魏慶

摘 要：隨著社會信息化的日益發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等已經(jīng)應(yīng)用到了各個領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的極大發(fā)展，寬帶用戶的普遍應(yīng)用都為多媒體提供了強(qiáng)大的市場動力。而遠(yuǎn)程教育就是這些應(yīng)用中的一個領(lǐng)域。在先進(jìn)的教育教學(xué)指導(dǎo)下，信息技術(shù)、多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為教師與學(xué)生的不同地域的面對面教學(xué)提供了現(xiàn)實(shí)性。遠(yuǎn)程教育是現(xiàn)今教育的先進(jìn)模式，促進(jìn)了教育事業(yè)的發(fā)展。該文主要對P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：P2P 流媒體 遠(yuǎn)程教育

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0096-03

1 P2P技術(shù)

P2P與傳統(tǒng)的C/S模式截然不同，二者模式如圖1。

C/S模式是互聯(lián)網(wǎng)中最通用的通信模式，用戶通過客戶端軟件與服務(wù)器端連接，然后進(jìn)行文件檢索、web游覽、文件傳輸?shù)葢?yīng)用。在這種模式下客戶知道如何請求信息和發(fā)送信息到服務(wù)器上，服務(wù)器也知道如何響應(yīng)客戶的請求。瀏覽器和Web服務(wù)器就是一個很好的C/S模式。根據(jù)情況的需要，Web服務(wù)器會偵聽不同的端口，當(dāng)客戶端向服務(wù)器發(fā)出業(yè)務(wù)請求（只是一個被加密后的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）的時候，服務(wù)器會根據(jù)不同的業(yè)務(wù)，調(diào)用服務(wù)器端相應(yīng)的服務(wù)，當(dāng)處理完成后，并把結(jié)果以另外一種數(shù)據(jù)形式返回。這種模式是一種單方向的請求方式，而且還是被動的，在應(yīng)用時被客戶初始化。與C/S模式相比，P2P模式?jīng)]有中心節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器，在網(wǎng)絡(luò)中，一臺機(jī)器既可當(dāng)作客戶機(jī)又可當(dāng)作服務(wù)器來使用，在請求服務(wù)的同時也能進(jìn)行提供服務(wù)的功能，由此可見，所有的節(jié)點(diǎn)都是平等的。很明顯，這種方案使得網(wǎng)絡(luò)上的可用的資源數(shù)得以增加。與C/S模式相比較，P2P模式具有分布性、可擴(kuò)展性、自組織性、容錯性等特點(diǎn)。

2 流媒體

所謂流媒體是指采用流式傳輸?shù)姆绞皆贗nternet播放的媒體格式。流媒體是指在Internet上以數(shù)據(jù)流的方式實(shí)時發(fā)布音頻、視頻多媒體內(nèi)容的媒體，而流媒體技術(shù)則是在IP網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布多媒體數(shù)據(jù)流的技術(shù)。它改變了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的呆板形象，豐富了互聯(lián)網(wǎng)的功能，成為一種有強(qiáng)大吸引力的新媒體。它廣泛用于新聞出版、證券、娛樂、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、視頻會議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)等方面，將為網(wǎng)絡(luò)信息交流帶來革命性的變化。由此可見，流媒體不是傳統(tǒng)的新聞圖片，因?yàn)榱髅襟w最終的產(chǎn)品是像電視或電影一樣流動的媒介；流媒體也不同于電視新聞的圖像；因?yàn)橛徐o態(tài)圖片的參與，在要素上也比電視新聞多些，更像是濃縮的電視專題片。

