淺析P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電視中的應(yīng)用及現(xiàn)狀

1、淺析P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電視中的應(yīng)用及現(xiàn)狀國家廣電總局廣播電視監(jiān)測中心201臺 何艷文 樊峰輝提 要：通過對P2P技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)電視的介紹，簡述了P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電視中的應(yīng)用、前景以及發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：P2P 網(wǎng)絡(luò)電視 對等網(wǎng)絡(luò)P2P技術(shù)簡介 P2P技術(shù)什么是P2P技術(shù)呢？P2P是peer-to-peer的縮寫，peer在英語里有（地位、能力等）同等者、同事和伙伴等意義。因此，P2P也就可以理解為伙伴對伙伴的意思，或稱為對等聯(lián)網(wǎng)。P2P技術(shù)自面市以來一直受到廣泛的關(guān)注。最近幾年，P2P技術(shù)更是發(fā)展迅速。目前，業(yè)界對P2P的定義還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的說法，Intel將P2P技術(shù)定義為“通過系統(tǒng)間的直接交換達(dá)

2、成計算機資源與信息的共享”，這些資源與服務(wù)包括信息交換、處理器時鐘、緩存和磁盤空間等。IBM則對P2P賦予了更廣闊的定義，把它看成是由若干互聯(lián)協(xié)作的計算機構(gòu)成的系統(tǒng)并具備如下若干特性之一：系統(tǒng)依存于邊緣化（非中央式服務(wù)器）設(shè)備的主動協(xié)作，每個成員直接從其他成員而不是從服務(wù)器的參與中受益；系統(tǒng)中成員同時扮演服務(wù)器與客戶端的角色；系統(tǒng)應(yīng)用的用戶能夠意識到彼此的存在而構(gòu)成一個虛擬或?qū)嶋H的群體。圖1 p2p網(wǎng)絡(luò)通訊方式簡單地說，P2P技術(shù)是一種用于不同PC用戶之間、不經(jīng)過中繼設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)或服務(wù)的技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)通信方式如圖一所示。它打破了傳統(tǒng)的Client/Server模式，在對等網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點的地

3、位都是相同的，具備客戶端和服務(wù)器雙重特性，可以同時作為服務(wù)使用者和服務(wù)提供者。由于P2P技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的存儲模式將由目前的“內(nèi)容位于中心”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皟?nèi)容位于邊緣”模式，改變Internet現(xiàn)在的以大網(wǎng)站為中心的狀態(tài)，重返“非中心化”，將權(quán)力交還給用戶。目前，在網(wǎng)絡(luò)電視、文件共享、分布式計算、網(wǎng)絡(luò)安全、在線交流甚至是企業(yè)計算與電子商務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域P2P都顯露出很強的技術(shù)優(yōu)勢。簡單的說，P2P直接將人們聯(lián)系起來，讓人們通過互聯(lián)網(wǎng)直接交互。P2P使得網(wǎng)絡(luò)上的溝通變得容易、更直接共享和交互。P2P就是人可以直接連接到其他用戶的計算機、交換文件，而不是像過去那樣連接到服務(wù)器去瀏覽與下載。P2P看

4、起來似乎很新，但是正如B2C、B2B是將現(xiàn)實世界中很平常的東西移植到互聯(lián)網(wǎng)上一樣，在現(xiàn)實生活中我們每天都按照P2P模式面對面地或者通過電話交流和溝通。P2P的本質(zhì)思想是,整個網(wǎng)絡(luò)中不存在中心節(jié)點(或中心服務(wù)器)。在P2P結(jié)構(gòu)中,每一個節(jié)點(Peer)大都同時具有信息消費者、信息提供者和信息通訊者等三方面的功能,在P2P網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點所擁有的權(quán)利和義務(wù)都是對等的。在P2P工作方式中,每一個客戶終端既是客戶機,又是服務(wù)器。它弱化了服務(wù)器的作用,將信息數(shù)量、成本資源都向互聯(lián)網(wǎng)各點均勻分布,也就是所謂的“邊緣化”的趨勢,消除了單個資源帶來的瓶頸,可以控制和實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點的負(fù)荷平衡。P2P技術(shù)不僅能

