http://www.ppcn.net/n7815c2.aspx 對等網絡技術(P2P)在IPTV中解決數據服務器傳輸瓶頸
日期：2009-07-06 來源：通信世界網 作者：哥屋恩
隨著嵌入式技術這幾年的迅速發展，在個人電腦平臺上正顯示出強大市場需求的流媒體技術，目前逐漸有向嵌入式平臺轉移的趨勢。個人便攜化、家電化的媒體消費需求，為這次平臺的轉移提供了市場契機。IPTV正是在這場消費革命中處在風口浪尖的焦點。業內大多認為IPTV蘊含了巨大的商業利益，但至今仍鮮有涉足者，其中原因之一是網絡速度問題。本文介紹了對等網絡技術，即點對點(P2P)技術，將其應用到IPTV網絡傳輸中，可充分利用每一終端的上下行信道，并且不需要路由器等硬件支持組播，可以為IPTV網絡傳輸瓶頸問題提供一種解決方案。
一、對等網絡技術
1.對等網絡簡介
對等網絡(peer-to-peer network)，常被稱為P2P或點對點，是近年來興起的一種新型網絡技術。它在傳輸方式上打破了傳統網絡的服務器/客戶端(C/S)模式的定式，建立了一種客戶端對客戶端的直接通信機制，這種通信方式也為未來網絡的發展提供了思路。在對等網絡中，每一節點既作為客戶端，又充當他人的服務器，從某種意義上，每一結點都處在同等地位。對等網絡是對分布式概念的成功拓展，它將傳統方式下的服務器負擔分配到網絡中的每一節點上，每一節點都將承擔有限的存儲與計算任務，加入到網絡中的節點越多，節點貢獻的資源也就越多，其服務質量也就越高。
反觀現在網絡上仍占主導地位的C/S服務模式，雖然近年來，終端用戶的網絡帶寬逐年提高，但用戶使用感受仍未有大的改觀，主要也是由于各大服務器不堪重負，用戶數量大幅上升時，服務器甚至有面臨崩潰的危險，而此時空閑的鏈路帶寬正被白白浪費掉。而P2P方式的網絡服務，正好能充分挖掘網絡的空閑資源，不需要增加投入，就能服務更多用戶。因而可以看到，對等網絡技術的優勢是不言而喻的，它將在未來的網絡應用中，創造巨大的價值。
2.對等網絡的基本結構
對等網絡一般按組織結構的不同，分為三種類型。
(1)集中式對等網絡
集中式的對等網絡其實并不是完全意義上的對等網絡，這是一種介于C/S模式與對等網絡之間的基于P2P理念的對傳統網絡方式的拓展。集中式對等網絡基于中央目錄服務器，為網絡中各節目提供目錄查詢服務，傳輸內容無需再經過中央服務器。這種網絡，結構比較簡單，中央服務器的負擔大大降低。但由于仍存在中央節點，容易形成傳輸瓶頸，擴展性也比較差，不適合大型網絡。但由于目錄集中管理，對于小型網絡的管理和控制上倒是一種可選擇方案。
(2)無結構分布式網絡
無結構分布式網絡與集中式的最顯著區別在于，它沒有中央服務器，所有結點通過與相鄰節點間的通信，接入整個網絡。在無結構的網絡中，節點采用一種查詢包的機制來搜索需要的資源。具體的方式為，某節點將包含查詢內容的查詢包發送到與之相鄰的節點，該查詢包以擴散的方式在網絡中蔓延，由于這樣的方式如果不加節制，會造成消息泛濫，因此一般會設置一個適當的生存時間(TTL)，在查詢的過程中遞減，當TTL值為0時，將不再繼續發送。
這種無結構的方式，組織方式比較松散，節點的加入與離開比較自由，當查詢熱門內容時，很容易就能找到，但如果需求的內容比較冷門，較小的TTL不容易找到，而較大的TTL值又容易引起較大的查詢流量，尤其當網絡范圍擴展到一定規模時，即使限制的TTL值較小，仍然會引起流量的劇增。但當網絡中存在一些擁有豐富資源的所謂的類服務器節點時，可顯著提高查詢的效率。
(3)結構化分布式網絡