實(shí)時流媒體傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議和關(guān)鍵技術(shù)是RTP（實(shí)時傳輸協(xié)議）、RTCP（）、RTSP（）。RTP協(xié)議是一個運(yùn)輸層協(xié)議，它是為數(shù)據(jù)提供了具有實(shí)時特征的端對端傳送服務(wù)，如在組播或單播網(wǎng)絡(luò)服務(wù)下的交互式視頻音頻或模擬數(shù)據(jù)。確保及時交付的機(jī)制并沒有在協(xié)議的本身包含，而是由底層系統(tǒng)來提供的。如果RTP協(xié)議是在UDP協(xié)議之上的協(xié)議運(yùn)行的，也就是說，在每一個UDP數(shù)據(jù)報(bào)中都會有一個RTP報(bào)文封裝起來。RTP協(xié)議工作與其他運(yùn)輸層協(xié)議工作不同，在實(shí)際應(yīng)用中也不會出現(xiàn)在IP中直接封裝的情況。實(shí)際上，RTP是運(yùn)行在UDP協(xié)議之上的協(xié)議，這就表明每個RTP報(bào)文被封裝到一個UDP數(shù)據(jù)報(bào)中。使用UDP的主要優(yōu)點(diǎn)在于其并發(fā)性，在同一臺計(jì)算機(jī)上可以有多個使用RTP的應(yīng)用程序，而不會互相干擾。當(dāng)一個應(yīng)用程序開始一個RTP會話時將使用兩個端口，其中一個分配給RTP，另一個分配給RTCP。RTP本身并不為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或者擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。RTP控制協(xié)議（RTCP）監(jiān)控服務(wù)質(zhì)量并傳送正在進(jìn)行的會話參與者的相關(guān)信息。RTCP 第二方面的功能對于松散受控會話是足夠的，也就是說，在沒有明確的成員控制和組織的情況下，它并不非得用來支持一個應(yīng)用程序的所有控制通信請求。與RTP協(xié)議相類似，RTCP報(bào)文的傳輸也是通過封裝在UDP之中來進(jìn)行的，并且發(fā)送時使用的端口號要比所屬的RTP流的端口號大1。媒體流化的管理平臺是通過RTCP協(xié)議來提供的，系統(tǒng)中的各項(xiàng)性能可以通過RTCP協(xié)議的使用對其進(jìn)行監(jiān)控和保障。實(shí)時流化協(xié)議（RTSP）的工作方式是以客戶服務(wù)器來進(jìn)行的，其是一個多媒體播放控制協(xié)議，主要功能就是使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)例如暫停、繼續(xù)、快進(jìn)、后退等類似的功能，這樣用戶會覺得非常方便。RTSP協(xié)議定義了一對多應(yīng)用程序，它能夠通過IP網(wǎng)絡(luò)有效地傳送多媒體數(shù)據(jù)。在體系結(jié)構(gòu)中，RTSP協(xié)議位于RTP和RTCP之上，它的數(shù)據(jù)傳輸是通過使用TCP或RTP來完成的。RTSP協(xié)議雖然具有一定的傳輸能力，但是并不是直接由它本身來實(shí)現(xiàn)的，它主要就是為了對多媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。RTP數(shù)據(jù)的傳輸由RTSP協(xié)議和RSVP、RTCP構(gòu)成了一個體系框架來進(jìn)行共同管理。

3 P2P流媒體

多媒體的播放應(yīng)該從實(shí)用出發(fā)、從網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時傳遞和流媒體研究方面以及綜合運(yùn)用的角度考慮，將媒體的播放與傳輸結(jié)合起來，使得多媒體的綜合運(yùn)用得以實(shí)現(xiàn)。同時又把基于MOD多媒體點(diǎn)播系統(tǒng)提了出來，網(wǎng)絡(luò)平臺是以P2P為基礎(chǔ)的，把本地多媒體、網(wǎng)絡(luò)多媒體以及流媒體相關(guān)的技術(shù)問題都給解決掉了，并且在此基礎(chǔ)上還為流媒體的傳播與轉(zhuǎn)換提供了技術(shù)支持。目前C/S模式是流媒體服務(wù)普遍采用的，但是它不能提供高可擴(kuò)展能力和高實(shí)用的服務(wù)。為此，近些年一些專業(yè)人士提出了很多中解決方案，例如，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)和IP多播等。但是要有專門的硬件支持才能實(shí)現(xiàn)這些方案，例如，CND需要在全球各地部署多個CND服務(wù)器，多媒體的數(shù)據(jù)則通過服務(wù)器之間協(xié)同工作來進(jìn)行分發(fā)；而對于目前Internet的路由機(jī)制，IP多播是需要對其進(jìn)行修改的，廣泛部署復(fù)雜的支持廣播功能的路由器。這樣使得成本增加了許多，并且問題還不能得到最根本的解決。因此，大家就想能不能用一種好一點(diǎn)的方法能夠降低分發(fā)的成本？P2P技術(shù)是比較好的方法可以降低成本的，當(dāng)然P2P是降低成本的一種解決之道，充分利用邊緣的資源，特別是客戶端的資源。近期，P2P技術(shù)已經(jīng)引起了各界人士的普遍關(guān)注。P2P模式的核心思想是：信息資源和服務(wù)共享的實(shí)現(xiàn)是通過參與系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)之間的直接交互來實(shí)現(xiàn)的。首先，傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)端模式P2P模式已經(jīng)突破了，節(jié)點(diǎn)之間的“對等性”是其強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)，也就是說，P2P系統(tǒng)中每一個參與節(jié)點(diǎn)都同時具有服務(wù)器和客戶端兩種身份，在利用其他節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上也為其他節(jié)點(diǎn)提供了服務(wù)，即隨著需求的增長P2P系統(tǒng)的服務(wù)能力也在自然增長，P2P具有高可擴(kuò)展性，對于傳統(tǒng)客戶端.服務(wù)器結(jié)構(gòu)中服務(wù)器過載和資源瓶頸的問題能夠給予解決。其次，P2P系統(tǒng)采用的工作方式為節(jié)點(diǎn)自組織方式，強(qiáng)調(diào)無中心的結(jié)構(gòu)，并且對于節(jié)點(diǎn)隨機(jī)加入和退出的動態(tài)性得到了很好的適應(yīng)，因此，其具有無以倫比的優(yōu)勢，例如，容錯性、數(shù)據(jù)高可用性和抵抗攻擊方面。endprint

