基于P2P的IPTV體系結構分析

3.1IPTV業(yè)務(wù)層次結構

從垂直控制功能上來(lái)講，一個(gè)典型的IPTV系統的層次結構如圖2所示，主要包含以下幾個(gè)部分：運營(yíng)支撐層，業(yè)務(wù)層，網(wǎng)絡(luò )承載層和終端層。

支撐層主要完成IPTV用戶(hù)的管理認證授權以及系統設備的管理。業(yè)務(wù)層主要是為IPTV提供多種多樣的多媒體交互業(yè)務(wù)，比如視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)，體育直播業(yè)務(wù)等。

網(wǎng)絡(luò )承載層主要是IPTV的物理介質(zhì)，要求帶寬比較大，最好支持組播，并具有一定的安全保護措施。又可以具體分為接入網(wǎng)、匯聚網(wǎng)和核心網(wǎng)三個(gè)部分。

而最下層的終端層就表示IPTV的最終用戶(hù)，他們通過(guò)網(wǎng)絡(luò )承載層進(jìn)行不同方式的網(wǎng)絡(luò )接入服務(wù)，并在PC或者配合機頂盒的TVSet上觀(guān)看電視節目。

圖2 IPTV垂直層次結構

3.2混合的P2P-IPTV體系結構

系統結構具有綜合服務(wù)能力，可通過(guò)同一個(gè)平臺來(lái)完成直播電視、點(diǎn)播電視和時(shí)移電視的三種業(yè)務(wù)形態(tài)。還要求系統具有非常好的開(kāi)放性架構，使得網(wǎng)絡(luò )系統可以在大規模用戶(hù)頻繁加入退出時(shí)保持穩定，并支持本地和異地用戶(hù)之間的連接和業(yè)務(wù)認證。同時(shí)，其體系結構還需要提供有QoS保證的多媒體服務(wù)，及必要的安全、保密措施。

目前，IPTV一般是運行在支持組播應用的IP網(wǎng)絡(luò )中。其采用的體系結構為C/S模式，提供組播實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和點(diǎn)播存儲媒體業(yè)務(wù)服務(wù)。顯然，由于輸入/輸出帶寬的限制，使得服務(wù)器只能支持有限的并發(fā)用戶(hù)。當大規模的網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)同時(shí)收看節目時(shí)，要保證系統的穩定和QoS，ICP必須用大量服務(wù)器來(lái)平衡網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)負載，并增加網(wǎng)絡(luò )出口帶寬。但是，服務(wù)器數量和網(wǎng)絡(luò )容量的增加永遠會(huì )落后于用戶(hù)規模的增長(cháng)。

目前臨時(shí)的解決辦法是采用組播傳輸技術(shù)來(lái)提供廣播服務(wù)或者采用內容傳送網(wǎng)等覆蓋網(wǎng)技術(shù)。這些過(guò)渡性質(zhì)的技術(shù)需要對現有的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行升級改造，大大增加了網(wǎng)絡(luò )建設的成本，浪費已有的資源投資。

為了徹底解決問(wèn)題，必須打破C/S模式的體系結構，使得IPTV的體系結構向具有對等連接特性的P2P模式演化，從而將服務(wù)器的負荷負載平衡到每個(gè)參與的peer上去?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/P2P">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。

圖3是一個(gè)采用混合網(wǎng)絡(luò )體系結構的P2P-IPTV的網(wǎng)絡(luò )拓撲圖。屬于第三代P2P體系結構，綜合了第一代中央控制網(wǎng)絡(luò )的體系結構和第二代分散分布體系結構的IPTV的優(yōu)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò )的邊緣節點(diǎn)采用集中式的網(wǎng)絡(luò )結構，聚合用戶(hù)，在超級節點(diǎn)之間采用分布式的網(wǎng)絡(luò )結構，為IPTV的穩定度協(xié)同工作。圖中，分布式放置的超級節點(diǎn)取代了中央索引檢索服務(wù)器，同時(shí)，采用分層次的快速搜索算法改進(jìn)IPTV的多媒體資源和內容的搜索性能，縮短了電視節目的反應速度和頻道切換速度。具有高性能的超級節點(diǎn)彼此間相互協(xié)作，即使一個(gè)超級節點(diǎn)崩潰，相應的peers節點(diǎn)仍然和其他網(wǎng)絡(luò )peer有連接，并在新的頻道的搜索中，使用新的超級節點(diǎn)。這種超級節點(diǎn)的IPTV架構和Skype中的超級節點(diǎn)類(lèi)似，P2P IPTV的體系結構中的超級節點(diǎn)其實(shí)也是一個(gè)peer，可作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的點(diǎn)對點(diǎn)的索引服務(wù)器。超級節點(diǎn)還可為處于局域網(wǎng)NAT或者防火墻的IPTV用戶(hù)建立與外界用戶(hù)peer間的連接并為其媒體流做轉發(fā)服務(wù)。

