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寬帶網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展,，造就Internet上許多熱門的應(yīng)用，其中透過實(shí)時(shí)視頻傳輸(live streaming)之交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)應(yīng)用,，更是多方搶食的一塊大餅,。傳統(tǒng)上在Internet提供電視廣播服務(wù)是采用Client-Server架構(gòu)，但隨著使用人數(shù)的增加Server負(fù)載日益增大,，服務(wù)供應(yīng)者必須負(fù)擔(dān)的成本會(huì)越來越高,。而IPTV集寬帶有線電視網(wǎng)，集因特網(wǎng),、多媒體,、通訊等多種技術(shù)于一體，提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)之嶄新技術(shù),。

隨著Internet的使用人口增加,，Client-Server架構(gòu)所面臨的問題日益嚴(yán)重，使得P2P(Peer-to-Peer)之技術(shù)逐漸被重視,，P2P早期是應(yīng)用在Skype語音對(duì)話以及BT檔案?jìng)鬏斏?，而近一、二年利用P2P 提供網(wǎng)絡(luò)電視之P2P IPTV系統(tǒng)亦從學(xué)術(shù)研究階段進(jìn)展到實(shí)際的服務(wù)平臺(tái),。因此本文將針對(duì)P2P IPTV技術(shù)作一簡(jiǎn)單介紹,。首先我們將先介紹P2P IPTV之系統(tǒng)架構(gòu)以及現(xiàn)況，再針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之瓶頸,，提供解決方法,。

P2P網(wǎng)絡(luò)電視架構(gòu)

● P2P live streaming

P2P技術(shù)的主要概念是每個(gè)P2P的用戶在應(yīng)用層組成一個(gè)重迭網(wǎng)(Overlay Network)，每個(gè)用戶既是信息接收者亦是傳送者,。以BT共享下載文件為例,，下載同一個(gè)文件的眾多用戶，每一個(gè)用戶終端只需要下載文件的一個(gè)片段,，然后互相交換,，最終每個(gè)用戶都可以得到所有片段以組合成一個(gè)完整的文件。此一P2P 架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于用戶數(shù)增加時(shí)并不會(huì)同時(shí)增加伺服端的負(fù)載,。

我們以圖一來說明P2P數(shù)據(jù)傳遞概念：第一步,、每個(gè)用戶跟Media Server 要求影音片段，有些片段在傳輸過程因某些原因而遺失了,。第二步,、左邊的Peer 跟中間的Peer 要求它尚未收到的影音片段。第三步,、中間的Peer 跟右邊的Peer 要求它尚未收到的影音片段,。第四步、右邊的Peer 跟中間的Peer 要求它尚未收到的影音片段,。最后,，每個(gè)peer 都擁有完整的影音片段。

然而要利用P2P 技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)廣播live streaming,，例如看奧運(yùn)實(shí)況轉(zhuǎn)播則必須考慮影音數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時(shí)性,。要達(dá)到此一功能，必須考慮三個(gè)問題：

1.P2P重迭網(wǎng)(Overlay Network)

連結(jié)算法

Peer在Internet進(jìn)行搜尋以找到擁有所需內(nèi)容和計(jì)算能力的Peer IP;之后利用應(yīng)用層群播協(xié)議(application layer multicast protocol) 建立用戶連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),。應(yīng)用于P2P live streaming之網(wǎng)絡(luò)最早為樹狀結(jié)構(gòu),，每個(gè)Peer 從上層peer 接收數(shù)據(jù)然后傳送給下層peer。

2004年5月歐洲杯足球期間,，香港科技大學(xué)張欣研博士在Planetlab網(wǎng)開發(fā)的CoolStreaming原型系統(tǒng),。這套系統(tǒng)使用Goosip協(xié)議在用戶之間傳播控制信令，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)狀架構(gòu)之live streaming 功能,。

2.視頻片段傳遞排程算法

為了提供實(shí)時(shí)廣播,，視頻片段到達(dá)用戶的時(shí)間便必須早于它的撥放時(shí)間。樹狀架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上Peer 只從上層peer 接收數(shù)據(jù),，其接收視頻片段順序即是撥出的順序,。但在多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)狀架構(gòu)上，peer 可從多個(gè)sender peer 接收數(shù)據(jù),，因?yàn)閜eer 跟peer 間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)狀況不同,，因此先要求的視頻片段不一定會(huì)早到。因此需要特別設(shè)計(jì)視訊片段傳遞排程算法以符合實(shí)時(shí)播放的要求,。