P2P流媒體具有很好的應(yīng)用前景，它已經(jīng)被認(rèn)為是有效的流媒體分發(fā)，由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)存在不穩(wěn)定性，其必須解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：（1）網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。P2P方式的文件傳輸和下載是一個有效快速的傳輸流媒體文件，并且近些年，P2P流媒體的已經(jīng)是一個研究熱點(diǎn)。由于P2P流媒體系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，因此要根據(jù)的具體領(lǐng)域進(jìn)行點(diǎn)播、直播、多播等，并且要與不同應(yīng)用的需求相結(jié)合，設(shè)計(jì)出合理的流媒體傳輸方案，對于用戶的實(shí)時性需求能夠得到最大限度的滿足。（2）節(jié)點(diǎn)選擇。在一個典型的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)來自各個不同自治域，節(jié)點(diǎn)可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致覆蓋網(wǎng)絡(luò)具有很大的動態(tài)性和不可控性。因此，如何在服務(wù)會話初始時，確定一個相對穩(wěn)定的可提供一定服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證的服務(wù)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)集合是P2P流媒體系統(tǒng)迫切需要解決的問題。（3）容錯機(jī)制。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的動態(tài)性，正在提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務(wù)的連續(xù)性，必須采取一些容錯機(jī)制使系統(tǒng)的服務(wù)能力不受影響或盡快恢復(fù)。（4）安全機(jī)制。在P2P如火如荼的應(yīng)用熱浪中，其安全問題應(yīng)該越來越引起我們的重視。在流媒體安全方面比較突出的是流媒體版權(quán)保護(hù)問題，因此，如何防止媒體內(nèi)容在P2P這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被惡意侵犯已經(jīng)是非常重要的。

4 P2P在流媒體中的應(yīng)用

經(jīng)過調(diào)研，目前國內(nèi)已經(jīng)有部分高校和研究部門都對P2P流媒體在學(xué)校中應(yīng)用展開了研究，并構(gòu)建一些面向不同目標(biāo)的系統(tǒng)，如北京大學(xué)通用多播基礎(chǔ)設(shè)施GPMI，香港科技大學(xué)的流媒體直播CoolStreaming原型系統(tǒng)，清華大學(xué)的Gridmedia網(wǎng)絡(luò)等等，并有一些網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)運(yùn)營公司推出了如PPLive，PPstream等P2P流媒體應(yīng)用。本文對P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析。一個完整的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。本系統(tǒng)為了節(jié)省成本，性能要求不需要特高，視頻服務(wù)器也不需要特別貴的，每個教師節(jié)點(diǎn)的PC機(jī)就可以是多播樹的根節(jié)點(diǎn)，在不同的地點(diǎn)、不同的時間教師端都可以創(chuàng)建課堂，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)的課堂創(chuàng)建。而在學(xué)生端中，實(shí)現(xiàn)了同時看多個課堂，實(shí)現(xiàn)隨時隨地的學(xué)習(xí)。遠(yuǎn)程教育平臺的用戶類型有校長、教師、學(xué)生、家長、家教五類，本文中的系統(tǒng)面向的是教師、學(xué)生和家長，該系統(tǒng)中的每個節(jié)點(diǎn)按照用戶的隸屬關(guān)系組成虛擬學(xué)校，同一虛擬學(xué)校的用戶之間按照預(yù)定的類別形成教學(xué)關(guān)系，所有這些節(jié)點(diǎn)通過P2P連接服務(wù)器建立點(diǎn)對點(diǎn)連接后，就可以直接進(jìn)行實(shí)時音視頻通信和教學(xué)，不需要通過服務(wù)器來進(jìn)行。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2。

