P2P IPTV技術(shù)瓶頸研究

　　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，如圖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)。