標簽：CDP P2P IPTV
一、引言
隨著互聯(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(xiàn)在存在的各種形式，如網(wǎng)絡游戲、在線影視和電子郵件等都極大地豐富了人們的生活。隨著數(shù)字多媒體技術和計算機網(wǎng)絡技術與家電產(chǎn)品的結合，融合多媒體內(nèi)容和寬帶網(wǎng)絡平臺的IPTV將成為全球下一個極具前景的、全新的寬帶服務模式。
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)絡電視，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體通信技術。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，通過互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議(IP)傳送電視信號，向家庭用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務。
IPTV的工作原理是把源端的電視信號數(shù)據(jù)進行編碼處理，轉(zhuǎn)化成適合IP網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，然后通過IP網(wǎng)絡傳送，最后在接收端進行解碼，再通過電腦或是電視播放。由于數(shù)據(jù)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，例如H.264，MPEG4等。其主要特點在于交互性和實時性。
三、CDN技術
CDN的英文全稱是ContentDeliveryNetwork，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡，也稱為內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡。這個概念于1996年由麻省理工學院一個小組提出的，并開始對CDN技術進行研究，他們在1999年成立了一個專業(yè)CDN服務公司，為Yahoo提供了專業(yè)服務。如今在國內(nèi)外已經(jīng)有很多的企業(yè)和服務商開始使用內(nèi)容傳送網(wǎng)絡CDN技術來提高網(wǎng)絡服務質(zhì)量，以滿足用戶的需求。
CDN是建立在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡基礎結構之上的一種增值網(wǎng)絡，是在應用層部署的一層網(wǎng)絡架構。CDN的核心是利用智能化策略技術，將中心的內(nèi)容和服務推送到網(wǎng)絡邊緣，使得用戶可以在最近的和服務質(zhì)量最佳的地方獲取服務，其關鍵技術包括高速緩存、負載均衡、內(nèi)容路由、內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容存儲和內(nèi)容管理等。CDN的技術優(yōu)點包括：(1)全局負載平衡，訪問速度快，讓用戶連接到最近的服務器上去。(2)熱點內(nèi)容主動傳送，自動跟蹤，自動更新。(3)無縫集成、高可靠、可用性以及擴展性。(4) 減少對網(wǎng)絡帶寬資源的占用，具有智能的管理控制能力。(5) 發(fā)送的內(nèi)容受到保護，而且內(nèi)容提供商可在本地自己決定服務的內(nèi)容。
基于上述的優(yōu)點，CDN技術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，這些應用包括在線播放、音樂點播、電視直播、互動游戲等，大大促進Internet應用和服務的發(fā)展。
但是，現(xiàn)有CDN網(wǎng)絡都只是針對傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡結構、內(nèi)容傳送和業(yè)務開展方式建設起來的，如果直接用來為IPTV業(yè)務提供服務，還存在一些不足。如，對視頻編碼格式支持不足、時延太大、無法提供廣播級的視頻服務、系統(tǒng)結構過于簡單、隨著服務能力的擴展，需要不斷的投資等。為了能夠承擔起IPTV業(yè)務的存儲、分發(fā)、傳送，需要對現(xiàn)有CDN技術進行優(yōu)化改造。
四、P2P技術
P2P是對等連接peertopeer模式的簡稱。目前，業(yè)界對P2P的定義還沒有一個標準的說法，簡單地說，P2P技術是一種用于不同PC用戶之間、不經(jīng)過中繼設備直接交換數(shù)據(jù)或服務的技術。它打破了傳統(tǒng)的Client/Server模式，在對等網(wǎng)絡中，每個節(jié)點的地位都是相同的，具備客戶端和服務器雙重特性，可以同時作為服務使用者和服務提供者。
P2P是采用一種與CDN完全不同的內(nèi)容傳遞方式。P2P的核心是利用用戶資源，通過對等方式進行文件傳輸，這完全不同于傳統(tǒng)的客戶服務器計算模型。P2P通過“非中心化”的設計和多點傳輸機制，實現(xiàn)了不依賴服務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)，同時還可以節(jié)約電信運營商之間的對接流量，減少網(wǎng)絡建設成本。
然而，P2P系統(tǒng)也存在明顯的缺點，就是可用性問題，盡管從整個系統(tǒng)而言，P2P是可靠的，但是對于單個內(nèi)容或者單個任務而言，P2P是不穩(wěn)定的，每個Peer可以隨時終止服務，甚至退出系統(tǒng)，即交換的內(nèi)容隨時可能被刪除或者被終止共享。
迄今為止，P2P網(wǎng)絡已經(jīng)歷了集中目錄式P2P網(wǎng)絡模型、純P2P網(wǎng)絡模型、混合式P2P網(wǎng)絡模型和結構化網(wǎng)絡模型等幾個時代，各種模型各有優(yōu)缺點，有的還存在著本身難以克服的缺陷，因此，在目前P2P技術應用的階段，各種網(wǎng)絡結構依然能夠共存，甚至呈現(xiàn)相互借鑒的形式。
