论文部分内容阅读
【摘要】在我国不断推进“三网融合”的背景下，广播电视信号传输正由模拟传输向数字传输进行转变。IPTV作为当今社会流行的交互式网络电视业务，为广电运营商的进一步发展提供了新的机遇。本文首先介绍了P2P流媒体技术在IPTV中应用的优势，阐述了IPTV系统实现的关键技术，最后结合实际情况，提出了一种基于P2P流媒体技术的IPTV系统。
【关键词】P2P流媒体技术；IPTV；三网融合
【中图分类号】TN949.292；TP393.02 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0118-02
IPTV系统承载着数百万规模的网络视频并发服务，在系统服务器的输入/输出能力、带宽容量、存储容量等方面都在经受着巨大考验。为了能够有效提高服务质量、充分利用网络资源、实现资源优化配置、不断拓宽业务发展道路，需要将P2P流媒体技术应用于IPTV系统中，IPTV系统通过P2P架构能够有效利用网络带宽资源，将存储数据和计算任务分布到系统的所有节点上，以提高IPTV系统的计算性能和输入/输出能力，最终降低系统的运营成本。
一、P2P流媒体技术应用于IPTV中的优势
（1）具有分布式结构的流媒体存储和服务能够有效改善c/S网络原始的树型网络结构，使得网络结构更加趋于扁平化发展。P2P流媒体技术与IPTV的充分结合能够将业务能力和计算性能相互分开，使得P2P网络和IPTV业务网络能够同时拥有资源优化配置的功能，由此才能够满足运营商的低成本、高规模的发展需求。
（2）通过对各个节点资源的充分利用有效提高带宽利用率。由于采用了P2P流媒体技术，各个节点可以根据存储能力和计算能力适当地为用户提供合理的服务，由此降低了大规模用户对于网络服务器和网络带宽的需求。通过均衡的调度和优化充分利用节点之间的带宽，将用户的请求均匀分布到其他用户的节点之中，由此降低了网络资源的大量消耗。
（3）解决了单点瓶颈和故障问题。在传统的C/S网络模式下，网络传输需要独立的服务器和集中存储设备，由此造成了运营商的设备成本和维护成本不断提高，随着业务量的逐渐增多，很难创新拓展其他业务。具有分布式结构的P2P网络能够很好地解决这些问题，可以通过用户节点之间的资源交换来改善单点瓶颈和故障问题。
二、基于P2P流媒体技术的IPTV系统的关键技术
（一）内容分发技术
当大量用户在同一时间内对网络Web点进行访问的时候，网络资源和设备由于负载过量而产生时间延迟情况，甚至出现网络瘫痪问题，由此，内容分发技术应运而生。内容分发技术根据不同的网络拓扑结构可以总结为四类：P2P网络内容分发、CDN网络内容分发、中心服务器内容分发、混合内容分发。NP2P网络良好的扩展性和健壮性使得其在内容分发服务上得到广泛应用。
（二）实时传输技术
实时传输技术采用的实时传输协议是互联网标准协议，它能够为网络传输提供端到端的实时多媒体传输服务，实时传输协议是在一对一或者—对多的网络传输情况下完成工作的，其实质目的是为了实现数据流的同步。实时传输协议通常情况下都是通过UDP进行传输的，但也可以在TCP等其他协议上完成工作。
（三）服务质量保证技术
服务质量指的是网络运营商为用户提供的数据在网络传输过程中需要的服务提供支持，服务质量保证技术是IPTV系统成功运营的关键技术，在网络传输中很多因素都会造成多媒体数据流出现时间延迟和不稳定的情况，最终影响用户的使用。
三、基于P2P流媒体技术的IPTV系统的设计
本文提出了一个FS系统，该系统能够在网络上为用户提供电视频道资源内容或其他视频资源内容，FS系统采用的是P2P流媒体技术，并且在传统的内容分发网络上进行改善，利用P2P网络的优势提高用户与用户之间的资源利用能力。
（一）节点类型设计
首先介绍的是FS系统的节点类型，如图1、图2所示，FS系统的基本节点类型主要包括主服务器、种子资源服务器和普通节点三种。
（1）主服务器
