P2P與IPTV的技術演化進展

1、P2P與IPTV的技術演化進展摘要：IPTV的發(fā)展面臨客戶機/服務器模式的輸入/輸出“瓶頸”的制約；另外一方面，中國在發(fā)展P2PInternetTV方面取得了驕人的進展。用發(fā)展P2P Internet TV的思路和技術發(fā)展 IPTV有可能開創(chuàng)新局面，即P2P IPTV的概念。發(fā)展P2P IPTV有可能使中國實現世界級的技術創(chuàng)新。由于電信業(yè)在發(fā)展寬帶業(yè)務方面有強烈的需求和良好的基礎，有先進的網絡基礎設施和有國際競爭力的電信和網絡設備制造業(yè)，可以成功地支持這一創(chuàng)新。關鍵詞：IPTV業(yè)務；互聯網電視；流媒體；對等連接Abstract:Theinput/outputproblemunder the c

2、lient/server work mode is acknowledged as a bottleneck for developing IPTV. Meanwhile, China has witnessed tremendous progresses in Peer-to-Peer (P2P) Internet TV. P2P IPTV hence arises as a new idea to develop IPTV with the concept and technologies of P2P Internet TV. P2P IPTV may be expected to be

3、 a world-class technical innovation of China. The telecom industry of China may successfully back this innovation up, with its strong demands on and good foundation of developing broadband services, as well as with its advanced network infrastructure and world-class telecom and network equipment ven

4、dors.Keywords:IPTVservice;Internet TV; stream media; peer to peer1. IPTV采用客戶機/服務器模式的局限性IPTV一般泛指通過IP網絡傳輸音視頻內容并用電視機收看的業(yè)務。目前電信運營商提供的IPTV運營在支持組播的可管理的IP網上，其主要業(yè)務為直播電視(轉播電視廣播)、時移電視、視頻點播(VoD)以及交互信息服務等。 目前中國的IPTV系統采用客戶機/服務器模式提供單播和點播(包括VoD和時移電視)業(yè)務。由于服務器輸入/輸出(I/O)“瓶頸”的限制，一臺服務器只能支持有限的并發(fā)流(千數量級的并發(fā)流)。要解決十萬、百萬用戶同時收

5、看的問題，不僅需要大量服務器，還需要極寬的網絡帶寬。目前的解決方法一是采用組播來提供廣播，二是采用內容傳送網絡(CDN)技術將服務器盡量放到離客戶近的地方以減輕網絡負荷?，F有網絡要支持組播，需要進行改造，這不僅導致成本增加還將損失互聯網無所不在的通達能力。因此，IPTV只能在經過改造的局部網絡內提供廣播業(yè)務。對于IPTV進一步向網絡新媒體演化趨勢，目前的客戶機/服務器模式也不能很好地提供支持。 客戶機/服務器已經成為制約IPTV發(fā)展的“瓶頸”，解決方法是體系結構向對等連接(P2P)模式演化。計算機網絡發(fā)展演化過程不斷在集中和分布之間擺動。早期計算機的使用模式是眾多用戶共享大型計算機，以后發(fā)展了

6、個人計算機，從集中走向分布。在互聯網上存在類似情況，開始采用客戶機/服務器方式，使用網站上集中的服務器。進一步發(fā)展將走向分布式，集中的服務器變成分布式的。 P2P技術將許多用戶結合成一個網絡，共享其中的帶寬，共同處理其中的信息。與傳統的客戶機/服務器模式不同，P2P工作方式中，每一個客戶終端既是客戶機又是服務器。以共享下載文件為例，下載同一個文件的眾多用戶中的每一個用戶只需要下載文件的一個片段，然后互相交換，最終每個用戶都得到完整的文件。 實現P2P的第一步是在互聯網上進行檢索，找到擁有所需內容和計算能力的結點地址；第二步是通過互聯網實現對等連接。為了充分發(fā)揮互聯網無所不在的優(yōu)勢，不能對互聯網

