基于P2P网络电视的IPTV技术分析与设计
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作者: 麦向阳
摘 要：随着科技的进步和社会的发展，很多新兴的技术产品已经逐渐进入人们的视野，并且渗透到人们的生活之中。其中，P2P技术作为一种流媒体网络电视系统在当今人们的生活中已经较为普遍，文章就基于P2P网络电视的IPTV技术作了较为详细的分析，主要介绍了IPTV常规技术的CDN分析，还对P2P流媒体做了透彻的介绍和技术分析，最后重点论证了P2P技术在IPTV中的应用，以及一些P2P技术应用于IPTV过程中存在的问题与解决对策。
关键词：P2P网络电视；IPTV技术分析；设计
所谓IPTV技术，就是我们经常在生活中提到的网络电视技术。其特点就是利用宽带IP网络，通过给家用或者公用电视加载电视机、机顶盒、或计算机、手机、移动终端，作为一种终端设备，来传输包括视频、游戏等多项多媒体服务。IPTV技术的发展不仅充分发挥了电视机的传统功能，还带动了其他类似于远程教育、视频会议以及电子商务等各项产业的发展。
1 IPTV常规技术CDN简介与分析
IPTV技术的工作机理是基于计算机网络的强大功能。IPTV系统的组成包括了中心节点和多个边缘节点，这些节点相互组合形成了多级结构。虽然看似结构复杂，其实各节点间工作任务分工明确。例如，中心节点的主要任务就是储存全部的节目流，而对于边缘节点而言，任务主要集中于储存部分节目流。但是如果用户所发出的请求没有直接到达边缘节点的情况下，就需要借助中心节点将内容发送到边缘节点。这也就是内容传送网络技术的工作原理，简称CND技术。这里的具体工作细节是这样的，用户在观看电视节目的时候，有两种算法参与工作，分别是用户定位算法和服务器健康监测算法，这两种算法分析过程的最终结果将最后确定为最接近用户的最佳CDN服务器，同时将计算的结果传输到节点。CDN技术的优势在于与镜像相比更为智能化，在工作过程中可以显著提高Internet网络中信息流动的效率，在解决关于网络宽带小、用户访问量大以及网点分布不均匀等问题上更有优势，很大程度上提高了用户访问网站的响应速度。但是目前CDN技术的发展也遭遇了瓶颈，就是客户机/服务器（C/S）模式的输入/输出。由于IPTV技术的目前市场占有量快速增加，呈现爆炸式增长的需求，因而只能够支持有限的客户机的边缘服务器已经不足以满意消费者的消费需求，需要进行不断的技术更新。
2 P2P流媒体简介与技术分析
2.1 P2P流媒体技术简介
所谓P2P流媒体技术又称为对等计算，是一种特殊的分布式系统，以网络应用层为建立基础，在这一网络应用层中每一个对等节点都可以通过各自的路由相互通信。在P2P流媒体技术兴起之前，在互联网市场上广泛采用的是C/S模式，这种模式与P2P流媒体技术的主要区别就在于，C/S网络模式的各个客户端和服务器是独立的，两者在整个网络的工作过程中具有明确的分工，各自为营。在客户量少的境况下，服务器可以为每一个用户提供独立的资源和服务，但是当用户量不断增加之后，服务器端的带宽资源就会逐渐面临枯竭的窘境，不能为客户继续提供优质的服务。但是这些C/S模式的弊端在P2P技术研发之际已经得到很好的改正，在P2P模式中，很大程度上降低了系统对于服务器的依赖性和依附性，甚至于在一些P2P系统中基本不需要服务器参与工作，用户在与其他用户连接的时候摆脱了服务器的限制。P2P模式的一个突出优点就是，强调每一个节点的平等性，在使用系统服务的同时，又要为系统中的其他节点提供力所能及的服务。P2P模式的工作原理的特点就是：系统中的每一个节点同时具有双重身份，一是要作为客户端向其他节点请求服务，二是作为服务端为其他节点提供服务。这样做的目的是可以最有效的利用分布在终端计算机上的边缘性网络资源，最大程度降低资源消耗量。
2.2 P2P网络结构
P2P模式有诸多的优点，可以有效节约服务器的资源，合理利用资源，在日常实际应用时，常见的P2P网络结构大致有三类。一类是集中目录式P2P模式。这是历史最为悠久的P2P模式，出现的时间最早，因为技术中还存在不够成熟的因素，例如该结构仍然具有中心化的特点，所以其中所含的P2P结构的技术含量不够纯碎。第二类是分布式P2P模式。这种P2P模式的特点是网络全部由对等的节点构成，属于纯粹的P2P模式。工作原理是借助于相邻节点间广播接力来完成对等节点的内容共享和传递。最后一种是混合型P2P模式。按照能力不同将节点分为两类，分别是普通节点和搜索节点。值得注意的是，这种P2P模式综合了前两类模式的优点（集中式P2P快速查找和分布式P2P模式无中心化的优势），规避了两类模式的弊端，有效消除了工作中出现的例如网络堵塞、搜索迟缓等不利影响。
2.3 P2P技术的特点
