P2P流媒体技术.docx

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1、1.引言22.P2P流媒体技术22.1.流媒体的概念22.2.P2P的概念22.3.P2P流媒体技术的概念32.4.P2P流媒体系统架构642.4.1.直播：42.4.2.点播：52.4.3.直播和点播的区别762.5.P2P流媒体系统关键技术72.5.1.媒体文件定位机制72.5.2.QoS控制机制72.5.3.激励机制82.6.P2P流媒体的应用82.7.P2P流媒体的优势9浅谈P2P流媒体摘要：流媒体技术是未来网络服务体系的重要组成部分，P2P技术是分布式计算的重要发展方向，是未来高速网络中内容分发的基础。1将流媒体技术和P2P技术两者相结合，构成了可持续发展的网络服务P2P流媒体，是流

2、媒体技术发展的必然方向。本文旨在对P2P流媒体技术做简要的介绍和分析。关键词：流媒体、P2P流媒体、视频播放1. 引言随着互联网的普及，利用网络传输声音与视频信号的需求也越来越大。流媒体技术的出现，在一定程度上使互联网传输音视频难的局面得到改善。当流媒体发展到一定阶段后，用户总数大幅度增加，流媒体的缺陷被放大。传统的流媒体播放方式基于C/S集中式网络模式，对于高带宽、实时性和突发流量这三大困难很难找到行之有效的解决方案。而P2P技术采用分布式网络模式，能很好的解决网络带宽瓶颈等问题。将流媒体技术和P2P技术两者相结合的P2P流媒体技术为流媒体开辟了新的发展空间。22. P2P流媒体技术2.1.

3、 流媒体的概念流媒体实际指都是一种新的媒体传送方式，即采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式，而非一种新的媒体。流媒体又叫流式媒体，它是指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。3简单来说，流媒体在播放前并不下载整个文件，只将部分内容缓存，是流媒体数据流边传送边播放，这样就节省了下载等待实际和存储空间。如果将文件传输看作是一次接水的过程，过去的传输方式就像是对用户做了一个规定，必须等到一桶水接满才能使用它，这个等待的时间自然要受到水流量大小和桶的大小的影响。而流式传输则是，打开水头龙，等待一小会

4、儿，水就会源源不断地流出来，而且可以随接随用，因此，不管水流量的大小，也不管桶的大小，用户都可以随时用上水。从这个意义上看，流媒体这个词是非常形象的。2.2. P2P的概念P2P是Peer to Peer 的缩写，Peer在英文中是“对等的人，与之对等”之意；P2P中文译名为对等互联或点对点。P2P是互联网一种组网模式（即对等组网）的技术和应用。它依赖网络中参与者的计算能力和带宽，而不是把依赖都聚集在较少的几台服务器上。也就是说，P2P就是人可以直接连接到其他用户的计算机、交换文件，而不是像过去那样连接到服务器去浏览与从网络看。值得注意的是，P2P也不是新概念，P2P是互联网整体架构的基础。4

5、P2P模式如图1所示。图1 传统模式示意图 图2 P2P模式示意图2.3. P2P流媒体技术的概念P2P流媒体技术是指利用内容分片技术将内容分散保证在不同的终端的存储空间上，通过并行传输技术将额你让分发给各终端童虎，在终端流缓存中重组，提交媒体播放器进行播放的方式。5简单的说，P2P流媒体技术是一种低成本高效率的流媒体传输技术。它充分利用用户的闲置上行带宽来协助服务器分发流媒体内容。在P2P模式下，并非所有的客户端都从服务器获取媒体数据，客户端也连接其他客户端来获取媒体数据，因此在增加用户的同时无须相应增加服务器和带宽，从而大大降低了服务器的负载和带宽占用。P2P流媒体传输模式如图3所示。图3

