互联网走回头路 P2P技术兴引入流媒体

　　计世网消息 P2P流媒体通过在CDN网络中引入P2P技术，在不增加成本的同时有效提升CDN服务能力，并有效避免了P2P应用的诸多弊端，是当前网络条件下一种较理想的多媒体分发技术。

　　在IPTV广阔的市场前景的诱导下，与此有关的各种新技术正在积极酝酿，尝试以技术突破来推动产业前行， P2P 流媒体正是此类的典型代表。

　　P2P技术的兴起

　　从某种程度上说，P2P技术的兴起是互联网技术走的一个回头路。在早期的互联网应用方式中有很多体现了P2P的思想，例如Telnet、Usenet等，只是随着Internet的流行，B/S的结构开始成为互联网的主流，它被逐渐淡忘。但当互联网发展到如今，互联网数据呈爆炸性的发展时，P2P这一“古老”的思想重新焕发出新的光彩。

　　P2P技术，也称为对等网络(peer-to-peer)技术，简单地说，就是一种用户不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。它将目前互联网的“内容位于中心”模式改变为“内容位于边缘”模式，将权利交还给用户。在这种架构中，每个节点的地位都相同，具备客户端和服务器的双重特性，可以同时作为服务使用者和服务提供者。

　　通过P2P，人们在网络上的沟通变得更加容易、更利于直接共享和交互，用户可以直接连接到其他用户的计算机进行文件交换(就像在现实生活中我们每天都按照 P2P 模式面对面或者通过电话交流和沟通)，而不是像过去那样必须连接到服务器去浏览与下载，这种便捷将促进互联网内容的爆炸性增长。

　　流媒体技术

　　流媒体(Streaming Media)技术主要应用于“网上音乐”、“网上影片”。回想人类自发明纸张以来，一直是以文字和图片作为沟通的主要媒介，即使在上个世纪80年代后期，被喻为20世纪末最大发明的 Internet诞生后的最初四五年间，仍然还是以文字的方式呈现，只是随著网络带宽的改善、WWW 协议的出现，图片、视频开始在各大网站上流行。依照由静态媒体 (如文字、图形)进化至动态媒体 (如音乐、影片) 的历史轨迹来说，线上音乐及线上影片的盛行应该是理所当然的事，然而 Internet的某些特性却阻挠了这种进化的脚步。

　　阻碍线上音乐及线上影片的一大原因是带宽问题，另一大原因则是传输品质的不稳定。由于 Internet固有特性，使用者实际可使用的带宽不可能是固定的，也就是说带宽通常只是理论上的最大值，不稳定的传输速度是线上影音的杀手。串流式通道就是解决这部分问题的最好方式。

　　所谓串流式通道，其实就是在使用者端的电脑上创造一个缓冲区，在播放前预先下载一段资料作为缓冲，当网络实际传输速度小于播放所需耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。

　　目前串流媒体的三大平台RealNetworks、 Microsoft、Apple实现方式原理一样，第一是要将一般的非串流格式压缩编码成串流格式的文件，接着传送至串流伺服器上管理及发送至指定的观众(使用者)，使用者下载之后，经过串流解码程序播放出音乐或影片。

　　CDN技术的优缺点

　　传统流媒体服务都是C/S模式，即用户从流媒体服务器点击观看节目，然后流媒体服务器以单播方式把媒体流推送给用户。

　　如果正式运营的流媒体系统采用上述模式，所有的客户端全部连接到同一台服务器上，则服务器的压力会非常大，而且也会影响用户的视听效果，为此流媒体服务器采取了CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)网络结构。

　　CDN是一种基于C/S结构的分布式媒体服务技术平台，也是目前采用比较普遍、技术成熟度比较高的一种平台，它通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，并采用智能化策略将用户需要访问的内容分发到距离用户最近、服务质量最好的节点，同时通过后台服务自动地将用户调度到相应的节点，为用户提供最好的服务。这种方案有效缓解了Internet网络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度，比较好地解决了由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因造成的用户访问响应速度慢的问题。

　　但是，CDN技术虽然可以在一定程度上加速流媒体，实现下载、直播和点播，其核心仍然是基于集中服务器的架构，而且跟地域化管制紧密相连，因此很难降低其扩展的成本，而且CDN技术在高峰时期对突发流量的适应性、容错性等方面仍然存在一定缺陷，具体表现如下：

　　1.流媒体服务器带宽占用大。不同于电台和电视台使用广播形式发送节目，流媒体业务使用了单播形式，即一个用户一份流，即使有两个用户在观看同一个节目时亦然，所以用户越多，需要带宽就越多。当用户到达一定规模后，带宽就会成为业务发展的瓶颈，这时就需要投入大量费用购买带宽以满足要求。

　　2. 流媒体服务器处理能力要求高。用户多了，流媒体服务器处理能力也会成问题，这时候需要购置服务器以支持更多用户。

　　3.流媒体负载均衡要求高。为减少骨干网络带宽占用、保证服务质量和就近提供服务，一般流媒体服务都需要部署复杂内容分发系统(CDN)。这样就大大增加了系统投资和管理复杂度。

