對等網(wǎng)絡技術在IPTV中解決數(shù)據(jù)服務器傳輸瓶頸

隨著嵌入式技術這幾年的迅速發(fā)展，在個人電腦平臺上正顯示出強大市場需求的流媒體技術，目前逐漸有向嵌入式平臺轉(zhuǎn)移的趨勢。個人便攜化、家電化的媒體消費需求，為這次平臺的轉(zhuǎn)移提供了市場契機。IPTV正是在這場消費革命中處在風口浪尖的焦點。業(yè)內(nèi)大多認為IPTV蘊含了巨大的商業(yè)利益，但至今仍鮮有涉足者，其中原因之一是網(wǎng)絡速度問題。本文介紹了對等網(wǎng)絡技術，即點對點(P2P)技術，將其應用到IPTV網(wǎng)絡傳輸中，可充分利用每一終端的上下行信道，并且不需要路由器等硬件支持組播，可以為IPTV網(wǎng)絡傳輸瓶頸問題提供一種解決方案。

一、對等網(wǎng)絡技術

1.對等網(wǎng)絡簡介

對等網(wǎng)絡(peer-to-peer network)，常被稱為P2P或點對點，是近年來興起的一種新型網(wǎng)絡技術。它在傳輸方式上打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的服務器/客戶端(C/S)模式的定式，建立了一種客戶端對客戶端的直接通信機制，這種通信方式也為未來網(wǎng)絡的發(fā)展提供了思路。在對等網(wǎng)絡中，每一節(jié)點既作為客戶端，又充當他人的服務器，從某種意義上，每一結(jié)點都處在同等地位。對等網(wǎng)絡是對分布式概念的成功拓展，它將傳統(tǒng)方式下的服務器負擔分配到網(wǎng)絡中的每一節(jié)點上，每一節(jié)點都將承擔有限的存儲與計算任務，加入到網(wǎng)絡中的節(jié)點越多，節(jié)點貢獻的資源也就越多，其服務質(zhì)量也就越高。

反觀現(xiàn)在網(wǎng)絡上仍占主導地位的C/S服務模式，雖然近年來，終端用戶的網(wǎng)絡帶寬逐年提高，但用戶使用感受仍未有大的改觀，主要也是由于各大服務器不堪重負，用戶數(shù)量大幅上升時，服務器甚至有面臨崩潰的危險，而此時空閑的鏈路帶寬正被白白浪費掉。而P2P方式的網(wǎng)絡服務，正好能充分挖掘網(wǎng)絡的空閑資源，不需要增加投入，就能服務更多用戶。因而可以看到，對等網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢是不言而喻的，它將在未來的網(wǎng)絡應用中，創(chuàng)造巨大的價值。

2.對等網(wǎng)絡的基本結(jié)構(gòu)

對等網(wǎng)絡一般按組織結(jié)構(gòu)的不同，分為三種類型。

(1)集中式對等網(wǎng)絡

集中式的對等網(wǎng)絡其實并不是完全意義上的對等網(wǎng)絡，這是一種介于C/S模式與對等網(wǎng)絡之間的基于P2P理念的對傳統(tǒng)網(wǎng)絡方式的拓展。集中式對等網(wǎng)絡基于中央目錄服務器，為網(wǎng)絡中各節(jié)目提供目錄查詢服務，傳輸內(nèi)容無需再經(jīng)過中央服務器。這種網(wǎng)絡，結(jié)構(gòu)比較簡單，中央服務器的負擔大大降低。但由于仍存在中央節(jié)點，容易形成傳輸瓶頸，擴展性也比較差，不適合大型網(wǎng)絡。但由于目錄集中管理，對于小型網(wǎng)絡的管理和控制上倒是一種可選擇方案。

(2)無結(jié)構(gòu)分布式網(wǎng)絡

無結(jié)構(gòu)分布式網(wǎng)絡與集中式的最顯著區(qū)別在于，它沒有中央服務器，所有結(jié)點通過與相鄰節(jié)點間的通信，接入整個網(wǎng)絡。在無結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中，節(jié)點采用一種查詢包的機制來搜索需要的資源。具體的方式為，某節(jié)點將包含查詢內(nèi)容的查詢包發(fā)送到與之相鄰的節(jié)點，該查詢包以擴散的方式在網(wǎng)絡中蔓延，由于這樣的方式如果不加節(jié)制，會造成消息泛濫，因此一般會設置一個適當?shù)纳鏁r間(TTL)，在查詢的過程中遞減，當TTL值為0時，將不再繼續(xù)發(fā)送。

