1、1 P2P 流媒體系統1.1P2P 流媒體系統播送方式P2P 流媒體系統按照其播送方式可分為直播系統和點播系統，此外近期還出現了一些既可以提供直播服務也可 以提供點播服務的 P2P 流媒體系統。 版權文檔，請勿用做商業用途1.1.1 直播 在流媒體直播服務中，用戶只能按照節目列表收看當前正在播放的節目。在直播領域，交互性較少，技術實現相對簡單，因此P2P技術在直播服務中發展迅速。2004年，香港科技大學開發的CoolStreaming原型系統將高可擴展和高可靠性的網狀多播協議應用在P2P直播系統當中，被譽為流媒體直播方面的里程碑，后期出現的PPLive和PPStream等系統都沿用了其網狀多播

2、模式。 版權文檔，請勿用做商業用途P2P直播是最能體現 P2P價值的表現，用戶觀看同一個節目，內容趨同，因此可以充分利用P2P的傳遞能力，理論上，在上 / 下行帶寬對等的基礎上，在線用戶數可以無限擴展。版權文檔，請勿用做商業用途1.1.2 點播與直播領域相對應，在 P2P流媒體點播服務中，用戶可以選擇節目列表中的任意節目觀看。在點播領域，P2P技術的發展速度相對緩慢，一方面是因為點播當中的高度交互性實現的復雜程度較高；另一方面是節目源版權因素對P2P點播技術的阻礙。目前，P2P的點播技術主要朝著適用于點播的應用層傳輸協議技術、底層編碼技術、以及數字版權技術等方面發展。 版權文檔，請勿用做商業用

3、途與P2P流媒體直播不同，P2P流媒體點播終端必須擁有硬盤，其成本高于直播終端。目前P2P點播系統還需在技術上進一步探索，期望大規模分布式數字版權保護(DRM)系統的研究，以及底層編碼技術的發展能為 P2P點播系統的實施鋪平道路。 版權文檔，請勿用做商業用途1.2P2P 流媒體系統網絡結構目前存在很多P2P流媒體的研究成果及實際系統，它們在其覆蓋網絡的組織結構上可以被大體分成兩大類，即基于樹 (Tree-based) 的覆蓋網絡結構和數據驅動隨機化的覆蓋網絡結構 1 。 版權文檔，請勿用做商業用途(1) 基于樹的方法大部分系統都可以歸類為基于樹的方法。在這種方法中，節點被組織成某種傳輸數據的拓

4、撲(通常是樹，如圖1所示)，每個數據分組都在同一拓撲上被傳輸。拓撲結構上的節點有明確定義的關系，例如，樹結構中的“父節點-子節點”關系。這一方法是典型的推送方法，即：當節點收到數據包，它就把該數據包的拷貝轉發到它的每一個子節點。 既然所有的數據包都遵循這一結構，那么保證這一結構在給所有接受節點提供高性能時是最優的。更進一步，當節點 隨意加入和離開時，該結構必須得以維持。特別地，如果某節點突然崩潰或者其性能顯著下降，它在該樹結構上所有 的后代節點都停止接收數據，且該樹結構必須被修復。最后，當組建基于樹的結構時，避免出現環是一個必須要解決 的重要問題。基于樹的方法可能是最自然的方法，不需要復雜的視

5、頻編碼算法。然而，其中需要重點考慮的一個問題 是節點失效，特別地，靠近樹根的節點失效將中斷大量用戶的數據傳輸，潛在地帶來瞬時低性能的結果。此外，在該 結構中大多數節點都是葉子節點，他們的上行帶寬沒有被使用到。為了解決這些問題，已有研究提出了一些帶有彈性 的結構，如基于多重樹的方法 2-3。版權文檔，請勿用做商業用途作者：王洪波馬軼慧基于樹的P2P希舞1*傳輪(2) 數據驅動方法近年來，人們又提出用于P2P的數據驅動的方法。數據驅動的覆蓋網絡與基于樹結構的最大不同在于它不組建和維護一個傳輸數據的明顯拓撲結構，它用數據的可用性去引導數據流，而并不是在高度動態的P2P環境下不斷地修復拓撲結構。版權文

