淺談網絡視頻廣播技術

王家樂

摘要：近年來，網絡視頻的迅速發展使對網絡資源需求的急劇增加，這需要我們設計更加有效的視頻廣播解決方案。本文討論了現有的視頻廣播解決方案并介紹這方面的一些新動向。

關鍵字：網絡視頻；視頻廣播；域間多播

1網絡視頻的基本概念和發展現狀

網絡視頻是利用Internet開放式環境下寬帶連接所提供的一種視頻服務，它改變了傳統電視的播放模式，可以根據自己的需要選擇節目并隨看隨停。

現在許多門戶網站都提供網絡視頻服務，比較知名的門戶網站有PPStream，PPLive，TVAnts與Sopcast等。2007年11月2目，姚明率領火箭對陣爵士的比賽央視沒有轉播，通過與美國NBA傳播機構的合作，PPLive網上直播的在線觀眾最多時達到172萬：隨著網絡技術的發展和寬帶的普及，網絡視頻技術無疑將更深地影響我們的生活。2網絡視頻的基本特征作為傳統視頻服務在互聯網上的延伸，網絡視頻無疑要為許多同時接收相同內容的用戶提供服務，這就需要對視頻內容進行廣播，在互聯網環境下這種類型的服務一般需要通過支持點到點傳輸提供，必不可免地導致帶寬資源的大量浪費，而且服務質量難以得到保障。因此我們可以采用內容分發網絡(CDN)來降低帶寬的浪費并提高服務質量。CDN技術基本思路就是盡可能避開互聯網上有可能影響數據傳輸速度和穩定性的瓶頸和環節，使內容傳輸的更快、更穩。

網絡視頻不僅在內容分發操作上有嚴格的要求，還需要適應網絡的實時變化比如網絡擾動，帶寬動態變化和帶寬需求大量增加等特性。因此需要設計更有效的網絡視頻廣播方案以滿足在用戶對網絡視頻服務質量的需要。與此同時，盡量需要考慮使具有高滲透性的服務更容易引入因特網服務提供商和日趨飽和的網絡運營商基礎設施等問題。基于以上幾點，我們需要更加有效的網絡視頻廣播解決方案。3網絡視頻廣播的設計方案目前從有效利用帶寬和網絡流量的角度來看，主要可以根據應用級和網絡級提出不同級別的內容廣播方案。

3.1基于應用級的視頻廣播

在應用級我們主要考慮使用P2P技術進行視頻內容廣播。在一個P2P網絡中，單個主機同時充當服務器和客戶機的角色。相對C／S模式，盡管它不能減輕網絡負載，但是可以使得在整個網絡中網絡負載分布比較均衡。

這種解決方案的好處是：(1)不需要額外的路由器和其他網絡基礎設施，也不需要改變任何基礎設施，成本比較低；(2)對等結點在下載視頻流的同時也將視頻流上傳給其他的對等點，易于擴展并且帶來了大量的資源。當然在實際應用中由于用戶之間需要傳輸數據流，隨著數據在用戶之間進行點到點的流動，網絡流量可能隨著用戶數量的增加產生巨大的消耗。

目前使用P2P技術進行視頻廣播的方法主要可分為兩類：基于樹的推送方法和基于網的拉伸方法，后者是一種數據驅動方法。

基于樹的推送方法構造了一棵或多棵以節目源為根的組播分發樹，按照轉發規則采用推的方式從父節點向每個子節點推送數據，它是一種為簡單但有效的數據廣播方法，但是也存在一些缺點比如當出現節點擾動時候性能較差。

基于網的拉伸方法具有健壯性、良好的對抗節點擾動性、對動態環境的適應性和有效利用節點的可用帶寬等性能，它采用用隨機的方法對抗節點的隨機失效，并采用拉伸的方法獲取數據，但是它也存在對服務質量無法保證且時延較長等問題。

目前，也有一些研究者也提出了一些混合方法來改進效果，但是多少都存在一些問題由于沒有與網絡基礎設施結點有聯系的對等點位置信息，網絡結點和鏈路重復處理數據流，由于重復處理量和網絡結點數量成比例。這就導致對網絡資源需求過高，不可避免地引起對用戶質量體驗(QoE)的影響。由于資源的飽和狀態和無法應對對網絡資源的巨大需求，一些門戶網站不得不降低服務質量，所有這些都威脅到這些P2P視頻廣播的中長期業務模型。3.2基于網絡級的視頻廣播在網絡級主要考慮采用多播的方式進行視頻廣播。多播是一種允許單個視頻信號同步地傳遞給多個終端用戶的技術，它是與用戶數量無關，這種技術建立在路由器具有多播lP數據流的能力上，使用多播技術可以減少網絡中的數據流，但是做為代價，需要路由器的支持、保持流量和擁塞控制的能力以及多播組標識符的額外處理開銷。

在互聯網上，由于網絡的混雜屬性，需要多播能夠功能性的穿越多個域和自治系統，也就是說域間多播。域間多播意味著經濟的需要并在全球一級的按照統一協定部署路由器與所需的功能和互操作性協議，這就不單純屬于技術問題了，因此，這種解決方案在互聯網上不可能作為一種通用的方案。

3.3P4P體系結構

前面提過，即使最先進的P2P解決方案如果不考慮與網絡基礎設施連接的用戶位置，也無法避免網絡結點和鏈路重復處理數據流，導致不確定的帶寬消耗的結果。

在這個領域，一些研究者和組織設計了一種稱為P4P的體系結構。它提出依靠服務提供商和P2P應用的合作，由最了解網絡狀態的服務提供商提供底層網絡信息，供上層應用有效選擇“鄰近”節點、擁塞程度低和開銷小的鏈路傳輸內容。IETF工作組和其他的一些網絡運營商正在這個領域進行研究，相信在不久的將來會取得突破。

4總結和展望

因特網已經進入寬帶多媒體時代，網絡視頻信息毫無疑問成為了因特網的主要流量，而且隨著技術的發展，將越來越對網絡的性能提出更高的要求。本文討論了一些目前比較常用視頻廣播方案并關注這方面的最新動態，這個方向是很多研究者現在和未來一段時間關注的重點，相信隨著視頻廣播的進一步完善，更多人將能夠享受網絡視頻帶來的快樂。