4.1 系統(tǒng)模塊分析

本文中的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)只存在最基本的兩個模塊：監(jiān)聽器模塊和瀏覽器模塊。（1）監(jiān)聽器模塊。初始化登錄工作的完成就是監(jiān)聽器執(zhí)行的第一項(xiàng)工作，也就是完成前面節(jié)點(diǎn)能力自適應(yīng)的初始化，從而才能實(shí)現(xiàn)它本身以及它所服務(wù)的節(jié)點(diǎn)資源清單的共享。登錄之后就能對其他監(jiān)聽器傳給它的客戶請求進(jìn)行處理，只要有客戶連接，監(jiān)聽器救濟(jì)開始下載文件，在下載過程中，多個客戶的請求可以由一個監(jiān)聽器進(jìn)行處理。（2）瀏覽器模塊。瀏覽器充當(dāng)用戶和計(jì)算機(jī)之間的接口。用戶通過瀏覽器發(fā)送它的請求并接收監(jiān)聽器的響應(yīng)。瀏覽器與監(jiān)聽器是不同的，它的運(yùn)行時是沒有人值守的。瀏覽器顯示登錄的監(jiān)聽器的清單并把所有的請求發(fā)送給監(jiān)聽器，對于這些請求用監(jiān)聽器自己來進(jìn)行處理。只要這些請求被監(jiān)聽器處理過，其結(jié)果就會通過瀏覽器顯示在用戶終端。監(jiān)聽器和瀏覽器保證他們各自任務(wù)順利運(yùn)行的情況下，二者還存在一定的聯(lián)系。

4.2 設(shè)計(jì)框架

在具體的設(shè)計(jì)中，互聯(lián)網(wǎng)與作為核心服務(wù)器的教學(xué)中心的視頻服務(wù)器相連，采用混合體系結(jié)構(gòu)，并將學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程點(diǎn)播的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為P2P中的對等節(jié)點(diǎn)，從而使得整個系統(tǒng)點(diǎn)播的并發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)目能夠提高。在網(wǎng)絡(luò)抽象層中，保證P2P的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，同時為了解決對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的一些問題，例如，對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的不確定性、延誤、分散性等問題，對建立和維護(hù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的樹型算法進(jìn)行深入探討。在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中設(shè)計(jì)應(yīng)用層組播樹結(jié)構(gòu)和非樹型P2P結(jié)構(gòu)，主要是為了區(qū)分P2P模式媒體服務(wù)系統(tǒng)中對節(jié)目和視頻質(zhì)量要求。對于視頻直播服務(wù)系統(tǒng)或視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中某熱門節(jié)目的服務(wù)策略的架構(gòu)前者可以滿足，而對于視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中請求率相對不高以及并發(fā)請求少的節(jié)目后者較合適。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖3所示，可知，對于點(diǎn)播并發(fā)請求數(shù)較多的視頻應(yīng)用右邊的樹型結(jié)構(gòu)可以滿足，對于請求率較低以及并發(fā)請求少的點(diǎn)播需求左邊的非樹型結(jié)構(gòu)可以得到滿足。

4.3 節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)

在P2P流媒體的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，每個節(jié)點(diǎn)上的軟件都需要提供三個主要功能：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接、媒體播放控制和媒體播放，同時還需要參照OSI的七層體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且每個節(jié)點(diǎn)上設(shè)置三層軟件體系結(jié)構(gòu)。（1）網(wǎng)絡(luò)抽象層。對P2P節(jié)點(diǎn)樹進(jìn)行建立和維護(hù)，并且節(jié)點(diǎn)之間信息的交換也是通過網(wǎng)絡(luò)抽象層來進(jìn)行處理，采用HTTP協(xié)議，并在SOAP應(yīng)用中封裝對象的信息。（2）媒體控制層。對流數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受是此層的主要職責(zé)，整個節(jié)點(diǎn)樹對于媒體控制層是透明的。建立并控制一個或幾個時間同步的連續(xù)流媒體是通過RTSP協(xié)議完成的，并且流數(shù)據(jù)的傳輸采用RTP/TCP協(xié)議來進(jìn)行。（3）媒體播放層。此播放主要是通過對節(jié)點(diǎn)收到的流媒體數(shù)據(jù)調(diào)用對應(yīng)的操作系統(tǒng)播放軟件來實(shí)現(xiàn)的。圖4為P2P節(jié)點(diǎn)的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.4 多播樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)面向的用戶是教育網(wǎng)用戶，因此不需要較大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)，從而在管理和維護(hù)時更加的方便，由此，P2P流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)成多播樹結(jié)構(gòu)，把節(jié)點(diǎn)組織成一個樹狀結(jié)構(gòu)，樹的父節(jié)點(diǎn)給子節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。如果節(jié)點(diǎn)離根節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則就會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)延時，因此，多播樹的深度應(yīng)該盡可能短也得到保證，但是每個節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先輸出貸款限制了節(jié)點(diǎn)的寬度，因此要在寬度和深度上達(dá)到一定的平衡。本系統(tǒng)的多播樹結(jié)構(gòu)圖如圖5。

5 結(jié)語

P2P流媒體的研究目前已經(jīng)達(dá)到了一定水平，P2P流媒體的應(yīng)用范圍也較廣，P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育平臺中的應(yīng)用，有效地解決了我國教育資源分布不平衡的狀況，實(shí)現(xiàn)了視頻資源的高共享性，實(shí)現(xiàn)了不同地域教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的面對面交流，總而言之，為教育事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