7、協議進行任何修改。解決的方法是在基礎的互聯網上架設一個P2P重疊網。 P2P重疊網分為無組織的P2P重疊網、有組織的P2P重疊網和混合型網三大類。目前在互聯網上廣泛使用的大多是無組織的P2P重疊網，如BitTorrent(BT)下載。而有組織的P2P重疊網目前還處于學術界研究階段，如Tapestry、Chord、Pastry和CAN等網絡。正在研究的新一代的P2P應用包括多播、網絡存儲等都運行在這種有組織的P2P重疊網上。一些實用系統開始使用混合型結構。 無組織的P2P重疊網已經演進了幾代。第一代P2P網絡采用中央控制網絡體系結構。早期的軟件Napster就采用這種結構；第二代P2P采用分散分

8、布網絡體系結構，適合在自組織(Ad hoc)網上應用，如即時通信等；第三代P2P采用混合網絡體系結構，這種模式綜合了第一代和第二代的優(yōu)點，用分布的超級結點取代中央檢索服務器，并進一步利用有組織網的分布式哈希表(DHT)加速檢索。 廣播影視資料內容的分發(fā)主要采用兩種方法：一種方法是先下載，下載后再觀看，這種方法現在被稱為播客(Podcast)；另一種就是用流媒體的方式邊下載邊收看。P2P技術對這兩種方式都支持。 P2P共享下載大家比較熟悉。目前常用的P2P軟件BT屬于第三代混合型無組織網。每天全球都有數以千萬計的網民用BT軟件下載整部電影、MP3和大型軟件等，其數據流量已占全球因特網總數據流量的

9、70%以上。在中國情況類似，寬帶用戶大部分流量是P2P應用。版權問題是困擾P2P下載發(fā)展的主要問題，目前一些有合法版權的播客網站開始健康發(fā)展。 P2P流媒體是近年來才發(fā)展起來的，目前在中國發(fā)展得非常好，有10多家網站采用自主開發(fā)的軟件提供P2P Internet視頻服務，注冊用戶達250萬戶。 利用P2P技術實現大規(guī)模流媒體點播和直播的系統Webcast出現于1998年。Webcast利用一棵二叉多播樹在用戶之間進行實時多媒體數據的傳輸和共享。此后由于流媒體直播服務相對簡單，首先得到快速發(fā)展。2000年出現第一套P2P視頻直播系統的原型ESM系統，該系統采用用戶網狀結構互連構造最優(yōu)媒體數據多播

10、樹的方法在用戶間傳播實時的多媒體內容。由于算法限制，這套系統只能擴展到幾千人同時在線，但已經標志著P2P流媒體直播系統進入了系統發(fā)展期。 此后各種原型系統、高度可擴展的應用層多播協議大量涌現。其中典型的系統有提供音頻廣播的Standford大學的Peercast系統和德國的P2PRadio系統，他們均采用開放源代碼。而應用層多播協議有微軟的Coopnet/Splitstream協議、思科的Overcast協議、馬里蘭大學的NICE協議、伯克利大學的Gossip協議等。雖然這些系統和協議尚不能實用，但為P2P流媒體直播打下了堅實的理論基礎。 2004年5月歐洲杯期間，香港科技大學張欣研博士開發(fā)的

11、CoolStreaming原型系統在Planetlab網上試用獲得成功。這套系統使用Goosip協議在用戶之間傳播控制信令，使用類似于BT的多點對多點數據傳播協議在用戶之間傳送媒體數據包。CoolStreaming系統是第一次真正將高可擴展和高可靠性的網狀多播協議應用在P2P流直播系統當中，標志P2P直播技術進入準商業(yè)運作階段。在CoolStreaming成功的鼓舞下，中國流媒體直播技術和業(yè)務發(fā)展迅速，在世界上獨樹一幟，目前中國有10多個網站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務。用戶最多的是PPLive網采用的Synacast系統。Synacast系統的核心是一套完整的網上視頻傳輸和運營