3.多重視頻編碼技術(shù)

在多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)狀架構(gòu)上視頻片段可以從多個(gè)sender peer 來接收,，舉例若將影片作多重編碼，2所示,，一個(gè)視頻片段被重新編碼為12數(shù)據(jù)片段(data stream),，若能保證peer收到其中任四個(gè)數(shù)據(jù)片段，即可重組回原來的視頻片段,，那此技術(shù)便可以應(yīng)用于容易遺失封包的無線網(wǎng)絡(luò),。另外像H264 的multiple description coding and layered encoding則可以應(yīng)用在不同網(wǎng)絡(luò)頻寬下之用戶終端裝置，頻寬大的用戶終端(ex. xDSL)可以接收全部數(shù)據(jù)以取得較佳視頻質(zhì)量之影片,，頻寬小用戶終端(3G) 只可以接收部份數(shù)據(jù)以取得基本視頻質(zhì)量之影片,。

P2P IPTV 現(xiàn)況

P2P IPTV目前在中國(guó)發(fā)展最為蓬勃發(fā)展，目前有十多個(gè)網(wǎng)站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P IPTV業(yè)務(wù),。 主要 PPLive系統(tǒng)有：

● PPLive網(wǎng)絡(luò)

● ppStream網(wǎng)絡(luò)

● QQ直播網(wǎng)絡(luò)

● 貓眼網(wǎng)絡(luò)電視(貓撲網(wǎng))

● TVKoo網(wǎng)絡(luò)(沸點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)電視)

● Rox磊客網(wǎng)(原CoolStreaming,、光芒傳媒Roxbeam)

● Tvants網(wǎng)絡(luò)(電視螞蟻)

● Gridmedia網(wǎng)絡(luò)(清華大學(xué)開發(fā))

● Uusee網(wǎng)絡(luò)(悠視網(wǎng))

● Mysee網(wǎng)絡(luò)(美視網(wǎng))

同時(shí)電信運(yùn)營(yíng)商也開始加入這一潮流，貴州網(wǎng)通采用上海網(wǎng)用公司的技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)運(yùn)營(yíng),，另外上海電信也在實(shí)驗(yàn),。2005年湖南衛(wèi)視超女總決賽,，PPLive進(jìn)行了網(wǎng)上直播，有50萬人同時(shí)在線收看,。

在歐美,，英國(guó)BBC在2004年開始即嘗試在英國(guó)國(guó)內(nèi)提供P2P IPTV服務(wù)給國(guó)內(nèi)居民[1]，您可上EBU technical review官網(wǎng)[4]以取得更詳細(xì)的資料,。另外去年Kazaa(2001年創(chuàng)立的P2P音樂分享網(wǎng)站)與Skype(2003年創(chuàng)立的P2P網(wǎng)絡(luò)電話服務(wù))的共同創(chuàng)辦人Janus Friis與Niklas Zennstrom亦著手進(jìn)行的P2P IPTV新計(jì)劃(The Venice Project),，現(xiàn)已改名為Joost，亦是許多使用者所期待新服務(wù),。

P2P IPTV 瓶頸

● NAT

隨著因特網(wǎng)的普及,，IPv4的32位尋址法已不敷使用，而NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換Network Assess Traversal)技術(shù)的出現(xiàn)在某種意義上解決了IPv4地址不足的問題,。NAT透過Private IP Address,，讓多個(gè)結(jié)點(diǎn)只用少數(shù)的Public IP Address就能連上Internet。當(dāng)NAT內(nèi)部結(jié)點(diǎn)往外連接時(shí),，會(huì)將該P(yáng)rivate IP替換成Public IP,，并將對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄在NAT mapping table中。

透過NAT連接時(shí),，對(duì)外隱藏了其內(nèi)部結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),，它只允許從內(nèi)部發(fā)起的連接請(qǐng)求，也拒絕了所有不是由內(nèi)部發(fā)起的外部連接,，因?yàn)樗静恢酪堰@個(gè)連接轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部的哪臺(tái)主機(jī),，所以分處于NAT內(nèi)外兩端的Peers就無法做到P2P的服務(wù)。而如何做到NAT Traversal(NAT穿透)就成為提供完整P2P服務(wù)的當(dāng)務(wù)之急,。

