IPTV与P2P的结合

摘要：针对IPTV所面临的技术瓶颈，阐述了IPTV与P2P技术结合的优势，并描述了相关工作流程。

关键词：IPTV；P2P；CDN；超级节点

引言

随着Internet在全世界迅速普及和发展，人们希望互联网不仅仅只提供网页浏览、文件下载等简单业务，并且能提供“边下载边播放视、音频等信息”的功能，这种“边下载边播放”技术就是我们所熟知的流媒体技术，而IPTV就是其中一个典型的应用代表。

IPTV即交互式网络电视，是基于宽带高速IP网的一项以网络视频资源为主体，以电视机、手机等为显示终端的流媒体服务。它能根据用户的选择配置多种多媒体服务功能，包括数字电视节目、可视IP电话、DVDNCD播放、互联网游览、电子邮件、以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能。

目前IPTV有两种终端：一是电脑；二是通过IP机顶盒接入电视。随着移动通信技术的快速发展，包括移动数字电视、电视手机等多种产品也将在未来出现，特别是随着IP数字化生活的来临，IPTV将以三网融合的一种重要表现形式而受到市场的追捧。

1　IPIV的本质

要推动IPTV的发展首先就要明确其定位，也就是大家想通过IPTV干什么事情。目前最常见的说法是，IPTV技术顺应了通信与信息化家电、娱乐相融合的发展趋势，它可以利用宽带多媒体终端为用户提供多方面的互动多媒体宽带增值服务，加快宽带网络进入用户的家庭生活和娱乐的速度，具有良好的发展前景并将实现三网融合的突破。这种说法没有错误，但它只是描述了IPTV未来所起的作用和部分表现形式，并没有说明其本质。

其实，IPTV代表了可交互传播型信息服务的发展方向。虽然传统的电信网适合提供交互型业务，有线电视网络适合作为单向信息传播的通道，但都无法提供一个可供用户自主选择、具有广泛信息传播能力的良好平台。然而。无论是电信运营商、广播电视部门还是其他的信息服务提供商都可以利用IPTV的强大技术平台，开发出丰富多彩的应用和服务，例如，看电视、听音乐、读书、玩游戏、查询资料、接受培训、参与活动、发表评论等，这些应用和服务才能真正吸引用户并创造价值。由于这些应用和服务的完成过程存在各自的特性，因此未来的IPTV平台将具有一个架构简单但处理能力强大的核心以及丰富多彩的应用实现接口；IPTV业务将发展成为一种新的服务体系，而不是简单的业务组合。IPTV本身不是商品，它能否很好地承载诸多用户需要的服务决定其真正价值。

2　IPIV的技术“短板”

IPTV，作为近年来在全球兴起的热门多媒体应用，突破了传统电视节目单向传输的局限性，使用户能够参与其中，方便、灵活、自由地获取所需。但是要想得到这样的良好体验，我们必须付出相应的代价――网络需要更高的带宽、更灵活的资源调度能力、更畅通的传输通道、提供更丰富多彩的内容。现在我们的IPTV采用CDN(内容分发网络)技术来完成多媒体内容的存储、调度、转发和播放等功能，基本上满足了现有需求。然而，在面对大规模用户选择同一内容等情况时，现在的技术还存在服务效率低、重定向机制复杂等问题，如果不能有效解决大规模用户对交互式多媒体应用需求的问题，IPTV将不得不受限于此瓶颈。因此我们需要引进一种更为先进的网络架构，来满足IPTV业务发展的需求，在这样一种背景下，如何利用P2P技术在交互式应用等方面的优势，构建更加灵活有效的IPTV业务网络就成为人们讨论的重点话题。

3　P2P技术概述

P2P是对等连接peer to peer模式的简称。目前，业界对P2P的定义还没有一个标准的说法，简单地说，P2P技术是一种用于不同PC用户之间、不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。它打破了传统的Client／Server模式，在对等网络中，每个节点的地位都是相同的，具备客户端和服务器双重特性，可以同时作为服务使用者和服务提供者。

P2P采用一种与CDN完全不同的内容传递方式。它在每个观看的用户机器上申请一块内存，在用户观看节目的同时在内存中缓存一部分数据，为其它用户提供端到端的下载，也能从别的机器上获得所需的数据，最终完成视频数据的多用户、高带宽播放。它按照时间片将用户分成几批，单位时间片内的用户之间实际上是P2P视频直播。当用户任意选择视频播放位置时，它需要将用户从原来的时间片中去除，然后加入相应的时间片中，经过短暂的缓冲后，就能从用户指定的位置开始播放视频。由此可见，P2P的核心是利用用户资源，通过“非中心化”的设计和多点传输机制，实现了快速而不依赖服务器的文件交换。基于P2P的IPTV体系结构可以使得IPTV业务的广播和转播等门槛降低，可以让众多用户参与多媒体内容的提供和共享，同时还可以节约电信运营商之间的对接流量。

