[摘要]本文針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中課件直播對(duì)系統(tǒng)資源利用網(wǎng)絡(luò)資源耗費(fèi)嚴(yán)重的問(wèn)題，提出基于P2P流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件直播解決方案，實(shí)現(xiàn)高效利用現(xiàn)有的有限資源，解決C／S模式的系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題，使在線學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠同步聽(tīng)課，突破網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中同步學(xué)習(xí)效率低的問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]P2P 流媒體 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和寬帶技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化、智能化、個(gè)性化的發(fā)展階段，新的通訊技術(shù)為傳遞最新的教學(xué)信息與知識(shí)提供了更多的途徑，為網(wǎng)絡(luò)教育資源的建設(shè)帶來(lái)了突破性發(fā)展。但多數(shù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)仍存在資源共享方式的不足和在線交互的不足的兩個(gè)難題，把P2P流媒體技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，能很好地解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源共享和用戶間互動(dòng)問(wèn)題，使得由知識(shí)自由獲取的、動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)成為可能。

一、P2P技術(shù)和流媒體技術(shù)綜述

P2P(Peer-to-Peer)是一種網(wǎng)絡(luò)模型，即對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，可以簡(jiǎn)單地定義為通過(guò)直接交換共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)，對(duì)等計(jì)算機(jī)兼有客戶機(jī)和服務(wù)器的功能。在這種網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的(稱為對(duì)等點(diǎn))，各節(jié)點(diǎn)具有相同的責(zé)任與能力并協(xié)同完成任務(wù)。由于P2P技術(shù)對(duì)資源的充分利用的特點(diǎn)，促使目前在許多領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，比如文件共享、協(xié)同工作、即時(shí)通訊、文件傳遞廠、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等方面。

流媒體是指在網(wǎng)絡(luò)中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)媒體，如音頻、視頻或多媒體文刊。而流式傳輸技術(shù)就是把連續(xù)的聲音和圖像信息經(jīng)過(guò)壓縮處理放到網(wǎng)站服務(wù)器上，讓用戶一邊下載一邊收聽(tīng)觀看，而不需要等待整個(gè)文件下載到自己的機(jī)器后才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

流媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的在線直播、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)廣告、遠(yuǎn)程教育、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方面。將P2P技術(shù)應(yīng)用于流媒體領(lǐng)域，將打破傳統(tǒng)的客戶服務(wù)器模式，客戶端不僅可以從服務(wù)器那里直接取得數(shù)據(jù)，還可以彼此相連獲取流媒體數(shù)據(jù)。這樣可以使服務(wù)器分散化，從而減輕服務(wù)器負(fù)載并支持更大范圍流媒體發(fā)布，支持大規(guī)模用戶在線，投入成本很低，具有廣泛應(yīng)用的價(jià)值。

二、基于P2P流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課堂直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原理

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

流媒體課件直播系統(tǒng)為了能夠適應(yīng)P2P網(wǎng)絡(luò)的高度動(dòng)態(tài)性、異構(gòu)性以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬資源隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)波動(dòng)，將采取以下設(shè)計(jì)原則。

(1)可擴(kuò)展性

基于P2P流媒體技術(shù)的課件直播系統(tǒng)的最終目標(biāo)是支持7000-10000左右的在線用戶，能根據(jù)需求變化，留有充分的擴(kuò)充余地，避免重復(fù)投資。

(2)充分利用網(wǎng)絡(luò)邊緣資源

直播系統(tǒng)能充分利用網(wǎng)絡(luò)邊緣／客戶端用戶的資源，在整個(gè)系統(tǒng)中，部署…個(gè)流媒體服務(wù)器和若干個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)輔助系統(tǒng)的運(yùn)行。超級(jí)節(jié)點(diǎn)的功能主要是負(fù)責(zé)分布式存儲(chǔ)相關(guān)的在線節(jié)點(diǎn)信息，輔助節(jié)點(diǎn)進(jìn)行必要的網(wǎng)絡(luò)搜索。超級(jí)：節(jié)點(diǎn)不要選擇過(guò)多，這里將選擇10個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)。

(3)可靠性

課件直播系統(tǒng)要能做到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，故障率低，故障易檢測(cè)，易排除，為保障整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性，應(yīng)采用包括模塊冗余、鏈路冗余等在內(nèi)的冗余手段。

(4)魯棒性

由于P2P網(wǎng)絡(luò)具有高度的動(dòng)態(tài)性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要采取相應(yīng)的措施來(lái)盡量減少網(wǎng)絡(luò)的變動(dòng)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的影響，在任何時(shí)候都不要過(guò)度的依賴于某個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

(5)服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)

課件直播系統(tǒng)能夠合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行擁塞控制，提供不同層次的服務(wù)質(zhì)量保證，具有提高系統(tǒng)QoS的手段和方法。

(6)動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬和可用性都是變化的，節(jié)點(diǎn)應(yīng)該對(duì)自己的伙伴有相應(yīng)的監(jiān)督機(jī)制，周期性的進(jìn)行伙伴節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，包括替換過(guò)期的節(jié)點(diǎn)和性能差的節(jié)點(diǎn)，增加新節(jié)點(diǎn)，在QoS穩(wěn)定時(shí)也要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)整，減少網(wǎng)絡(luò)攪動(dòng)對(duì)節(jié)點(diǎn)的沖擊。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

