基于Ｐ２Ｐ的流媒體技術概述

摘要：P2P流媒體技術已成為網絡應用中熱門的技術之一，本文主要介紹流媒體，P2P的相關概念，并著重對P2P流媒體的關鍵技術進行了研究，最后又提出了P2P流媒體技術應該面對的挑戰。

關鍵詞：P2P ；流媒體；應用層組播；激勵機制

1 引言

隨著互聯網的發展，流媒體業務逐漸增多，網絡電視，遠程教育，視頻點播已成為流媒體技術的熱門應用。傳統的流媒體服務大都是客戶/服務器(C/S)模式， 即用戶從流媒體服務器點擊觀看節目， 然后流媒體服務器以單播方式把媒體流推送給用戶。當流媒體業務發展到一定階段后， 用戶總數大幅度增加， 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出來，如流媒體服務器帶寬占用大、流媒體服務器處理能力要求高等，這些常常成為系統瓶頸。P2P技術的引進，為流媒體開辟了新的發展空間。

2 P2P流媒體技術

2.1流媒體技術

流媒體(streaming Media)是應用流式傳輸技術在網絡上傳播音頻、視頻或多媒體文件。而流技術就是將影像和聲音信息經過壓縮處理后轉換成流媒體，用視頻服務器把節目流媒體當成數據包發出，傳送到網絡上，用戶通過解壓設備對這些數據進行解壓后，節目就會像發送前那樣顯示出來。這個過程的一系列相關的數據包稱為“流”。流媒體應用的一個最大好處是用戶不需要花費很長時間將數據全部下載到本地才能播放，而只需要將起始幾秒的數據先下載到本地的緩沖區中就可以開始播放，然后邊下載邊播放，當網絡實際連線速度小于播放所耗用資源的速度時，播放程序就會取用這一小段緩沖區的資料，避免播放中斷，也使播放品質得以維持。

2.2 P2P技術

P2P即Peer-to-Peer，稱為對等連接或對等網絡，是指不同系統之間通過直接交換，實現計算機資源和服務共享的一種應用模式。P2P使得網絡上的溝通變得容易、更直接共享和交互，真正地消除中間商。簡單的說，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器去瀏覽與下載。P2P另一個重要特點是改變互聯網現在的以大網站為中心的狀態、重返“非中心化”，并把權力交還給用戶。在P2P系統中，每一個Peer都是平等的參與者，承擔服務使用者和服務提供者兩個角色。資源的所有權和控制權被分散到網絡的每一個節點中。服務使用者和服務提供者之間進行直接通信，可充分利用網絡帶寬，減少網絡的擁塞狀況，使得資源的有效利用率大大提高。P2P系統不同于傳統的C/S工作方式，使其具有了新的特點:節點數量大；動態性強；異構性強；分布廣泛；網絡異步性強等特點。

2.3 基于P2P流媒體技術

在基于P2P的流媒體技術中，每個流媒體用戶是一個P2P中的一個節點，用戶可以根據他們的網絡狀態和設備能力與一個或幾個用戶建立連接來分享數據，這種連接能減少服務器的負擔和提高每個用戶的視頻質量.P2P技術在流媒體應用中特別適用于一些熱門事件，即使是大量的用戶同時訪問流媒體服務器，也不會造成服務器因負載過重而癱瘓 。

基于P2P的流媒體服務系統并不改變現有的流媒體服務架構，只是在現有系統的基礎上，改變傳統模式下的服務方式和數據傳輸路徑，使請求同一媒體流的客戶端組成一個P2P網絡，使服務器只須向這個P2P網絡中的少數節點發送數據，而這些節點可以把得到的數據共享給其余的節點，每個節點依然可以通過流媒體系統得到高質量的視頻服務。在一個P2P流媒體系統中，一個對等節點的子集擁有一個特定的媒體文件(或文件的一部分)，并為對此文件感興趣的其他節點提供媒體數據。與此同時，請求數據的節點在下載媒體數據的過程中回放并存儲這個媒體的數據，并成為可以為其他節點提供流媒體數據上載的節點。

