(yè)務(wù)，例如日常生活中較為常用的視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)、體育直播業(yè)務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)承載層又細(xì)分為接入網(wǎng)、匯聚網(wǎng)和核心網(wǎng)三個(gè)部分。網(wǎng)絡(luò)承載層主要是IPTV的物理介質(zhì)，對(duì)于帶寬比的要求較大，需要組播的支持，并且需要一定的安全保護(hù)措施。終端層代表著IPTV的最終用戶，在借助于網(wǎng)絡(luò)承載層接入網(wǎng)絡(luò)之后，可以在個(gè)人電腦上觀看電視節(jié)目。

3.2 P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)

我們?cè)谟懻摶赑2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV技術(shù)的分析與設(shè)計(jì)中，先要與傳統(tǒng)的基于C/S模式的IPTV系統(tǒng)作出對(duì)比。在傳統(tǒng)的基于C/S模式的IPTV系統(tǒng)中，系統(tǒng)的服務(wù)能力往往受到服務(wù)器端的帶寬限制，而在P2P模式中可以有效解決這一瓶頸。因?yàn)樵赑2P網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)都發(fā)揮著雙重作用，既可以為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，又可以尋求其他節(jié)點(diǎn)的服務(wù)。節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系是對(duì)等的，這樣整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)能力就大幅度提高。在一個(gè)基于P2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV體系結(jié)構(gòu)中，其中有一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)，即通常所說(shuō)的SuperPeer，具體是指在一個(gè)用戶組內(nèi)負(fù)責(zé)維護(hù)組內(nèi)成員信息以及各成員所擁有資源的用戶，所謂的超級(jí)節(jié)點(diǎn)就是信息搜索的中心，不僅負(fù)責(zé)對(duì)某一制定區(qū)域的信息進(jìn)行收集和反饋，還忙于響應(yīng)和轉(zhuǎn)發(fā)用戶的查詢請(qǐng)求。由于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的工作級(jí)別較高，工作要求也較高，因而每一個(gè)組內(nèi)只有一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)，一般由性能較高的計(jì)算機(jī)擔(dān)任，需要保證良好的穩(wěn)定性。

3.3 P2P技術(shù)應(yīng)用于IPTV存在的問(wèn)題

雖然P2P技術(shù)應(yīng)用于IPTV中有諸多優(yōu)勢(shì)，但是由于P2P應(yīng)用是一種分散的、自發(fā)的行為，因而還存在一些問(wèn)題，比如安全性和可管理性這兩個(gè)方面的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)虛擬的空間，因而通過(guò)P2P的許多交互行為存在欺騙和偽裝因素，出于安全因素的考慮，應(yīng)該要求系統(tǒng)記錄下參與交互過(guò)程的雙方用戶的身份，以便日后查驗(yàn)。因?yàn)镻2P網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)自治的網(wǎng)絡(luò)，工作流程的完成不需要中心服務(wù)器的參與和監(jiān)督，因而P2P網(wǎng)絡(luò)的可管理性較差。國(guó)內(nèi)的大多數(shù)P2P軟件開(kāi)發(fā)商研發(fā)的實(shí)力有限，大多使用網(wǎng)上已有的相關(guān)技術(shù)控件，而這些控件本身就存在問(wèn)題和漏洞，因而導(dǎo)致軟件本身的運(yùn)行不夠穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)程序錯(cuò)誤的問(wèn)題，甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，相較于傳統(tǒng)的基于C/S模式的IPTV系統(tǒng)，基于P2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV技術(shù)擁有多種優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都扮演著雙重角色，既可以是向其他節(jié)點(diǎn)尋求服務(wù)的客戶機(jī)，又可以是向其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的服務(wù)器。這樣就有效規(guī)避了傳統(tǒng)C/S模式的功能瓶頸。文章較為詳細(xì)介紹了基于P2P網(wǎng)絡(luò)電視的IPTV技術(shù)的技術(shù)原理，但是又提出了P2P技術(shù)應(yīng)用于IPTV過(guò)程中存在的問(wèn)題。

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