基于P2P技术的IPTV研究

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摘要：分析了P2P技术和IPTV技术的发展现状和各自特点，研究IPTV在P2P模式下的应用，同时展望了IPTV在新的模式下的发展思路和前景。

关键词：网络电视；P2P；流媒体

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)21-30412-03

Study on the IPTV Based on the P2P Technology

XU Yue-fei

(College of Computer Science & Technology,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China)

Abstract:By analyzing the situation and respective characteristics of P2P technology & IPTV technology, We researched the appliance of IPTV based on the P2P mode, at the mean while, foresaw the developments & prospects in the new mode.

Key words:IPTV(Internet Protocol Television);P2P(peer-to-peer);Streaming media

1 引言

随着计算机网络技术的迅猛发展，在网络上传输音频和视频也渐渐成为一种趋势。用户不在满足于单一被动的传统媒体娱乐方式（如电视机、收音机等），需要的是极强互动性的媒体娱乐方式。IPTV即互联网协议电视，简称网络电视。它利用宽带有线电视网的基础设施，以电脑为主要中断设备，在IP网络上传输电视节目、视频图像和数据等，并提供服务质量/服务感受（QoS/QoE）保证、安全、交互性和可靠性的可管理的多媒体业务。

目前我国的IPTV系统采用C/S模式提供单播和点播业务，但受到目前网络质量和服务器能力的限制，当面临超大用户量服务时一直是个瓶颈问题，P2P技术超越传统的client/server模式，大大消减了服务器在网络传输过程中的地位和作用，充分利用网络中的空闲资源，在共享、协同工作、网络存储方面取得了良好的应用。把P2P技术和传统流媒体相结合，充分发挥众多客户机的作用，Internet上众多用户可以直接进行信息交换，缓和了服务器的负担和网络带宽的占用率，具有很好的应用前景。

2 P2P技术

2.1 P2P的概念

P2P是peer-to-peer的缩写，peer在英语里有“（地位、能力等）同等者”，“同事”和“伙伴”等意义。这样一来，P2P也就可以理解为“伙伴对伙伴”的意思，或称为对等联网。目前人们认为其在加强网络上人的交流、文件交换、分布计算等方面大有前途。P2P网络起源于最初的联网通信方式，是一种较古老的技术，如产生于1979年的USENET及1984年的FidoNet都是基于p2p技术的网络，但是目前P2P已经被赋予了新的含义，是旧技术新的应用模式。

在P2P网络中，client和server的概念消失了，取而代之的是Servents（server + clients）。最早的P2P应用是在网络资源共享方面，Napster是最早的商业P2P软件。由于P2P技术所具有的特点，它在文件交换、对等计算、协同工作、即时通信、搜索引擎、网络游戏、基于Internet的文件存储系统、尤其在流媒体传输方面的应用越来越受到重视。

2.2 P2P技术的特点

1)非集中式。网络中的资源和服务分散在所有的节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点间进行，避免可能的瓶颈。

2)可扩展性。在P2P网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了，系统整体的资源和服务能力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需求。理论上，整个体系是全分布的，不存在瓶颈。

3)健壮性。P2P架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务器是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响较小。P2P网络一般在部分节点失效时能够自动调整整体拓扑，保持其他节点的连通性。P2P网络通常都是以自组织的方式建立起来的，允许节点自由地加入和离开。P2P网络还能够根据网络带宽、节点数、负载等变化不断地做自适应调整。

4)高性能/价格比。性能优势是P2P被广泛关注的一个重要原因。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布在所有节点上。利用其中的闲置的计算能力和存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的。通过利用网络中大量空闲资源，可以用更低的成本提供的计算能力和存储能力。

5)隐私保护。在P2P网络中，由于信息的传输分散在各个节点之间进行而不需要经过集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄露的可能性大大缩小。

6)负载均衡。P2P网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减少了对传统C/S结构服务器计算能力、存储能力的要求，同时因为资源分布在多个节点，更好地实现整个网络的负载均衡。

2.3 P2P的结构模式

P2P技术有三种结构模式：中心目录型、洪泛请求型和文档路由模式。

中心目录型：目录服务器集中存放对等节点的地址信息和所保存数据的相关元数据，这种集中的目录服务器可以对请求数据进行快速查找并能够返回最合适的一个或多个目的节点。

洪泛请求法：又称为全分布非结构化网络，网络中不存在任何中央服务器，对等节点从不主动共享信息。在重叠网络（overlay）采用了随机图的组织方式，节点度数服从“Power-law”规律，从而能够较快发现目的节点，面对网络的动态变化体现了较好的容错能力，因此具有较好的可用性，同时可以支持复杂查询。

文档路由模式：又称为完全分布式结构化拓扑网络系统的每个对等节点都被赋予了随机的ID值，并且拥有一定数目的其他对等节点ID值，的新文件根据内容和名称采用哈希算法为其生成一个文件ID值。

这些是基本结构模型，这些结构模型还可以混合使用产生新的模型，如半分布式结构，选择性能较高（处理、存储、带宽等方面性能）的节点作为超级节点。半分布式结构也是一个层次式结构，超级节点之间构成一个高速转发层，超级节点和所负责的普通节点构成若干层次（其拓扑图如图1所示）。

3 网络电视

3.1 iptv概述

IPTV全称是“Internet Protocol Television”，直译为中文即“互联网协议电视”，简称IPTV。IPTV作为一种利用宽带网络，集互联网、多媒体、通信等技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的新技术。

IPTV是利用宽带网络作为基础设施，以家用电视或个人电脑作为主要显示终端，利用一系列互联网协议承载和传输经过编码压缩的多媒体数字信号，为家庭用户提供包括电视节目在内的多种交互式数字多媒体服务以及增值业务服务的崭新的宽带业务应用平台。

