基于P2P网络的流媒体服务系统的设计

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摘要：以前,由于服务器性能和服务器端的带宽资源十分有限,我们传统的C/S模式的流媒体服务受到了很大程度上的局限,严重阻碍了流媒体业务质量的提高与发展。该文通过介绍这种P2P模式的流媒体技术，说明了其能够合理的利用相关服务器性能和服务器端的资源，解决了之前传统C/S模式所面临的问题，降低了成本，为用户提供了更高质量和大容量的流媒体业务。

关键词：P2P；流媒体；服务技术；应用

中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)05-1059-03

随着社会的不断变化发展，我国的科技水平也越来越高，据相关的调查数据现示，目前我国的网民数量已经达到了8000多万。在这个十分庞大的队伍中，使用宽带上网和专线上网的用户数占到了绝大多数。这样一来，就使得宽带接入的步伐不断加快，市场竞争也日益激烈。很多的网络公司为了在竞争中站稳市场，采取了一系列的手段和措施，但最主要的是要看国内的消费市场能不能接受这些运营商所提供的各种服务。就现在的发展状况来看，文字，音频和视频这种三位一体化的信息服务在市场上占据了主导地位。我们通过国外相关市场的调查得知，其有将近一半的网民会经常使用流媒体，因此目前宽带内容的主体就从原来的网页逐渐转变成了流媒体。我们的网络公司如何利用自身资源去抢占流媒体服务市场，成为了在新一轮竞争中致胜的关键因素。

目前我们视频和音频的资源数据量很大，其对网络的带宽以及服务器的性能提出了很高的要求，但是其却无法满足这种要求，所以就会严重阻碍流媒体’业务的发展。举个例子，一个比较大的视频节目假如同时有上千人进行访问，那么其网络带宽必须达到300MbPs以上。可是目前能满足这些条件的网络和服务器却相当的少，一旦有更多的用户需要访问，其就很难满足需求。因此，我们要解决上述的问题就必须使用服务器集群来提高整个流媒体系统的相关性能。另外，我们还可以使用分布式系统，通过相关技术将流媒体数据传输到各地，这样用户在上网的时候就能就近访问。上面的两种方案虽然能从一定程度上解决增大了流媒体服务系统容量的难题，但是面对越来越庞大的用户群，还是无法满足全部的需求。并且，在具体的实施过程中，这两种方法的成本十分昂贵，系统的复杂程度也大，采用起来不大现实。

那么，如何采用现有的资源和宽带资源去普及流媒体业务呢，P2P技术就是我们要找寻的最为理想的答案。这种P2P技术是指通过各个系统之间的直接交换最终达到计算机资源与信息资源的共享。如果我们能将这种P2P技术熟练的应用于流媒体业务，那么就能够从根本上解决之前服务器端网络带宽和服务器性能限制的问题。

1 P2P模式的流媒体服务技术

1.1 P2P与C/S模式的区别

这种P2P的模式是和传统的C/S模式相比是有很大的区别的。以前传统的C/S模式的服务系统，一个服务器要同时为三个端口提供数据，因此其占用链路的带宽带是到单个媒体流的三倍，其负载程度也是单个媒体流服务的三倍，如图1所示。而我们所说的P2P却极大的改变了这种情况，它使得用户客户端的空闲资源得到了合理充分的利用，从而提升了整个系统容量和性能。比如，图2中四个用户中的任意三个想要同时观看一个流媒体的节目，那么其中的A只要为B和D技工数据，而剩下的C可以直接从B处获取数据。这样一来，整个系统对A的性能和网络带宽的要求就有所降低，大大的减轻了它的负担。

这种P2P技术一方面利用服务器性能和服务器端的资源来进行操作，另一方面还合理地利用了计算机客户端的性能以及其带宽资源。随着网络用户数量的不断增多，这种P2P模式的流媒体服务系统用户数量相应的也可以达到无限大。

1.2概述

我们所说的这种P2P模式的流媒体技术是相对于传统的C/S模式而言的。传统的C/S模式存在比较大的局限，由于其只能使用服务器的资源提供相关的服务，那么其服务的质量和容量就受到了很大的限制。但P2P模式却彻底改变了这种现象。一方面它能合理的利用服务器的资源，而另一方面它还能合理地使用用户们计算机中的空闲资源。这样的话，用户在享受流媒体服务的同时，也可以享受到其计算机闲置资源为其所提供的另一些相关服务，那么，其整个的流媒体服务系统的资源就不再仅仅只是服务器的资源，还会包括用户计算机闲置的相关资源。一旦这样的用户数量增多，其消耗的资源也就会相应的增加，于是那些新增的用户就会提供新的资源与数据。这样一来，其便给我们使用P2P这种高品质和大容量的流媒体服务系统提供了可能性。