五、CDN和P2P技術的融合
CDN和P2P被用于不同的領域，CDN主要用于可靠的Web和流媒體內(nèi)容分發(fā)，而P2P則主要用于內(nèi)容交換。兩種技術各有優(yōu)缺點。
顯然，CDN和P2P技術的優(yōu)缺點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，就可以構建一個可管理的、能夠承載電信級內(nèi)容應用的IPTV系統(tǒng)平臺。
從融合方式來看，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的目錄服務和多點傳輸能力，實現(xiàn)CDNCache設備之間的內(nèi)容交換，提升CDN的內(nèi)容分發(fā)能力;另外一種是將CDN的管理機制和服務能力引入P2P網(wǎng)絡，形成以CDN為可靠的內(nèi)容核心，以P2P為服務邊緣的架構，通過這種架構，可以在不增加CDN成本的同時有效提升CDN服務能力，更有效地避免了P2P應用的諸多弊端，這種架構下，用戶需要通過P2P的客戶端來獲取服務。
相比較而言，第一種方式對于提高系統(tǒng)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(nèi)容分發(fā)能力。第二種方式應用前途更加廣泛，是在當前運營商網(wǎng)絡狀況下最理想的媒體業(yè)務承載平臺方案。
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(tǒng)的架構和功能，在邊緣節(jié)點引入了P2P技術來進行文件及流媒體的共享，實現(xiàn)了CDN技術與P2P傳輸?shù)慕Y合。
六、IPTV系統(tǒng)架構
本文設計的IPTV系統(tǒng)平臺采用分布式架構部署，基于上述CDN和P2P相融合的技術，提供一個端到端的解決方案。
由于流媒體具有松耦合，高擴展性的特點，從IPTV體系結構的垂直控制功能上來講，一個典型的IPTV系統(tǒng)架構采用分層的模式，使得平臺系統(tǒng)上的應用開發(fā)能夠根據(jù)不斷變化的業(yè)務應用需求而快速擴展，具體IPTV系統(tǒng)平臺的業(yè)務與功能組成包含Web門戶業(yè)務層、業(yè)務服務層、系統(tǒng)支撐層、流媒體傳輸層、承載網(wǎng)絡層和終端層。
(1)Web門戶業(yè)務層
以WEB網(wǎng)站的形式面向用戶提供各種應用和服務。如，視頻點播、視頻直播、視頻會議、遠程教育、可視聊天等。采用WEB模式，客戶端只要使用瀏覽器即可實現(xiàn)視頻點播及其它視頻互動活動，無需安裝其它任何軟件，無需做任何設置，做到了客戶端的免維護。
(2)業(yè)務服務層
業(yè)務服務層承擔了IPTV業(yè)務運營的所有基本功能，包括頻道管理、媒資管理、流媒體編碼、內(nèi)容存儲管理、內(nèi)容審核等。
(3)系統(tǒng)支撐層
系統(tǒng)支撐層是IPTV業(yè)務運營的綜合管理及運營支撐系統(tǒng)，包括用戶管理、認證計費、數(shù)字版權保護(DRM)、系統(tǒng)實時監(jiān)控、網(wǎng)絡配置管理等多個子系統(tǒng)。
(4)流媒體傳輸層
采用CDN和P2P相融合的優(yōu)化技術來進行流媒體的分發(fā)和傳輸，避免了骨干網(wǎng)上的流量對沖。通過這種集中的分布式架構(見圖1)，將P2P的流量嚴格限制在同一邊緣節(jié)點的區(qū)域內(nèi)。
(5)承載網(wǎng)絡層
IPTV是一種實時性的流媒體業(yè)務，其對端到端帶寬、時延、抖動和誤碼率有較高的要求。承載網(wǎng)絡層采用IP網(wǎng)絡作為視頻承載網(wǎng)絡，支持廣播型的傳輸技術，而且核心網(wǎng)和城域網(wǎng)支持IP組播技術。
(6)終端層
通過IPTV系統(tǒng)平臺觀看視頻節(jié)目的方法有兩種：一種是通過PC機來觀看，這是目前廣泛采用的一種形式;第二種方法是用電視機連接STB(數(shù)字電視機頂盒)來觀看。這種形式更能體現(xiàn)IPTV的魅力。
七、系統(tǒng)平臺的優(yōu)點
(1)用戶間可實現(xiàn)點對點信息流通：可實現(xiàn)用戶間互動，徹底從集中控制的傳統(tǒng)流媒體中解放出來，降低了技術應用門檻，實現(xiàn)了傳統(tǒng)流媒體運營平臺難以實現(xiàn)的互動直播和互動點播;
(2)強大的音視頻文件操作功能：支持針對音視頻節(jié)目的文件操作，如預覽、修改、剪切、合并、刪除等;
(3)數(shù)字版權保護(DRM)管理功能：可實現(xiàn)對數(shù)字節(jié)目的版權保護，非法用戶即使將內(nèi)容下載到本地也無法正常播放，有效保護內(nèi)容供應商的知識產(chǎn)權;
(4)完善的用戶認證管理：完善的用戶管理和認證機制，實現(xiàn)多級別的用戶管理;
(5)負載均衡管理，有效保證運營效率:系統(tǒng)提供完善的負載均衡功能，真正的基于服務器CPU、內(nèi)存監(jiān)測與Web任務實時監(jiān)控的動態(tài)任務分配，準確地將用戶點播請求均衡到集群服務器中的流媒體服務器端，使負載真正能夠均衡，讓服務器集群中的每臺服務器都能發(fā)揮最大的效率，提高整體網(wǎng)絡性能，提高自愈性，確保網(wǎng)絡視頻點播平臺的關鍵性應用;
(6)良好的擴容性:采用分布式結構體系，方便添加視頻服務器，在后臺管理系統(tǒng)中做簡單設置，即可實現(xiàn)視頻域集群組的擴容，輕松滿足系統(tǒng)擴容需求;
(7)強大的計費管理功能:系統(tǒng)提供多種途徑進行用戶認證和計費，可按用戶類型定義收費標準，靈活定制多種計費類型、優(yōu)惠政策、套餐組合。
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