6、檔，請勿用做商業用途一個不用明確維護拓撲結構的數據分發方法是使用Gossip協議。在典型的 Gossip協議中，節點給一組隨機選擇的節點發送最近生成的消息；這些節點在下一次做同樣的動作，其他節點也做同樣的動作，直到該消息傳送到所有節點。對Gossip目標節點進行隨機選擇可以在存在隨機失效的情況下使系統獲得較好的健壯性，另外還可以避免中心化操作。然而，Gossip不能直接用作視頻廣播，因為其隨機推送可能導致高帶寬視頻的大量冗余。此外，在沒有明確 的拓撲結構支持下，最小化啟動和傳輸時延成為主要問題。為了解決這些問題，一些 解決方案 ，例如 Chainsaw4 、 Cool-Streaming5 采

7、用拉取技術，即：節點維持一組伙伴并周期性地同伙伴 交換 數據可用性信息，接著節點可以從一 個或多個伙伴找回沒有獲得的數據，或著提供可用數據給伙伴。由于節點只在沒有數據時去主動獲取，所以避免了冗 余。此外，由于任一數據塊可能在多個伙伴上可用，所以覆蓋網絡對時效是健壯的。最后，隨機化的伙伴關系意味著 節點間的潛在的可用帶寬可以被完全利用。 版權文檔，請勿用做商業用途2 P2P 流媒體中的關鍵技術由于P2P流媒體系統中節點存在不穩定性，P2P流媒體系統需要解決如下幾個關鍵技術6:文件定位、節點選擇、容錯以及安全機制等。 版權文檔，請勿用做商業用途2.1 文件定位技術流媒體服務實時性強，快速準確的文件

8、定位是流媒體系統要解決的基本問題之一。在P2P流媒體系統中，新加入的客戶在覆蓋網絡中以 P2P的文件查找方式，找到可提供所需媒體內容的節點并建立連接，接受這些節點提供的媒 體內容。 版權文檔，請勿用做商業用途P2P方式的文件查找研究是近年來P2P計算的一個研究熱點。在 P2P網絡結構中常用的文件定位方式是通過分布式哈希表（DHT）算法7來實現，每個文件經哈希運算后得到一個唯一的標識符，每個節點也對應一個標識符，文件 存儲到與其標識符相近的節點中。查找文件時，首先哈希運算文件名得到該文件的標識符，通過不同的路由算法找到 存放該文件的節點。雖然 DHT方式查找文件快速有效，但是也存在一些固有的問題

9、，如DHT是將文件均勻分布在各個節點上，不能反映媒體文件的熱門度，導致負載的不均衡；其次DHT不能提供關鍵字的搜索，如同時包含媒體文件名、媒體類型等豐富信息的文件的查詢。 版權文檔，請勿用做商業用途文獻8在泛洪機制基礎上做了改進，在無結構的P2P網絡中采用了或然性的泛洪技術，通過或然性的分析選取優化的分支進行泛洪操作，從而使其伸縮性比正常泛洪機制提高99% DirectStream9是一個基于目錄的 P2P流媒體點播系統，其媒體文件的查找方式是通過目錄服務器來維護所有媒體服務器信息和客戶信息（包括IP地址、緩沖大小等）。當新客戶的請求到達時，在目錄中查找請求的媒體文件，快速返回侯選節點，侯選節

10、點可以是媒體服務器，也 可以是可提供該影片片段的客戶，從而具有P2P的特性。但是由于其目錄服務器的集中式管理，DirectStream 系統的規模受到了限制。 版權文檔，請勿用做商業用途2.2 節點的選擇 在一個典型的P2P覆蓋網絡中，網絡中的節點來自各個不同自治域，節點可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網絡，導致覆蓋網絡具有很大的動態性和不可控性。因此，如何在服務會話初始時，確定一個相對穩定的可提供一定服務質量（QoS保證的服務節點或節點集合是 P2P流媒體系統迫切需要解決的問題。版權文檔，請勿用做商業用途節點的選擇可以根據不同的 QoS需求采取不同的選擇策略。若希望服務延遲小，可以選擇鄰近