● NAT-T

P2P數(shù)據(jù)可透過UDP(非聯(lián)機(jī)型Connectionless的非可靠傳輸協(xié)議)或TCP(聯(lián)機(jī)導(dǎo)向Connection-Oriented的可靠傳輸協(xié)議),，UDP已有STUN [RFC 3489]公定的解決方法。但規(guī)范嚴(yán)格的TCP目前尚未有好的解決方案,，故本段將會(huì)針對(duì)TCP部分多所著墨,。而穿透NAT分為兩種情況，一,、只有一端節(jié)點(diǎn)在NAT后,，二、兩端的節(jié)點(diǎn)分別在不同的NAT后,。

第一種情況我們可以采NAT后端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)式的方法解決,，也就是由NAT后端的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)對(duì)外部節(jié)點(diǎn)發(fā)出需求，外部節(jié)點(diǎn)透過這一通道來建立聯(lián)機(jī)的一種方式,。但第二種就是比較棘手的情況了,，最常見的方法是將數(shù)據(jù)經(jīng)由第三者轉(zhuǎn)傳，但為了節(jié)省轉(zhuǎn)傳產(chǎn)生的負(fù)載及COST，我們期望找出一個(gè)可以讓NAT后面的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)直接建立TCP連接的解決方案,。

目前康乃爾大學(xué)提出一個(gè)穿透不同NAT直接連接TCP的方法,，被稱為NUTSS [4]。NUTSS的目的是達(dá)到global connectively的境界,，讓所有在不同架構(gòu)下的節(jié)點(diǎn)彼此之間都能夠建立聯(lián)機(jī),，不會(huì)因?yàn)樵贜AT后而受到影響。NUTSS使用STUNT(Simple Traversal of UDP through Nats and TCP)協(xié)議去開啟NAT后節(jié)點(diǎn)的TCP連接,。架構(gòu)3,，兩個(gè)不同NAT后的節(jié)點(diǎn)在建立聯(lián)機(jī)的初期,，先透過第三者(在NTUSS里稱之為tracker)協(xié)助建立聯(lián)機(jī),，聯(lián)機(jī)建立完成后，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)便可直接做數(shù)據(jù)的傳輸,，不需再經(jīng)過第三者轉(zhuǎn)傳,。

STUNT經(jīng)過數(shù)次封包傳輸溝通得知另一端主機(jī)的IP、Port-binding機(jī)制,、封包過濾規(guī)則(Packet filtering rule),，進(jìn)而調(diào)節(jié)達(dá)到Peer間直接聯(lián)機(jī)。NUTSS有一個(gè)缺點(diǎn),，STUNT協(xié)議依靠于為了能夠TCP連接的欺騙包,，這包在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)作了限制。協(xié)議為了TCP連接傳送假的封包,，這封包在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中是可能發(fā)生問題的,。許多ISP作了進(jìn)入過濾以防止欺騙包進(jìn)入他們的網(wǎng)絡(luò)，這將導(dǎo)致作者的協(xié)議失敗,。許多ISP作了過濾假封包進(jìn)入他們的網(wǎng)絡(luò)的限制,，這限制將導(dǎo)致協(xié)議的失敗。欺騙不能是真實(shí)連接主機(jī)的組成部分,。

結(jié)論

P2P IPTV 提供一個(gè)在Internet上布署live streaming 之可行技術(shù),，營(yíng)運(yùn)商可以利用此技術(shù)降低Scale 及Cost的影響，目前已成為布署IPTV 的技術(shù)新趨勢(shì),。但另一方面從ISP業(yè)者的角度來看,，P2P IPTV卻會(huì)增加其網(wǎng)絡(luò)傳輸量甚至可能影響其它的數(shù)據(jù)傳輸，目前已有ISP業(yè)者著手設(shè)法阻擋P2P 的數(shù)據(jù)封包或是降低其傳輸優(yōu)先權(quán),。另外對(duì)于現(xiàn)今有越來越多的網(wǎng)絡(luò)使用者都隱藏在NAT或防火墻后,，因此找出一個(gè)任何環(huán)境下都能直接建立TCP聯(lián)機(jī)的方法，對(duì)于P2P的發(fā)展將有很大的幫助,。

本文講解到此結(jié)束,，希望對(duì)大家有所幫助。