基于P2SP的流媒体点播系统设计与实现

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摘 要：近年来，随着科学技术的发展与人们生活水平的提高，流媒体点播业务得到广泛应用，发展迅速。但是由于技术发展并不十分成熟，还存在着比如带宽占用大、扩展性差、用户管理难等问题。因此研究基于p2sp的流媒体点播系统的设计具有重要的意义。

关键词：P2SP 流媒体点播 CDN

1、问题的提出

近年来，随着计算机网络的快速发展，视频点播（Video-On-Demand，VOD）业务发展迅速。传统的VOD系统采用C/S结构，采用的是典型的P2S（Peer to Server）体系，因此很容易受到服务器性能、带宽等因素的制约，扩展性得不到保证。将p2p技术引入VOD系统中就有效的解决了传统VOD系统受服务器性能、带宽等因素制约的问题，通过利用普通用户节点的带宽、存储等资源可以实现原本由服务器完成的工作为其他用户节点提供服务。在VOD发展过程中，P2P（Peer to Peer）技术一直是研究与应用的热点。P2P的组织结构是非中心化的，这就决定了p2p网络在内容分发应用中得以发挥它的长处，发展迅速。因此目前，网络流量中有很大一部分（约50%）流量由P2P流量占据。基于2P的VOD系统将服务分散，极大的减轻了服务的压力，同时实现的系统的可扩展性。传统的流媒体传输播放方式是基于CDN的集中式网络模式，传统的CDN系统采用的是分层组网技术，节点分为中心节点和边缘节点，客户端请求边缘节点，如果没有命中需要内容，然后请求中心节点，这种技术面临网络带宽受限问题、服务器的处理能力有限、可扩展性差、网络资源利用率低，因而不能满足客户需求；同时如果采用纯粹的P2P网络传输结构，面临着用户不易管理、流媒体版权问题，及用户作为服务节点时离线率高问题。为了解决以上问题，本文提出了一种流媒体点播系统设计方法，将P2SP（Peer to Server&Peer）技术应用于流媒体点播系统。P2SP融合了服务器模式和P2P技术的优势，使本来集中的服务分散，平衡了服务器的负载，使得整个系统的服务质量更加稳定、可靠。P2SP技术将流媒体数据存储在数据库中，通过检索存储的流媒体数据来实现对孤立的服务器资源和P2P资源的整合。

2、系统功能

系统采用C/S结构进行开发，基于P2SP的流媒体点播系统拟实现的功能有：流媒体节目浏览、流媒体节目搜索、流媒体节目多线程下载、流媒体节目P2SP下载等。

（1）流媒体节目浏览。通过访问中心服务器上的节目列表信息可以实现对客户端节点提供节目浏览服务。

（2）流媒体节目搜索。通过访问中心服务器上的节目列表信息可以实现对客户端节点提供节目搜索服务。

（3）流媒体节目多线程下载。系统提供多线程下载资源服务，使得客户端节点可以开启多个线程进行数据的下载，实现流媒体节目边下边播以及从多个服务节点下载节目数据。

（4）流媒体节目P2SP下载。系统可以通过P2SP技术实现流媒体P2SP下载，实现流媒体内容同时由客户端节点和服务器节点向客户端节点传输。

3、系统功能设计

基于P2SP的流媒体点播系统的服务器包括中心服务器和普通服务器，中心服务器是系统的服务核心，主要负责系统用户的认证、任务的调度、系统运行管理等职责；普通服务器是CDN区域的主要服务器，主要负责存储流媒体内容、给用户节点传输流媒体内容，并且充当索引服务器，维护着缓存有指定内容的在线用户列表，为其他用户提供下载链接。对于系统而言，中心服务器一直作为中心服务器为整个系统提供服务，而服务器可以是得到认证的用户节点来担当。服务器节点记录着客户端节点的IP、端口号、用户缓存信息、以及用户看过的流媒体文件信息。服务器节点会周期性的接到被该服务器节点服务的用户节点的当前节点带宽、用户缓存信息、正在为几个节点提供服务等信息。服务器节点存储的这些信息为给请求流媒体节目的用户节点寻求最佳服务节点提供帮助。系统利用P2SP技术将一些处于空闲状态和不忙碌状态的服务器节点和客户端节点进行整合保证了系统节点的下载速度和下载稳定性。