主服务器在FS系统中是必须存在的，主要是对新加入的节点进行快速引导，维护P2P网络中节点的数据信息。当有新的节点需要加入系统收看指定的频道内容时，首先主服务器与其进行连接，得到当前其他用户收看该频道内容的节点列表，如图1所示；其次，该节点根据收到的信息给另一个节点发送收看该频道内容的请求，并开始接受数据信息，如图2所示。
（2）种子资源服务器
资源服务器实质上是从播放器中得到媒体种子的节点，作用是将种子传播给网络中所有需要的节点。因此，资源服务器通过用户数据协议以MPEG的格式从播放器中得到媒体种子，将已经分裂的流碎片存放置缓冲区域，并给其分配一个标示符，资源服务器是整个网络节点中媒体流的最初来源。
（3）普通节点
普通节点指的是接受具体频道内容的单一节点，普通节点通过与主服务器相互连接之后加入这个频道，得到目前正在接收该频道的节点列表，与这些频道节点连接之后开始接受并存放这些节点缓冲区域中的媒体流，而普通节点同时负责将缓冲区域中的媒体流转发到编码器。
（二）功能模块设计
FS系统主要是由四个基本模块组成，分别是通信模块、缓冲模块、节点模块和维持模块。图3描述的是一个Fs节点进行工作的流程。（如图3）
（1）通信模块
通信模块负责的是节点与节点之间的通信，并且根据LSPP协议对消息的创建和接收进行处理的，将接收到的消息进行处理之后将信息发送给节点模块和缓冲模块，通过从缓冲模块和节点模块返回的数据信息创建消息。
（2）缓冲模块
资源服务器的缓冲模块请求和接收通信模块都要求将视频流分成片段存储于本地的缓冲区域中，缓冲模块同时还负责在哪些时间向其他节点发出请求，以及哪些时间向播放器传送片段的调度。
（3）节点模块
节点模块负责管理邻近节点的所有信息，同时给其他模块提供邻近节点的所有信息。
（4）维持模块
维持模块负责在特定周期给与其直连的节点发送消息，这些消息所在的范围都具有网络拓扑结构轨迹。例如：当一个节点出现问题或者崩溃的时候，网络传输受到阻碍，维持模块就停止发送状态，将维持消息传递给邻近节点，最终在邻近节点列表中将其删除。
结论
在我国三网融合的背景下，IPTV的应用得到了空前的发展，但是随着用户数量的日益剧增和用户体验质量的不断提高，具有传统结构的IPTV系统的使用效率逐渐下降，而通过P2P的架构方式能够有效降低IPTV系统服务器的负载，从而能够有效解决系统规模不断扩展的问题。
【关键词】P2P流媒体技术；IPTV；三网融合
【中图分类号】TN949.292；TP393.02 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0118-02
IPTV系统承载着数百万规模的网络视频并发服务，在系统服务器的输入/输出能力、带宽容量、存储容量等方面都在经受着巨大考验。为了能够有效提高服务质量、充分利用网络资源、实现资源优化配置、不断拓宽业务发展道路，需要将P2P流媒体技术应用于IPTV系统中，IPTV系统通过P2P架构能够有效利用网络带宽资源，将存储数据和计算任务分布到系统的所有节点上，以提高IPTV系统的计算性能和输入/输出能力，最终降低系统的运营成本。
一、P2P流媒体技术应用于IPTV中的优势
（1）具有分布式结构的流媒体存储和服务能够有效改善c/S网络原始的树型网络结构，使得网络结构更加趋于扁平化发展。P2P流媒体技术与IPTV的充分结合能够将业务能力和计算性能相互分开，使得P2P网络和IPTV业务网络能够同时拥有资源优化配置的功能，由此才能够满足运营商的低成本、高规模的发展需求。
（2）通过对各个节点资源的充分利用有效提高带宽利用率。由于采用了P2P流媒体技术，各个节点可以根据存储能力和计算能力适当地为用户提供合理的服务，由此降低了大规模用户对于网络服务器和网络带宽的需求。通过均衡的调度和优化充分利用节点之间的带宽，将用户的请求均匀分布到其他用户的节点之中，由此降低了网络资源的大量消耗。
（3）解决了单点瓶颈和故障问题。在传统的C/S网络模式下，网络传输需要独立的服务器和集中存储设备，由此造成了运营商的设备成本和维护成本不断提高，随着业务量的逐渐增多，很难创新拓展其他业务。具有分布式结构的P2P网络能够很好地解决这些问题，可以通过用户节点之间的资源交换来改善单点瓶颈和故障问题。