12、支持業(yè)務平臺。在此平臺上可以方便地完成節(jié)目采集、發(fā)布、認證、統計分析等功能。 由于采用了P2P技術進行流媒體內容的分發(fā)，Synacast系統對服務器端的要求比較低。通常情況下，每一個源分發(fā)服務程序只占用5%左右的CPU負載，20 MB的內存和10 Mb/s的網絡帶寬。以PPLive網為例，該網站原本使用的是傳統的Windows Media服務器，一臺100 Mb/s服務器以單播方式提供一路節(jié)目的直播，最多可支持200300個用戶并發(fā)訪問；當使用了Synacast技術后，一臺100 Mb/s接入互聯網的普通PC服務器可以同時提供510路視頻節(jié)目的直播，每一路節(jié)目均可以支持百萬用戶同時收視。 目前

13、P2P流媒體直播的主要性能如下：播放的電視節(jié)目的碼率一般為3500 kb/s，有些頻道已經開始提供800 kb/s的碼率，超過VCD的畫面質量；在20 s1 min左右完成數據緩沖，并開始播放，可以給用戶提供穩(wěn)定、清晰的電視節(jié)目，一般不會出現播放停頓的問題；具有內網穿越功能，從而保障內網用戶的使用；使用510 Mb/s服務器出口帶寬支持百萬級數量用戶的同時在線；具有認證、計費平臺。 P2P流媒體電視直播采用計算機終端，在用戶計算機中存儲的內容僅幾分鐘，不需要使用硬盤，目前正開始發(fā)展廉價的機頂盒終端。與直播領域相比，在流媒體點播領域，P2P技術的發(fā)展速度相對較為緩慢。主要是因為點播當中的高度交互

14、性需求，使得實現的復雜程度較高。此外節(jié)目源版權因素對P2P點播技術的應用有阻礙。2000年，美國普度大學實現的GnuStream系統是在Gnutella網絡基礎之上的第一個P2P準點播系統。該系統也使用了網狀多播的策略。由于版權因素的限制，這套系統沒有能得到大規(guī)模的使用。2000年之后，P2P的點播技術在適用于點播的應用層傳輸協議技術、底層編碼技術以及數字版權技術等方面都有重要進展。在應用層傳輸協議方面，比較重要的有2002年提出的P2Cast協議以及2003年提出的CollectCast協議(用于PROMISE系統)。目前正在發(fā)展實用的P2P點播系統，開始進入商業(yè)應用階段。 美國在線(AOL

15、)和華納兄弟合作將在互聯網上采用Kontiki公司P2PVoD推出In2TV業(yè)務，為客戶提供電視劇點播業(yè)務。有6類電視劇節(jié)目，具有DVD質量的視頻效果。In2TV還提供各種交互服務如游戲等。 與P2P流媒體直播不同，P2P流媒體終端必須擁有硬盤，其成本高于直播終端。2004年中國開始出現采用P2P流媒體技術在互聯網上進行電視直播的網站。目前中國有10多個網站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務，掀起了一股P2P Internet TV浪潮。主要Internet TV系統有：PPLive網絡(采用Synacast軟件)ppStream網絡QQ直播網絡(已與新版QQ進行了捆綁)貓眼網絡電視(

16、貓撲網)TVKoo網絡(沸點網絡電視)Rox磊客網 一些電信運營商也開始加入這一潮流，貴州網通采用上海網用公司的技術開展實驗運營，上海電信也在實驗。P2P流媒體一方面提高了電視的通達性，另一方面降低了電視播出的門檻。 目前中央電視臺網站通過客戶機/服務器模式向全世界提供廣播服務。但是畫面很小，同時在線人數也受限制。如果采用P2P模式既可保持互聯網的通達性，覆蓋到全球，又可以保證質量支持大量用戶同時收看。P2P流媒體還可以降低廣播電視播出門檻，用很簡單的服務器就可以實現網上流媒體廣播。P2P共享下載可以降低內容分發(fā)的門檻。 2006年春節(jié)聯歡晚會期間，中央電視臺使用P2P和CDN技術向全球進行同