5、利用服務(wù)器的資源,同時能合理地使用用戶計算機的空閑資源。用戶在享受媒體節(jié)目的同時,也在利用自身計算機所空閑的資源為其他用戶提供著服務(wù)。所以,使用P2P技術(shù)提供高質(zhì)量和大容量的流媒體服務(wù)系統(tǒng)成為可能。 2 P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電視中的應(yīng)用IPTV即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種利用寬帶有線電視網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等多種技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。它能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的趨勢，充分有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。 IPTV既不同于傳統(tǒng)的模擬式有線電視，也不同于經(jīng)典的數(shù)字電視。傳統(tǒng)的和經(jīng)典的數(shù)字電視都具有頻分制、定時、單向廣播等特點；盡管經(jīng)典的數(shù)字電視相對于模擬電視

6、有許多技術(shù)革新，但只是信號形式的改變，而沒有觸及媒體內(nèi)容的傳播方式。 IPTV關(guān)鍵技術(shù) IPTV是利用計算機或機頂盒+電視完成接收視頻點播節(jié)目、視頻廣播及網(wǎng)上沖浪等功能。它采用高效的視頻壓縮技術(shù)，使視頻流傳輸帶寬在800Kb/s時可以有接近DVD的收視效果（通常DVD的視頻流傳輸帶寬需要3Mb/s），對今后開展視頻類業(yè)務(wù)如因特網(wǎng)上視頻直播、遠(yuǎn)距離真視頻點播、節(jié)目源制作等來講，有很強的優(yōu)勢，是一個全新的技術(shù)概念。IPTV的特點及應(yīng)用 IPTV是利用寬帶有線電視網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以家用電視機作為主要終端電器，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種數(shù)字媒體服務(wù)。 隨著P2P研究的進一步深入， P2

7、P技術(shù)可以設(shè)計一個運營商級的音視頻業(yè)務(wù)系統(tǒng)，采用P2P技術(shù)的播放軟件成就了網(wǎng)絡(luò)電視的發(fā)展。P2P既代表一種新技術(shù)，也映射著一種新文化，從技術(shù)角度來說，它用Peer與Peer的對等溝通，打破了目前網(wǎng)絡(luò)流行的C/S主從模式，是對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新，也是互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的回歸。P2P受到了廣大網(wǎng)民的喜愛，目前主要的應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)電視下載有PPStream、沸點網(wǎng)絡(luò)電視、TVKoo、貓眼網(wǎng)絡(luò)電視、QQ直播；影視歌曲下載類的bt、百寶、酷狗(KuGoo)、電騾(eMule）等；通信類的Skype等。網(wǎng)絡(luò)電視的發(fā)展吸引了眾多的網(wǎng)民,它可以為用戶提供極為豐富的業(yè)務(wù),如VoD點播、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、電子郵件、多種在線信息咨

8、詢、游戲、個人視頻錄制、電子商務(wù)、VOIP、即時通信IM等。P2P技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)電視領(lǐng)域中更是如魚得水,主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）文件交換，資源共享：在傳統(tǒng)的WEB方式中,實現(xiàn)文件交換必須要通過服務(wù)器,通過把文件上傳到某個特定網(wǎng)站,用戶再到該網(wǎng)站搜索需要的文件,然后下載,這種方式需要WEB服務(wù)器能夠?qū)Υ罅坑脩舻脑L問提供有效服務(wù)。而P2P模式下,用戶可以從任何一個在線用戶的計算機中直接下載,從而真正實現(xiàn)了個人計算機與服務(wù)器的對等。（2）在線交流，即時通訊：通過使用P2P客戶端軟件,用戶之間可以進行即時交談,可以就網(wǎng)絡(luò)節(jié)目進行討論，從而實現(xiàn)實時互動。這樣既增加了用戶收看網(wǎng)絡(luò)電視的積極性,又促進了媒體

9、提供者和媒體消費者之間的互動。（3）快捷搜索，對等連接：P2P網(wǎng)絡(luò)模式中節(jié)點之間的動態(tài)而又對等的互聯(lián)關(guān)系使得搜索可以在對等點之間直接地、實時地進行,既可以保證搜索的實時性,又超越傳統(tǒng)目錄式搜索引擎的深度、速度、幅度。 傳統(tǒng)的流媒體服務(wù)大都是客戶/ HYPERLINK /tech/%B7%FE%CE%F1%C6%F7 服務(wù)器(C/S)模式如圖二所示，即用戶從流媒體服務(wù)器點擊觀看節(jié)目，然后流媒體服務(wù)器以單播方式把媒體流推送給用戶。當(dāng)流媒體業(yè)務(wù)發(fā)展到一定階段后，用戶總數(shù)大幅度增加，這種C/S模式加單播方式來推送媒體流的缺陷便明顯地顯現(xiàn)出來(如流媒體服務(wù)器帶寬占用大、流媒體服務(wù)器處理能力要求高等)，帶

