淺析：P2P與IPTV的技術演化進展

淺析：P2P與IPTV的技術演化進展

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(tǒng)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。現有網絡要支持組播，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?？蛻魴C/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。2.P2P內容分發(fā)技術的演化計算機網絡發(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(tǒng)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，不能對互聯網協(xié)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(tǒng)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采用分散分布網絡體系結構，適合在自組織(Adhoc)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P2PInternet視頻服務，注冊用戶達250萬戶。3.P2P流媒體直播技術進展利用P2P技術實現大規(guī)模流媒體點播和直播的系統(tǒng)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(tǒng)的原型——ESM系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用用戶網狀結構互連構造最優(yōu)媒體數據多播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(tǒng)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(tǒng)進入了系統(tǒng)發(fā)展期。此后各種原型系統(tǒng)、高度可擴展的應用層多播協(xié)議大量涌現。其中典型的系統(tǒng)有提供音頻廣播的Standford大學的Peercast系統(tǒng)和德國的P2PRadio系統(tǒng)，他們均采用開放源代碼。而應用層多播協(xié)議有微軟的Coopnet/Splitstream協(xié)議、思科的Overcast協(xié)議、馬里蘭大學的NICE協(xié)議、伯克利大學的Gossip協(xié)議等。雖然這些系統(tǒng)和協(xié)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CoolStreaming原型系統(tǒng)在Planetlab網上試用獲得成功。這套系統(tǒng)使用Goosip協(xié)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(xié)議在用戶之間傳送媒體數據包。CoolStreaming系統(tǒng)是第一次真正將高可擴展和高可靠性的網狀多播協(xié)議應用在P2P流直播系統(tǒng)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(tǒng)。Synacast系統(tǒng)的核心是一套完整的網上視頻傳輸和運營支持業(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(tǒng)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(tǒng)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，20MB的內存和10Mb/s的網絡帶寬。以PPLive網為例，該網站原本使用的是傳統(tǒng)的WindowsMedia服務器，一臺100Mb/s服務器以單播方式提供一路節(jié)目的直播，最多可支持200～300個用戶并發(fā)訪問；當使用了Synacast技術后，一臺100Mb/s接入互聯網的普通PC服務器可以同時提供5～10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3～500kb/s，有些頻道已經開始提供800kb/s的碼率，超過VCD的畫面質量；在20s～1min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5～10Mb/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。4.P2P流媒體點播技術進展與直播領域相比，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(tǒng)是在Gnutella網絡基礎之上的第一個P2P準點播系統(tǒng)。該系統(tǒng)也使用了網狀多播的策略。由于版權因素的限制，這套系統(tǒng)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(xié)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(xié)議方面，比較重要的有2002年提出的P2Cast協(xié)議以及2003年提出的CollectCast協(xié)議(用于PROMISE系統(tǒng))。目前正在發(fā)展實用的P2P點播系統(tǒng)，開始進入商業(yè)應用階段。美國在線(AOL)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。5.P2PInternetTV發(fā)展進程和存在的問題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P2PInternetTV浪潮。主要InternetTV系統(tǒng)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(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(tǒng)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4792萬次，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5.38Gb/s，其中國際帶寬最大4.9Gb/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“2005-2006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(tǒng)，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CoolStreaming公司，建立光芒傳媒Roxbeam公司，運營Rox磊客網，并且向YahooBB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。P2PInternetTV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。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。P2PInternetTV的發(fā)展將引發(fā)一系列法律問題。傳統(tǒng)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InternetTV的新法規(guī)。此外P2PInternetTV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。6.P2PIPTV目前中國IPTV和P2PInternetTV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P2PInternetTV，或者換句話說以P2PInternetTV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P2PIPTV。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