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应用P2P技术的IPTV网络模型研究

摘要：本文针对IPTV系统的特点，讨论P2P应用于IPTV系统的可行性方案。提出结合P2P流媒体技术与内容分发网（CDN）的P2P-IPTV模型，上层采用CDN将视频内容从中心服务器推送到靠近用户端的代理服务器处,下层应用P2P流媒体技术，以不同的代理服务器为中心组成多个独立的P2P网络。此模型不仅可以实现视频点播、直播业务，还可实现业务的认证与计费。文中重点研究了模型下层P2P网络的建立、服务质量保证等问题，同时对采用P2P技术后，IPTV业务的计费策略的调整提出建议。

关键词：IPTV，P2P，视频点播

1.引言

随着宽带Internet的快速发展和用户群的扩大及流媒体技术的发展，IPTV已成为各大厂商及运营商的关注焦点，并已开展了大规模的网络试点[1]。为了在现有的IP网上提供电视广播服务，运营商及设备提供商合作进行了大规模的网络改造，主要包括接入网提速、组播部署、CDN升级等。这些措施的采用不仅需要大量的资金投入，而且取得的效果也是十分有限的。对于组播部署，目前网络设备大多不支持组播，同时IP组播的可靠性和拥塞控制也难以实现；对于CDN技术的采用，随着用户数量的增加，CDN服务器很有可能成为系统的瓶颈，昂贵的成本也是不得不考虑的问题。

目前，P2P流媒体技术的研究与应用取得了快速发展，在中国已掀起了一股P2PInternetTV的浪潮。PPLive、Gridmedia等应用P2P流媒体技术的视频点播系统，用简单的服务器即实现了互联网上的流媒体广播，向用户提供较稳定清晰的视频节目[2]。

P2P模式中，每个用户节点为系统提供了有限的存储或网络资源，在接受服务的同时向网络中的其他节点提供服务，能有效地减轻服务器的负载及带宽占用。对于急需解决网络扩展性、降低网络改造成本的IPTV来说，P2P技术无疑是有效的解决方案。本文针对IPTV的网络特点及可运营、可管理的要求，提出结合P2P流媒体技术与CDN技术的P2P-IPTV网络模型。

2.P2P-IPTV网络模型概述

IPTV作为电信公司向用户提供的业务，对服务质量、计费、认证等有较高的要求。采用P2P的内容分发方式，用户节点接受数据包的同时转发数据包，分担了服务器的负担，大幅

1本课题得到国家自然科学基金项目60432040、北京市自然科学基金项目（4052021）、教育部博士点专项基金项目（20060013008）和韩国仁荷（UWB-ITRC）合作项目的资助。

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度提高系统的用户容量。然而用户节点的不稳定性却使得P2P的服务质量难以保证，且很难实现业务的管理与控制。因此，在IPTV中，全网应用P2P技术进行内容分发是不现实的。我们提出P2P技术与CDN技术相结合解决方案[3][4]——P2P-IPTV网络模型。体系结构如图1所示：

图1P2P-IPTV模型体系结构

此模型将媒体分发网络分为两层。上层应用目前商用IPTV中普遍采用的CDN技术，通过在网络边缘合理部署代理缓存服务器，将视频内容推送到靠近用户端。下层应用P2P流媒体技术，以不同的代理服务器为中心，组成多个独立的P2P网络。缓存服务器作为下层P2P网络的中心服务器，起中心控制、目录及内容源作用，同时为下层P2P网络提供稳定的、高带宽的“种子”。

用户点播业务的响应过程如下：

(1)用户发起点播请求，首先与中心服务器连接，通过业务认证后，中心服务器根据节点信息及各代理服务器的状态将用户请求重定向给最佳代理服务器，同时根据需要向代理服务器推送用户请求的内容。

(2)代理服务器响应用户请求，向用户节点发送可提供媒体服务的节点列表，业务请求节点判定一个或几个节点为其提供流媒体服务。服务过程中服务器与用户节点进行周期性信息交互，服务器掌握节点状态，进行业务统计，完成业务计费；用户节点根据服务器推送的备选源节点列表调整流媒体数据包的来源，保证媒体流不因其它节点的退出或失效而中断。

(3)用户节点终止服务时，向代理服务器报告节点的离开，本次服务完成。代理服务器向中心服务器报告服务的统计信息（服务节点、时间、流量等）。服务器更新节点信息列表，通知区域内节点网络的变化。

（4）中心服务器汇总各代理服务器的信息，生成此次视频点播服务的状态统计，上报业务支撑系统。

对于直播业务，代理服务器不再起到缓存媒体内容的作用，只作为下层P2P网络的超级节点，对从中心服务器接收到的流媒体数据在应用层进行复制，发送给与它相连的用户节点。中心服务器与代理服务器以单播的形式进行媒体数据的传