P2P IPTV技術(shù)進(jìn)展

IPTV一般泛指通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳輸音視頻內容并用電視機收看的業(yè)務(wù)。目前電信運營(yíng)商提供的IPTV運營(yíng)在支持組播的可管理的IP網(wǎng)上，其主要業(yè)務(wù)為直播電視(轉播電視廣播)、時(shí)移電視、視頻點(diǎn)播(VoD)以及交互信息服務(wù)等。

目前中國的IPTV系統采用客戶(hù)機/服務(wù)器模式提供單播和點(diǎn)播(包括VoD和時(shí)移電視)業(yè)務(wù)。由于服務(wù)器輸入/輸出(I/O)“瓶頸”的限制，一臺服務(wù)器只能支持有限的并發(fā)流(千數量級的并發(fā)流)。要解決十萬(wàn)、百萬(wàn)用戶(hù)同時(shí)收看的問(wèn)題，不僅需要大量服務(wù)器，還需要極寬的網(wǎng)絡(luò )帶寬。目前的解決方法一是采用組播來(lái)提供廣播，二是采用內容傳送網(wǎng)絡(luò )(CDN)技術(shù)將服務(wù)器盡量放到離客戶(hù)近的地方以減輕網(wǎng)絡(luò )負荷?，F有網(wǎng)絡(luò )要支持組播，需要進(jìn)行改造，這不僅導致成本增加還將損失互聯(lián)網(wǎng)無(wú)所不在的通達能力。因此，IPTV只能在經(jīng)過(guò)改造的局部網(wǎng)絡(luò )內提供廣播業(yè)務(wù)。對于IPTV進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò )新媒體演化趨勢，目前的客戶(hù)機/服務(wù)器模式也不能很好地提供支持。

客戶(hù)機/服務(wù)器已經(jīng)成為制約IPTV發(fā)展的“瓶頸”，解決方法是體系結構向對等連接(P2P)模式演化。

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計算機網(wǎng)絡(luò )發(fā)展演化過(guò)程不斷在集中和分布之間擺動(dòng)。早期計算機的使用模式是眾多用戶(hù)共享大型計算機，以后發(fā)展了個(gè)人計算機，從集中走向分布。在互聯(lián)網(wǎng)上存在類(lèi)似情況，開(kāi)始采用客戶(hù)機/服務(wù)器方式，使用網(wǎng)站上集中的服務(wù)器。進(jìn)一步發(fā)展將走向分布式，集中的服務(wù)器變成分布式的。

P2P技術(shù)將許多用戶(hù)結合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，共享其中的帶寬，共同處理其中的信息。與傳統的客戶(hù)機/服務(wù)器模式不同，P2P工作方式中，每一個(gè)客戶(hù)終端既是客戶(hù)機又是服務(wù)器。以共享下載文件為例，下載同一個(gè)文件的眾多用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)只需要下載文件的一個(gè)片段，然后互相交換，最終每個(gè)用戶(hù)都得到完整的文件。

實(shí)現P2P的第一步是在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行檢索，找到擁有所需內容和計算能力的結點(diǎn)地址；第二步是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現對等連接。為了充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)無(wú)所不在的優(yōu)勢，不能對互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行任何修改。解決的方法是在基礎的互聯(lián)網(wǎng)上架設一個(gè)P2P重疊網(wǎng)。

P2P重疊網(wǎng)分為無(wú)組織的P2P重疊網(wǎng)、有組織的P2P重疊網(wǎng)和混合型網(wǎng)三大類(lèi)。目前在互聯(lián)網(wǎng)上廣泛使用的大多是無(wú)組織的P2P重疊網(wǎng)，如BitTorrent(BT)下載。而有組織的P2P重疊網(wǎng)目前還處于學(xué)術(shù)界研究階段，如Tapestry、Chord、Pastry和CAN等網(wǎng)絡(luò )。正在研究的新一代的P2P應用包括多播、網(wǎng)絡(luò )存儲等都運行在這種有組織的P2P重疊網(wǎng)上。一些實(shí)用系統開(kāi)始使用混合型結構。

