基于P2P的IPTV體系結(jié)構(gòu)分析

3.1IPTV業(yè)務(wù)層次結(jié)構(gòu)

從垂直控制功能上來講，一個(gè)典型的IPTV系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包含以下幾個(gè)部分：運(yùn)營支撐層，業(yè)務(wù)層，網(wǎng)絡(luò)承載層和終端層。

支撐層主要完成IPTV用戶的管理認(rèn)證授權(quán)以及系統(tǒng)設(shè)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(hù)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，他們通過網(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(jī)頂盒的TVSet上觀看電視節(jié)目。

圖2 IPTV垂直層次結(jié)構(gòu)

3.2混合的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有綜合服務(wù)能力，可通過同一個(gè)平臺(tái)來完成直播電視、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(tǒng)具有非常好的開放性架構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以在大規(guī)模用戶頻繁加入退出時(shí)保持穩(wěn)定，并支持本地和異地用戶之間的連接和業(yè)務(wù)認(rèn)證。同時(shí)，其體系結(jié)構(gòu)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(yùn)行在支持組播應(yīng)用的IP網(wǎng)絡(luò)中。其采用的體系結(jié)構(gòu)為C/S模式，提供組播實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和點(diǎn)播存儲(chǔ)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。當(dāng)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)用戶同時(shí)收看節(jié)目時(shí)，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和QoS，ICP必須用大量服務(wù)器來平衡網(wǎng)絡(luò)訪問負(fù)載，并增加網(wǎng)絡(luò)出口帶寬。但是，服務(wù)器數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)容量的增加永遠(yuǎn)會(huì)落后于用戶規(guī)模的增長。

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

為了徹底解決問題，必須打破C/S模式的體系結(jié)構(gòu)，使得IPTV的體系結(jié)構(gòu)向具有對等連接特性的P2P模式演化，從而將服務(wù)器的負(fù)荷負(fù)載平衡到每個(gè)參與的peer上去。基于P2P的IPTV體系結(jié)構(gòu)可以使得IPTV業(yè)務(wù)的廣播和轉(zhuǎn)播等門檻得到降低，可以讓更多用戶參與并提供自制的多媒體內(nèi)容得到基于全球覆蓋的共享和分發(fā)，同時(shí)還可以節(jié)約電信運(yùn)營商之間的對接流量，減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

圖3是一個(gè)采用混合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的P2P-IPTV的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。屬于第三代P2P體系結(jié)構(gòu)，綜合了第一代中央控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和第二代分散分布體系結(jié)構(gòu)的IPTV的優(yōu)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)采用集中式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合用戶，在超級節(jié)點(diǎn)之間采用分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為IPTV的穩(wěn)定度協(xié)同工作。圖中，分布式放置的超級節(jié)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(nèi)容的搜索性能，縮短了電視節(jié)目的反應(yīng)速度和頻道切換速度。具有高性能的超級節(jié)點(diǎn)彼此間相互協(xié)作，即使一個(gè)超級節(jié)點(diǎn)崩潰，相應(yīng)的peers節(jié)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(jié)點(diǎn)。這種超級節(jié)點(diǎn)的IPTV架構(gòu)和Skype中的超級節(jié)點(diǎn)類似，P2P IPTV的體系結(jié)構(gòu)中的超級節(jié)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(jié)點(diǎn)還可為處于局域網(wǎng)NAT或者防火墻的IPTV用戶建立與外界用戶peer間的連接并為其媒體流做轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。

3.3 P2P-IPTV工作流程描述

在基于P2P的IPTV架構(gòu)的基礎(chǔ)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(jié)點(diǎn)的P2P-IPTV體系結(jié)構(gòu)

（1）登錄IPTV系統(tǒng)：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(shù)據(jù)包無法正常穿越這些設(shè)備，因此需要利用NAT穿越技術(shù)打通信道。當(dāng)打通NAT信道后或直接處于公網(wǎng)位置，終端則發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包給存儲(chǔ)在其配置文件中的超級節(jié)點(diǎn)（列表）。這個(gè)列表以超級節(jié)點(diǎn)的IP:PORT形式存儲(chǔ)，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(jié)點(diǎn)的列表。

（2）對等用戶搜索：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，并從這些對等體中得到所需要的服務(wù)。這個(gè)過程需要超級節(jié)點(diǎn)的索引幫助。超級電視節(jié)點(diǎn)在接受終端登錄的同時(shí)，將記錄用戶的請求并做服務(wù)歸類和索引，將其存儲(chǔ)在服務(wù)歸類數(shù)據(jù)庫中。超級節(jié)點(diǎn)在接受用戶請求后將根據(jù)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(jié)點(diǎn)也是一種終端，只是其處理能力或帶寬能力較強(qiáng)，被系統(tǒng)選為超級節(jié)點(diǎn)。當(dāng)其退出系統(tǒng)時(shí)，由于超級節(jié)點(diǎn)的分布式連接，并不影響終端用戶的對等服務(wù)搜索過程。其他超級節(jié)點(diǎn)可代替提供相關(guān)服務(wù)。保證了IPTV系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性，也為系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展提供了良好的接口。

（3）服務(wù)建立和撤除：終端用戶得到對等用戶的列表后，將通過基于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(shù)據(jù)流。當(dāng)某個(gè)用戶退出系統(tǒng)，則與其建立點(diǎn)－點(diǎn)連接的對等用戶刪除信道，并將更新的對等用戶列表提交到超級電視節(jié)點(diǎn)，為下次用戶搜索作準(zhǔn)備。

4 小結(jié)

基于P2P的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具有良好的可靠性和可擴(kuò)展性，能為未來大規(guī)模用戶同時(shí)參與交互媒體應(yīng)用提供技術(shù)支持。本文提出的一種基于P2P的IPTV的體系結(jié)構(gòu)，此體系結(jié)構(gòu)結(jié)合了集中式和分布式的特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中引入超級節(jié)點(diǎn)的概念，使得這種IPTV具有非常好的可管理行和開放性，同時(shí)也具有良好的可靠性和可擴(kuò)展性，符合下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大規(guī)模用戶的系統(tǒng)需求。

基于P2P的IPTV還在不斷的演化中，技術(shù)和市場也在不斷變化中。現(xiàn)在的IPTV系統(tǒng)仍然有許多問題需要討論和解決。比如IPTV的媒體節(jié)目的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和版權(quán)問題，P2P系統(tǒng)自身的安全性差也會(huì)給IPTV系統(tǒng)造成非常大的安全隱患等問題。