因此，这种P2P模式的流媒体服务系统是在不改变现有的流媒体架构和传输协议基础上进行的，有些时候甚至还可以不改变现

图1

图2

有的系统，只要增加新的板块和功能就可以实现。具体来说，P2P模式的流媒体服务系统只要在目前现有的流媒体服务系统的基础上改变其在原有C/S模式下的服务方式和数据传输途径，就可以达到理想化的效果。

图3

具体来说P2P模式的服务系统可以实现请求同一节目的用户归为一组的要求，然后，我们便可将该组用户当作结点构成一棵树。如图3所示，这种树状的结构能够避免用户在使用的时候计算机互传送出相同的数据，从而产生数据风暴这种情况。我们看到，其服务器为数的根基，其中的第一层用户可以直接从服务器那获取相关的数据，而第二层的用户可以从第一层的用户那里获取数据，就这样以此类推。

但是，用户所使用的计算机和服务器本身相比还是存在一定差异的。因为，用户的计算机是由其自己控制的，如果随意的退出节目的观看，就会导致其不能再为其他的用户服务，而且，目前用户计算机的性能和网络带宽都不是很好，一般能支持的用户数相 当的有限。这样的话，用户的计算机在整个P2P模式下便具有了短暂性的缺陷，怎样保证其退出之后不影响其他用户的收看就成了解决问题的关键。

通过对其的详细分析和研究，我们发现可以采取冗余的数据路径。具体来说就是在一条数据路径获取失败后，其用户直接从另一条路径获取数据，随后在观看当前节目的用户组里面找一条新的数据路径作为备份。这样，通过这些冗余的数据路径，相关用户计算机之间信息交换就比较的稳定，我们将这种结构称为控制网络。

1.3 PSP模式中数据传输树的建立

我们可以将VOD和在线教育等其他的流媒体应用都简化为让服务器进行网上直播。这种网上直播实质上就是让那些观看节目的用户从相关的服务器那消费一样的媒体数据。我们将用户之间数据传输路径构成一种树状的结构，其称为数据传输数。这种数据传输树要在用户不断增加的情况下才能建立起来，我们为了这个树能顺利的建立，相关的服务器便需要维护一些信息。比如，我们要清楚当前的树中有哪些是还能接纳新的结点的，这些结点的端口和地址如当前树中哪些结点还有能力接纳新的结点，这些结点的lP地址和端口以及一些用户计算机性能和出口带宽的相关数据具体是怎样的等等。

1.4 PSP模式的控制网络

因为用户的计算机具有短暂性的特点，我们要确保所有的用户都能收看到稳定的节目，就要增加上面所说的冗余的数据传输路径，这样才能让用户的计算机能与其他用户的计算机进行信息上的交换，万一为自身提供服务的用户失败，那么就能最快的从其他用户那里获取相关的数据。

2评价及应用

服务器的能力和网络资源是整个流媒体服务系统中重要的两种资源。首先，这种新的P2P模式流媒体技术客服了服务器自身资源上的限制，其通过合理地利用相关用户的计算机空闲资源来提供另一部分的服务，大大提升了整个系统的能力。而在我们传统的C/S模式下，其提供服务时仅仅只使用相关的服务器资源，而P2P模式却真正实现了为服务器和所有用户提供资源。这样一来，随着用户数量上的不断增多，整个系统的容量和性能也会得到很大的提升。其次，在原有的C/S模式下，如果服务器端口要支持很多路的用户就要拥有巨大的网络带宽。这其中，流媒体数据带宽占用量是最大的，其将严重的制系统所提供的内容和节目品质。而在P2P模式下，它不仅能合理的利用用户的计算机资源，同时还能合理的使用相关客户端的宽带资源，从而使得带宽资源将随着用户数量的不断增多而不断增大。所以，在理论上这种P2P模式的流媒体服务容量是可以变的无限大的，但是我们考虑到目前的实际网络状况和P2P技术上仍然存在的一些缺点，其要达到无限量的标准还是有一定难度的。但是，从目前来看，这种P2P模式下的一个简单的PC服务器要提供上百万甚至上千万的用户容量还是可以实现的。其在大大降低成本的同时，还解决了原来在C/S模式下存在的容量受限的问题，就目前现有的解决方案看，P2P模式无外乎是一个最为节约成本的理想化方案。

3结束语

目前，将P2P用于流媒体技术的相关产品已经诞生。如EMS系统和PeerCast系统等都随着科技的进一步发展而日趋成熟。在相关的科学和教育领域，EMS系统已经得到了比较广泛的应用，而PeerCast系统则是被许多的音乐爱好者所青睐。这种P2P模式下的流媒体技术才刚走进市场，走进相关的公众的娱乐和信息服务的基础设施之中，未来，其将逐渐的走向人们生活的方方面面。基于这种模式的优越性，我相信在不久的将来，其将迅速的占领相关市场，成为网络信息时代不可或缺的服务技术。

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