無(wú)組織的P2P重疊網(wǎng)已經(jīng)演進(jìn)了幾代。第一代P2P網(wǎng)絡(luò )采用中央控制網(wǎng)絡(luò )體系結構。早期的軟件Napster就采用這種結構；第二代P2P采用分散分布網(wǎng)絡(luò )體系結構，適合在自組織(Ad hoc)網(wǎng)上應用，如即時(shí)通信等；第三代P2P采用混合網(wǎng)絡(luò )體系結構，這種模式綜合了第一代和第二代的優(yōu)點(diǎn)，用分布的超級結點(diǎn)取代中央檢索服務(wù)器，并進(jìn)一步利用有組織網(wǎng)的分布式哈希表(DHT)加速檢索。

廣播影視資料內容的分發(fā)主要采用兩種方法：一種方法是先下載，下載后再觀(guān)看，這種方法現在被稱(chēng)為播客(Podcast)；另一種就是用流媒體的方式邊下載邊收看。P2P技術(shù)對這兩種方式都支持。

P2P共享下載大家比較熟悉。目前常用的P2P軟件BT屬于第三代混合型無(wú)組織網(wǎng)。每天全球都有數以千萬(wàn)計的網(wǎng)民用BT軟件下載整部電影、MP3和大型軟件等，其數據流量已占全球因特網(wǎng)總數據流量的70%以上。在中國情況類(lèi)似，寬帶用戶(hù)大部分流量是P2P應用。版權問(wèn)題是困擾P2P下載發(fā)展的主要問(wèn)題，目前一些有合法版權的播客網(wǎng)站開(kāi)始健康發(fā)展。

P2P流媒體是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的，目前在中國發(fā)展得非常好，有10多家網(wǎng)站采用自主開(kāi)發(fā)的軟件提供P2P Internet視頻服務(wù)，注冊用戶(hù)達250萬(wàn)戶(hù)。

3 P2P流媒體直播技術(shù)進(jìn)展

利用P2P技術(shù)實(shí)現大規模流媒體點(diǎn)播和直播的系統Webcast出現于1998年。Webcast利用一棵二叉多播樹(shù)在用戶(hù)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)多媒體數據的傳輸和共享。此后由于流媒體直播服務(wù)相對簡(jiǎn)單，首先得到快速發(fā)展。2000年出現第一套P2P視頻直播系統的原型——ESM系統，該系統采用用戶(hù)網(wǎng)狀結構互連構造最優(yōu)媒體數據多播樹(shù)的方法在用戶(hù)間傳播實(shí)時(shí)的多媒體內容。由于算法限制，這套系統只能擴展到幾千人同時(shí)在線(xiàn)，但已經(jīng)標志著(zhù)P2P流媒體直播系統進(jìn)入了系統發(fā)展期。

此后各種原型系統、高度可擴展的應用層多播協(xié)議大量涌現。其中典型的系統有提供音頻廣播的Standford大學(xué)的Peercast系統和德國的P2PRadio系統，他們均采用開(kāi)放源代碼。而應用層多播協(xié)議有微軟的Coopnet/Splits tream協(xié)議、思科的Overcast協(xié)議、馬里蘭大學(xué)的NICE協(xié)議、伯克利大學(xué)的Gossip協(xié)議等。雖然這些系統和協(xié)議尚不能實(shí)用，但為P2P流媒體直播打下了堅實(shí)的理論基礎。

2004年5月歐洲杯期間，香港科技大學(xué)張欣研博士開(kāi)發(fā)的CoolStreaming原型系統在Planetlab網(wǎng)上試用獲得成功。這套系統使用Goosip協(xié)議在用戶(hù)之間傳播控制信令，使用類(lèi)似于BT的多點(diǎn)對多點(diǎn)數據傳播協(xié)議在用戶(hù)之間傳送媒體數據包。CoolStreaming系統是第一次真正將高可擴展和高可靠性的網(wǎng)狀多播協(xié)議應用在P2P流直播系統當中，標志P2P直播技術(shù)進(jìn)入準商業(yè)運作階段。在CoolStreaming成功的鼓舞下，中國流媒體直播技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，在世界上獨樹(shù)一幟，目前中國有10多個(gè)網(wǎng)站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務(wù)。用戶(hù)最多的是PPLive網(wǎng)采用的Synacast系統。Synacast系統的核心是一套完整的網(wǎng)上視頻傳輸和運營(yíng)支持業(yè)務(wù)平臺。在此平臺上可以方便地完成節目采集、發(fā)布、認證、統計分析等功能。