　　流媒体业务在到达一定规模后，就需要大规模扩充带宽、服务器和内容分发系统以满足需求，这些举措无疑都会大大增加开销。同时这种用户多了就扩容、扩容完了再大力发展用户只能是一种权宜之计，它无法从根本上解决流媒体业务发展所遭遇到的瓶颈问题。

　　在上述背景下，P2P技术走入人们的视野，一些厂商开始尝试在流媒体领域引入P2P技术。

　　P2P与CDN的比较

　　P2P和流媒体技术各自有什么特点呢？下面我们对基于CDN的流媒体技术和P2P技术做一个简单的优劣势分析(参见附表)。通过分析我们可以看到，在可扩展性、内容、版权、用户管理有效性、QoS、流量有序性方面，基于CDN的流媒体技术和P2P技术各有所长，基本上完全互补。如果能将两种技术有效地结合起来，将是一种更加完美的组合。P2P流媒体这项崭新的技术由此应运而生。

　　P2P流媒体技术和传统流媒体不同之处在于用户在播放过程中不仅仅可以从流媒体服务器取得媒体流，还可以从其他用户那里取得媒体流，与此同时，用户还会向其他用户提供自己拥有的、别人需要的媒体流。

　　前面提到P2P技术打破了传统的C/S模式，是一种基于对等节点非中心化服务的平台方案。在流媒体领域，由于采用对等计算的模式，大大提高了资源共享的利用率，能在较低的成本下，充分利用空闲时间分发数据，避免拥塞，提供具备高实时性和容错性能的流服务，为流媒体服务开辟了一条崭新的道路。

　　将P2P技术应用于流媒体技术中，就形成了新的P2P流媒体技术。具体而言，P2P流媒体技术是指流媒体服务器只发送少数几个媒体流，给首先连接的几个用户，后面的用户不是从服务器直接获得数据，而是从前面的用户获得数据，具体方式如图1所示。

　　
图1 P2P技术的多媒体分发方式

　　
图2 P2P流媒体在自治域内资源共享

　　P2P流媒体技术方式同传统流媒体CDN技术相比较，优势如下：

　　1.降低对服务器性能的要求。系统不需要动不动就要放置多少台服务器、用户———增加就扩容服务器，减少了硬件投资。

　　2.降低对服务器出口网络带宽的要求。通过这种技术，避免了所有的用户均到服务器提取数据，大大减少了出口带宽，新增用户对新增带宽的需求大大减少。

　　P2P流媒体技术方案

　　P2P流媒体通过在CDN网络中引入P2P技术的方式，在不增加成本的同时有效提升CDN服务能力，更有效地避免了P2P应用的诸多弊端，是在当前运营商网络状况下最理想的媒体业务承载平台方案。

　　P2P流媒体技术的核心设计思想是在CDN网络的边缘节点上引入P2P自治域。由单个或若干个边缘节点设备及其覆盖的最终用户作为对等实体，共同构成一个P2P自治域。在域内利用P2P技术实现资源共享，而自治域之间不发生流量交换。

　　通过将这两种结构互异的网络进行光滑对接，在有效保障现有CDN资源的情况下，又能够充分吸收P2P的优势，实现了面向运营商的P2P服务。

　　现在常用的大型P2P流媒体技术解决方案如图3所示，省间的骨干网按地理位置分成几个大区，每个大区中心架设一个区域中心媒体服务平台(ACMS，Area Central Media Station)，用于存储过期的(比如以直播后24小时区分是否过期)点播内容以及最新的公众性直播节目。边缘媒体服务平台(EMS)用于存储地方性直播和最新的(如前所述的24小时内)点播节目。存储的时候考虑地方性节目存储在当地服务器中，公众性的节目按照均摊的思想存储在剩余空间较大的服务器中。相应的数据获取原则是：优先从低级数据源获取数据，高级数据源提供稳定性支持。如果划分优先级，从低到高依次为：用户驻地网、接入网、骨干网、核心网。

　　P2P流媒体技术不仅可以在有线网络中部署，还可以扩展到无线网络中。对于移动P2P网络，下层为移动网络的物理层，在传输层上加入P2P层，就构成了移动 P2P流媒体网络。

　　采用P2P流媒体技术实现方式如图4所示，根据移动用户自身的特点在P2P网络的基础上增加缓存节点来解决移动用户之间连接非正常断开的问题。

    与有线的P2P TV用户相比，无线的P2P流媒体具有以下的特点：

　　1. 上网习惯不同。移动用户一般只在需要的时候才会上网，在线时间较短。

　　2. 用户终端功能不同、网络特性不同。有线网络终端一般具有强大的功能，如高性能CPU、大容量硬盘和内存等，并且网络接入带宽较高,而移动用户终端主要是手机，性能和接入带宽较低，而且网络特性不稳定。

