基于P2P技术的流媒体直播系统的研究.doc

基于P2P技术的流媒体直播系统的研究 背景介绍： 流媒体技术是一种新兴的网络传输技术，它是在Internet /Intranet上使用流式传输技术的多媒体，流媒体在播放前不需要下载整个文件，可以边下载边观看。其原理是把向用户传输的多媒体文件按照播出时间顺序分为不同的片断，然后依次把这些片断发给用户，连续播放这些片断就形成了连续的声音和图像。随着1994年Progressive Networks美国公司成立，流媒体开始正式在互联网上应用。该公司一年后推出的基于C/S架构的音频接收系统Real Audio在随后的几年内引领了网络流媒体技术的汹涌潮流。1997年9月，该公司更名为Real Networks，并相继发布了多款应用非常广泛的流媒体播放器，即RealPlayer系列，该系列一度占据该领域超过85％的市场份额，Real Networks公司可以称得上是流媒体真正意义上的鼻祖。从此以后，流媒体技术进入了蓬勃发展的阶段。 传统的网络流媒体播放系统一般基于用户/服务器(Client/Server，C/S)的模式。但是，由于流媒体播放需要消耗大量的网络带宽和服务器资源，因此这种模式严重限制了网络流媒体业务的发展。以一个占用带宽为300kbps 的网络视频流为例，当有1000个用户同时观看时，需要的带宽是300mbps，这样的性能要求对于大多数服务器来说是满足不了的。如果要支持几万甚至几十万的用户，采用这种C/S模式几乎是不可能的。当然增加服务器数量和提高带宽是一个解决方式，但是这种方式需要巨大的成本开支，所以我们需要通过新的技术手段解决这个问题。 最近几年，对等网络技术(Peer-to-Peer，P2P)，引起了包括普通网络用户和科研领域人员在内的越来越多人的关注。P2P是分布式系统的一个子集，目前在分布式计算和文件共享领域得到广泛的应用。相对于传统的C/S模式，P2P模式一个非常显著的特点就是节点无需依赖集中式服务器资源，各个节点之间可以直接进行通信。每个节点具有相同的地位，既可以请求服务，也可以提供服务，同时扮演着C/S模式中客户机和服务器的双重角色，甚至还可以具有路由器和高速缓存的功能，这样，每个节点在从别的节点接收数据流的同时还向其它节点发送数据流。P2P技术有两方面的优点：一方面，P2P技术突破了传统的C/S模式限制，强调节点之间的对等性，即P2P系统中每一参与节点兼有服务器和客户端两种身份，在利用其它节点上资源的同时也为其它节点提供服务。这使得P2P系统的服务能力随着用户数的增加而自然增长，具有很强的可扩展性，能够解决传统C/S结构中服务器过载和资源瓶颈等问题。另一方面，P2P系统采用节点自组织的方式工作，强调无中心的结构，并且很好地适应了节点随机加入和退出的动态性，因而在鲁棒性、数据高可用性和抵抗攻击方面具有不可替代的优势。 目前，P2P技术在文件共享等一些应用领域中己经取得了很大的成效，把P2P技术应用到流媒体领域同样能带来革命性的突破。。因此，P2PStreaming技术被提了出来，即把P2P技术思想应用到流媒体的传输。基于P2P技术构建流媒体系统，能够从根本上解决基于C/S模型的系统的不可扩展性、低容错性和低鲁棒性。此外，P2P网络中用户分布广泛，资源更加充足，更能满足用户对资源的需求，从而保证服务的质量，为构建大规模流媒体传输系统提供了一种低成本的解决方案。 流媒体与P2P技术理论基础： 流媒体技术理论基础： 流媒体(Streaming-Media)指在Internet/Intranet中使用流式传输技术时的连续时基媒体，如音频、视频等多媒体文件。流媒体的主要特点有：启动时延大幅度缩短、对系统缓存容量的需求大大降低、采用特定的实时传输协议以及对时间的敏感性。 流式传输技术是指将音频、视频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分解成一个个压缩包，再由音频、视频服务器向用户计算机连续地、实时地传送信息的一种传输技术。其传输原理如下图所示： Figure SEQ Figure \* ARABIC 1流式传输原理图 流式传输又可分为顺序流式传输(Progressive Streaming)和实时流式传输(Realtime Streaming)两种方式： 顺序流式传输就是媒体数据的顺序下载。在下载的同时用户可以观看在线媒体，但是在给定时刻用户只能观看已下载的那部分媒体数据，不能跳转到未下载的部分。而且顺序流式传输不能根据用户网络带宽的变化对连接速度做相应的调整。由于顺序流式传输的媒体数据使用标准的HTTP服务器就可以发送，而不需要其它的特殊的协议，所以顺序流式传输也被称作HTTP流式传输。用户在播放前观看的媒体数据是无损传输的，所以顺序流式传输比较适合高质量的短片，如片头，片尾和广告。但是这也意味着用户在观看