由于采用了P2P技術(shù)進(jìn)行流媒體內容的分發(fā)，Synacast系統對服務(wù)器端的要求

目前P2P流媒體直播的主要性能如下：播放的電視節目的碼率一般為3～500 kb/s，有些頻道已經(jīng)開(kāi)始提供800 kb/s的碼率，超過(guò)VCD的畫(huà)面質(zhì)量；在20 s～1 min左右完成數據緩沖，并開(kāi)始播放，可以給用戶(hù)提供穩定、清晰的電視節目，一般不會(huì )出現播放停頓的問(wèn)題；具有內網(wǎng)穿越功能，從而保障內網(wǎng)用戶(hù)的使用；使用5～10 Mb/s服務(wù)器出口帶寬支持百萬(wàn)級數量用戶(hù)的同時(shí)在線(xiàn)；具有認證、計費平臺。

P2P流媒體電視直播采用計算機終端，在用戶(hù)計算機中存儲的內容僅幾分鐘，不需要使用硬盤(pán)，目前正開(kāi)始發(fā)展廉價(jià)的機頂盒終端。

4 P2P流媒體點(diǎn)播技術(shù)進(jìn)展

與直播領(lǐng)域相比，在流媒體點(diǎn)播領(lǐng)域，P2P技術(shù)的發(fā)展速度相對較為緩慢。主要是因為點(diǎn)播當中的高度交互性需求，使得實(shí)現的復雜程度較高。此外節目源版權因素對P2P點(diǎn)播技術(shù)的應用有阻礙。2000年，美國普度大學(xué)實(shí)現的GnuStream系統是在Gnutella網(wǎng)絡(luò )基礎之上的第一個(gè)P2P準點(diǎn)播系統。該系統也使用了網(wǎng)狀多播的策略。由于版權因素的限制，這套系統沒(méi)有能得到大規模的使用。2000年之后，P2P的點(diǎn)播技術(shù)在適用于點(diǎn)播的應用層傳輸協(xié)議技術(shù)、底層編碼技術(shù)以及數字版權技術(shù)等方面都有重要進(jìn)展。在應用層傳輸協(xié)議方面，比較重要的有2002年提出的P2Cast協(xié)議以及2003年提出的CollectCast協(xié)議(用于PROMISE系統)。目前正在發(fā)展實(shí)用的P2P點(diǎn)播系統，開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)應用階段。 美國在線(xiàn)(AOL)和華納兄弟合作將在互聯(lián)網(wǎng)上采用Kontiki公司P2P VoD推出In2TV業(yè)務(wù)，為客戶(hù)提供電視劇點(diǎn)播業(yè)務(wù)。有6類(lèi)電視劇節目，具有DVD質(zhì)量的視頻效果。In2TV還提供各種交互服務(wù)如游戲等。

與P2P流媒體直播不同，P2P流媒體終端必須擁有硬盤(pán)，其成本高于直播終端。

5 P2P Internet TV發(fā)展情況和存在的問(wèn)題

2004年中國開(kāi)始出現采用P2P流媒體技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行電視直播的網(wǎng)站。目前中國有10多個(gè)網(wǎng)站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務(wù)，掀起了一股P2P Internet TV浪潮。主要Internet TV系統有：

PPLive網(wǎng)絡(luò )(采用Synacast軟件) ppStream網(wǎng)絡(luò ) QQ直播網(wǎng)絡(luò )(已與新版QQ進(jìn)行了捆綁) 貓眼網(wǎng)絡(luò )電視(貓撲網(wǎng)) TVKoo網(wǎng)絡(luò )(沸點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )電視) Rox磊客網(wǎng)一些電信運營(yíng)商也開(kāi)始加入這一潮流，貴州網(wǎng)通采用上海網(wǎng)用公司的技術(shù)開(kāi)展實(shí)驗運營(yíng)，上海電信也在實(shí)驗。