3.3 P2P-IPTV工作流程描述

在基于P2P的IPTV架構的基礎上，IPTV終端得到服務(wù)的流程可以分為三個(gè)部分

圖3 包含超級節點(diǎn)的P2P-IPTV體系結構

（1）登錄IPTV系統：IPTV終端啟動(dòng)后，首先將自行檢查是否處于NAT或者防火墻之后。UDP數據包無(wú)法正常穿越這些設備，因此需要利用NAT穿越技術(shù)打通信道。當打通NAT信道后或直接處于公網(wǎng)位置，終端則發(fā)送UDP數據包給存儲在其配置文件中的超級節點(diǎn)（列表）。這個(gè)列表以超級節點(diǎn)的IP:PORT形式存儲，如果列表為空，則終端直接登錄到IPTV登錄服務(wù)器，獲取超級節點(diǎn)的列表。

（2）對等用戶(hù)搜索：IPTV終端登錄到承載網(wǎng)絡(luò )后，需要搜尋與其具有相同IPTV請求的對等用戶(hù)，并從這些對等體中得到所需要的服務(wù)。這個(gè)過(guò)程需要超級節點(diǎn)的索引幫助。超級電視節點(diǎn)在接受終端登錄的同時(shí)，將記錄用戶(hù)的請求并做服務(wù)歸類(lèi)和索引，將其存儲在服務(wù)歸類(lèi)數據庫中。超級節點(diǎn)在接受用戶(hù)請求后將根據其需求返回與其具有共同服務(wù)的對等體終端的列表，如此，則終端可以直接與對等體建立連接，得到具有一定QoS保障的服務(wù)。

需要指出，超級電視節點(diǎn)也是一種終端，只是其處理能力或帶寬能力較強，被系統選為超級節點(diǎn)。當其退出系統時(shí)，由于超級節點(diǎn)的分布式連接，并不影響終端用戶(hù)的對等服務(wù)搜索過(guò)程。其他超級節點(diǎn)可代替提供相關(guān)服務(wù)。保證了IPTV系統的健壯性和穩定性，也為系統規模的擴展提供了良好的接口。

（3）服務(wù)建立和撤除：終端用戶(hù)得到對等用戶(hù)的列表后，將通過(guò)基于IP協(xié)議的IPTV承載網(wǎng)絡(luò )直接與多個(gè)對等電視用戶(hù)建立點(diǎn)－點(diǎn)的通信連接，并交換彼此媒體流的信息，從多個(gè)對等體接受數據流。當某個(gè)用戶(hù)退出系統，則與其建立點(diǎn)－點(diǎn)連接的對等用戶(hù)刪除信道，并將更新的對等用戶(hù)列表提交到超級電視節點(diǎn)，為下次用戶(hù)搜索作準備。

4 小結

基于P2P的網(wǎng)絡(luò )應用具有良好的可靠性和可擴展性，能為未來(lái)大規模用戶(hù)同時(shí)參與交互媒體應用提供技術(shù)支持。本文提出的一種基于P2P的IPTV的體系結構，此體系結構結合了集中式和分布式的特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò )體系結構中引入超級節點(diǎn)的概念，使得這種IPTV具有非常好的可管理行和開(kāi)放性，同時(shí)也具有良好的可靠性和可擴展性，符合下一代互聯(lián)網(wǎng)應用的大規模用戶(hù)的系統需求。

基于P2P的IPTV還在不斷的演化中，技術(shù)和市場(chǎng)也在不斷變化中?，F在的IPTV系統仍然有許多問(wèn)題需要討論和解決。比如IPTV的媒體節目的知識產(chǎn)權和版權問(wèn)題，P2P系統自身的安全性差也會(huì )給IPTV系統造成非常大的安全隱患等問(wèn)題。