??? 摘 要： 針對(duì)P2P技術(shù)在IPTV中應(yīng)用的研究熱點(diǎn),，提出了一種基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)" title="超級(jí)節(jié)點(diǎn)">超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu),，該結(jié)構(gòu)充分利用了P2P技術(shù)在交互式應(yīng)用方面的" title="面的">面的優(yōu)勢(shì),，使構(gòu)建更加靈活有效的IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)成為可能,。
??? 關(guān)鍵詞： P2P? IPTV? P2P-IPTV? 體系結(jié)構(gòu)
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??? 根據(jù)ITU-T的最新定義,，IPTV就是在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送包含電視,、視頻,、文本,、圖形和數(shù)據(jù)等,，并提供服務(wù)質(zhì)量/服務(wù)感受(QoS/QoE)保證、安全性,、交互性和可靠性的可管理的多" title="的多">的多媒體業(yè)務(wù),。由此可以看出,，IPTV明顯有別于互聯(lián)網(wǎng)流媒體應(yīng)用業(yè)務(wù)。IPTV的典型應(yīng)用目前主要包括直播電視,、時(shí)移電視和視頻點(diǎn)播等視頻類應(yīng)用及上網(wǎng)瀏覽等信息類應(yīng)用,。但現(xiàn)在的IPTV技術(shù)還存在服務(wù)效率低、重定向機(jī)制復(fù)雜,、網(wǎng)絡(luò)需要更高帶寬,、資源調(diào)度不靈活等問題，如果不能有效解決大規(guī)模用戶對(duì)交互式多媒體應(yīng)用的需求問題,，IPTV將不得不受限于此瓶頸,。P2P技術(shù)對(duì)交互式媒體應(yīng)用的支持能夠擴(kuò)展到大規(guī)模用戶群，這為互聯(lián)網(wǎng)以及一些電信級(jí)應(yīng)用的大規(guī)模發(fā)展提供了充足的空間,。為了更好地滿足IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,，有必要研究更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。作為P2P技術(shù)在IPTV中應(yīng)用的研究問題之一,，本文提出了一種基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu),，該結(jié)構(gòu)充分利用了P2P技術(shù)在交互式應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)，使構(gòu)建更加靈活有效的IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)成為可能,。
1 P2P技術(shù)簡(jiǎn)介
??? P2P技術(shù),，也稱為對(duì)等計(jì)算（Peer to Peer）技術(shù)，是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的思想,。在P2P結(jié)構(gòu)中,，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（peer）大都同時(shí)具有信息消費(fèi)者、信息提供者和信息通信等三方面的功能,。在P2P網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)所擁有的權(quán)利和義務(wù)都是對(duì)等的,。P2P是一種分布式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的參與者共享他們所擁有的一部分硬件資源（處理能力,、存儲(chǔ)能力,、網(wǎng)絡(luò)連接能力、打印機(jī)等）,，這些共享資源需要由網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)和內(nèi)容,，能被其他對(duì)等節(jié)點(diǎn)(Peer)直接訪問而無需經(jīng)過中間實(shí)體,。在此網(wǎng)絡(luò)中參與者既是資源（服務(wù)和內(nèi)容）提供者（Server）,，又是資源（服務(wù)和內(nèi)容）獲取者（Client）。P2P打破了傳統(tǒng)的Client/Server (C/S)模式,，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位都是對(duì)等的,。每個(gè)節(jié)點(diǎn)既充當(dāng)服務(wù)器，為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù),，同時(shí)也享用其他節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù),。
??? P2P系統(tǒng)一般要構(gòu)造一個(gè)非集中式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，在構(gòu)造過程中需要解決系統(tǒng)中所包含的大量節(jié)點(diǎn)如何命名、組織以及確定節(jié)點(diǎn)的加入/離開方式,、出錯(cuò)恢復(fù)等問題,。根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)系可以將P2P研究分為4種形式：中心化拓?fù)洌–entralized Topology）；全分布式非結(jié)構(gòu)化拓?fù)洌―ecentralized Unstructured Topology）,；全分布式結(jié)構(gòu)化拓?fù)洌―ecentralized Structured Topology,，也稱作DST網(wǎng)絡(luò)）和半分布式拓?fù)洌≒artially Decentralized Topology）。表1中比較了4種結(jié)構(gòu)的綜合性能,。
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??? P2P系統(tǒng)具有非常良好的可擴(kuò)展性" title="可擴(kuò)展性">可擴(kuò)展性,，能夠在較低成本情況下完成資源的聚合和共享，也允許peer在彼此數(shù)據(jù)的管理和資源共享上擁有較大的自治控制,。由于其出色的性能,，基于部分Serverless和完全Serverless的P2P技術(shù)，出現(xiàn)了大量的互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)增值業(yè)務(wù),，例如分布計(jì)算,、協(xié)同工作、文件共享,、即時(shí)通信等,。
