基于P2P網絡電視的IPTV技術分析與設計

摘 要：隨著科技的進步和社會的發展，很多新興的技術產品已經逐漸進入人們的視野，并且滲透到人們的生活之中。其中，P2P技術作為一種流媒體網絡電視系統在當今人們的生活中已經較為普遍，文章就基于P2P網絡電視的IPTV技術作了較為詳細的分析，主要介紹了IPTV常規技術的CDN分析，還對P2P流媒體做了透徹的介紹和技術分析，最后重點論證了P2P技術在IPTV中的應用，以及一些P2P技術應用于IPTV過程中存在的問題與解決對策。

關鍵詞：P2P網絡電視；IPTV技術分析；設計

所謂IPTV技術，就是我們經常在生活中提到的網絡電視技術。其特點就是利用寬帶IP網絡，通過給家用或者公用電視加載電視機、機頂盒、或計算機、手機、移動終端，作為一種終端設備，來傳輸包括視頻、游戲等多項多媒體服務。IPTV技術的發展不僅充分發揮了電視機的傳統功能，還帶動了其他類似于遠程教育、視頻會議以及電子商務等各項產業的發展。

1 IPTV常規技術CDN簡介與分析

IPTV技術的工作機理是基于計算機網絡的強大功能。IPTV系統的組成包括了中心節點和多個邊緣節點，這些節點相互組合形成了多級結構。雖然看似結構復雜，其實各節點間工作任務分工明確。例如，中心節點的主要任務就是儲存全部的節目流，而對于邊緣節點而言，任務主要集中于儲存部分節目流。但是如果用戶所發出的請求沒有直接到達邊緣節點的情況下，就需要借助中心節點將內容發送到邊緣節點。這也就是內容傳送網絡技術的工作原理，簡稱CND技術。這里的具體工作細節是這樣的，用戶在觀看電視節目的時候，有兩種算法參與工作，分別是用戶定位算法和服務器健康監測算法，這兩種算法分析過程的最終結果將最后確定為最接近用戶的最佳CDN服務器，同時將計算的結果傳輸到節點。CDN技術的優勢在于與鏡像相比更為智能化，在工作過程中可以顯著提高Internet網絡中信息流動的效率，在解決關于網絡寬帶小、用戶訪問量大以及網點分布不均勻等問題上更有優勢，很大程度上提高了用戶訪問網站的響應速度。但是目前CDN技術的發展也遭遇了瓶頸，就是客戶機/服務器（C/S）模式的輸入/輸出。由于IPTV技術的目前市場占有量快速增加，呈現爆炸式增長的需求，因而只能夠支持有限的客戶機的邊緣服務器已經不足以滿意消費者的消費需求，需要進行不斷的技術更新。

2 P2P流媒體簡介與技術分析

2.1 P2P流媒體技術簡介

所謂P2P流媒體技術又稱為對等計算，是一種特殊的分布式系統，以網絡應用層為建立基礎，在這一網絡應用層中每一個對等節點都可以通過各自的路由相互通信。在P2P流媒體技術興起之前，在互聯網市場上廣泛采用的是C/S模式，這種模式與P2P流媒體技術的主要區別就在于，C/S網絡模式的各個客戶端和服務器是獨立的，兩者在整個網絡的工作過程中具有明確的分工，各自為營。在客戶量少的境況下，服務器可以為每一個用戶提供獨立的資源和服務，但是當用戶量不斷增加之后，服務器端的帶寬資源就會逐漸面臨枯竭的窘境，不能為客戶繼續提供優質的服務。但是這些C/S模式的弊端在P2P技術研發之際已經得到很好的改正，在P2P模式中，很大程度上降低了系統對于服務器的依賴性和依附性，甚至于在一些P2P系統中基本不需要服務器參與工作，用戶在與其他用戶連接的時候擺脫了服務器的限制。P2P模式的一個突出優點就是，強調每一個節點的平等性，在使用系統服務的同時，又要為系統中的其他節點提供力所能及的服務。P2P模式的工作原理的特點就是：系統中的每一個節點同時具有雙重身份，一是要作為客戶端向其他節點請求服務，二是作為服務端為其他節點提供服務。這樣做的目的是可以最有效的利用分布在終端計算機上的邊緣性網絡資源，最大程度降低資源消耗量。

2.2 P2P網絡結構

P2P模式有諸多的優點，可以有效節約服務器的資源，合理利用資源，在日常實際應用時，常見的P2P網絡結構大致有三類。一類是集中目錄式P2P模式。這是歷史最為悠久的P2P模式，出現的時間最早，因為技術中還存在不夠成熟的因素，例如該結構仍然具有中心化的特點，所以其中所含的P2P結構的技術含量不夠純碎。第二類是分布式P2P模式。這種P2P模式的特點是網絡全部由對等的節點構成，屬于純粹的P2P模式。工作原理是借助于相鄰節點間廣播接力來完成對等節點的內容共享和傳遞。最后一種是混合型P2P模式。按照能力不同將節點分為兩類，分別是普通節點和搜索節點。值得注意的是，這種P2P模式綜合了前兩類模式的優點（集中式P2P快速查找和分布式P2P模式無中心化的優勢），規避了兩類模式的弊端，有效消除了工作中出現的例如網絡堵塞、搜索遲緩等不利影響。