這種無結(jié)構(gòu)的方式，組織方式比較松散，節(jié)點的加入與離開比較自由，當查詢熱門內(nèi)容時，很容易就能找到，但如果需求的內(nèi)容比較冷門，較小的TTL不容易找到，而較大的TTL值又容易引起較大的查詢流量，尤其當網(wǎng)絡范圍擴展到一定規(guī)模時，即使限制的TTL值較小，仍然會引起流量的劇增。但當網(wǎng)絡中存在一些擁有豐富資源的所謂的類服務器節(jié)點時，可顯著提高查詢的效率。

(3)結(jié)構(gòu)化分布式網(wǎng)絡

結(jié)構(gòu)化分布式網(wǎng)絡，是近幾年基于分布式哈希表(Distributed Hash Table)技術的研究成果。它的基本思想是將網(wǎng)絡中所有的資源整理成一張巨大的表，表內(nèi)包含資源的關鍵字和所存放結(jié)點的地址，然后將這張表分割后分別存儲到網(wǎng)絡中的每一結(jié)點中去。當用戶在網(wǎng)絡中搜索相應的資源時，它將能發(fā)現(xiàn)存儲與關鍵詞對應的哈希表內(nèi)容所存放的結(jié)點，在該結(jié)點中存儲了包含所需資源的結(jié)點地址，然后發(fā)起搜索的結(jié)點根據(jù)這些地址信息，與對應結(jié)點連接并傳輸資源。這是一種技術上比較先進的對等網(wǎng)絡，它具有高度結(jié)構(gòu)化，高可擴展性，結(jié)點的加入與離開比較自由。這種方式適合比較大型的網(wǎng)絡。

二、對等網(wǎng)絡技術在IPTV中的應用

1.IPTV的現(xiàn)狀

國內(nèi)IPTV與P2P一直是沿著兩個不同的方向發(fā)展。由于IPTV與傳統(tǒng)電視收看方式相似，基本上被看作是有線電視(CATV)或數(shù)字電視(DVB)的升級，因而在設計思路上沿用了與之類似的中央服務器的模式。在傳統(tǒng)的方式中，網(wǎng)絡基本上是廣播式的單向信道，即客戶端沒有能力或只有很少能力發(fā)送上行信息，在這種方式下，所有的服務內(nèi)容由中央服務器發(fā)送，所有的處理工作完全由中央服務器完成，無法實現(xiàn)P2P的連接。

為了在C/S模式下解決IPTV中的服務器瓶頸問題，目前的方案大多擬采用組播技術，以及配合中央服務器一邊緣服務器的內(nèi)容分發(fā)策略(CDS)來實現(xiàn)。

組播技術也是近年來十分熱門的，優(yōu)于廣播方式的網(wǎng)絡中一點對多點傳輸服務技術。在傳統(tǒng)的一點對多點通信中，服務器對每一個請求連接的客戶端都要建立獨立的連接，一般的服務器最大能提供的連接數(shù)量是相當有限的，因此這種方式并不適合媒體服務。廣播方式下，可以不用為每個用戶建立相應的連接，只將有需求的內(nèi)容向每個子網(wǎng)以廣播方式發(fā)送一份拷貝，這樣可以保證所有用戶都能接收到這份數(shù)據(jù)。但這種方式的弊端是顯而易見的，大量的沒有請求這項內(nèi)容的用戶也都收到了這份數(shù)據(jù)，這將造成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的泛洪，引起阻塞。由此，產(chǎn)生了組播技術。在組播方式下，增加了一個組播組的概念，當用戶請求服務時將加入這個組，服務器只向有需要的子網(wǎng)的組播地址發(fā)送一份數(shù)據(jù)拷貝，當這份數(shù)據(jù)到達子網(wǎng)路由器時，路由器將根據(jù)當前組成員狀況進行發(fā)送，這樣只有當前的組成員能夠接收到這份數(shù)據(jù)，從而保證了帶寬不被浪費。

2.對等網(wǎng)絡在IPTV中的應用

組播對于減輕服務器負擔是有相當作用的，但是組播對硬件要求較高，需要數(shù)據(jù)源和接收者的下層網(wǎng)絡都能支持組播協(xié)議。而且組播方式，依然沒有利用到客戶端的上行通道，即用戶接收到的數(shù)據(jù)仍然不能轉(zhuǎn)發(fā)給其他有相同需要的用戶。