??? 目前大多互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用都是基于傳統(tǒng)的C/S模式的，IPTV也是如此,。C/S模式使得網(wǎng)絡(luò)上的資源向服務(wù)器端集中,，用戶之間的通信高度依賴于服務(wù)器，無法直接交流信息,。因此,，在網(wǎng)絡(luò)性能方面，P2P的優(yōu)點(diǎn)在于它是基于互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)等架構(gòu),，可以大大改善資源的流量分布,，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞和帶寬的瓶頸問題，減緩存儲(chǔ)服務(wù)器的響應(yīng)壓力,。在通信方式上,，基于P2P的系統(tǒng)由于peer之間的協(xié)作，具有高度的容錯(cuò)性和非常好的可擴(kuò)展性,，可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布和資源的聚合,，數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r(shí)性和成本都具有C/S所無法比擬的優(yōu)越性。圖1所示為C/S與P2P模式的比較,。
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2 IPTV工作原理與層次結(jié)構(gòu)
??? IPTV利用IP寬帶網(wǎng)絡(luò),，以“電視機(jī)+機(jī)頂盒”為主要終端設(shè)備，為用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的互動(dòng)多媒體服務(wù)" title="多媒體服務(wù)">多媒體服務(wù)的寬帶增值業(yè)務(wù)。其工作原理與基于互聯(lián)網(wǎng)的電話服務(wù)VoIP相似,，它把呼叫分為數(shù)據(jù)包,，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送，然后在另一端進(jìn)行復(fù)原,。其過程與多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸過程大致相同,。首先是編碼，即對(duì)原始的電視信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,，轉(zhuǎn)化成適合Internet傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式,；然后通過互聯(lián)網(wǎng)傳送，最后解碼通過電腦或是電視播放,。但因?yàn)樗鶄鬏數(shù)臄?shù)據(jù)是視頻和同步的聲音,，如果效果達(dá)到普通的電視效果每秒24幀甚至是DVD效果，顯然所要求的傳輸速度是非常高的,。
??? IPTV能提供點(diǎn)播,、廣播/直播、視頻通信,、短信/彩信,、信息服務(wù)、游戲等業(yè)務(wù),。IPTV技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù),，主要包括音視頻編解碼技術(shù)、流媒體傳送技術(shù),、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、IP機(jī)頂盒技術(shù)等。IPTV的特點(diǎn)主要包括：
??? ①采用高效的視頻壓縮技術(shù),，用戶可以得到高質(zhì)量(DVD水平)的數(shù)字媒體服務(wù),；
??? ②用戶可有極其廣泛的自由度，隨意選擇寬帶IP網(wǎng)上各網(wǎng)站提供的視頻節(jié)目,；
??? ③實(shí)現(xiàn)媒體提供者和媒體消費(fèi)者的實(shí)質(zhì)性互動(dòng),。IPTV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,、DVD/VCD播放、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽,、電子郵件,，以及多種在線信息咨詢、游戲,、娛樂,、教育及商務(wù)功能等。
??? 從層次結(jié)構(gòu)上分析,，一個(gè)典型的IPTV系統(tǒng)主要包含支撐層,、業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)承載層和終端層等部分,，如圖2所示,。支撐層主要完成IPTV用戶的管理認(rèn)證授權(quán)以及系統(tǒng)設(shè)備的管理。業(yè)務(wù)層主要是為IPTV提供多種多樣的多媒體交互業(yè)務(wù),，如視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù),，體育直播業(yè)務(wù)等；網(wǎng)絡(luò)承載層主要是IPTV的物理介質(zhì),，要求帶寬比較大,，最好支持組播，并具有一定的安全保護(hù)措施,，具體又可分為接入網(wǎng),、匯聚網(wǎng)和核心網(wǎng)三個(gè)部分。終端層則表示IPTV的最終用戶,，他們通過網(wǎng)絡(luò)承載層進(jìn)行不同方式的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù),，并在PC或者配合機(jī)頂盒的TVSet上觀看電視節(jié)目。
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3 基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)
??? 目前,，IPTV都是基于C/S模式的,，運(yùn)行在支持組播實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和點(diǎn)播存儲(chǔ)媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用的IP網(wǎng)絡(luò)中，需要面對(duì)十萬,、百萬規(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),、部署成本等方面都將受到前所未有的考驗(yàn)。當(dāng)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)用戶同時(shí)收看節(jié)目時(shí),，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和QoS,，ICP必須用大量服務(wù)器來平衡網(wǎng)絡(luò)訪問負(fù)載，并增加網(wǎng)絡(luò)出口帶寬,。但是,，服務(wù)器數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)容量的增加永遠(yuǎn)會(huì)落后于用戶規(guī)模的增長(zhǎng)。過渡性的解決辦法是采用組播傳輸技術(shù)來提供廣播服務(wù)或者采用內(nèi)容傳輸網(wǎng)等覆蓋網(wǎng)技術(shù),，但需要對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造,，這將大大增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，浪費(fèi)已有的資源投資,。