6、 P2P流媒体传输模式示意图2.4. P2P流媒体系统架构62.4.1. 直播：1) 在流媒体直播服务中，用户只能按照节目列收看当前正在播放的节目。在直播领域，交互性较少，技术实现相对简单。因此P2P技术在直播服务只能够发展迅速。P2P直播是最能体现P2P价值的表现，用户观看同一个节目，内容趋同，因此可以充分利用P2P的传递能力，理论上，在上/下行带宽对等的基础上，在线用户数可以无限扩展。P2P与流媒体技术的结合最先产生的是基于P2P的实时流节目直播系统，从传统的树形分发，到现在的基于Gossip的纯Mesh分发。P2P直播已经先于P2P点播实现了大规模的应用。2) P2P直播的系统组网图4如

7、图所示。图4 P2P直播系统组网源节点需要将Media Encoder据进行拆包，然后组成过P2P方式将数据块为流媒体数据，模拟成流媒体服务将传输完成的数据发送给Media Player。网络流媒体协议为MMS、RTS两种。目前P2P直播都是使用WMV格式。3) P2P直播工作流程大概分5个步，分别是：第一步：Capture获取直播节目流，经过打包后上传到SuperPeer；第二步：SuperPeer将此节目流发布到Web Server,并且向Tracker注册此节目流；第三步：Client登陆Web Server,获取myseelite:/协议，从myseelite协议串中获得Tracker

8、的ip地址以及节目信息；第四步：Client登陆Tracker, Tracker根据节目信息，返回Client要求节目的SuperPeer地址和拥有此节目流的Client列表；第五步：Client依次连接SuperPeer和拥有此节目流Client,获得节目流。P2P工作流程如图5所示。图5 P2P直播工作流程图2.4.2. 点播：4) 与直播利于相对应，在P2P流氓日游点播服务中，用户可以选择节目列表中的任意节目观看。在点播领域，P2P技术的发展速度相对缓慢，一方面因为点播当中的高度交互性实现的服装程度高；另一方面是节目源版权因素对P2P点播技术的障碍。目前，P2P的点播技术主要朝着适用于点

9、播的应用层传输协议技术、底层编码技术、以及数字版权技术等方面发展。1) 整个P2P点播系统由4个主要的部分组成：Web Portal，Tracker Server，Source Server，Peer。P2P点播系统结构如图6所示，图6 P2P点播系统结构图Web Portal：每个客户端上线后，都会访问Portal页面，通过Portal可以查看当前整个系统的节目列表，每个节目的节目推荐列表，点击排名等。Portal运行在Tomcat服务器之上，后台是一个支持多用户的节目发布与管理WebPortal以后还包括用户的点击行为分析，根据用户。Tracker Server：负责索引当前的在线Peer

10、，管理Peer节点的位置信息，提供节点加入时的Peer List。Peer：负责从其它节点获取媒体数据扑的维护，buffer的管理。另外，每个Peer还是一个精简了的流媒体服务器，完成和本地播放RTSP交互，并从Buffer中取出媒体数据发送给本地播放器。Source Server：Source Server的功能和普通Peer差不多，不过在Source Server上存储整个电影内Source Server的主要功能是负Packet分成一个一个Source Server来说，准入控制非常重要。2) P2P点播系统工作流程大概分5步：第一步：通过HTTP访问Web Portal，得到节目列表信

11、息；第二步：用户点击节目列表，Peer从Channel URL中获知该频道的Tracker Server和Source Server的地址，然后向Tracker Server发出Join的请求；第三步：Tracker Server根据Peer的请求播放位置，返回一些和该Peer具有相邻播放位置的Peer节点。由于NAT问题的存在，Tracker一般只返回和新加入Peer在同一个局域网内的或者具有外网IP地址的Peer节点；第四步：向Peer List中的节点发起连接，建立Partner关系，并从Partner节点获取完成RTSP交互所必需的SDP信息，电影长度信息；第五步：根据Partner