　　P2P流媒体优势

　　P2P流媒体与传统流媒体技术相比较而言，具有下列优势：

　　1.流服务能力的提高

　　P2P流媒体传输的内容与原CDN的内容有所不同，在核心节点根据P2P协议对内容(包括文件和流)做切片处理，P2P用户将根据这些规则来完成P2P共享。P2P在边缘层的引入大大降低了边缘服务器的压力，提高了文件传输和流媒体传输的效率。

　　P2P流媒体技术充分利用了用户的闲置上行带宽，这样运营商可以通过更少的边缘服务器，提供更多的业务量为更多的用户服务，以较低成本代价应对迅猛增长的客户规模带来的挑战。

　　试验证明，P2P流媒体在千人规模的情况下播放500K码流左右的节目，服务端CPU消耗小、带宽消耗小，而且用户服务质量高。

　　2.可管理的P2P流媒体网络

　　为了避免骨干网上的流量对冲，通过集中的分布式架构将P2P的流量严格限制在同一边缘节点的区域内。这样就继承了P2P和CDN的优点，同时摒弃双方的缺点，避免电信骨干网上的流量无序性和风暴，增强了网络的可管理性和服务高的可靠性。通过客户端，可以实现对用户的监控，流量的监管。

　　3.客户体验的改善

　　一方面，P2P和流媒体结合的方式，使得有限的服务能力可以为更多的用户提供流媒体服务。另一方面，P2P技术的应用也能够更有效地防止因网络的抖动而产生对服务质量的影响。

　　(1)价格优势

　　以机顶盒形式存在的网络电视和数字电视除了几百到上千元的初装费外，每月还需要交纳一定的使用费。而P2P流媒体则被认为是免费的，在人们心目中，向运营商缴纳宽带费用已经成为一项既定的开销。

　　(2)内容优势

　　内容的丰富是P2P流媒体另一大特点，直播、点播、录播等方式种类齐全。不仅央视、省级卫视的众多电视频道可以实时、延时收看，还可提供其他经典节目的点播。

　　(3)及时互动

　　基于P2P流媒体，观众可以不受时间、频道、内容的限制，随时点播、观看、录制所需要的节目内容。

　　4.增值业务的扩展

　　由于需要建立缓冲来进行P2P交换，会带来大约1分钟左右的延时，另外，在节目开始播放之前也需要几十秒的下载缓冲时间，在这段时间内，系统可以播放广告。此外，在电影、电视剧的播放过程中，系统也可以插播广告。通过与广告代理进行商务上的合作，P2P流媒体会增加增值业务的收入。

　　5.帮助互连互通

　　中国的网络由多个运营商割据，网络之间的连通性很差。例如电信的用户访问网通的服务器会有一定的延时。而通过P2P流媒体系统，当P2P的用户数达到一定的数量(例如100人以后)，网络之间的差异可以被基本抹平。这是处于中间地带的用户起到了桥梁作用。

　　P2P流媒体发展现状

　　从2005年开始，我国的P2P流媒体行业得到了快速发展，现在P2P流媒体的应用主要在以下几个方面：

　　1. 体育比赛和重大活动直播

　　P2P服务器放在主机托管机房，运行Windows Media Server和P2P服务端软件。活动现场以ADSL上网，现场摄像枪通过视频卡或者电视卡接入现场电脑获取视频和音频信号，现场进行采集编码，然后把码流通过ADSL上传到机房服务器。然后由P2P服务端软件从Media Server以http的格式取出码流进行广播。当然，如果P2P服务端知道现场电脑的IP地址，也可以直接从Media Encoder读取码流而无需经过Media Server。

　　2.影视节目轮播

　　把已有的WMV或者RMV文件放在P2P服务端进行顺序轮流播放，可以很容易地建立起一个网络电视台，用于企业宣传介绍影片、旅游景点介绍影片等等的网上播放。

　　3.网络电台

　　可以用P2P服务端播放WMA、RM、MP3格式的文件，也可以采用直播的方式一边录制一边播放。网络电台适合于一边工作一边收听，比起网络影视有更广阔的用户空间。

　　4.聊天室广播

　　可以对采用蓝天聊天系统的聊天室进行广播。从聊天室中直接提取语音和视频，由于不用经过再次编码转换，因此质量不会降低，适合于大规模的聊天访谈或聊天室晚会直播。

　　5.个人秀

　　P2P可以建立起一个准实时的语音视频广播，这种应用为越来越多的“播客”提供了有效的工具。

　　从上面的分析可以看出，P2P流媒体具有非常大的市场潜力，相信通过几年的发展，P2P流媒体能占据流媒体市场的主导，而且通过P2P流媒体的大力推广，P2P技术将进一步发展，这也将彻底改变现在互联网B/S、C/S的网络结构，引领P2P行业再向前跨进一步。

　　张雁强(作者单位：北京交通大学)