文件传输是整个基于P2SP的流媒体点播系统中重要的环节，保证了客户端得到所请求的流媒体文件内容。为了确保客户端能到更好的享受基于P2SP的流媒体点播服务，实现流媒体节目的快速定位、快进等功能，系统将流媒体文件进行分割处理。在用户观看流媒体节目同时，系统在客户端开辟存储空间存储已经下载的流媒体文件，以便该客户端节点可以随时为其他节点提供资源传输服务。在流媒体文件传输、存储过程中采用的文件分段、段分块传输的方式实现。首先将文件分成“段”，再将每“段”分成“块”，“块”作为文件传输的最小单位。将文件分段、再分块的传输方式实现了在用户请求流媒体节目时对每“段”中不同的“块”进行并行传输，提高了传输效率，并且减少了用户等待的时间，整体而言提高了整个系统的服务能力。

4、系统工作流程

系统的工作流程如下：（1）客户端登陆中心服务器。（2）如果验证通过转向第3步否则转向第1步。（3）中心服务器向客户端返回节目列表。（4）客户端请求节目，继续执行；如果用户关闭客户端，转第12步。（5）向中心服务器发送请求。（6）中心服务器返回能够提供服务的各块的地址。（7）客户端向返回的地址请求媒体内容。（8）客户端接收媒体内容，进行媒体的播放。（9）客户端播放完毕。（10）客户端闲置状态。（11）等待用户操作，转第4步4.系统仿真与性能分析。

由于基于P2SP的流媒体点播系统真正实际实现需要众多的服务器和客户端节点，对实验条件要求苛刻，因此对系统的测试采用仿真的形式展开。仿真指的是在实际没有存在真实的实验系统条件下，通过特定的条件、特定的场景，模拟系统真实的运行，进行系统性能的评估与分析。用网络仿真工具建立基于P2SP的流媒体点播系统的网络模型，在一台计算机上运行这个网络模型，得到网络模型运行的结果，通过分析结果来了解设计的系统的性能。通过利用网络仿真工具对系统进行仿真测试，可以花很少的成本来了解在实际中要花很大成本才能完成的系统测试。因此，引入网络仿真工具为我们对基于P2SP的流媒体点播系统性能测试提供了简单、高效的方法。网络仿真工具可以模拟真实的实验环境，根据网络规模的不断变化，改进网络模型，最大程度模拟真实环境，测试网络性能，分析运行数据等，因此在网络工程的研究中广泛应用。目前比较有代表性的P2P仿真工具有：OMNeT++、OverSim、P2PSim、PeerSim、NS-2[46-48]等。本文阐述了一种基于P2SP的流媒体点播系统的设计方法。传统的流媒体传输方式是基于CDN的集中式网络，容易受到服务器性能、带宽等因素的制约，可扩展性差、网络资源利用低、用户体验差。而纯粹的P2P网络传输流媒体，则面临着用户管理难、流媒体版权不清、单点故障等问题。

文本提出的基于P2SP的流媒体点播系统的设计方法，可以减轻服务器的压力，解决传统CDN网络带宽受限问题，提高了系统的扩展性，同时解决了用户管理的困难和版权不清问题，可以明显提高用户体验。由于条件所限本系统还有工作需要在日后继续进行研究与改进，相信经过日后的研究改进基于P2SP的流媒体点播系统的功能将更加全面，用户体验更加友好。

参考文献：

[1]宋维虎.流媒体技术发展现状及应用策略综述[J].科技广场，2010（09）.

[2]宋岩.流媒体技术及其应用[J].西安文理学院学报（自然科学版），2007（04）.