12、Buffer Map的情况，开始向Partner节点调度数据请求。系统工作流程如图7所示。图7 P2P点播系统工作流程图2.4.3. 直播和点播的区别71) 点播的资源数目：点播有较多数量的视频供点播，直播的频道数要少得多，但用户有可能长时间观看。2) 内容源：点播已知要播放的全部内容，可以安排调度播放的内容，而直播一般内容未知（轮播较特殊）。3) 用户观看要求：点播用户可以从一部视频的任何部分开始观看，不同用户观看的位置可能相差很远，而直播时随到随看，各个用户之间观看内容基本保持一定程度的同步。4) 对端到端延时的敏感程度：点播只要满足播放要求，并不要求时效性；而直播对内容源的时间同步要求较

13、高。5) 交互操作：点播存在各种交互式操作，例如快进等，在QoS没有保障的情况下，用户有可能停止一段实际缓冲结束后再继续观看，而P2P一般只提供播放和停止操作，如果缓冲实际过程会造成内容过期。2.5. P2P流媒体系统关键技术2.5.1. 媒体文件定位机制流媒体服务的一个重要的特点是实时性,这就要求系统能够快速准确地定位客户所要件,因此,文件定位是需要解决的最基本的一。在传统的客户-服务器模式中,定位媒体文件一般是通过集中的服务器来实现。这种集中式的管理虽然能够快速响应文件,满足流媒体服务的实时性要求,但是存在着单点失效、缺点。在P2P流媒体系统中,观看同一影片的用户成一个P2P覆盖网络,新加

14、入的客完全过服务器而在此覆盖网络P2P的文件查找方式,找到可以提供,接受这些节点提供的影片内容。2.5.2. QoS控制机制1) 节点选择机制：在一个典型的P2P覆盖网络中,网络中的节点来自各个不同自治域,因此节点可以在任一时间自由的加入或离开覆盖网络,导致覆盖网络具有很大的动态性和不可控性。因此,如何在服务会话初始时,确定一个相对稳定的可提供一定QoS保证的服务节点或节点集合,是P2P流媒体系统需要解决的一个迫切的问题。节点的选择可以根据不同的QoS需求采取不同的选择策略。如果希望流媒体服务的延迟小,可以选择物理邻近的节点作为服务的速建立会话,如在局域网内有提供服务的节点,就不选择Inter

15、net上的节点,这也可以避免Internet上的带宽波动和拥塞;如果希望得到高质量的流媒体服务,则可选择能够提供高带宽、CPU能力强的节点,如在宽带接入的PC机和ADSL接入的终端之间选择前者;如果希望得到比较稳定的流媒体服务,则应选择相对稳定的节点,如在系统中停留时间较长,不会频繁加入或退出系。一般情况下,节点的选择是多种策,还有很多问题值得研究。例如如何确定一个节点是相对稳,这需要该节点的一,如为其他节点提供服务的时间。2) 容错机制由于P2P流媒体系统中节点的动态性,正在提供服务的节点可能会离开系统,传输链路也可能因拥塞而失效。为了保证接受服务的连续性,必须采取一些容错机制使系统的服务能

16、力不受影响或尽快恢复。对于节点失效的问题,可以采取主备用节点的方式容错。在选择发送节点时,应选择多个服务节点,其中某个节点(集)作为活动节点(集),其余节点则作为备用节点。当活动节点失效时则由备用节点继续提供服务。值得研究的问题是如何快速有效地检测节点的失效,以及如何保证在主备用点切换的过程中流媒体服务的连续性。流媒体服务的实时性较强,因此节点的故障检测时间尽可能短,才能保证服务不中断。如何缩短故障检测实际的研究也不少,大都是采用软状态协询问节点的寸,需要考虑询问频度与询问消息开销之间的折中。3) 数据调度机制在多源的P2P流媒体系统中,由多个提供不同带宽的发送者向一个接收节点发送数据。为了保