2.3 P2P技術的特點

P2P技術主要有四個方面的技術特點。一是無中心點。這一特點在P2P所有特點最為突出，是P2P技術模式顯著區別于其他技術的鮮明特點。具體來說，就是將網絡中所有的資源和服務分散在每一個節點上，這樣的話每一個對等點都具有了相同的地位，具有了雙重功能，既可以請求服務還可以提供服務。第二個特點是健壯性和可拓展性強。具體說來就是節點工作的過程中受網絡和其他節點的影響較小，就算是少量的節點或者網絡遭到破壞出現損傷，也不會影響整個系統的正常運行。這樣就改善了傳統的C/S模式容易受到服務器限制、一旦服務器出現異常就影響到所有用戶使用的缺點。第三個特點就是高性價比。價格高低是考量一項技術是否可以得到廣泛推廣的一個關鍵性的指標。P2P技術在較低成本的前提下，還兼顧著優良的工作性能，確實具有較高的性價比。最后一個特點就是負載均衡。由于P2P模式的雙重性特點（每一個節點即是服務器又是客戶機），資源分配的均衡極大程度上降低了傳統C/S模式對服務器運算和儲存能力的要求，體現了整個網絡的負載均衡。

3 基于P2P網絡電視的IPTV技術分析與設計

3.1 IPTV工作原理

關于IPTV的工作原理，前文中已經簡要介紹了，下面再進行補充說明一下。IPTV是以電視機和機頂盒為主要的終端設備，借助于IP寬帶網絡，為用戶提供包括電視節目、遠程教學和視頻會議等多項服務在內的寬帶業務。工作過程大致分為三個主要步驟，首先是完成編碼工作，就是對原始的電視信號數據進行全新的編碼，將其轉化為適合Internet傳輸的數據形式。接下來的工作是將編碼好的信號數據通過互聯網進行傳送。最后的工作是對數據進行解碼，只有解碼后的數據才可以被電腦或電視播放。IPTV的層次結構較為復雜，主要應該包括支撐層、業務層、網絡承載層和終端層幾部分構成。組成結構的各個部分分工明確，支撐層主要完成IPTV用戶的管理認證授權和系統設備的管理工作。業務層的工作職責是為IPTV提供各式各樣的多媒體交互業務，例如日常生活中較為常用的視頻點播業務、體育直播業務等。網絡承載層又細分為接入網、匯聚網和核心網三個部分。網絡承載層主要是IPTV的物理介質，對于帶寬比的要求較大，需要組播的支持，并且需要一定的安全保護措施。終端層代表著IPTV的最終用戶，在借助于網絡承載層接入網絡之后，可以在個人電腦上觀看電視節目。

3.2 P2P-IPTV體系結構

我們在討論基于P2P網絡電視的IPTV技術的分析與設計中，先要與傳統的基于C/S模式的IPTV系統作出對比。在傳統的基于C/S模式的IPTV系統中，系統的服務能力往往受到服務器端的帶寬限制，而在P2P模式中可以有效解決這一瓶頸。因為在P2P網絡中，各節點都發揮著雙重作用，既可以為其他節點提供服務，又可以尋求其他節點的服務。節點間的關系是對等的，這樣整個系統的服務能力就大幅度提高。在一個基于P2P網絡電視的IPTV體系結構中，其中有一個超級節點，即通常所說的SuperPeer，具體是指在一個用戶組內負責維護組內成員信息以及各成員所擁有資源的用戶，所謂的超級節點就是信息搜索的中心，不僅負責對某一制定區域的信息進行收集和反饋，還忙于響應和轉發用戶的查詢請求。由于超級節點的工作級別較高，工作要求也較高，因而每一個組內只有一個超級節點，一般由性能較高的計算機擔任，需要保證良好的穩定性。

3.3 P2P技術應用于IPTV存在的問題

雖然P2P技術應用于IPTV中有諸多優勢，但是由于P2P應用是一種分散的、自發的行為，因而還存在一些問題，比如安全性和可管理性這兩個方面的問題。網絡是一個虛擬的空間，因而通過P2P的許多交互行為存在欺騙和偽裝因素，出于安全因素的考慮，應該要求系統記錄下參與交互過程的雙方用戶的身份，以便日后查驗。因為P2P網絡是一個自治的網絡，工作流程的完成不需要中心服務器的參與和監督，因而P2P網絡的可管理性較差。國內的大多數P2P軟件開發商研發的實力有限，大多使用網上已有的相關技術控件，而這些控件本身就存在問題和漏洞，因而導致軟件本身的運行不夠穩定，經常出現程序錯誤的問題，甚至出現死機現象。

4 結束語

綜上所述，相較于傳統的基于C/S模式的IPTV系統，基于P2P網絡電視的IPTV技術擁有多種優勢，系統中的每一個節點都扮演著雙重角色，既可以是向其他節點尋求服務的客戶機，又可以是向其他節點提供服務的服務器。這樣就有效規避了傳統C/S模式的功能瓶頸。文章較為詳細介紹了基于P2P網絡電視的IPTV技術的技術原理，但是又提出了P2P技術應用于IPTV過程中存在的問題。

參考文獻

[1]于峰，李彬，孫國輝，等.我國IPTV技術的專利分析[J].電視技術，2013，37（Z2）：33-35.

[2]孫宏斌，管慶軍.新時期IPTV核心技術及業務發展探討[J].電子制作，2014（12）：88-89.