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P2P流媒體具有很好的應(yīng)用前景，它已經(jīng)被認(rèn)為是有效的流媒體分發(fā)，由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)存在不穩(wěn)定性，其必須解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：（1）網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。P2P方式的文件傳輸和下載是一個有效快速的傳輸流媒體文件，并且近些年，P2P流媒體的已經(jīng)是一個研究熱點(diǎn)。由于P2P流媒體系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，因此要根據(jù)的具體領(lǐng)域進(jìn)行點(diǎn)播、直播、多播等，并且要與不同應(yīng)用的需求相結(jié)合，設(shè)計(jì)出合理的流媒體傳輸方案，對于用戶的實(shí)時性需求能夠得到最大限度的滿足。（2）節(jié)點(diǎn)選擇。在一個典型的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)來自各個不同自治域，節(jié)點(diǎn)可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致覆蓋網(wǎng)絡(luò)具有很大的動態(tài)性和不可控性。因此，如何在服務(wù)會話初始時，確定一個相對穩(wěn)定的可提供一定服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證的服務(wù)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)集合是P2P流媒體系統(tǒng)迫切需要解決的問題。（3）容錯機(jī)制。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的動態(tài)性，正在提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務(wù)的連續(xù)性，必須采取一些容錯機(jī)制使系統(tǒng)的服務(wù)能力不受影響或盡快恢復(fù)。（4）安全機(jī)制。在P2P如火如荼的應(yīng)用熱浪中，其安全問題應(yīng)該越來越引起我們的重視。在流媒體安全方面比較突出的是流媒體版權(quán)保護(hù)問題，因此，如何防止媒體內(nèi)容在P2P這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被惡意侵犯已經(jīng)是非常重要的。

4 P2P在流媒體中的應(yīng)用

經(jīng)過調(diào)研，目前國內(nèi)已經(jīng)有部分高校和研究部門都對P2P流媒體在學(xué)校中應(yīng)用展開了研究，并構(gòu)建一些面向不同目標(biāo)的系統(tǒng)，如北京大學(xué)通用多播基礎(chǔ)設(shè)施GPMI，香港科技大學(xué)的流媒體直播CoolStreaming原型系統(tǒng)，清華大學(xué)的Gridmedia網(wǎng)絡(luò)等等，并有一些網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)運(yùn)營公司推出了如PPLive，PPstream等P2P流媒體應(yīng)用。本文對P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析。一個完整的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。本系統(tǒng)為了節(jié)省成本，性能要求不需要特高，視頻服務(wù)器也不需要特別貴的，每個教師節(jié)點(diǎn)的PC機(jī)就可以是多播樹的根節(jié)點(diǎn)，在不同的地點(diǎn)、不同的時間教師端都可以創(chuàng)建課堂，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)的課堂創(chuàng)建。而在學(xué)生端中，實(shí)現(xiàn)了同時看多個課堂，實(shí)現(xiàn)隨時隨地的學(xué)習(xí)。遠(yuǎn)程教育平臺的用戶類型有校長、教師、學(xué)生、家長、家教五類，本文中的系統(tǒng)面向的是教師、學(xué)生和家長，該系統(tǒng)中的每個節(jié)點(diǎn)按照用戶的隸屬關(guān)系組成虛擬學(xué)校，同一虛擬學(xué)校的用戶之間按照預(yù)定的類別形成教學(xué)關(guān)系，所有這些節(jié)點(diǎn)通過P2P連接服務(wù)器建立點(diǎn)對點(diǎn)連接后，就可以直接進(jìn)行實(shí)時音視頻通信和教學(xué)，不需要通過服務(wù)器來進(jìn)行。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2。

4.1 系統(tǒng)模塊分析

本文中的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)只存在最基本的兩個模塊：監(jiān)聽器模塊和瀏覽器模塊。（1）監(jiān)聽器模塊。初始化登錄工作的完成就是監(jiān)聽器執(zhí)行的第一項(xiàng)工作，也就是完成前面節(jié)點(diǎn)能力自適應(yīng)的初始化，從而才能實(shí)現(xiàn)它本身以及它所服務(wù)的節(jié)點(diǎn)資源清單的共享。登錄之后就能對其他監(jiān)聽器傳給它的客戶請求進(jìn)行處理，只要有客戶連接，監(jiān)聽器救濟(jì)開始下載文件，在下載過程中，多個客戶的請求可以由一個監(jiān)聽器進(jìn)行處理。（2）瀏覽器模塊。瀏覽器充當(dāng)用戶和計(jì)算機(jī)之間的接口。用戶通過瀏覽器發(fā)送它的請求并接收監(jiān)聽器的響應(yīng)。瀏覽器與監(jiān)聽器是不同的，它的運(yùn)行時是沒有人值守的。瀏覽器顯示登錄的監(jiān)聽器的清單并把所有的請求發(fā)送給監(jiān)聽器，對于這些請求用監(jiān)聽器自己來進(jìn)行處理。只要這些請求被監(jiān)聽器處理過，其結(jié)果就會通過瀏覽器顯示在用戶終端。監(jiān)聽器和瀏覽器保證他們各自任務(wù)順利運(yùn)行的情況下，二者還存在一定的聯(lián)系。

