p2p流媒體技術(shù)原理及應用

1、摘要：摘要：基于基于P2P的流媒體的流媒體技術(shù)技術(shù)是一項非常有前途的技術(shù)，該技術(shù)有兩方面的優(yōu)點：不需是一項非常有前途的技術(shù)，該技術(shù)有兩方面的優(yōu)點：不需要互聯(lián)網(wǎng)路由器和網(wǎng)絡基礎設施的支持，因此性價比高且易于部署；流媒體用戶不只是下要互聯(lián)網(wǎng)路由器和網(wǎng)絡基礎設施的支持，因此性價比高且易于部署；流媒體用戶不只是下載媒體流，而且還把媒體流上載給其他用戶，因此，這種方法可以擴大用戶組的規(guī)模，且載媒體流，而且還把媒體流上載給其他用戶，因此，這種方法可

2、以擴大用戶組的規(guī)模，且由更多的需求帶來更多的資源。由于由更多的需求帶來更多的資源。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點存在不穩(wěn)定性，因此流媒體系統(tǒng)中節(jié)點存在不穩(wěn)定性，因此P2P流媒體系統(tǒng)需要在文件定位技術(shù)、節(jié)點選擇技術(shù)、容錯以及安全機制方面有所突破。此外在媒體系統(tǒng)需要在文件定位技術(shù)、節(jié)點選擇技術(shù)、容錯以及安全機制方面有所突破。此外在如何管理節(jié)點并建立發(fā)布樹、如何應付不可預知的節(jié)點失效、如何適應網(wǎng)絡狀態(tài)變化方面如何管理節(jié)點并建立發(fā)布樹、如何應付不可

3、預知的節(jié)點失效、如何適應網(wǎng)絡狀態(tài)變化方面也面臨著一些挑戰(zhàn)。也面臨著一些挑戰(zhàn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的日趨普及和新技術(shù)的迅速發(fā)展，一大批新興的網(wǎng)絡多媒體應用開始涌現(xiàn)并成為人們工作、生活中重要的組成部分，例如：網(wǎng)絡電視、體育賽事廣播、在線游戲、遠程教育等。而這些多媒體應用需要流媒體技術(shù)的支持。流媒體是指在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上按時間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音、視頻數(shù)據(jù)流。流媒體數(shù)據(jù)流具有3個特點：連續(xù)性、實時性、時序性，即其數(shù)據(jù)流具有嚴格的前后時序關(guān)系。由于流媒體

4、的這些特點，它已經(jīng)成為在互聯(lián)網(wǎng)上實時傳輸音、視頻的主要方式。本質(zhì)上，流媒體技術(shù)是一種在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上傳遞多媒體信息的技術(shù)。目前數(shù)據(jù)網(wǎng)絡具有無連接、無確定路徑、無質(zhì)量保證的特點，給多媒體實時數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上的傳輸帶來了極大的困難，流媒體技術(shù)的主要目標就是：通過一定的技術(shù)手段實現(xiàn)在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上有效地傳遞多媒體信息流。傳統(tǒng)的流媒體服務大都是客戶服務器(CS)模式，即用戶從流媒體服務器點擊觀看節(jié)目，然后流媒體服務器以單播方式把媒體流推送給用戶。當流媒

5、體業(yè)務發(fā)展到一定階段后，用戶總數(shù)大幅度增加，這種CS模式加單播方式來推送媒體流的缺陷便明顯地顯現(xiàn)出來(如流媒體服務器帶寬占用大、流媒體服務器處理能力要求高等)，帶寬、服務器等常常成為系統(tǒng)瓶頸，系統(tǒng)的可擴展性差。近年來，人們把P2P技術(shù)引入到流媒體傳輸中而形成了P2P流媒體技術(shù)，該方法有兩方面的優(yōu)點。首先，這種技術(shù)并不需要互聯(lián)網(wǎng)路由器和網(wǎng)絡基礎設施的支持，因此性價比高且易于部署；第二，在這種技術(shù)中，流媒體用戶不只是下載媒體流，而且還把媒體

6、流上載給其他用戶，因此，這種方法可以擴大用戶組的規(guī)模，且更多的需求也帶來了更多的資源。1P2P流媒體系統(tǒng)流媒體系統(tǒng)1.1P2P流媒體系統(tǒng)播送方式P2P流媒體系統(tǒng)按照其播送方式可分為直播系統(tǒng)和點播系統(tǒng)，此外近期還出現(xiàn)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(tǒng)。1.1.1直播在流媒體直播服務中，用戶只能按照節(jié)目列表收看當前正在播放的節(jié)目。在直播領域，交互性較少，技術(shù)實現(xiàn)相對簡單，因此P2P技術(shù)在直播服務中發(fā)展迅速。2004

7、年，香港科技大學開發(fā)的CoolStreaming原型系統(tǒng)將高可擴展和高可靠性的網(wǎng)狀多播協(xié)議應用在P2P直播系統(tǒng)當中，被譽為流媒體直播方面的里程碑，后期出現(xiàn)的PPLive和PPStream等系統(tǒng)都沿用了其網(wǎng)狀多播模式。(2)數(shù)據(jù)驅(qū)動方法近年來，人們又提出用于P2P的數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。數(shù)據(jù)驅(qū)動的覆蓋網(wǎng)絡與基于樹結(jié)構(gòu)的最大不同在于它不組建和維護一個傳輸數(shù)據(jù)的明顯拓撲結(jié)構(gòu)，它用數(shù)據(jù)的可用性去引導數(shù)據(jù)流，而并不是在高度動態(tài)的P2P環(huán)境下不斷地修復拓

8、撲結(jié)構(gòu)。一個不用明確維護拓撲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分發(fā)方法是使用Gossip協(xié)議。在典型的Gossip協(xié)議中，節(jié)點給一組隨機選擇的節(jié)點發(fā)送最近生成的消息；這些節(jié)點在下一次做同樣的動作，其他節(jié)點也做同樣的動作，直到該消息傳送到所有節(jié)點。對Gossip目標節(jié)點進行隨機選擇可以在存在隨機失效的情況下使系統(tǒng)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(jié)

9、構(gòu)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Chainsaw[4]、CoolStreaming[5]采用拉取技術(shù)，即：節(jié)點維持一組伙伴并周期性地同伙伴交換數(shù)據(jù)可用性信息，接著節(jié)點可以從一個或多個伙伴找回沒有獲得的數(shù)據(jù)，或著提供可用數(shù)據(jù)給伙伴。由于節(jié)點只在沒有數(shù)據(jù)時去主動獲取，所以避免了冗余。此外，由于任一數(shù)據(jù)塊可能在多個伙伴上可用，所以覆蓋網(wǎng)絡對時效是健壯的。最后，隨機化的伙伴關(guān)系意味著節(jié)點間的潛在的

10、可用帶寬可以被完全利用。2P2P流媒體中的關(guān)鍵技術(shù)流媒體中的關(guān)鍵技術(shù)由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點存在不穩(wěn)定性，P2P流媒體系統(tǒng)需要解決如下幾個關(guān)鍵技術(shù)[6]：文件定位、節(jié)點選擇、容錯以及安全機制等。2.1文件定位技術(shù)流媒體服務實時性強，快速準確的文件定位是流媒體系統(tǒng)要解決的基本問題之一。在P2P流媒體系統(tǒng)中，新加入的客戶在覆蓋網(wǎng)絡中以P2P的文件查找方式，找到可提供所需媒體內(nèi)容的節(jié)點并建立連接，接受這些節(jié)點提供的媒體內(nèi)容。P2P方式的文件