基于CDN與P2P技術(shù)IPTV系統平臺的設計與實(shí)現

標簽：CDP P2P IPTV

一、引言

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)寬帶在中國的普及，人們對Internet提出了多樣化的應用需求?，F在存在的各種形式，如網(wǎng)絡(luò )游戲、在線(xiàn)影視和電子郵件等都極大地豐富了人們的生活。隨著(zhù)數字多媒體技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與家電產(chǎn)品的結合，融合多媒體內容和寬帶網(wǎng)絡(luò )平臺的IPTV將成為全球下一個(gè)極具前景的、全新的寬帶服務(wù)模式。

二、IPTV基本概念

IPTV(InternetProtocolTV或InteractivePersonal TV)意思是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電視，也叫交互式網(wǎng)絡(luò )電視，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體通信技術(shù)。IPTV利用寬帶網(wǎng)的基礎設施，以家用電視機或計算機作為主要終端設備，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議(IP)傳送電視信號，向家庭用戶(hù)提供包括電視節目在內的多種交互式數字媒體服務(wù)。

IPTV的工作原理是把源端的電視信號數據進(jìn)行編碼處理，轉化成適合IP網(wǎng)絡(luò )傳輸的數據形式，然后通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送，最后在接收端進(jìn)行解碼，再通過(guò)電腦或是電視播放。由于數據的傳輸速度要求比較高，所以要采用最新的高效視頻壓縮技術(shù)，例如H.264，MPEG4等。其主要特點(diǎn)在于交互性和實(shí)時(shí)性。

三、CDN技術(shù)

CDN的英文全稱(chēng)是ContentDeliveryNetwork，即內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )，也稱(chēng)為內容傳輸網(wǎng)絡(luò )。這個(gè)概念于1996年由麻省理工學(xué)院一個(gè)小組提出的，并開(kāi)始對CDN技術(shù)進(jìn)行研究，他們在1999年成立了一個(gè)專(zhuān)業(yè)CDN服務(wù)公司，為Yahoo提供了專(zhuān)業(yè)服務(wù)。如今在國內外已經(jīng)有很多的企業(yè)和服務(wù)商開(kāi)始使用內容傳送網(wǎng)絡(luò )CDN技術(shù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。

CDN是建立在現有IP網(wǎng)絡(luò )基礎結構之上的一種增值網(wǎng)絡(luò )，是在應用層部署的一層網(wǎng)絡(luò )架構。CDN的核心是利用智能化策略技術(shù)，將中心的內容和服務(wù)推送到網(wǎng)絡(luò )邊緣，使得用戶(hù)可以在最近的和服務(wù)質(zhì)量最佳的地方獲取服務(wù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括高速緩存、負載均衡、內容路由、內容分發(fā)、內容存儲和內容管理等。CDN的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括：(1)全局負載平衡，訪(fǎng)問(wèn)速度快，讓用戶(hù)連接到最近的服務(wù)器上去。(2)熱點(diǎn)內容主動(dòng)傳送，自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)更新。(3)無(wú)縫集成、高可靠、可用性以及擴展性。(4) 減少對網(wǎng)絡(luò )帶寬資源的占用，具有智能的管理控制能力。(5) 發(fā)送的內容受到保護，而且內容提供商可在本地自己決定服務(wù)的內容。

基于上述的優(yōu)點(diǎn)，CDN技術(shù)能提高寬帶資源的利用率，增加流媒體在互聯(lián)網(wǎng)上的應用普及，這些應用包括在線(xiàn)播放、音樂(lè )點(diǎn)播、電視直播、互動(dòng)游戲等，大大促進(jìn)Internet應用和服務(wù)的發(fā)展。

但是，現有CDN網(wǎng)絡(luò )都只是針對傳統互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )結構、內容傳送和業(yè)務(wù)開(kāi)展方式建設起來(lái)的，如果直接用來(lái)為IPTV業(yè)務(wù)提供服務(wù)，還存在一些不足。如，對視頻編碼格式支持不足、時(shí)延太大、無(wú)法提供廣播級的視頻服務(wù)、系統結構過(guò)于簡(jiǎn)單、隨著(zhù)服務(wù)能力的擴展，需要不斷的投資等。為了能夠承擔起IPTV業(yè)務(wù)的存儲、分發(fā)、傳送，需要對現有CDN技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改造。

四、P2P技術(shù)