在系統(tǒng)中采用微軟公司專為流媒體設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的一種文件格式ASF流媒體文件?；赑2P網(wǎng)絡(luò)中的流媒體課件直播原理如下：服務(wù)器端存放著實(shí)時(shí)播放的全部課件流媒體文件，服務(wù)器端將媒體課件按照一定的流媒體文件格式分割成很多個(gè)固定大小的媒體數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送到自身的緩存區(qū)中，為今后前來(lái)請(qǐng)求的學(xué)生客戶端提供服務(wù)。當(dāng)一個(gè)新的學(xué)生客戶端節(jié)點(diǎn)加入P2P網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先它會(huì)向服務(wù)器端發(fā)出連接請(qǐng)求，服務(wù)器若有足夠的剩余帶寬資源，則響應(yīng)客戶端節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求，與節(jié)點(diǎn)建立起連接，為學(xué)生客戶端節(jié)點(diǎn)提供能播放的媒體數(shù)據(jù)包。假如服務(wù)器端沒(méi)有剩余帶寬資源，則服務(wù)器會(huì)隨機(jī)選擇一個(gè)與之直接相連的子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)再根據(jù)自己的剩余帶寬資源狀況判斷是否為這個(gè)新的學(xué)生客戶端節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，以此類推，直到找到一個(gè)能為自己服務(wù)的節(jié)點(diǎn)為止。此時(shí)，服務(wù)器端再將原節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求命令包和請(qǐng)求的媒體數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)踞服務(wù)節(jié)點(diǎn)。至此，原節(jié)點(diǎn)和服務(wù)節(jié)點(diǎn)就可以建立起連接，雙方進(jìn)行通信，在此基礎(chǔ)上伙伴關(guān)系也會(huì)相應(yīng)的建立起來(lái)。

原節(jié)點(diǎn)在接收到來(lái)自于其它伙伴節(jié)點(diǎn)的媒體數(shù)據(jù)包的同時(shí)，也可為其它的伙伴節(jié)點(diǎn)提供相應(yīng)的服務(wù)。這就相當(dāng)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是服務(wù)器，也是客戶端。顯然，此流媒體課件直播系統(tǒng)可以看做是多個(gè)服務(wù)器同時(shí)為一個(gè)客戶端提供服務(wù)，這樣，到每個(gè)服務(wù)器上的負(fù)擔(dān)就會(huì)減輕，客戶端得到的服務(wù)質(zhì)量相應(yīng)的提高，圖1為基于P2P網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)直播系統(tǒng)的模型圖。

三、P2P流媒體技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)課件直播的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

1.解決了傳統(tǒng)的C／S模式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中服務(wù)器容易成為系統(tǒng)瓶頸的問(wèn)題，由于網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)學(xué)生節(jié)點(diǎn)既是客戶端，也是服務(wù)器，所以平推到每個(gè)服務(wù)器上的負(fù)擔(dān)就會(huì)減輕，并能支持上千人同時(shí)觀看網(wǎng)絡(luò)直播課件。

2.解決了傳統(tǒng)C／S模式個(gè)別用戶無(wú)法獲得服務(wù)的問(wèn)題，在線學(xué)生用戶均可獲得優(yōu)質(zhì)服務(wù)質(zhì)量保證。

3.易于實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器負(fù)責(zé)管理所有節(jié)點(diǎn)，不需要構(gòu)建和維護(hù)更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源的嚴(yán)重吞噬，導(dǎo)致其它網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無(wú)法正常進(jìn)行。

4.可擴(kuò)展性。通過(guò)P2P方式分發(fā)數(shù)據(jù)，用戶越多，分發(fā)數(shù)據(jù)的速度就越快，視頻流媒體課件播放的質(zhì)量也越好。

5.高效性。系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)動(dòng)態(tài)的和其它節(jié)點(diǎn)交換緩存信息，并根據(jù)緩存信息交換節(jié)點(diǎn)之間的媒體數(shù)據(jù)。

6.客戶端軟件完全內(nèi)存操作，不經(jīng)過(guò)硬盤(pán)，避免發(fā)生如BT毀壞硬盤(pán)現(xiàn)象發(fā)生；

7.投入成本低。由于是軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)課堂的直播功能，完全可利用現(xiàn)有的資源實(shí)現(xiàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前以P2P技術(shù)為核心的軟件越來(lái)越多引起了人們的關(guān)注，P2P技術(shù)掀起了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)新一輪的沖擊波。基于P2P網(wǎng)絡(luò)的流媒體直播技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，并能夠提供較滿意的音視頻效果，能夠最大限度地支持同時(shí)在線的收看直播節(jié)目的學(xué)生終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目：減少網(wǎng)絡(luò)流媒體課件服務(wù)器端的負(fù)載。隨著科學(xué)的進(jìn)步和教育學(xué)習(xí)理論的發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)形式越來(lái)越多，與傳統(tǒng)教學(xué)相比有更大的優(yōu)勢(shì)，P2P流媒體直播技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中具有很廣泛的應(yīng)用前景。

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(作者單位：黑龍江大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院)