基于P2P的流媒体技术研究(1)
2015-11-03 01:08
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摘 要 传统的流媒体播放方式基于C/S集中式网络模式，对于高带
摘 要 传统的流媒体播放方式基于C/S集中式网络模式，对于高带宽、实时性和突发流量这三大困难很难找到行之有效的解决方案。而P2P技术采用分布式网络模式，很好的解决了网络带宽瓶颈等问题。本文提出了一种新的基于P2P技术的流媒体系统架构应用模型，该应用模型融合了P2P技术和C/S技术的优点，可以在网络带宽效率、延时和可靠性三者之间做出更好的权衡。并分析了系统设计中的一些关键技术。 关键词 P2P；流媒体；分层多描述编码；异构性1 引言 随着Internet的迅猛发展和普及，流媒体技术广泛应用于在线直播、视频点播、远程教育、视频会议、数字图书馆等领域。但流媒体的传输对带宽、延迟和包的丢失率等服务质量QoS(Quality of Service)都有十分严格的要求，然而随着用户人数的增多，传统的集中式管理使中央服务器负载过重，使得这些服务质量得不到保障。而对等网络(Peer-to-Peer，P2P)系统具有负载均衡、自适应、自组织和容错力强等优点，因此很多研究者开始将对等网络运用到流媒体的传输中来[1]。 本文在参考近年来国内外的相关研究成果的基础上，提出了一个新的基于P2P的流媒体系统架构模型—P2PStreaming，该模型融合了P2P技术和C/S技术的优点，可以在网络带宽效率、延时和可靠性三者之间做出更好的权衡。2 基于P2P的流媒体系统2.1 P2PStreaming系统结构 如图1所示，本系统采用混合式P2P网络结构，即采用融合C/S模式特点和P2P模式特点的模型，一方面易于实现，可靠性和扩展性高；另一方面，我们可以看出通过把节点管理的功能独立到服务器的管理模块，节点与节点之间交换的数据越多，服务器的负担相对越轻，如果当节点和节点之间交换的数据为零，那么该结构将退化为一个普通的C/S结构，也就是说，即便在最差的情况下系统性能也等同于C/S模式的性能[2]。 在系统中，我们采用了基于目录服务的P2P模型，由目录服务器管理整个“内容传输链”，为新加入的客户提供最合适的媒体源，来最大限度地保证整个系统的服务质量，这一点是自组织的、结构比较松散的网络模型很难做到的[3]。图1所示整个系统是由3部分组成：源节点、目录服务器和Peer，图中连线的粗细表示了网络流量的大小，从图中可以看出Peer和目录服务器之间的通信流量只占了整个系统流量的一小部分。主要的通信流量是集中在Peer之间和Peer和源节点之间。系统每个部分的主要功能为：
图1 P2Pstreaming系统结构图 1)源节点：负责提供原始流媒体数据源，并对数据进行分层MDC。源节点逻辑上是与其他节点相同的，只是它是纯粹的资源贡献者，不必下载数据。为了减轻源节点的负担，将源节点的优先级设置为最低，除了最初必须由源节点提供数据外，节点在获取数据时，优先从其它节点获取，除非该节点负荷超出了设置值。 2)Peer：下载所需数据，并进行分层MDC解码观看，同时将自己的数据资源共享给系统中的其他节点。 3)目录服务器：主要负责收集、统计、更新节点信息，并且对节点进行管理；目录服务器是节点的协调者，它存储网络中所有节点的信息列表，使得节点可以迅速地找到其他连接节点，但是它不能处理与媒体流相关的任何数据，只是为发现节点而存在。2.2 基于分层思想的P2P流媒体系统设计 在P2P网络中，客户节点不仅只有客户端的功能，也需要具备部分服务器的功能。为了把复杂的问题简化，并且利于以后系统的升级，我们对P2P流媒体系统采用分层的设计方法，如图2所示，从图中可以看出每个客户节点都具有双重的身份，一个是位于现实Internet中，一个是位于虚拟的P2P网络中，P2P网络是把Internet上有共同兴趣的节点归类在一起的一个虚拟的点对点的网络。
图2 P2P流媒体分层结构 从图2看出，整个系统包括了5层，最底层是Internet，它保证数据包的接收和传送，网络探测层可以获取网络状况的信息，包括带宽和时延的估计，防火墙检测等。P2P层实现与其它客户联系或者信息交换。编/解码层进行分层MDC编/解码，系统利用分层MDC增加数据传输冗余，解决网络异构性的问题[4]。3 系统中关键部分的实现技术3.1 目录服务器的实现3.1.1 目录服务器通信的实现 本系统中，节点对服务器的访问通过http协议进行，节点加入P2P网络时，先通过HTTP访问服务器，一般的系统中表现为访问WEB页；接着由节点管理模块将每个加入节点的要求都被逻辑上转化为一个CHTTP请求对象，该请求发送给服务器内的数据库，数据库分配给该请求一个相应的URL值，同时数据库对请求进行解析，产生一个CHTTP应答，将该应答返回给节点管理模块，由它发送给请求节点[5]。3.1.2 节点的加入和注销 节点登录时通过调用该目录服务器上的登入页面声明它的IP地址和共享资源。服务器的管理模块把节点的IP地址及共享资源信息记录到数据库中。如果执行成功，目录服务器给节点返回代表成功验证信息：如果失败，则返回包含失败原因的文档。当节点要从P2P网络注销时，需要调用该服务器上的注销页面。服务器的管理模块根据该节点的IP地址等信息，从数据库中删除该节点的相应记录。3.1.3 伙伴列表的获得 如果节点想了解当前存在的其他节点的情况，先请求管理模块，由它查询数据库，把查询结果返回给请求节点，包括其他节点IP地址、所有数据等信息。则节点就可以得到当前存在的其他节点的连接信息，进而和其他节点进行直接通信。节点利用服务器搜索查询特定的节点或共享信息的机制也是如此。共2页: 1 [2] 下一页 论文出处(作者):