17、步視頻直播。除在全球布設CDN服務，采用客戶機/服務器模式用流媒體技術提供直播外，還采用清華大學的Gridmedia系統和天天寬廣公司的UUSee平臺進行P2P流媒體電視直播。2006年1月28日16時至1月29日1時，央視網站頁面點擊量達到2.96億次，頁訪問次數達4 792萬次，收看春節(jié)晚會視頻直播的人次為410萬，其中89萬來自海外；最高同時在線人數為46.7萬，其中7.5萬來自海外；最大帶寬超過5.38 Gb/s，其中國際帶寬最大4.9 Gb/s。2005年湖南衛(wèi)視超女總決賽，PPLive進行了網上直播，有50萬人同時在線收看。2005年12月31日晚，使用PPLive直播軟件看“20

18、052006年超女跨年演唱會”的用戶數突破百萬大關。其中30%來自海外。 中國基于E-mail和手機號碼的網上收付費平臺由快錢公司和上海天娛傳媒有限公司合作完成的系統，首次應用P2P內容版權保護技術于網絡直播活動，用戶需要領取免費的門票才可以觀看。 中國已經開始P2P流媒體網上新聞直播，如神六升空和返回過程中，搜狐、新浪和網易等門戶網站使用P2P流媒體技術進行了視頻直播。 山東省三大新聞網之一的山東新聞網與擁有國際領先流媒體技術的光芒傳媒合作，成功開通了網上視頻新聞欄目。搜狐2006年將推出“我形我秀”的P2P網絡電視臺。 P2P流媒體技術和業(yè)務在中國的快速發(fā)展受到了資本市場的青睞，如軟銀投資

19、CoolStreaming公司，建立光芒傳媒Roxbeam公司，運營Rox磊客網，并且向Yahoo BB提供技術。此外還有Uusee、Mysee、PPLive、PPstream和千橡等網絡也都得到了風險投資(VC)公司的投資。 P2P Internet TV在短短的一年多時間內快速發(fā)展，2005年底注冊用戶已達到250萬戶。顯示出了巨大的生命力，但另一方面也應該看到其還面臨很多困難和問題。 首先是缺乏能夠盈利，可以持續(xù)發(fā)展的運營模式和產業(yè)鏈。目前基本上都是免費收看爭取提高用戶點擊率，以獲取VC公司的投資。結果是不能通過健康的產業(yè)鏈，合法地得到內容，只能轉播現有的電視頻道和以灰色方式得到內容。

20、其次是接入門檻很低，眾多的新興公司進入競爭行列，導致競爭加劇。而大多數創(chuàng)業(yè)者是搞技術出身，不熟悉媒體業(yè)，資本不足，形成不了規(guī)模，結果只能導致低水平競爭。 P2P Internet TV的發(fā)展將引發(fā)一系列法律問題。傳統電視是本地服務的，有一系列監(jiān)管的法律法規(guī)。簡單地將目前用于電視的法規(guī)移植到互聯網上是不可行的。目前歐洲共同體已經開始制訂適用于Internet TV的新法規(guī)。 此外P2P Internet TV將會引發(fā)利益分配的問題。在中國已出現電信運營商要封堵BT和Skype軟件的傳言；在美國一些電信運營商推出分兩等級服務的計劃，導致要求國會立法保持網絡中性的爭論。目前中國IPTV和P2P Internet TV是沿兩條路徑獨立發(fā)展的，各自遇到一些發(fā)展中的困難。如果將兩者結合起來，以發(fā)展IPTV的資源和力量發(fā)展P2P Internet TV，或者換句話說以P2P Internet TV的理念和技術發(fā)展IPTV有可能開創(chuàng)網絡媒體演化的新局面。這就是 P2P IPTV。 中國正在建設創(chuàng)新型國家，發(fā)展基于P2P的IPTV是一次引領世界發(fā)展潮流，實現世界級創(chuàng)新的歷史機會。目前中國在P2P