基于P2P的IPTV體系結構分析

3.1IPTV業務層次結構

從垂直控制功能上來講，一個典型的IPTV系統的層次結構如圖2所示，主要包含以下幾個部分：運營支撐層，業務層，網絡承載層和終端層。

支撐層主要完成IPTV用戶的管理認證授權以及系統設備的管理。業務層主要是為IPTV提供多種多樣的多媒體交互業務，比如視頻點播業務，體育直播業務等。

網絡承載層主要是IPTV的物理介質，要求帶寬比較大，最好支持組播，并具有一定的安全保護措施。又可以具體分為接入網、匯聚網和核心網三個部分。

而最下層的終端層就表示IPTV的最終用戶，他們通過網絡承載層進行不同方式的網絡接入服務，并在PC或者配合機頂盒的TVSet上觀看電視節目。

圖2 IPTV垂直層次結構

3.2混合的P2P-IPTV體系結構

系統結構具有綜合服務能力，可通過同一個平臺來完成直播電視、點播電視和時移電視的三種業務形態。還要求系統具有非常好的開放性架構，使得網絡系統可以在大規模用戶頻繁加入退出時保持穩定，并支持本地和異地用戶之間的連接和業務認證。同時，其體系結構還需要提供有QoS保證的多媒體服務，及必要的安全、保密措施。

目前，IPTV一般是運行在支持組播應用的IP網絡中。其采用的體系結構為C/S模式，提供組播實時業務和點播存儲媒體業務服務。顯然，由于輸入/輸出帶寬的限制，使得服務器只能支持有限的并發用戶。當大規模的網絡用戶同時收看節目時，要保證系統的穩定和QoS，ICP必須用大量服務器來平衡網絡訪問負載，并增加網絡出口帶寬。但是，服務器數量和網絡容量的增加永遠會落后于用戶規模的增長。

目前臨時的解決辦法是采用組播傳輸技術來提供廣播服務或者采用內容傳送網等覆蓋網技術。這些過渡性質的技術需要對現有的網絡進行升級改造，大大增加了網絡建設的成本，浪費已有的資源投資。

為了徹底解決問題，必須打破C/S模式的體系結構，使得IPTV的體系結構向具有對等連接特性的P2P模式演化，從而將服務器的負荷負載平衡到每個參與的peer上去。基于P2P的IPTV體系結構可以使得IPTV業務的廣播和轉播等門檻得到降低，可以讓更多用戶參與并提供自制的多媒體內容得到基于全球覆蓋的共享和分發，同時還可以節約電信運營商之間的對接流量，減少網絡建設成本。

圖3是一個采用混合網絡體系結構的P2P-IPTV的網絡拓撲圖。屬于第三代P2P體系結構，綜合了第一代中央控制網絡的體系結構和第二代分散分布體系結構的IPTV的優點。在網絡的邊緣節點采用集中式的網絡結構，聚合用戶，在超級節點之間采用分布式的網絡結構，為IPTV的穩定度協同工作。圖中，分布式放置的超級節點取代了中央索引檢索服務器，同時，采用分層次的快速搜索算法改進IPTV的多媒體資源和內容的搜索性能，縮短了電視節目的反應速度和頻道切換速度。具有高性能的超級節點彼此間相互協作，即使一個超級節點崩潰，相應的peers節點仍然和其他網絡peer有連接，并在新的頻道的搜索中，使用新的超級節點。這種超級節點的IPTV架構和Skype中的超級節點類似，P2P IPTV的體系結構中的超級節點其實也是一個peer，可作為一個動態的點對點的索引服務器。超級節點還可為處于局域網NAT或者防火墻的IPTV用戶建立與外界用戶peer間的連接并為其媒體流做轉發服務。

3.3 P2P-IPTV工作流程描述

在基于P2P的IPTV架構的基礎上，IPTV終端得到服務的流程可以分為三個部分

圖3 包含超級節點的P2P-IPTV體系結構

（1）登錄IPTV系統：IPTV終端啟動后，首先將自行檢查是否處于NAT或者防火墻之后。UDP數據包無法正常穿越這些設備，因此需要利用NAT穿越技術打通信道。當打通NAT信道后或直接處于公網位置，終端則發送UDP數據包給存儲在其配置文件中的超級節點（列表）。這個列表以超級節點的IP:PORT形式存儲，如果列表為空，則終端直接登錄到IPTV登錄服務器，獲取超級節點的列表。

（2）對等用戶搜索：IPTV終端登錄到承載網絡后，需要搜尋與其具有相同IPTV請求的對等用戶，并從這些對等體中得到所需要的服務。這個過程需要超級節點的索引幫助。超級電視節點在接受終端登錄的同時，將記錄用戶的請求并做服務歸類和索引，將其存儲在服務歸類數據庫中。超級節點在接受用戶請求后將根據其需求返回與其具有共同服務的對等體終端的列表，如此，則終端可以直接與對等體建立連接，得到具有一定QoS保障的服務。

需要指出，超級電視節點也是一種終端，只是其處理能力或帶寬能力較強，被系統選為超級節點。當其退出系統時，由于超級節點的分布式連接，并不影響終端用戶的對等服務搜索過程。其他超級節點可代替提供相關服務。保證了IPTV系統的健壯性和穩定性，也為系統規模的擴展提供了良好的接口。

（3）服務建立和撤除：終端用戶得到對等用戶的列表后，將通過基于IP協議的IPTV承載網絡直接與多個對等電視用戶建立點－點的通信連接，并交換彼此媒體流的信息，從多個對等體接受數據流。當某個用戶退出系統，則與其建立點－點連接的對等用戶刪除信道，并將更新的對等用戶列表提交到超級電視節點，為下次用戶搜索作準備。

4 小結

基于P2P的網絡應用具有良好的可靠性和可擴展性，能為未來大規模用戶同時參與交互媒體應用提供技術支持。本文提出的一種基于P2P的IPTV的體系結構，此體系結構結合了集中式和分布式的特點，在網絡體系結構中引入超級節點的概念，使得這種IPTV具有非常好的可管理行和開放性，同時也具有良好的可靠性和可擴展性，符合下一代互聯網應用的大規模用戶的系統需求。

基于P2P的IPTV還在不斷的演化中，技術和市場也在不斷變化中。現在的IPTV系統仍然有許多問題需要討論和解決。比如IPTV的媒體節目的知識產權和版權問題，P2P系統自身的安全性差也會給IPTV系統造成非常大的安全隱患等問題。