結構化分布式網絡，是近幾年基于分布式哈希表(Distributed Hash Table)技術的研究成果。它的基本思想是將網絡中所有的資源整理成一張巨大的表，表內包含資源的關鍵字和所存放結點的地址，然后將這張表分割后分別存儲到網絡中的每一結點中去。當用戶在網絡中搜索相應的資源時，它將能發現存儲與關鍵詞對應的哈希表內容所存放的結點，在該結點中存儲了包含所需資源的結點地址，然后發起搜索的結點根據這些地址信息，與對應結點連接并傳輸資源。這是一種技術上比較先進的對等網絡，它具有高度結構化，高可擴展性，結點的加入與離開比較自由。這種方式適合比較大型的網絡。 |||
二、對等網絡技術在IPTV中的應用
1.IPTV的現狀
國內IPTV與P2P一直是沿著兩個不同的方向發展。由于IPTV與傳統電視收看方式相似，基本上被看作是有線電視(CATV)或數字電視(DVB)的升級，因而在設計思路上沿用了與之類似的中央服務器的模式。在傳統的方式中，網絡基本上是廣播式的單向信道，即客戶端沒有能力或只有很少能力發送上行信息，在這種方式下，所有的服務內容由中央服務器發送，所有的處理工作完全由中央服務器完成，無法實現P2P的連接。
為了在C/S模式下解決IPTV中的服務器瓶頸問題，目前的方案大多擬采用組播技術，以及配合中央服務器一邊緣服務器的內容分發策略(CDS)來實現。
組播技術也是近年來十分熱門的，優于廣播方式的網絡中一點對多點傳輸服務技術。在傳統的一點對多點通信中，服務器對每一個請求連接的客戶端都要建立獨立的連接，一般的服務器最大能提供的連接數量是相當有限的，因此這種方式并不適合媒體服務。廣播方式下，可以不用為每個用戶建立相應的連接，只將有需求的內容向每個子網以廣播方式發送一份拷貝，這樣可以保證所有用戶都能接收到這份數據。但這種方式的弊端是顯而易見的，大量的沒有請求這項內容的用戶也都收到了這份數據，這將造成網絡數據的泛洪，引起阻塞。由此，產生了組播技術。在組播方式下，增加了一個組播組的概念，當用戶請求服務時將加入這個組，服務器只向有需要的子網的組播地址發送一份數據拷貝，當這份數據到達子網路由器時，路由器將根據當前組成員狀況進行發送，這樣只有當前的組成員能夠接收到這份數據，從而保證了帶寬不被浪費。
2.對等網絡在IPTV中的應用
組播對于減輕服務器負擔是有相當作用的，但是組播對硬件要求較高，需要數據源和接收者的下層網絡都能支持組播協議。而且組播方式，依然沒有利用到客戶端的上行通道，即用戶接收到的數據仍然不能轉發給其他有相同需要的用戶。
傳統網絡方式與對等網絡方式的網絡結構對比如圖1。采用對等網絡技術的IPTV系統，對底層硬件基本沒有要求，只需在應用層上修改即可。由于IPTV具有實時媒體的特點，網絡節點并不需要保存資源信息的相關內容，每節點在某一時刻只能提供一種資源的服務，因此對等網絡中基于搜索的機制完全可以不予考慮。另外，由于IPTV系統必須具備良好的用戶認證收費管理子系統，以及提供相關增值服務的功能，因此不能允許用戶隨便加入網絡，需要有健全的用戶管理機制。針對IPTV這種特性，在IPTV中應用對等網絡技術，采用集中式的結構比較合適。
圖1 IPTV中傳統網絡與對等網絡的結構對比
在基于對等網絡的IPTV系統中采用集中式結構，系統中應存在少量的中央服務器，這些服務器除了保存節目內容資源外，還要保存當前的節目單信息和正在收看節目的客戶端信息。當用戶請求收看某一節目時，服務器將返回正在收看該節目的用戶，這里服務器可以根據請求來源的路由信息，在所有收看該節目的用戶中挑選與請求用戶最接近的，也就是連通性最好的用戶信息進行返回。用戶收到服務器返回的地址信息后，即開始與正在收看的用戶進行連接，獲取節目內容。