4.2 設(shè)計(jì)框架

在具體的設(shè)計(jì)中，互聯(lián)網(wǎng)與作為核心服務(wù)器的教學(xué)中心的視頻服務(wù)器相連，采用混合體系結(jié)構(gòu)，并將學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程點(diǎn)播的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為P2P中的對等節(jié)點(diǎn)，從而使得整個系統(tǒng)點(diǎn)播的并發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)目能夠提高。在網(wǎng)絡(luò)抽象層中，保證P2P的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，同時為了解決對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的一些問題，例如，對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的不確定性、延誤、分散性等問題，對建立和維護(hù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的樹型算法進(jìn)行深入探討。在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中設(shè)計(jì)應(yīng)用層組播樹結(jié)構(gòu)和非樹型P2P結(jié)構(gòu)，主要是為了區(qū)分P2P模式媒體服務(wù)系統(tǒng)中對節(jié)目和視頻質(zhì)量要求。對于視頻直播服務(wù)系統(tǒng)或視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中某熱門節(jié)目的服務(wù)策略的架構(gòu)前者可以滿足，而對于視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中請求率相對不高以及并發(fā)請求少的節(jié)目后者較合適。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖3所示，可知，對于點(diǎn)播并發(fā)請求數(shù)較多的視頻應(yīng)用右邊的樹型結(jié)構(gòu)可以滿足，對于請求率較低以及并發(fā)請求少的點(diǎn)播需求左邊的非樹型結(jié)構(gòu)可以得到滿足。

4.3 節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)

在P2P流媒體的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，每個節(jié)點(diǎn)上的軟件都需要提供三個主要功能：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接、媒體播放控制和媒體播放，同時還需要參照OSI的七層體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且每個節(jié)點(diǎn)上設(shè)置三層軟件體系結(jié)構(gòu)。（1）網(wǎng)絡(luò)抽象層。對P2P節(jié)點(diǎn)樹進(jìn)行建立和維護(hù)，并且節(jié)點(diǎn)之間信息的交換也是通過網(wǎng)絡(luò)抽象層來進(jìn)行處理，采用HTTP協(xié)議，并在SOAP應(yīng)用中封裝對象的信息。（2）媒體控制層。對流數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受是此層的主要職責(zé)，整個節(jié)點(diǎn)樹對于媒體控制層是透明的。建立并控制一個或幾個時間同步的連續(xù)流媒體是通過RTSP協(xié)議完成的，并且流數(shù)據(jù)的傳輸采用RTP/TCP協(xié)議來進(jìn)行。（3）媒體播放層。此播放主要是通過對節(jié)點(diǎn)收到的流媒體數(shù)據(jù)調(diào)用對應(yīng)的操作系統(tǒng)播放軟件來實(shí)現(xiàn)的。圖4為P2P節(jié)點(diǎn)的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.4 多播樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)面向的用戶是教育網(wǎng)用戶，因此不需要較大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)，從而在管理和維護(hù)時更加的方便，由此，P2P流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)成多播樹結(jié)構(gòu)，把節(jié)點(diǎn)組織成一個樹狀結(jié)構(gòu)，樹的父節(jié)點(diǎn)給子節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。如果節(jié)點(diǎn)離根節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則就會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)延時，因此，多播樹的深度應(yīng)該盡可能短也得到保證，但是每個節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先輸出貸款限制了節(jié)點(diǎn)的寬度，因此要在寬度和深度上達(dá)到一定的平衡。本系統(tǒng)的多播樹結(jié)構(gòu)圖如圖5。

5 結(jié)語

P2P流媒體的研究目前已經(jīng)達(dá)到了一定水平，P2P流媒體的應(yīng)用范圍也較廣，P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育平臺中的應(yīng)用，有效地解決了我國教育資源分布不平衡的狀況，實(shí)現(xiàn)了視頻資源的高共享性，實(shí)現(xiàn)了不同地域教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的面對面交流，總而言之，為教育事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣林濤.P2P技術(shù)的分析與研究[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2007（3）.

[2] 張萬力，周江平.流媒體技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2008（6）.

[3] 趙娟娟.基于P2P技術(shù)的流媒體直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢理工大學(xué)，2009.

[4] 楊雪.基于PeerCast的P2P流媒體技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2008.

[5] 李路建，王立群，王瑞卿.流媒體技術(shù)及其在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用[J].廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會科學(xué)版），2003（2）.

[6] 陳姝，方濱興，周勇林.P2P技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002（13）.