3.2 IPTV网络结构

IPTV网络包括四个主要部分（如图2所示）：视频预处理、核心网络、接入层网络和家庭网络。

视频预处理阶段负责采集所有的视频，包括直播电视节目和点播电视节目。通常在这个阶段通过卫星和光纤摄取图像和视频信息，同时这个阶段还负责把视频流编码成MPEG-2,MPEG-4或者H.264格式。信息内容被分解成众多的IP数据报在核心网络层通过IP多播或者IP单播方式传输。

核心网络把编码好的视频流在各自的组中排列好，核心网络层是唯一的服务提供者，通常包括众多商家提供的设备。IPTV传输和其他非实时数据传输相隔离以保证高水平的服务质量需求。

接入层网络，就是通常所说的“最后一英里”网络。它包括宽带远程接入服务，负责用户政策管理，像认证、订阅等等。另外远程宽带接入服务通过异步传输模式（ATM，Asynchronous Transfer Mode）或以太网提供用户点对点（PPP，Point-to-point）或IP会话。

家庭网络，即最后一个环节，在用户家里提供分发传输数据的功能，家庭网络集数据、音频和视频的分发于一体。通常一个典型的家庭网络包括2~3台电视机或是计算机终端。

3.3 IPTV业务特点

IPTV可以提供基于宽带的丰富多彩的业务应用，归纳起来，IPTV的业务特征主要有如下几点：

1)互动性和按需观看

由于IPTV业务是基于宽带IP网的，IPTV先天就具有了交互性优势，让用户可以有多种选择，彻底改变了传统电视单向传播的特点。视频节目的内容本身没有因为互动而受到影响，用户只能控制播放时间及进度；节目的剧情在播放中收到互动影响，用户可以决定剧情的发展；互动的形式是用户不仅与节目互动，而且能够与网站及其他用户进行互动。

2)能够提供更优质的视听效果

IPTV继承了传统模拟电视形象直观和生动的特点，并能输出比模拟电视更优质的图像和声音效果，因为IPTV从节目采集、录制、播出到发射、接受全部采用的是数字编码技术。

3)可扩展的多种增值服务

因为基于宽带IP网，IPTV的技术发展和业务应用都借助并依赖于互联网的信息资源和技术支撑。IPTV平台可以搭载的很多服务内容是传统电视台所无法承载的。

4)实现电视、通信和互联网三个领域融合

由于IPTV的技术传输遵循TCP/IP协议，用户端可以是PC也可以是“电视机+IP机顶盒”，这决定了IPTV能够非常容易地将多种数字节目整合在一起，充分体现IPTV在未来竞争中的优势。

4 基于对等网络（P2P）的IPTV

IPTV有多种设计模式，但是这些模式在内容来源上受到限制，无法真正成为一个服务平台。P2P技术能够较好地解决这个问题，将P2P技术引入到IPTV中，使资源得到充分利用、流量模式更加合理，以及中心服务器压力降低，同时，也充分利用参与到这个系统中的用户计算资源和存储资源。另外，可以丰富IPTV服务的节目源，无论是运营商，还是内容提供商，甚至是个人都是对等的，都可以在基于P2P技术的IPTV服务系统中提供内容，从而极大的丰富内容。

由于实现条件的限制，我们采用混合结构，使用总是在线的索引节点和超级节点来实现信息的汇聚，以便资源查找定位，Peer的加入、离开或是异常都需要加以控制。

在混合结构P2P IPTV设计中，Peer加入时，首先向中心服务器发送加入信息，Peer发送的信息报有两种类型，一种是带有节目资源信息的加入信息报，一种是不带节目资源信息的加入信息报。在处理带有加入信息报时，中心种子服务器需要记录Peer的地址、服务端口、资源信息等。当Peer加入后，需要在Peer和中心种子服务器之间发送消息，以表明Peer在线，当一段时间间隔没有收到消息时，认为Peer已经离开。当一个Peer希望获得IPTV服务时，首先向中心种子服务器获取IPTV影视节目种子，中心种子服务器根据种子查找具有该内容的或是正在服务的部分内容的Peer集合，分布向各个Peer建立连接，请求IPTV服务。

Peer的离开，同样需要向中心种子服务器发送离开消息，中心种子服务器收到离开消息后，将该Peer和其提供的内容服务信息从该数据库中删除或标注为离线。当Peer不正常离开时，中心种子服务器在一定时间间隔内没有收到Peer的消息，将其设置为超时离线，无法提供服务。

当IPTV终端功能比较强大，响应功能易于实现时，可以将IPTV终端Peer化，与其他节点一起形成一个完全分布式

的P2P系统。

5 结论

随着网络技术的飞快发展，IPTV在不久的将来必将得到广泛的应用。基于P2P模式设计的IPTV是一种发展趋势，越来越多的科研单位和商业公司都在研究P2P技术。以后在研究P2P技术的同时，有效的公关网络带宽限制、互联网信息安全问题也是至关重要的，使IPTV技术能够得到长足的发展。

参考文献：

[1] /n4113c39.aspx[EB/OL].

[2] 张宗勇.基于P2P技术的IPTV服务系统研究[D].西安:西北工业大学,2006.

[3] 朱莹莹.网络电视（IPTV）发展思考[J].信息网络,2005(08).

[4] 康芳,王道彬,钟朗.P2P技术在网络电视中的应用研究[J].通信技术,2007,7(40):11-12.

[5] 方伟.P2P技术与IPTV技术[J].现代电信技术,2006,4(12):51-54.

[6] 李之棠.P2P原理与技术[R].CERNET第十一届学术年会,2004.