P2P流媒體一方面提高了電視的通達性，另一方面降低了電視播出的門(mén)檻。

目前中央電視臺網(wǎng)站通過(guò)客戶(hù)機/服務(wù)器模式向全世界提供廣播服務(wù)。但是畫(huà)面很小，同時(shí)在線(xiàn)人數也受限制。如果采用P2P模式既可保持互聯(lián)網(wǎng)的通達性，覆蓋到全球，又可以保證質(zhì)量支持大量用戶(hù)同時(shí)收看。P2P流媒體還可以降低廣播電視播出門(mén)檻，用很簡(jiǎn)單的服務(wù)器就可以實(shí)現網(wǎng)上流媒體廣播。P2P共享下載可以降低內容分發(fā)的門(mén)檻。

2006年春節聯(lián)歡晚會(huì )期間，中央電視臺使用P2P和CDN技術(shù)向全球進(jìn)行同步視頻直播。除在全球布設CDN服務(wù)，采用客戶(hù)機/服務(wù)器模式用流媒體技術(shù)提供直播外，還采用清華大學(xué)的Gridmedia系統和天天寬廣公司的UUSee平臺進(jìn)行P2P流媒體電視直播。2006年1月28日16時(shí)至1月29日1時(shí)，央視網(wǎng)站頁(yè)面點(diǎn)擊量達到2.96億次，頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)次數達4 792萬(wàn)次，收看春節晚會(huì )視頻直播的人次為410萬(wàn)，其中89萬(wàn)來(lái)自海外；最高同時(shí)在線(xiàn)人數為46.7萬(wàn)，其中7.5萬(wàn)來(lái)自海外；最大帶寬超過(guò)5.38 Gb/s，其中國際帶寬最大4.9 Gb/s。

2005年湖南衛視超女總決賽，PPLive進(jìn)行了網(wǎng)上直播，有50萬(wàn)人同時(shí)在線(xiàn)收看。2005年12月31日晚，使用PPLive直播軟件看“2005－2006年超女跨年演唱會(huì )”的用戶(hù)數突破百萬(wàn)大關(guān)。其中30%來(lái)自海外。

中國基于E-mail和手機號碼的網(wǎng)上收付費平臺——由快錢(qián)公司和上海天娛傳媒有限公司合作完成的系統，首次應用P2P內容版權保護技術(shù)于網(wǎng)絡(luò )直播活動(dòng)，用戶(hù)需要領(lǐng)取免費的門(mén)票才可以觀(guān)看。

中國已經(jīng)開(kāi)始P2P流媒體網(wǎng)上新聞直播，如神六升空和返回過(guò)程中，搜狐、新浪和網(wǎng)易等門(mén)戶(hù)網(wǎng)站使用P2P流

山東省三大新聞網(wǎng)之一的山東新聞網(wǎng)與擁有國際領(lǐng)先流媒體技術(shù)的光芒傳媒合作，成功開(kāi)通了網(wǎng)上視頻新聞欄目。搜狐2006年將推出“我形我秀”的P2P網(wǎng)絡(luò )電視臺。

P2P流媒體技術(shù)和業(yè)務(wù)在中國的快速發(fā)展受到了資本市場(chǎng)的青睞，如軟銀投資CoolStreaming公司，建立光芒傳媒Roxbeam公司，運營(yíng)Rox磊客網(wǎng)，并且向Yahoo BB提供技術(shù)。此外還有Uusee、Mysee、PPLive、PPstream和千橡等網(wǎng)絡(luò )也都得到了風(fēng)險投資(VC)公司的投資。

P2P Internet TV在短短的一年多時(shí)間內快速發(fā)展，2005年底注冊用戶(hù)已達到250萬(wàn)戶(hù)。顯示出了巨大的生命力，但另一方面也應該看到其還面臨很多困難和問(wèn)題。