P2P技术主要有四个方面的技术特点。一是无中心点。这一特点在P2P所有特点最为突出，是P2P技术模式显著区别于其他技术的鲜明特点。具体来说，就是将网络中所有的资源和服务分散在每一个节点上，这样的话每一个对等点都具有了相同的地位，具有了双重功能，既可以请求服务还可以提供服务。第二个特点是健壮性和可拓展性强。具体说来就是节点工作的过程中受网络和其他节点的影响较小，就算是少量的节点或者网络遭到破坏出现损伤，也不会影响整个系统的正常运行。这样就改善了传统的C/S模式容易受到服务器限制、一旦服务器出现异常就影响到所有用户使用的缺点。第三个特点就是高性价比。价格高低是考量一项技术是否可以得到广泛推广的一个关键性的指标。P2P技术在较低成本的前提下，还兼顾着优良的工作性能，确实具有较高的性价比。最后一个特点就是负载均衡。由于P2P模式的双重性特点（每一个节点即是服务器又是客户机），资源分配的均衡极大程度上降低了传统C/S模式对服务器运算和储存能力的要求，体现了整个网络的负载均衡。
3 基于P2P网络电视的IPTV技术分析与设计
3.1 IPTV工作原理 关于IPTV的工作原理，前文中已经简要介绍了，下面再进行补充说明一下。IPTV是以电视机和机顶盒为主要的终端设备，借助于IP宽带网络，为用户提供包括电视节目、远程教学和视频会议等多项服务在内的宽带业务。工作过程大致分为三个主要步骤，首先是完成编码工作，就是对原始的电视信号数据进行全新的编码，将其转化为适合Internet传输的数据形式。接下来的工作是将编码好的信号数据通过互联网进行传送。最后的工作是对数据进行解码，只有解码后的数据才可以被电脑或电视播放。IPTV的层次结构较为复杂，主要应该包括支撑层、业务层、网络承载层和终端层几部分构成。组成结构的各个部分分工明确，支撑层主要完成IPTV用户的管理认证授权和系统设备的管理工作。业务层的工作职责是为IPTV提供各式各样的多媒体交互业务，例如日常生活中较为常用的视频点播业务、体育直播业务等。网络承载层又细分为接入网、汇聚网和核心网三个部分。网络承载层主要是IPTV的物理介质，对于带宽比的要求较大，需要组播的支持，并且需要一定的安全保护措施。终端层代表着IPTV的最终用户，在借助于网络承载层接入网络之后，可以在个人电脑上观看电视节目。
3.2 P2P-IPTV体系结构
我们在讨论基于P2P网络电视的IPTV技术的分析与设计中，先要与传统的基于C/S模式的IPTV系统作出对比。在传统的基于C/S模式的IPTV系统中，系统的服务能力往往受到服务器端的带宽限制，而在P2P模式中可以有效解决这一瓶颈。因为在P2P网络中，各节点都发挥着双重作用，既可以为其他节点提供服务，又可以寻求其他节点的服务。节点间的关系是对等的，这样整个系统的服务能力就大幅度提高。在一个基于P2P网络电视的IPTV体系结构中，其中有一个超级节点，即通常所说的SuperPeer，具体是指在一个用户组内负责维护组内成员信息以及各成员所拥有资源的用户，所谓的超级节点就是信息搜索的中心，不仅负责对某一制定区域的信息进行收集和反馈，还忙于响应和转发用户的查询请求。由于超级节点的工作级别较高，工作要求也较高，因而每一个组内只有一个超级节点，一般由性能较高的计算机担任，需要保证良好的稳定性。
3.3 P2P技术应用于IPTV存在的问题
虽然P2P技术应用于IPTV中有诸多优势，但是由于P2P应用是一种分散的、自发的行为，因而还存在一些问题，比如安全性和可管理性这两个方面的问题。网络是一个虚拟的空间，因而通过P2P的许多交互行为存在欺骗和伪装因素，出于安全因素的考虑，应该要求系统记录下参与交互过程的双方用户的身份，以便日后查验。因为P2P网络是一个自治的网络，工作流程的完成不需要中心服务器的参与和监督，因而P2P网络的可管理性较差。国内的大多数P2P软件开发商研发的实力有限，大多使用网上已有的相关技术控件，而这些控件本身就存在问题和漏洞，因而导致软件本身的运行不够稳定，经常出现程序错误的问题，甚至出现死机现象。
4 结束语
综上所述，相较于传统的基于C/S模式的IPTV系统，基于P2P网络电视的IPTV技术拥有多种优势，系统中的每一个节点都扮演着双重角色，既可以是向其他节点寻求服务的客户机，又可以是向其他节点提供服务的服务器。这样就有效规避了传统C/S模式的功能瓶颈。文章较为详细介绍了基于P2P网络电视的IPTV技术的技术原理，但是又提出了P2P技术应用于IPTV过程中存在的问题。
参考文献
[1]于峰，李彬，孙国辉，等.我国IPTV技术的专利分析[J].电视技术，2013，37（Z2）：33-35.
[2]孙宏斌，管庆军.新时期IPTV核心技术及业务发展探讨[J].电子制作，2014（12）：88-89.
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