11、的節點快速建立會話，如在 局域網 內有提供服務的節點，就不選擇互聯網上的節點，這也可以避免互聯網上的帶寬波動和擁塞；若希望高質量服務，則可選擇能夠提供高帶寬、CPU能力強的節點，如在寬帶 接入的PC機和不對稱數字用戶線（ADSL接入的終端之間選擇前者；若希望得到較穩定的服務，應選擇相對穩定的節點，如在系統中停留時間較長，不會頻繁加入 或退出系統的或正在接受服務的節點。 通常選擇的策略是上述幾種需求的折衷。 具有代表性的節點選擇機制有： PROMISE 體系中的端到端的選擇機制和感知拓撲的選擇機制、P2Cast系統的“最合適” （Best Fit ，簡稱 BF）節點選擇算法等。版權文檔，請勿用做

12、商業用途2.3 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。版權文檔，請勿用做商業用途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。當活動節點失效時則由備用節點繼續提供服務。值得研究的 問題是如何快速有效地檢測節點的失效，以及如何保證在主備用節點切換的過程中流媒體服務的連續性。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

13、證服務不中斷。目前有大量關于如何縮短故障檢測時間 的研究，大都是采用軟狀態協議詢問節點的存在，需要考慮詢問頻度與詢問消息開銷之間的折衷。版權文檔，請勿用做商業用途數據的編碼技術也可以提供系統的容錯性，如前向錯誤編碼（FEC）和多描述編碼（MDC）。FEC通過給壓縮后的媒體碼流加上一定的冗余信息來有效地提高系統的容錯性，而MDC勺基本思想是對同一媒體流的內容采用多種方式進行描述，每一種描述都可以單獨解碼并獲得可以接受的解碼質量，多個描述方式結合起來可以使解碼質量得到增強。這 兩種編碼都能適應客戶異構性的特點，客戶可以根據自己的能力選擇收取多少數據進行解碼。此外，將FEC和MDC吉合，能取得更好的

14、容錯效果。 版權文檔，請勿用做商業用途2.4 安全機制網絡安全是P2P流媒體系統的基本要求，必須通過安全領域的身份識別認證、授權、數據完整性、保密性和不可否認性等技術，對 P2P信息進行安全控制。對產權的控制，現階段可采用DRM技術控制；對于基于企業級的P2P流媒體播出系統可以安裝防火墻阻止非法用戶訪問；因特網上的P2P流媒體系統可以通過數據包加密方式保證安全。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。版權文檔，請勿用做商業用途3 P2P 流媒體的應用網絡的迅猛發展和普及為 P2P流媒體業務發展提供了強大市場動力，P2P流媒體技術的應用將為網絡信息交流帶來革命性變化。目前常

15、見的P2P流媒體的應用主要有： 版權文檔，請勿用做商業用途(1) 視頻點播(VOD):這是最常見、最流行的流媒體應用類型。(2) 視頻廣播：視頻廣播可以看作是視頻點播的擴展，它把節目源組織成頻道，以廣播的方式提供。(3) 交互式網絡電視(IPTV) : IPTV利用流媒體技術通過寬帶網絡傳輸數字電視信號給用戶，這種應用有效地將電視、 電信和計算機 3個領域結合在一起，具有很好的發展前景。 版權文檔，請勿用做商業用途(4) 遠程教學：遠程教學目前應用也比較廣泛，而且具有很好的市場應用前景。遠程教學可以看作是前面多種應用類型的綜合，在遠程教學中，可以采用多種模式，甚至混合的方式實現。遠程教學以應用

16、對象明確、內容豐富實用、 運營模式成熟，成為目前商業上較為成功的流媒體應用 . 版權文檔，請勿用做商業用途(5) 交互游戲：需要通過流媒體的方式傳遞游戲場景的交互游戲近年來得到了迅速的發展。其他流媒體系統的一些新的應用和服務，例如虛擬現實漫游、無線流媒體、個人數字助理 (PDA)等也在迅速地變革和發展。 版權文檔，請勿用做商業用途4 結束語P2P流媒體發展如此迅速，目前，諸如CoolStreaming、PPLive等P2P流媒體軟件吸引了大量的用戶，顯示出了巨大的生命力，但是另一方面構建一個有效的P2P流媒體系統還面臨著許多挑戰：版權文檔，請勿用做商業用途(1) 管理節點并建立發布樹為了給大量的接收者提供媒體內容，構建應用級多播樹的方法應用較廣，但建立有效的多播樹，并在節點不斷加入和退出時維護多播樹存在一定難度。 版權文檔，請勿用做商業用途(2) 應付不可