首先是缺乏能夠盈利，可以持續發(fā)展的運營(yíng)模式和產(chǎn)業(yè)鏈。目前基本上都是免費收看爭取提高用戶(hù)點(diǎn)擊率，以獲取VC公司的投資。結果是不能通過(guò)健康的產(chǎn)業(yè)鏈，合法地得到內容，只能轉播現有的電視頻道和以灰色方式得到內容。

其次是接入門(mén)檻很低，眾多的新興公司進(jìn)入競爭行列，導致競爭加劇。而大多數創(chuàng )業(yè)者是搞技術(shù)出身，不熟悉媒體業(yè)，資本不足，形成不了規模，結果只能導致低水平競爭。

P2P Internet TV的發(fā)展將引發(fā)一系列法律問(wèn)題。傳統電視是本地服務(wù)的，有一系列監管的法律法規。簡(jiǎn)單地將目前用于電視的法規移植到互聯(lián)網(wǎng)上是不可行的。目前歐洲共同體已經(jīng)開(kāi)始制訂適用于Internet TV的新法規。

此外P2P Internet TV將會(huì )引發(fā)利益分配的問(wèn)題。在中國已出現電信運營(yíng)商要封堵BT和Skype軟件的傳言；在美國一些電信運營(yíng)商推出分兩等級服務(wù)的計劃，導致要求國會(huì )立法保持網(wǎng)絡(luò )中性的爭論。

6 P2P IPTV

目前中國IPTV和P2P Internet TV是沿兩條路徑獨立發(fā)展的，各自遇到一些發(fā)展中的困難。如果將兩者結合起來(lái)，以發(fā)展IPTV的資源和力量發(fā)展P2P Internet TV，或者換句話(huà)說(shuō)以P2P Internet TV的理念和技術(shù)發(fā)展IPTV有可能開(kāi)創(chuàng )網(wǎng)絡(luò )媒體演化的新局面。這就是 P2P IPTV。

中國正在建設創(chuàng )新型國家，發(fā)展基于P2P的IPTV是一次引領(lǐng)世界發(fā)展潮流，實(shí)現世界級創(chuàng )新的歷史機會(huì )。目前中國在P2P Internet TV的技術(shù)和應用方面居世界領(lǐng)先地位，電信業(yè)在發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)方面有強烈的需求和良好的基礎，有先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )基礎設施和有國際競爭力的電信和網(wǎng)絡(luò )設備制造業(yè)，可以成功地支持創(chuàng )新。

P2P IPTV運行在公共互聯(lián)網(wǎng)上，架構P2P重疊網(wǎng)，建立運營(yíng)平臺，擁有認證、授權和計費系統，具有互聯(lián)網(wǎng)無(wú)所不在覆蓋全球的通達能力，能夠支持向網(wǎng)絡(luò )新媒體平滑演進(jìn)。

P2P IPTV還面臨技術(shù)、運營(yíng)模式、產(chǎn)業(yè)鏈以及法律法規等各方面的問(wèn)題，而解決這些問(wèn)題為實(shí)現科技創(chuàng )新提供了很好的機會(huì )。發(fā)展P2P IPTV有助于平衡各方面利益，建立可持續發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈。

7 結束語(yǔ)

IPTV的發(fā)展面臨客戶(hù)機/服務(wù)器模式的制約，中國在發(fā)展P2P Internet TV中取得了驕人的進(jìn)展，用P2P Internet TV的思路和技術(shù)發(fā)展IPTV就是P2P IPTV。發(fā)展P2P IPTV有可能使中國實(shí)現頂層創(chuàng )新，引領(lǐng)世界潮流[1-3]。

8 參考文獻

[1] HOU Zi-qiang. Issues of IPTV′s location and development[C]//The IPTV World Forum 2006.Mar 06-08, 2006, London, UK.

[2] 侯自強. 發(fā)展IPTV應該關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 世界電信, 2006,19(2): 30-32.

[3] 侯自強. 在CNGI IPv6上建立誠信安全的P2P環(huán)境和分布管理系統[J]. 中興通訊信技術(shù),2005,11(3):21-24,34.