淺析P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)
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1引言
目前，IPTV在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展，截止到2008年底IPTV用戶總數(shù)已達(dá)2170萬(wàn)，與2007年底相比增長(zhǎng)了63%。相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織也在積極制定IPTV技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如ITU-T，ETSITISPAN，ATISIIF（ATISIPTV Interoperability Forum），OIPTVF （Open IPTV Forum）以及MSF（Multi-Service Forum），很多組織都已經(jīng)推出了IPTV控制架構(gòu)，從目前來(lái)看，可以將IPTV架構(gòu)分成兩大類，一類是非基于NGN的IPTV架構(gòu)（也稱為non-NGN-based IPTV），另一種是基于NGN的IPTV架構(gòu)（也稱為NGN-based IPTV）。
P2P技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上，特別是VoIP，流媒體方面取得了很多成功應(yīng)用，典型的如Skype，PPLive，PPStream等。與現(xiàn)有電信網(wǎng)相比，利用P2P技術(shù)組成的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)具有非中心化、可擴(kuò)展性、健壯性、高性價(jià)比、負(fù)載均衡等優(yōu)點(diǎn)，為解決傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商基于C/S（客戶端/服務(wù)器）架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)所存在的一些固有問(wèn)題提供了借鑒，如利用P2P分布化特點(diǎn)可以使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨向扁平；利用P2P自組織性提供電信網(wǎng)的可靠性降低維護(hù)費(fèi)用等。
是否可以在IPTV架構(gòu)中引入P2P也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，目前中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)CCSA正在組織制定《IPTV媒體交付系統(tǒng)技術(shù)要求——體系架構(gòu)》，擬探索傳統(tǒng)CDN與P2P融合之路，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織TISPAN也正在對(duì)在IPTV架構(gòu)中引入P2P技術(shù)進(jìn)行研究（具體參見(jiàn)研究報(bào)告：TR18201“Peer-to-Peerfor Content Delivery for IPTV Services：Analysis of Mechanisms and NGN Impacts”；ITU-T在建議Y.iptv-netcontrol-fw中已經(jīng)提出利用P2P技術(shù)實(shí)現(xiàn)IPTV內(nèi)容分發(fā)控制的相關(guān)需求。
基于NGN的IPTV架構(gòu)作為一種典型的IPTV控制架構(gòu)，是否可以和P2P結(jié)合，并滿足電信網(wǎng)可控可管的需求應(yīng)該是非常有益的探索。
2研究思路
針對(duì)P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)的研究，應(yīng)該是在基于NGN的IPTV架構(gòu)基礎(chǔ)上，與P2P控制機(jī)制進(jìn)行有效地融合，并盡量降低相互之間的影響，以便減少對(duì)相關(guān)設(shè)備的影響。
基于NGN的IPTV控制架構(gòu)和P2P技術(shù)融合的難點(diǎn)和關(guān)鍵主要是在媒體資源和承載資源的控制機(jī)制上。NGN采用承載和控制分離機(jī)制，并通過(guò)會(huì)話過(guò)程、資源接納控制過(guò)程以及兩者之間的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)媒體資源和承載資源的有效控制，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)在業(yè)務(wù)控制平面和傳送平面之間引入資源接納控制功能（RACF）實(shí)現(xiàn)對(duì)承載資源的有效控制，包括QoS控制，NAPT/FW控制和NAT穿越等功能。但是P2P連接具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性且持續(xù)時(shí)間可能短暫等特點(diǎn)，有種“盡力而為”的特點(diǎn)，這種連接特性不太適宜進(jìn)行頻繁的會(huì)話連接建立或會(huì)話連接修改以及實(shí)施資源接納控制。需要考慮一種將兩種充分結(jié)合，同時(shí)又能夠滿足電信網(wǎng)一定可控可管需求的架構(gòu)，該架構(gòu)應(yīng)能夠針對(duì)流媒體應(yīng)用的特點(diǎn)，既能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)負(fù)載均衡，又能夠?qū)崿F(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)流量的均衡。
具體考慮和遵從的原則如下：