P2P是對等連接peertopeer模式的簡(jiǎn)稱(chēng)。目前，業(yè)界對P2P的定義還沒(méi)有一個(gè)標準的說(shuō)法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，P2P技術(shù)是一種用于不同PC用戶(hù)之間、不經(jīng)過(guò)中繼設備直接交換數據或服務(wù)的技術(shù)。它打破了傳統的Client/Server模式，在對等網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)節點(diǎn)的地位都是相同的，具備客戶(hù)端和服務(wù)器雙重特性，可以同時(shí)作為服務(wù)使用者和服務(wù)提供者。

P2P是采用一種與CDN完全不同的內容傳遞方式。P2P的核心是利用用戶(hù)資源，通過(guò)對等方式進(jìn)行文件傳輸，這完全不同于傳統的客戶(hù)服務(wù)器計算模型。P2P通過(guò)“非中心化”的設計和多點(diǎn)傳輸機制，實(shí)現了不依賴(lài)服務(wù)器而快速的交換文件。基于P2P的IPTV體系結構可以使得IPTV業(yè)務(wù)的廣播和轉播等門(mén)檻得到降低，可以讓更多用戶(hù)參與并提供自制的多媒體內容得到基于全球覆蓋的共享和分發(fā)，同時(shí)還可以節約電信運營(yíng)商之間的對接流量，減少網(wǎng)絡(luò )建設成本。

然而，P2P系統也存在明顯的缺點(diǎn)，就是可用性問(wèn)題，盡管從整個(gè)系統而言，P2P是可靠的，但是對于單個(gè)內容或者單個(gè)任務(wù)而言，P2P是不穩定的，每個(gè)Peer可以隨時(shí)終止服務(wù)，甚至退出系統，即交換的內容隨時(shí)可能被刪除或者被終止共享。

迄今為止，P2P網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)歷了集中目錄式P2P網(wǎng)絡(luò )模型、純P2P網(wǎng)絡(luò )模型、混合式P2P網(wǎng)絡(luò )模型和結構化網(wǎng)絡(luò )模型等幾個(gè)時(shí)代，各種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，有的還存在著(zhù)本身難以克服的缺陷，因此，在目前P2P技術(shù)應用的階段，各種網(wǎng)絡(luò )結構依然能夠共存，甚至呈現相互借鑒的形式。

五、CDN和P2P技術(shù)的融合

CDN和P2P被用于不同的領(lǐng)域，CDN主要用于可靠的Web和流媒體內容分發(fā)，而P2P則主要用于內容交換。兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

顯然，CDN和P2P技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)在應用上具有一定的互補性。如果能夠結合P2P的擴展能力和CDN的可靠性、可管理性，就可以構建一個(gè)可管理的、能夠承載電信級內容應用的IPTV系統平臺。

從融合方式來(lái)看，CDN和P2P融合有兩種形式，一種是將CDN的Cache設備以P2P的方式組織，利用P2P的目錄服務(wù)和多點(diǎn)傳輸能力，實(shí)現CDNCache設備之間的內容交換，提升CDN的內容分發(fā)能力;另外一種是將CDN的管理機制和服務(wù)能力引入P2P網(wǎng)絡(luò )，形成以CDN為可靠的內容核心，以P2P為服務(wù)邊緣的架構，通過(guò)這種架構，可以在不增加CDN成本的同時(shí)有效提升CDN服務(wù)能力，更有效地避免了P2P應用的諸多弊端，這種架構下，用戶(hù)需要通過(guò)P2P的客戶(hù)端來(lái)獲取服務(wù)。

相比較而言，第一種方式對于提高系統的擴展性幫助不大，僅僅是從管理和控制平面提高了CDN的內容分發(fā)能力。第二種方式應用前途更加廣泛，是在當前運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )狀況下最理想的媒體業(yè)務(wù)承載平臺方案。

我們的CDN和P2P融合的優(yōu)化方案是建立在CDN基礎之上，在骨干網(wǎng)層次保留了原有的CDN系統的架構和功能，在邊緣節點(diǎn)引入了P2P技術(shù)來(lái)進(jìn)行文件及流媒體的共享，實(shí)現了CDN技術(shù)與P2P傳輸的結合。

六、IPTV系統架構

本文設計的IPTV系統平臺采用分布式架構部署，基于上述CDN和P2P相融合的技術(shù)，提供一個(gè)端到端的解決方案。

由于流媒體具有松耦合，高擴展性的特點(diǎn)，從IPTV體系結構的垂直控制功能上來(lái)講，一個(gè)典型的IPTV系統架構采用分層的模式，使得平臺系統上的應用開(kāi)發(fā)能夠根據不斷變化的業(yè)務(wù)應用需求而快速擴展，具體IPTV系統平臺的業(yè)務(wù)與功能組成包含Web門(mén)戶(hù)業(yè)務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、系統支撐層、流媒體傳輸層、承載網(wǎng)絡(luò )層和終端層。