10、寬、服務(wù)器等常常成為系統(tǒng)瓶頸，系統(tǒng)的可擴展性差。而通過P2P技術(shù)引入到流媒體傳輸中而形成的P2P流媒體技術(shù)，具有如下優(yōu)點：首先，這種技術(shù)并不需要互聯(lián)網(wǎng)路由器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此性價比高且易于部署；第二，在這種技術(shù)中，流媒體用戶不只是下載媒體流，而且還把媒體流上載給其他用戶，因此，這種方法可以擴大用戶組的規(guī)模，且更多的需求也帶來了更多的資源。同時相對于互聯(lián)網(wǎng)上眾多計算機，P2P應(yīng)用比其他應(yīng)用要更多考慮那些低端PC的互聯(lián)，它們不具備服務(wù)器那樣強的聯(lián)網(wǎng)能力，同時對于以往的P2P應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)在的硬件環(huán)境已經(jīng)更為復(fù)雜，這樣在通信基礎(chǔ)方面，P2P必須提供在現(xiàn)有硬件邏輯和底層通信協(xié)議上的端到端定位（尋

11、址）和握手技術(shù)，建立穩(wěn)定的連接。涉及的技術(shù)有IP地址解析、NAT路由及防火墻。目前互聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)模式是S/C方式，此方式要在互聯(lián)網(wǎng)上設(shè)置擁有強大處理能力和大帶寬的高性能計算機，配合高檔的服務(wù)器軟件，再將大量的數(shù)據(jù)集中存放在上面，并且要安裝多樣化的服務(wù)軟件，在集中處理數(shù)據(jù)的同時可以對互聯(lián)網(wǎng)上其他PC進行服務(wù)，提供或接收數(shù)據(jù)，提供處理能力及其他應(yīng)用。對于一臺與服務(wù)器聯(lián)機并接受服務(wù)的PC機來說，這臺PC機就是客戶機，其性能可以相對弱小。而P2P技術(shù)的特征之一就是弱化了服務(wù)器的作用，甚至取消服務(wù)器，任意兩臺PC互為服務(wù)器，同時又是客戶機，即對等。圖2 CS網(wǎng)絡(luò)通訊方式S/C方式造成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的集中，無

12、論信息資源還是成本資源均向同一方向集中，這樣的模式符合一對多、強對弱的社會關(guān)系形式，如政府對個人、對企業(yè)，大企業(yè)對小企業(yè)，學(xué)校對學(xué)生，企業(yè)對職工等等關(guān)系。雖然“客戶/服務(wù)器”模型是目前互聯(lián)網(wǎng)上占統(tǒng)治地位的計算模型，但從某種意義來說，P2P計算可以說是一種向傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的回歸，體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，因為互聯(lián)網(wǎng)最初的設(shè)計目標(biāo)就是讓網(wǎng)絡(luò)上的計算機互相之間可以直接通信而不需要中介。3 P2P直播的技術(shù)難點目前結(jié)合P2P技術(shù)的IPTV業(yè)務(wù)應(yīng)用已經(jīng)有多種實現(xiàn)，然而P2P技術(shù)為IPTV業(yè)務(wù)實現(xiàn)帶來靈活和高效率等優(yōu)點的同時也帶來一些問題，比如時延、網(wǎng)絡(luò)不可控、可管理性差等問題，在IPTV業(yè)務(wù)中應(yīng)用P2P技術(shù)必