（1）采用分級(jí)分域結(jié)構(gòu)，可以強(qiáng)化和匯聚對(duì)媒體和資源的管理及控制，保證網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，同時(shí)可以對(duì)P2P流量實(shí)施本地優(yōu)化。
對(duì)于域內(nèi)沒(méi)有的資源，考慮到基于盡量將終端P2P流量限定在域內(nèi)、避免對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)造成的沖擊、充分利用媒體服務(wù)器的緩存功能等考慮，最好由網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)跨域資源調(diào)度。
（2）支持傳統(tǒng)終端和P2P終端，應(yīng)考慮終端層面P2P技術(shù)的引入，充分發(fā)揮P2P技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，利用P2P終端的資源和能力，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。但同時(shí)，在終端層面引入P2P帶來(lái)了控制復(fù)雜性，內(nèi)容分發(fā)控制方面，面向傳統(tǒng)終端通常采用CDN技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)媒體內(nèi)容的分發(fā)，為了支持P2P終端，需要考慮P2P控制和CDN的結(jié)合；資源控制方面，由于P2P連接具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性且持續(xù)時(shí)間可能短暫等特點(diǎn)，會(huì)話控制和承載控制相結(jié)合的機(jī)制很難和P2P這種連接特性相適應(yīng)，需要針對(duì)P2P連接特性相適應(yīng)的控制機(jī)制，并且不同的終端類型應(yīng)選用不同的控制機(jī)制。
（3）結(jié)合接入網(wǎng)狀態(tài)對(duì)P2P流量進(jìn)行控制。這方面可以借鑒P4P（ProactivenetworkProviderParticipation for P2P，運(yùn)營(yíng)商主動(dòng)參與的P2P技術(shù)）的思路，為了使電信運(yùn)營(yíng)商能夠構(gòu)建一個(gè)可管可控的基于P2P的網(wǎng)絡(luò)，P4P在挑選Peer方面增加了一系列機(jī)制，如通過(guò)獲得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰ⒂脩粑恢眯畔?、鏈路狀態(tài)使得電信運(yùn)營(yíng)商可以基于其網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，以最優(yōu)策略通過(guò)P2P技術(shù)向用戶提供電信業(yè)務(wù)。在對(duì)P2P流量進(jìn)行控制方面可以借鑒P4P的思路。
（4）與基于NGN的IPTV架構(gòu)融合的P2P資源列表生成方法，在列表生成方面不僅要考慮P2P終端狀態(tài)、媒體資源分布情況、接入網(wǎng)狀態(tài)、分級(jí)分域管理，還將充分考慮和基于NGN的控制機(jī)制的融合（如和會(huì)話控制的交互和協(xié)同、傳統(tǒng)終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的占用等）。
3P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)
根據(jù)上述原則，通過(guò)對(duì)NGN，IPTV，CDN，P2P相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)的研究，給出了一種P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)（見(jiàn)圖1）。P2P網(wǎng)絡(luò)可以采用集中目錄式、純P2P方式、超級(jí)節(jié)點(diǎn)方式和結(jié)構(gòu)化式組織。考慮到集中目錄式具有易于控制和管理、查詢效率高，并且能夠較好地與分級(jí)分域的理念相結(jié)合，所以在該控制架構(gòu)中對(duì)P2P終端采用了集中目錄式控制方式。
對(duì)IPTV的當(dāng)前研究，以及在IPTV架構(gòu)中引入P2P技術(shù)的研究情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，針對(duì)這一研究熱點(diǎn)，確定了對(duì)P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)進(jìn)行研究的思路，并給出了P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)，相關(guān)功能實(shí)體的功能描述和典型的工作流程，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)研究提供一些思路。
4.1普通終端的工作流程
（1）用戶通過(guò)普通用戶終端發(fā)起IPTV業(yè)務(wù)請(qǐng)求。
（2）SCF判斷終端類型為普通用戶終端，則調(diào)用RACF執(zhí)行資源預(yù)留，以便為普通用戶的業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保證。關(guān)于RACF的資源預(yù)留過(guò)程，可參見(jiàn)ITU-T和TISPAN的相關(guān)規(guī)定。
（3）SCF根據(jù)用戶所在的地理位置、用戶類型等信息選擇為該用戶服務(wù)的CDN-CF，并向CDN-CF發(fā)送媒體資源請(qǐng)求。
（4）CDN-CF結(jié)合用戶請(qǐng)求的節(jié)目、CDN-MF的負(fù)載情況等信息進(jìn)行資源調(diào)度，為用戶選擇合適的CDN-MF為其服務(wù)；并向所選擇的CDN-MF發(fā)送媒體資源請(qǐng)求。