二、基于P2P流媒体技术的IPTV系统的关键技术
（一）内容分发技术
当大量用户在同一时间内对网络Web点进行访问的时候，网络资源和设备由于负载过量而产生时间延迟情况，甚至出现网络瘫痪问题，由此，内容分发技术应运而生。内容分发技术根据不同的网络拓扑结构可以总结为四类：P2P网络内容分发、CDN网络内容分发、中心服务器内容分发、混合内容分发。NP2P网络良好的扩展性和健壮性使得其在内容分发服务上得到广泛应用。
（二）实时传输技术
实时传输技术采用的实时传输协议是互联网标准协议，它能够为网络传输提供端到端的实时多媒体传输服务，实时传输协议是在一对一或者—对多的网络传输情况下完成工作的，其实质目的是为了实现数据流的同步。实时传输协议通常情况下都是通过UDP进行传输的，但也可以在TCP等其他协议上完成工作。
（三）服务质量保证技术
服务质量指的是网络运营商为用户提供的数据在网络传输过程中需要的服务提供支持，服务质量保证技术是IPTV系统成功运营的关键技术，在网络传输中很多因素都会造成多媒体数据流出现时间延迟和不稳定的情况，最终影响用户的使用。
三、基于P2P流媒体技术的IPTV系统的设计
本文提出了一个FS系统，该系统能够在网络上为用户提供电视频道资源内容或其他视频资源内容，FS系统采用的是P2P流媒体技术，并且在传统的内容分发网络上进行改善，利用P2P网络的优势提高用户与用户之间的资源利用能力。
（一）节点类型设计
首先介绍的是FS系统的节点类型，如图1、图2所示，FS系统的基本节点类型主要包括主服务器、种子资源服务器和普通节点三种。
（1）主服务器
主服务器在FS系统中是必须存在的，主要是对新加入的节点进行快速引导，维护P2P网络中节点的数据信息。当有新的节点需要加入系统收看指定的频道内容时，首先主服务器与其进行连接，得到当前其他用户收看该频道内容的节点列表，如图1所示；其次，该节点根据收到的信息给另一个节点发送收看该频道内容的请求，并开始接受数据信息，如图2所示。
（2）种子资源服务器
资源服务器实质上是从播放器中得到媒体种子的节点，作用是将种子传播给网络中所有需要的节点。因此，资源服务器通过用户数据协议以MPEG的格式从播放器中得到媒体种子，将已经分裂的流碎片存放置缓冲区域，并给其分配一个标示符，资源服务器是整个网络节点中媒体流的最初来源。
（3）普通节点
普通节点指的是接受具体频道内容的单一节点，普通节点通过与主服务器相互连接之后加入这个频道，得到目前正在接收该频道的节点列表，与这些频道节点连接之后开始接受并存放这些节点缓冲区域中的媒体流，而普通节点同时负责将缓冲区域中的媒体流转发到编码器。
（二）功能模块设计
FS系统主要是由四个基本模块组成，分别是通信模块、缓冲模块、节点模块和维持模块。图3描述的是一个Fs节点进行工作的流程。（如图3）
（1）通信模块
通信模块负责的是节点与节点之间的通信，并且根据LSPP协议对消息的创建和接收进行处理的，将接收到的消息进行处理之后将信息发送给节点模块和缓冲模块，通过从缓冲模块和节点模块返回的数据信息创建消息。
（2）缓冲模块
资源服务器的缓冲模块请求和接收通信模块都要求将视频流分成片段存储于本地的缓冲区域中，缓冲模块同时还负责在哪些时间向其他节点发出请求，以及哪些时间向播放器传送片段的调度。
（3）节点模块
节点模块负责管理邻近节点的所有信息，同时给其他模块提供邻近节点的所有信息。
（4）维持模块
维持模块负责在特定周期给与其直连的节点发送消息，这些消息所在的范围都具有网络拓扑结构轨迹。例如：当一个节点出现问题或者崩溃的时候，网络传输受到阻碍，维持模块就停止发送状态，将维持消息传递给邻近节点，最终在邻近节点列表中将其删除。
结论
在我国三网融合的背景下，IPTV的应用得到了空前的发展，但是随着用户数量的日益剧增和用户体验质量的不断提高，具有传统结构的IPTV系统的使用效率逐渐下降，而通过P2P的架构方式能够有效降低IPTV系统服务器的负载，从而能够有效解决系统规模不断扩展的问题。