13、須要考慮和解決上述問題。P2P技術(shù)的基本理念就是對等，體現(xiàn)在應(yīng)用中就是參與者不但接受服務(wù)而且提供服務(wù)(如:共享資源等)。另外該技術(shù)主要應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，同樣具有互聯(lián)網(wǎng)盡力而為的印跡，其本身并不考慮控制、管理等問題，而這些問題在電信業(yè)務(wù)應(yīng)用中則是不可或缺的重要部分，因此在IPTV的內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用P2P技術(shù)就必須考慮和解決一些問題，包括:業(yè)務(wù)時延問題、網(wǎng)絡(luò)不可控問題、ADSL節(jié)點上下行帶寬不對稱的問題、NAT/FW穿越的問題、安全性問題、可管理性問題。（1）穿透防火墻配置：防火墻電腦超過了90，如果讓2臺在防火墻后面的電腦能夠?qū)崿F(xiàn)P2P互聯(lián)，這是一個技術(shù)的難點。有2種方式：一是要求用戶配置TCP端

14、口：BT和電驢采用的方式，配置需要網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識。一般做法是通過在防火墻上開啟TCP端口來實現(xiàn)，如果開啟了端口或者本身有Internet IP地址的，為高聯(lián)通性電腦；在防火墻內(nèi)并且沒有開啟TCP端口的電腦，為低聯(lián)通性電腦。高聯(lián)通性電腦可以和其它的高聯(lián)通性電腦已經(jīng)低聯(lián)通性電腦進行P2P；而低聯(lián)通電腦只能和高聯(lián)通性電腦進行P2P。因此在BT、電驢中，有Internet IP或者已經(jīng)在防火墻上開啟端口的電腦速度很快，而在防火墻后面的電腦(一般為局域網(wǎng)上網(wǎng)方式)就比較慢了。而通過局域網(wǎng)方式上網(wǎng)的電腦超過70%，如果沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，或者沒有網(wǎng)管特殊配置，只能處于低聯(lián)通性，速度慢。二是防火墻自動穿透。無需用戶

15、配置，自動讓兩臺在防火墻后面的電腦能P2P互聯(lián)。P2P連接可以使用TCP和UDP兩種方式。而Tvkoo是使用UDP進行數(shù)據(jù)傳送的，因此不會有TCP限制。（2）用戶時延：用P2P技術(shù)實現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)的內(nèi)容分發(fā)實際上也是一種應(yīng)用層組播方式，也就是在各個Peer上實現(xiàn)的組播，由于P2P方式的內(nèi)容分發(fā)每個內(nèi)容切片往往要經(jīng)過多跳才能到達(dá)請求端，因此這種方式必然會帶來時延的疊加效應(yīng)，即離根節(jié)點越遠(yuǎn)的用戶時延越大。（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳豢煽兀河脩艏尤?、退出P2P網(wǎng)絡(luò)有一定的隨意性、偶然性。P2P網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳豢煽兀哂须S機的動態(tài)變化的特點，如果不采取其他補償措施，必然會導(dǎo)致IPTV業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量無法得到有效保障。針

16、對此問題補償?shù)霓k法有:路由備份，即為用戶請求的每個時間段的流文件切片都提供至少兩條路由，當(dāng)其中一條路由中斷時，能迅速切換到其他可選路由繼續(xù)下載所需的文件切片，以保證流文件在觀看過程中的流暢性。內(nèi)容本地緩存技術(shù)，也就是在用戶正式播放流文件前，在其終端預(yù)先緩存一定時間長度的流文件片段，從而為觀看過程中的業(yè)務(wù)抖動留出處理時間，并使用戶能夠順序觀看。（4）上、下行帶寬不對稱：P2P網(wǎng)絡(luò)具有異構(gòu)的特點，也就是實際的用戶終端能力和網(wǎng)絡(luò)能力都不盡相同，特別是隨著寬帶用戶逐漸的增加，而ADSL網(wǎng)絡(luò)用戶占寬帶用戶很大的比例。ADSL網(wǎng)絡(luò)上下行帶寬不對稱的特點對于P2P技術(shù)應(yīng)用的影響比較大。即使在網(wǎng)絡(luò)條件比較好的

17、情況下，一個ADSL用戶的上行帶寬可能也無法滿足其它用戶的媒體接收速度，這樣造成接收者帶寬的浪費，同時接收媒體的質(zhì)量低，會嚴(yán)重影響用戶體驗。既然無法改變大多數(shù)寬帶用戶采用ADSL網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，就只能通過其他辦法來解決這一問題，可行的方法有:接收者同時選擇幾個ADSL用戶的發(fā)送者，根據(jù)不同的發(fā)送者的上傳速度，在各個發(fā)送者之間進行平衡。根據(jù)不同的用戶帶寬來提供變碼率的媒體編碼技術(shù)，目前MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7以及H.264等主流的高壓縮率的編碼技術(shù)都支持變碼率的編碼技術(shù)。這樣可以為不同帶寬的用戶提供最合理的服務(wù)質(zhì)量，只是實現(xiàn)的復(fù)雜度稍高。（5）NAT/FW穿越：同樣，在實際網(wǎng)絡(luò)中部署

