基于CDN與P2P技術(shù)IPTV系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

標(biāo)簽：CDP P2P IPTV

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)寬帶在中國(guó)的普及，人們對(duì)Internet提出了多樣化的應(yīng)用需求。現(xiàn)在存在的各種形式，如網(wǎng)絡(luò)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(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與家電產(chǎn)品的結(jié)合，融合多媒體內(nèi)容和寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的IPTV將成為全球下一個(gè)極具前景的、全新的寬帶服務(wù)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(luò)電視，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的多媒體通信技術(shù)。IPTV利用寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以家用電視機(jī)或計(jì)算機(jī)作為主要終端設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)傳送電視信號(hào)，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(wù)。

IPTV的工作原理是把源端的電視信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，轉(zhuǎn)化成適合IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，然后通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送，最后在接收端進(jìn)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(shù)，例如H.264，MPEG4等。其主要特點(diǎn)在于交互性和實(shí)時(shí)性。

三、CDN技術(shù)

CDN的英文全稱是ContentDeliveryNetwork，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，也稱為內(nèi)容傳輸網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)概念于1996年由麻省理工學(xué)院一個(gè)小組提出的，并開始對(duì)CDN技術(shù)進(jìn)行研究，他們?cè)?999年成立了一個(gè)專業(yè)CDN服務(wù)公司，為Yahoo提供了專業(yè)服務(wù)。如今在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多的企業(yè)和服務(wù)商開始使用內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)CDN技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，以滿足用戶的需求。

CDN是建立在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上的一種增值網(wǎng)絡(luò)，是在應(yīng)用層部署的一層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。CDN的核心是利用智能化策略技術(shù)，將中心的內(nèi)容和服務(wù)推送到網(wǎng)絡(luò)邊緣，使得用戶可以在最近的和服務(wù)質(zhì)量最佳的地方獲取服務(wù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括高速緩存、負(fù)載均衡、內(nèi)容路由、內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容存儲(chǔ)和內(nèi)容管理等。CDN的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括：(1)全局負(fù)載平衡，訪問速度快，讓用戶連接到最近的服務(wù)器上去。(2)熱點(diǎn)內(nèi)容主動(dòng)傳送，自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)更新。(3)無縫集成、高可靠、可用性以及擴(kuò)展性。(4) 減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(hù)，而且內(nèi)容提供商可在本地自己決定服務(wù)的內(nèi)容。

基于上述的優(yōu)點(diǎn)，CDN技術(shù)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(yīng)用普及，這些應(yīng)用包括在線播放、音樂點(diǎn)播、電視直播、互動(dòng)游戲等，大大促進(jìn)Internet應(yīng)用和服務(wù)的發(fā)展。

但是，現(xiàn)有CDN網(wǎng)絡(luò)都只是針對(duì)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、內(nèi)容傳送和業(yè)務(wù)開展方式建設(shè)起來的，如果直接用來為IPTV業(yè)務(wù)提供服務(wù)，還存在一些不足。如，對(duì)視頻編碼格式支持不足、時(shí)延太大、無法提供廣播級(jí)的視頻服務(wù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單、隨著服務(wù)能力的擴(kuò)展，需要不斷的投資等。為了能夠承擔(dān)起IPTV業(yè)務(wù)的存儲(chǔ)、分發(fā)、傳送，需要對(duì)現(xiàn)有CDN技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改造。

四、P2P技術(shù)

P2P是對(duì)等連接peertopeer模式的簡(jiǎn)稱。目前，業(yè)界對(duì)P2P的定義還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的說法，簡(jiǎn)單地說，P2P技術(shù)是一種用于不同PC用戶之間、不經(jīng)過中繼設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)或服務(wù)的技術(shù)。它打破了傳統(tǒng)的Client/Server模式，在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位都是相同的，具備客戶端和服務(wù)器雙重特性，可以同時(shí)作為服務(wù)使用者和服務(wù)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(duì)等方式進(jìn)行文件傳輸，這完全不同于傳統(tǒng)的客戶服務(wù)器計(jì)算模型。P2P通過“非中心化”的設(shè)計(jì)和多點(diǎn)傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了不依賴服務(wù)器而快速的交換文件。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(yíng)商之間的對(duì)接流量，減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