[7] 曾嶸娟，呂紅飛.基于P2P的流媒體服務(wù)平臺的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（25）.

[8] 葛宇，梁靜.改進(jìn)的高度優(yōu)先策略在P2P流媒體節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制中的研究[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2009（11）.

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[11] MAHAJAN R，CASTRO M， ROWSTON A.Controlling the cost of reliability in peer-to-peer overlays[M].Springer：IPTPS，2003.endprint

P2P流媒體具有很好的應(yīng)用前景，它已經(jīng)被認(rèn)為是有效的流媒體分發(fā)，由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)存在不穩(wěn)定性，其必須解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：（1）網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。P2P方式的文件傳輸和下載是一個有效快速的傳輸流媒體文件，并且近些年，P2P流媒體的已經(jīng)是一個研究熱點(diǎn)。由于P2P流媒體系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域較廣，因此要根據(jù)的具體領(lǐng)域進(jìn)行點(diǎn)播、直播、多播等，并且要與不同應(yīng)用的需求相結(jié)合，設(shè)計(jì)出合理的流媒體傳輸方案，對于用戶的實(shí)時性需求能夠得到最大限度的滿足。（2）節(jié)點(diǎn)選擇。在一個典型的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)來自各個不同自治域，節(jié)點(diǎn)可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致覆蓋網(wǎng)絡(luò)具有很大的動態(tài)性和不可控性。因此，如何在服務(wù)會話初始時，確定一個相對穩(wěn)定的可提供一定服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證的服務(wù)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)集合是P2P流媒體系統(tǒng)迫切需要解決的問題。（3）容錯機(jī)制。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的動態(tài)性，正在提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務(wù)的連續(xù)性，必須采取一些容錯機(jī)制使系統(tǒng)的服務(wù)能力不受影響或盡快恢復(fù)。（4）安全機(jī)制。在P2P如火如荼的應(yīng)用熱浪中，其安全問題應(yīng)該越來越引起我們的重視。在流媒體安全方面比較突出的是流媒體版權(quán)保護(hù)問題，因此，如何防止媒體內(nèi)容在P2P這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被惡意侵犯已經(jīng)是非常重要的。

4 P2P在流媒體中的應(yīng)用

經(jīng)過調(diào)研，目前國內(nèi)已經(jīng)有部分高校和研究部門都對P2P流媒體在學(xué)校中應(yīng)用展開了研究，并構(gòu)建一些面向不同目標(biāo)的系統(tǒng)，如北京大學(xué)通用多播基礎(chǔ)設(shè)施GPMI，香港科技大學(xué)的流媒體直播CoolStreaming原型系統(tǒng)，清華大學(xué)的Gridmedia網(wǎng)絡(luò)等等，并有一些網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)運(yùn)營公司推出了如PPLive，PPstream等P2P流媒體應(yīng)用。本文對P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析。一個完整的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。本系統(tǒng)為了節(jié)省成本，性能要求不需要特高，視頻服務(wù)器也不需要特別貴的，每個教師節(jié)點(diǎn)的PC機(jī)就可以是多播樹的根節(jié)點(diǎn)，在不同的地點(diǎn)、不同的時間教師端都可以創(chuàng)建課堂，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)的課堂創(chuàng)建。而在學(xué)生端中，實(shí)現(xiàn)了同時看多個課堂，實(shí)現(xiàn)隨時隨地的學(xué)習(xí)。遠(yuǎn)程教育平臺的用戶類型有校長、教師、學(xué)生、家長、家教五類，本文中的系統(tǒng)面向的是教師、學(xué)生和家長，該系統(tǒng)中的每個節(jié)點(diǎn)按照用戶的隸屬關(guān)系組成虛擬學(xué)校，同一虛擬學(xué)校的用戶之間按照預(yù)定的類別形成教學(xué)關(guān)系，所有這些節(jié)點(diǎn)通過P2P連接服務(wù)器建立點(diǎn)對點(diǎn)連接后，就可以直接進(jìn)行實(shí)時音視頻通信和教學(xué)，不需要通過服務(wù)器來進(jìn)行。本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2。