17、证服务延迟小以及服务的连续性和稳定,接收节点应决定每个发送者发送的速率以及,即对发送方的数据传送的调度。如何对各个发送者的数据传进行有效合理的调度是一个具有挑战性的问题,因为媒体数据是连续的,发送方传送的是不同的数据段,这些数据段最终由接收者还是还原成连续的媒体流。传送调度的目的,是在媒体数据被消费之前收到各个发送者发送的数据段并将之还原成连续的媒体数据,从而保证媒体正常回访。由于发送者的能力各,使得问题更加复杂。2.5.3. 激励机制相对于传统的客户-服务器模式的流媒体系统,P2P流媒体系统的可伸缩性高,系统的吞吐量大,负载分布到系统中的各个节点中,减缓了服务器的压力。但前提条件是P2P流媒

18、体系统中的节点应充分的相互协作,共享拥有的资源,如磁盘空间、上行带宽等。然而在现实环境中情况远非如此。在P2P系统中,大多数的用户不愿共享自己的资,只有少数无私的用户贡献资源并成为服,响应其他用户的请求。P2P系统中用户这种“自由管理”(free riding)的方式不能够充分利用各用户的空闲资源。在极端情况下,若只有极少数用户愿意提供资,整个P2P系统将蜕化成客户-服务器模式。因此,有必要采取一些激励机制制鼓励永和贡献他们的资源。42.6. P2P流媒体的应用P2P流媒体的推出最早流流行于校园网络，通过校园内部网架设服务器，借助P2P流媒体的技术，使得校园学生在观看网络视频的同时可以相互共享

19、流资源，减速服务器的压力，有效提高在线视频的流畅度。于是一夜之间，P2P流媒体就发展开来，为P2P的应用开启了一道又一道的大门。8P2P流媒体技术广泛用于互联网多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、网络视频广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、网络电视台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。Internet的迅猛发展和普及为P2P流媒体业务的发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正变得日益流行。近几年来，基于宽带有线网络的P2P流媒体技术应用获得了长足发展，基P2P流媒体技术也日益走向成熟。目前常见的P2P流媒体的应用于主要有：视频点播、视频播放、交互式网络电视（IPTV）、远程

20、教学、交互游戏。2.7. P2P流媒体的优势P2P流媒体的优势概括来说为分散化、高性能、良好的扩展性、低成本、健壮性。1) 分散性在P2P流媒体播放系统中每一个节目文件被分割成若干块，当一个节点播放节目的时候，实际上是来自不同的节目文件块不停地被“拼凑”成当前实时节目流。同时它本身也可以充当一个流媒体服务器，向其他节点提供流媒体服务，节目流的播放不会因为某个节点关闭而停止，除非所有的节点都关闭。2) 高性能9传统的流媒体服务器同时支持多喝客户的节目流播放，但随着用户数的增加，服务器可分配宽带越来越少，服务器的负担越来越重，节目播放质量也会变差；P2P流媒体播放系统中的节点既可以接收节目流数据也

21、可以转发节目流数据，每个Peer子节点播放的节目流数据包可以来自系统中其它节点，而且节点数越多，可供选择使用的数据包也越多，节目播放质量也越稳定。从整体上看，系统中每个节点网络带宽资源和磁盘存储资源都得到了充分利用。3) 良好可扩展性、成本低一个P2P留么他主节点可以管理多个子节点，它们可以自成一体构成一个功能完整的流媒体点播系统。随着用户数增加，一个P2P流媒体主节点管理子节点的数目总有一个限度，需要新增一个圈相同的流媒体点播系统。两个流媒体点播系统通过网络连接构成了一个更大的P2P流媒体点播系统。按照这种方式可以简单地实现P2P流媒体点播系统规模扩展。只需增加一体P2P流媒体主节点服务器就可以实现媒体比方系统最大限度地扩展，无需增加额外的带宽和节目磁盘存储空间，用户可以享受内容更丰富、播放质量更稳定的节目服务。毫无疑问，P2P流媒体点播系统有良好的扩展性带来了低成本投入。4) 健壮性10P2P技术天生具有耐攻击、高容错的优点，有很强的健壮性。部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响喝尿，因此，业务可用性大大提高。9