当然，运用P2P技术实现IPTV应用也有一定的难点。首先，P2P点播技术对带宽抖动十分敏感，而P2P流媒体是一种大流量的传输技术，必须将用户带宽完全利用起来才能与片源码率相当，相对于Ⅳ、IM等小流量的服务，带宽的抖动很难避免；同时，P2P点播节目源多，用户比较分散，单个片源上的用户比较少，分享率低，因此很难提高速率；最后，P2P点播图像质量比较好，接近带宽上限，如果不采用精细的控制技术和良好的NAT穿透技术，在用户数比较少的情况下不是很实用。

4　P2P理念与IPTV业务的结合

IPTV面对的是十万规模、百万规模的大并发多媒体服务的挑战，在服务器I／O能力、带宽、海量存储、部署成本等方面都受到了前所未有的考验，它既要满足用户实时性业务要求，又要满足大规模并发用户同时在线的要求，还要能够满足低成本部署的运营要求和未来业务的可扩展性的要求。因此，IPTV需要引入P2P重叠网的理念和技术。

共享资源协同计算是P2P的生存方式和生命力源泉。P2P系统将互联网应用从依赖于有强大处理能力和高带宽高性能计算机设备的集中处理模式的禁锢中解放出来，利用多个通用计算机设备的共享满足应用对高带宽和高性能计算资源的要求。P2P意味着计算机网络全部计算潜能的一次释放。采用P2P架构可以有效地利用大量普通计算设备的计算资源和带宽资源，将计算任务或存储数据分布到所有结点上，达到高性能计算、高I／O能力、高带宽和海量存储的目标。P2P系统在大规模并发服务时凸现优势，降低了系统的部署成本，这种高性价比能力正是P2P技术发展的强劲动力。

由此可见，P2P能够很好地解决IPTV需要的带宽问题，而IPTV同时又能避免P2P的版权问题和用户问题。

5　P2P-IPTV工作流程描述

在基于P2P的IPTV架构的基础上，IPTV终端得到服务的流程可以分为三个部分。

(1)登录IPTV系统。IPTV终端启动后，首先将自行检查是否处于NAT或者防火墙之后。UDP数据包无法正常穿越这些设备，因此需要利用NAT穿越技术打通信道。当打通NAT信道后或直接处于公网位置，终端则发送UDP数据包给存储在其配置文件中的超级节点(列表)。这个列表以超级节点的IP：PORT形式存储。如果列表为空，则终端直接登录到IPTV登录服务器，获取超级节点的列表。

(2)对等用户搜索。IPTV终端登录到承载网络后，需要搜寻与其具有相同IPTV请求的对等用户，并从这些对等体中得到所需要的服务。这个过程需要超级节点的索引帮助。超级电视节点在接受终端登录的同时，将记录用户的请求并做服务归类和索引，将其存储在服务归类数据库中。超级节点在接受用户请求后将根据其需求返回与其具有共同服务的对等体终端的列表，据此，终端可以直接与对等体建立连接，得到具有一定QoS保障的服务。

需要指出，超级电视节点也是一种终端，只是其处理能力或带宽能力较强，被系统选为超级节点。当它退出系统时，由于超级节点的分布式连接，终端用户的对等服务搜索过程并不受影响，其他超级节点可代替提供相关服务。这保证了IFTV系统的健壮性和稳定性，也为系统规模的扩展提供了可能。

(3)服务建立和撤除。终端用户得到对等用户的列表后，将通过基于IP协议的IPTV承载网络直接与多个对等电视用户建立点一点的通信连接，彼此交换多媒体流的信息，从多个对等体接受数据流。当某个用户退出系统时，与其建立了点一点连接的对等用户将删除相应信道，并将更新的对等用户列表提交到超级电视节点，为下次用户搜索作准备。

6　结束语

在中国这样一个电视拥有量居世界第一、电脑拥有量居世界第二的庞大市场，IPTV拥有着潜在的海量用户，市场潜力不可估量。为实现便捷、高效快速、价优质高的IPTV网络应用，结合P2P技术不失为一条值得探索的道路。