（5）CDN-MF可能需要從本域的其他CDN-MF處獲得節(jié)目相關(guān)的媒體信息。
如果所請(qǐng)求的節(jié)目?jī)?nèi)容在本域內(nèi)不存在，CDN-CF需要通過(guò)上級(jí)CDN-CF選擇保存有節(jié)目?jī)?nèi)容的管理域，然后CDN-CF和保存有節(jié)目?jī)?nèi)容的管理域中的CDN-CF進(jìn)行交互，并控制CDN-MF從該域獲取相關(guān)的媒體資源。
當(dāng)CDN-MF準(zhǔn)備節(jié)目?jī)?nèi)容之后向CDN-CF發(fā)送媒體資源響應(yīng)。
（6）CDN-CF向SCF回送響應(yīng)，SCF和RACF交互執(zhí)行資源接納控制，之后將CDN-MF的地址等信息傳送給用戶終端。
（7）用戶終端從CDN-MF獲取媒體內(nèi)容。
4.2P2P終端的工作流程
4.1普通終端的工作流程
圖2是普通終端的工作流程示例。
（1）用戶通過(guò)普通用戶終端發(fā)起IPTV業(yè)務(wù)請(qǐng)求。
（2）SCF判斷終端類型為普通用戶終端，則調(diào)用RACF執(zhí)行資源預(yù)留，以便為普通用戶的業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保證。關(guān)于RACF的資源預(yù)留過(guò)程，可參見(jiàn)ITU-T和TISPAN的相關(guān)規(guī)定。
（3）SCF根據(jù)用戶所在的地理位置、用戶類型等信息選擇為該用戶服務(wù)的CDN-CF，并向CDN-CF發(fā)送媒體資源請(qǐng)求。
（4）CDN-CF結(jié)合用戶請(qǐng)求的節(jié)目、CDN-MF的負(fù)載情況等信息進(jìn)行資源調(diào)度，為用戶選擇合適的CDN-MF為其服務(wù)；并向所選擇的CDN-MF發(fā)送媒體資源請(qǐng)求。
（5）CDN-MF可能需要從本域的其他CDN-MF處獲得節(jié)目相關(guān)的媒體信息。
如果所請(qǐng)求的節(jié)目?jī)?nèi)容在本域內(nèi)不存在，CDN-CF需要通過(guò)上級(jí)CDN-CF選擇保存有節(jié)目?jī)?nèi)容的管理域，然后CDN-CF和保存有節(jié)目?jī)?nèi)容的管理域中的CDN-CF進(jìn)行交互，并控制CDN-MF從該域獲取相關(guān)的媒體資源。
當(dāng)CDN-MF準(zhǔn)備節(jié)目?jī)?nèi)容之后向CDN-CF發(fā)送媒體資源響應(yīng)。
（6）CDN-CF向SCF回送響應(yīng)，SCF和RACF交互執(zhí)行資源接納控制，之后將CDN-MF的地址等信息傳送給用戶終端。
（7）用戶終端從CDN-MF獲取媒體內(nèi)容。
4.2P2P終端的工作流程
（1）用戶通過(guò)P2P用戶終端發(fā)起IPTV業(yè)務(wù)請(qǐng)求。
（2）會(huì)話控制實(shí)體收到IPTV業(yè)務(wù)請(qǐng)求后，根據(jù)用戶所在的地理位置、用戶類型等信息選擇為該用戶服務(wù)的CDN-CF，并向CDN-CF發(fā)送媒體資源請(qǐng)求。
（3）CDN-CF結(jié)合用戶請(qǐng)求的節(jié)目，CDN-MF的負(fù)載情況，用戶類型等信息進(jìn)行資源調(diào)度。對(duì)于P2PUE，CDN-CF為用戶選擇合適的P2PCF作為P2PUE后續(xù)網(wǎng)絡(luò)控制點(diǎn)。CDN-CF將為該用戶選擇的P2PCF地址等信息發(fā)送給SCF，SCF將該響應(yīng)發(fā)送給用戶。
（4）P2PUE向P2PCF發(fā)起媒體下載請(qǐng)求。
（5）P2PCF接收到用戶請(qǐng)求之后，首先向CDN-CF請(qǐng)求計(jì)算節(jié)目各分片對(duì)應(yīng)的CDN-MF列表。這樣P2PCF可以根據(jù)一定的策略將CDN-MF的地址融合在最終傳送給P2PUE的對(duì)等節(jié)點(diǎn)列表中，如為了提高面向用戶的響應(yīng)速度，可以控制P2PUE接入到CDN-MF獲取第一個(gè)分片或后續(xù)幾個(gè)分片。P2PCF還可以將CDN-MF作為某個(gè)分片的備選地址，當(dāng)P2PUE在嘗試列表中的其他對(duì)等節(jié)點(diǎn)失敗時(shí)，仍然可以從CDN-MF獲得分片。
（6）P2PCF從性能測(cè)量管理點(diǎn)獲取接入網(wǎng)資源占用的情況，作為資源調(diào)度的重要依據(jù)。性能測(cè)量管理點(diǎn)可以周期性的向P2PCF上報(bào)接入網(wǎng)的情況。
（7）獲得相關(guān)信息后，P2PCF根據(jù)接入網(wǎng)資源占用情況、從CDN-CF獲取的CDN-MF列表、存儲(chǔ)相關(guān)資源的P2P終端狀態(tài)，生成供P2PUE下載節(jié)目片段的列表。
（8）P2PCF將列表發(fā)送給P2PUE，P2PUE根據(jù)列表和相應(yīng)的P2P終端交互獲取節(jié)目片段。
（9）在用戶觀看和/或下載節(jié)目的過(guò)程中，P2PUE定期或根據(jù)一定的觸發(fā)條件（如完成幾個(gè)分片下載后）向P2PCF上報(bào)本終端上存儲(chǔ)的流媒體節(jié)目片段的信息，供P2PCF計(jì)算列表時(shí)。
5結(jié)束語(yǔ)
本文中給出的P2P與NGN結(jié)合的IPTV控制架構(gòu)，關(guān)鍵是將NGN，CDN和P2P相結(jié)合，目的是在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)P2P終端之間的資源共享。針對(duì)P2P技術(shù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的可控、可管和業(yè)務(wù)質(zhì)量保障架構(gòu)和機(jī)制，可以為相關(guān)研究提供新思路
評(píng)論