18、的大量NAT和 HYPERLINK /safe/firewall/ 防火墻設(shè)備是P2P技術(shù)應(yīng)用時不得不考慮的，基于P2P的內(nèi)容分發(fā)過程也必須要穿越NAT和防火墻設(shè)備才能保證IPTV業(yè)務(wù)的正常提供。常用的穿越NAT的方法有很多，可分類如下:需要修改NAT設(shè)備(A HYPERLINK /script/TXSiteSearch.aspx?s=16&ck=91641&k=LG LG)、需要修改client(STUN、TURN、ICE)、需要修改Server(SBC)、需要修改NAT和client(RSIP、NSIS)、需要修改NAT和Server(Midcom)、需要修改client和增加設(shè)備(代理)

19、。在IPTV的應(yīng)用中，P2P方式的通信信令要穿越NAT/FW有下面幾點考慮:NAT/FW后的用戶共享的資源屬于低優(yōu)先級資源，只有在公網(wǎng)上相同資源緊缺時，才考慮將其提供給其他用戶使用;私網(wǎng)用戶向公網(wǎng)用戶申請資源前，需主動用其接收服務(wù)端口向提供服務(wù)者發(fā)包，以在NAT/FW上建立映射關(guān)系;當(dāng)用戶向私網(wǎng)用戶請求服務(wù)時，可采用ICE的方式確定最佳路徑。（6）網(wǎng)絡(luò)安全性： P2P網(wǎng)絡(luò)中大量的交互在用戶之間完成，欺騙、偽裝相對比較容易。從安全角度考慮，系統(tǒng)有必要記錄下參與交互的雙方用戶的身份，當(dāng)發(fā)生危及系統(tǒng)安全的事件時，追究相關(guān)用戶的責(zé)任。為此，首先需引入認(rèn)證機制，在客戶登入P2P網(wǎng)絡(luò)時，鑒定其身份的合法性

20、，用戶注冊時， HYPERLINK /server/ 服務(wù)器向用戶頒發(fā)一個以服務(wù)器私鑰簽名的證書，證書中包括用戶名與公鑰等信息。下次用戶登錄時不僅提供用戶名與密碼，還會提供服務(wù)器簽名的證書，更加保證了用戶身份的安全;其次用戶雙方交換信息前也需要互相認(rèn)證對方的身份。（7）網(wǎng)絡(luò)可管理性：傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡(luò)是一種自治的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點加入、退出P2P網(wǎng)絡(luò)，注冊、搜索、請求資源都不需要中心服務(wù)器的參與。這一方面降低了組網(wǎng)的成本，另一方面也帶來了管理的難度，P2P網(wǎng)絡(luò)的運營者很難管理整個網(wǎng)絡(luò)和單個節(jié)點。在IPTV業(yè)務(wù)中應(yīng)用時，則必須要解決P2P網(wǎng)絡(luò)可管理性差的問題，為此，可以考慮在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部位布置一定的中心服務(wù)器，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的管理工作，這樣雖然在一定程度上增加了成本，但是必須要在成本和可管理性兩者之間進行必要的權(quán)衡。盡管P2P技術(shù)在IPTV這樣的要求可運營可管理的電信業(yè)務(wù)中應(yīng)用時存在著很多需要去解決的問題，但是這些問題并不能掩蓋P2P技術(shù)所固有的優(yōu)勢，在設(shè)計和構(gòu)建基于P2P的IPTV業(yè)務(wù)系統(tǒng)時，綜合考慮上述問題，不但可以在一定程度上克服這些問題，而且還可以在降低成本的同時為IPTV業(yè)務(wù)帶來更多更靈活的業(yè)務(wù)形式。另一方面，P2P技術(shù)有著堅實的用戶需求基礎(chǔ)，需求決定存在。無論是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)還是電信業(yè)務(wù)，個性化和多樣化是其發(fā)展的必然 HYPERLINK /script/TXSiteSearc