然而，P2P系統(tǒng)也存在明顯的缺點(diǎn)，就是可用性問題，盡管從整個(gè)系統(tǒng)而言，P2P是可靠的，但是對(duì)于單個(gè)內(nèi)容或者單個(gè)任務(wù)而言，P2P是不穩(wěn)定的，每個(gè)Peer可以隨時(shí)終止服務(wù)，甚至退出系統(tǒng)，即交換的內(nèi)容隨時(shí)可能被刪除或者被終止共享。

迄今為止，P2P網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)歷了集中目錄式P2P網(wǎng)絡(luò)模型、純P2P網(wǎng)絡(luò)模型、混合式P2P網(wǎng)絡(luò)模型和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)模型等幾個(gè)時(shí)代，各種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，有的還存在著本身難以克服的缺陷，因此，在目前P2P技術(shù)應(yīng)用的階段，各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依然能夠共存，甚至呈現(xiàn)相互借鑒的形式。

五、CDN和P2P技術(shù)的融合

CDN和P2P被用于不同的領(lǐng)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(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

顯然，CDN和P2P技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)在應(yīng)用上具有一定的互補(bǔ)性。如果能夠結(jié)合P2P的擴(kuò)展能力和CDN的可靠性、可管理性，就可以構(gòu)建一個(gè)可管理的、能夠承載電信級(jí)內(nèi)容應(yīng)用的IPTV系統(tǒng)平臺(tái)。

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(shè)備以P2P的方式組織，利用P2P的目錄服務(wù)和多點(diǎn)傳輸能力，實(shí)現(xiàn)CDNCache設(shè)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(jī)制和服務(wù)能力引入P2P網(wǎng)絡(luò)，形成以CDN為可靠的內(nèi)容核心，以P2P為服務(wù)邊緣的架構(gòu)，通過這種架構(gòu)，可以在不增加CDN成本的同時(shí)有效提升CDN服務(wù)能力，更有效地避免了P2P應(yīng)用的諸多弊端，這種架構(gòu)下，用戶需要通過P2P的客戶端來獲取服務(wù)。

相比較而言，第一種方式對(duì)于提高系統(tǒng)的擴(kuò)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(yīng)用前途更加廣泛，是在當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)狀況下最理想的媒體業(yè)務(wù)承載平臺(tái)方案。

我們的CDN和P2P融合的優(yōu)化方案是建立在CDN基礎(chǔ)之上，在骨干網(wǎng)層次保留了原有的CDN系統(tǒng)的架構(gòu)和功能，在邊緣節(jié)點(diǎn)引入了P2P技術(shù)來進(jìn)行文件及流媒體的共享，實(shí)現(xiàn)了CDN技術(shù)與P2P傳輸?shù)慕Y(jié)合。

六、IPTV系統(tǒng)架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的IPTV系統(tǒng)平臺(tái)采用分布式架構(gòu)部署，基于上述CDN和P2P相融合的技術(shù)，提供一個(gè)端到端的解決方案。

由于流媒體具有松耦合，高擴(kuò)展性的特點(diǎn)，從IPTV體系結(jié)構(gòu)的垂直控制功能上來講，一個(gè)典型的IPTV系統(tǒng)架構(gòu)采用分層的模式，使得平臺(tái)系統(tǒng)上的應(yīng)用開發(fā)能夠根據(jù)不斷變化的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求而快速擴(kuò)展，具體IPTV系統(tǒng)平臺(tái)的業(yè)務(wù)與功能組成包含Web門戶業(yè)務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、系統(tǒng)支撐層、流媒體傳輸層、承載網(wǎng)絡(luò)層和終端層。