4.1 系統(tǒng)模塊分析

本文中的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)只存在最基本的兩個模塊：監(jiān)聽器模塊和瀏覽器模塊。（1）監(jiān)聽器模塊。初始化登錄工作的完成就是監(jiān)聽器執(zhí)行的第一項(xiàng)工作，也就是完成前面節(jié)點(diǎn)能力自適應(yīng)的初始化，從而才能實(shí)現(xiàn)它本身以及它所服務(wù)的節(jié)點(diǎn)資源清單的共享。登錄之后就能對其他監(jiān)聽器傳給它的客戶請求進(jìn)行處理，只要有客戶連接，監(jiān)聽器救濟(jì)開始下載文件，在下載過程中，多個客戶的請求可以由一個監(jiān)聽器進(jìn)行處理。（2）瀏覽器模塊。瀏覽器充當(dāng)用戶和計(jì)算機(jī)之間的接口。用戶通過瀏覽器發(fā)送它的請求并接收監(jiān)聽器的響應(yīng)。瀏覽器與監(jiān)聽器是不同的，它的運(yùn)行時是沒有人值守的。瀏覽器顯示登錄的監(jiān)聽器的清單并把所有的請求發(fā)送給監(jiān)聽器，對于這些請求用監(jiān)聽器自己來進(jìn)行處理。只要這些請求被監(jiān)聽器處理過，其結(jié)果就會通過瀏覽器顯示在用戶終端。監(jiān)聽器和瀏覽器保證他們各自任務(wù)順利運(yùn)行的情況下，二者還存在一定的聯(lián)系。

4.2 設(shè)計(jì)框架

在具體的設(shè)計(jì)中，互聯(lián)網(wǎng)與作為核心服務(wù)器的教學(xué)中心的視頻服務(wù)器相連，采用混合體系結(jié)構(gòu)，并將學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程點(diǎn)播的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為P2P中的對等節(jié)點(diǎn)，從而使得整個系統(tǒng)點(diǎn)播的并發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)目能夠提高。在網(wǎng)絡(luò)抽象層中，保證P2P的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，同時為了解決對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的一些問題，例如，對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的不確定性、延誤、分散性等問題，對建立和維護(hù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的樹型算法進(jìn)行深入探討。在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中設(shè)計(jì)應(yīng)用層組播樹結(jié)構(gòu)和非樹型P2P結(jié)構(gòu)，主要是為了區(qū)分P2P模式媒體服務(wù)系統(tǒng)中對節(jié)目和視頻質(zhì)量要求。對于視頻直播服務(wù)系統(tǒng)或視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中某熱門節(jié)目的服務(wù)策略的架構(gòu)前者可以滿足，而對于視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中請求率相對不高以及并發(fā)請求少的節(jié)目后者較合適。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖3所示，可知，對于點(diǎn)播并發(fā)請求數(shù)較多的視頻應(yīng)用右邊的樹型結(jié)構(gòu)可以滿足，對于請求率較低以及并發(fā)請求少的點(diǎn)播需求左邊的非樹型結(jié)構(gòu)可以得到滿足。

4.3 節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)

在P2P流媒體的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，每個節(jié)點(diǎn)上的軟件都需要提供三個主要功能：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接、媒體播放控制和媒體播放，同時還需要參照OSI的七層體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且每個節(jié)點(diǎn)上設(shè)置三層軟件體系結(jié)構(gòu)。（1）網(wǎng)絡(luò)抽象層。對P2P節(jié)點(diǎn)樹進(jìn)行建立和維護(hù)，并且節(jié)點(diǎn)之間信息的交換也是通過網(wǎng)絡(luò)抽象層來進(jìn)行處理，采用HTTP協(xié)議，并在SOAP應(yīng)用中封裝對象的信息。（2）媒體控制層。對流數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受是此層的主要職責(zé)，整個節(jié)點(diǎn)樹對于媒體控制層是透明的。建立并控制一個或幾個時間同步的連續(xù)流媒體是通過RTSP協(xié)議完成的，并且流數(shù)據(jù)的傳輸采用RTP/TCP協(xié)議來進(jìn)行。（3）媒體播放層。此播放主要是通過對節(jié)點(diǎn)收到的流媒體數(shù)據(jù)調(diào)用對應(yīng)的操作系統(tǒng)播放軟件來實(shí)現(xiàn)的。圖4為P2P節(jié)點(diǎn)的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.4 多播樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)面向的用戶是教育網(wǎng)用戶，因此不需要較大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)，從而在管理和維護(hù)時更加的方便，由此，P2P流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)成多播樹結(jié)構(gòu)，把節(jié)點(diǎn)組織成一個樹狀結(jié)構(gòu)，樹的父節(jié)點(diǎn)給子節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。如果節(jié)點(diǎn)離根節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則就會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)延時，因此，多播樹的深度應(yīng)該盡可能短也得到保證，但是每個節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先輸出貸款限制了節(jié)點(diǎn)的寬度，因此要在寬度和深度上達(dá)到一定的平衡。本系統(tǒng)的多播樹結(jié)構(gòu)圖如圖5。

5 結(jié)語

P2P流媒體的研究目前已經(jīng)達(dá)到了一定水平，P2P流媒體的應(yīng)用范圍也較廣，P2P流媒體在遠(yuǎn)程教育平臺中的應(yīng)用，有效地解決了我國教育資源分布不平衡的狀況，實(shí)現(xiàn)了視頻資源的高共享性，實(shí)現(xiàn)了不同地域教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的面對面交流，總而言之，為教育事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

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