3 P2P流媒體關鍵技術研究

P2P流媒體的關鍵技術主要包括：應用層組播技術、容錯機制、媒體同步技術、激勵機制和安全機制。

3.1 應用層組播技術

組播指的是在Internet網上對一組IP站點進行數據傳送，這一組IP站點是動態形成的，每一個IP站點都可以動態地加入或者退出這個組。應用層組播（ALM：Application layer Multicast）是在應用層而不是網絡層上實現組播能力，由端系統而不是路由器實現組播轉發功能，并將組成員節點直接自組織成一個邏輯覆蓋網絡。P2P應用層組播結構有單組播樹結構，多組播樹結構和網絡結構。單組播樹結構是指在整個組播結構中，數據是通過一棵組播樹傳輸的。樹的根結點是組播源，每個非葉結點從自己唯一的父結點得到全部數據，再復制轉發給自己所有的子結點，葉結點只從父結點得到數據，不再復制轉發。當組中的非葉結點退出時，它的子結點將暫時得不到數據，這時，系統需要盡快重建連接，保證所有結點都在組播樹中。多播樹結構在數據的傳輸路徑上引入了冗余，視頻流不再由一個組播樹來完成轉發，而是先按設定的編碼方式被分割成視頻段，然后不同視頻段由不同生成樹完成轉發。這樣可以做到一個節點僅在一個組播樹中作為轉發節點，在其余組播樹中作為葉節點，當一個節點出現死機或網絡出現故障時，只影響小部分節點。

3.2 容錯機制

由于P2P流媒體系統中節點的動態性，正在提供服務的節點可能會離開系統，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務的連續性，必須采取一些容錯機制使系統的服務能力不受影響或盡快恢復。對于節點失效的問題，可以采取主備用節點的方式容錯。在選擇發送節點時，應選擇多個服務節點，其中某個節點(集)作為活動節點(集)，其余節點則作為備用節點。流媒體服務的實時性較強， 因此節點的故障檢測時間應盡可能短， 才能保證服務不中斷。數據的編碼技術也可以提供系統的容錯性。

3.3 媒體同步技術

由于網絡時延，導致媒體流在傳輸過程中失去同步關系，傳輸的時延不可預期，媒體同步機制可以確實地恢復媒體流的同步。同步機制的目的就是保證接收端以正確的時間收到的媒體數據。媒體同步機制實際上就是在媒體內或者媒體間說明。對于連續媒體，應用最為廣泛的說明方法說明或時間戳。時間戳法是在每個媒體的數據流單元中加進統一的間碼，具有相同時間戳的信息單元將同時予以表現。在發送時，將按時間順序分成單元，在同一個時間軸上，給每個單元都打上一個同一時標的各個媒體單元具有相同的時間戳。在各個媒體到達終端相同時間戳的媒體單元同時進行表現，這樣就得到了媒體之間同步。

3.4 激勵機制

目前的各種激勵機制主要有以下三種：基于微支付機制、基于直接互惠的機制和基于信譽機制。基于微支付機制用虛擬貨幣作為P2P網絡中服務或資源交易的媒介，體現了對節點貢獻的反饋，從而使得節點有積極性去參與合作。基于直接互惠的機制的基本思想是P2P網絡中的服務提供節點在為其他節點提供服務后能得到某種直接優惠。基于信譽的機制主要是在P2P網絡中引入了一個等級的概念，即每一個節點根據自己在網絡的歷史行為情況獲得由網絡中與它鄰近的其他節點所評價得出的信譽值。在以后的服務或資源交易中，其他節點均根據請求節點的信譽值給予對應等級的回應。

3.5 安全機制

網絡安全是P2P流媒體系統的基本要求， 通過安全領域的防火墻、身份識別認證、授權、數據完整性、保密性對P2P信息進行安全控制。數字版權管理(DRM)可以有效保護知識產權，通過DRM技術，內容提供商可以方便地對各種音樂、圖像等媒體文件進行加密保護，使受保護的多媒體文件不會被用戶非法拷貝和復制。在P2P流媒體系統內，可采用用戶分級授權的辦法， 阻止非法訪問。

4 結語

總之，P2P流媒體代表著未來多媒體數據在網絡傳輸的發展方向，基于此技術的軟件產品諸如BT、PPlive、PPStream已得到廣泛的應用，并顯示出越來越好的發展前景。同時，由于對等網絡中的流媒體數據對于網絡帶寬、延時、實時性和穩定性的要求非常高. 因此需要在應用層網絡、媒體分布、節點管理與控制和安全控制等方面進行研究與探索.相信在不久的將來，P2P流媒體系統將帶給我們更優質的多媒體服務。

參考文獻

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