??? 為了徹底解決問題,，必須突破C/S模式體系結(jié)構(gòu),，引入P2P重疊網(wǎng)的理念和技術(shù)。圖3所示為一種基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)圖,。該結(jié)構(gòu)綜合了第一代中央控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和第二代分散分布體系結(jié)構(gòu)的IPTV的優(yōu)點(diǎn),，屬于第三代P2P體系結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)采用集中式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，聚合用戶,；在超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間采用分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為IPTV的穩(wěn)定度協(xié)同工作,。分布式放置的超級(jí)節(jié)點(diǎn)取代了中央索引檢索服務(wù)器,，同時(shí)，采用分層次的快速搜索算法改進(jìn)IPTV的多媒體資源和內(nèi)容的搜索性能,，縮短了電視節(jié)目的反應(yīng)速度和頻道切換速度,。具有高性能的超級(jí)節(jié)點(diǎn)彼此間相互協(xié)作，即使一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)崩潰,，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)仍然與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有連接,，并在新的頻道的搜索中使用新的超級(jí)節(jié)點(diǎn)。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)其退出系統(tǒng)時(shí),，由于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的分布式連接,，并不影響終端用戶的對(duì)等服務(wù)搜索過程。其他超級(jí)節(jié)點(diǎn)可代替提供相關(guān)服務(wù),，從而保證了P2P-IPTV系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性,，也為系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展提供了良好的接口。
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??? 與Skype中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)類似,，P2P-IPTV的體系結(jié)構(gòu)中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)其實(shí)也是一個(gè)節(jié)點(diǎn),，可作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的索引服務(wù)器。超級(jí)節(jié)點(diǎn)還可為處于局域網(wǎng)NAT或者防火墻的IPTV用戶建立與外界用戶節(jié)點(diǎn)間的連接并為其媒體流做轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù),。
??? 基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)可以使得IPTV業(yè)務(wù)的廣播和轉(zhuǎn)播等門檻得到降低,，可以讓更多用戶參與并使自制的多媒體內(nèi)容得到基于全球覆蓋的共享和分發(fā)，同時(shí)還可以節(jié)約電信運(yùn)營(yíng)商之間的對(duì)接流量,，減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本,。
??? IPTV起源于互聯(lián)網(wǎng)流媒體技術(shù)，盡管技術(shù)基礎(chǔ)和基本功能是一致的,，互聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行的IPTV系統(tǒng)與電信級(jí)的IPTV系統(tǒng)在功能,、性能和可靠性等方面都差異很大。尤其在IP的盡力而為的網(wǎng)絡(luò)傳送方式下,，如何利用技術(shù)手段保證用戶的IPTV業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量,，一直都是IPTV技術(shù)試圖克服的難題,。本文研究的基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)，充分利用了P2P技術(shù)在交互式應(yīng)用等方面的優(yōu)勢(shì),，使構(gòu)建更加靈活有效的IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)成為可能,。
參考文獻(xiàn)
[1]?GRANVILLE L Z. Managing computer networks using peer-to-peer technologies[J]. IEEE Communications Magaine, 2005,43(10).
[2]?GUHA S, DASWANI N, JAIN R. An experimental study of the skype peer-to-peer VoIP system[J], Proceedings of IPTPS,2006.
[3]?吳吉義,龔祥國(guó).一種基于超級(jí)節(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)研究.Proceedings of the 4th China?Conference on Software Engineering,2007.
[4]?何曉華.P2P技術(shù)在IPTV中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)有線電視,2006,(12).
[5]?何寶宏.淺析IPTV的概念與內(nèi)涵[J].電信網(wǎng)技術(shù),2006,(2).
[6]?何寶宏. IPTV與P2P技術(shù)結(jié)合將更具可擴(kuò)展性[J]. 中國(guó)電子報(bào),2007.