1P2P在远程流媒体教育系统中的应用

中图分类号:G434文献标识码:A文章编号:1674-098X(2014)07(a)-0096-03

1P2P技术

P2P与传统的C/S模式截然不同,二者模式如图1。

C/S模式是互联网中最通用的通信模式,用论文网户通过客户端软件与服务器端连接,然后进行文件检索。web游览。文件传输等应用。在这种模式下客户知道如何请求信息和发送信息到服务器上,服务器也知道如何响应客户的请求。浏览器和Web服务器就是一个很好的C/S模式。根据情况的需要,Web服务器会侦听不同的端口,当客户端向服务器发出业务请求(只是一个被加密后的业务数据)的时候,服务器会根据不同的业务,调用服务器端相应的服务,当处理完成后,并把结果以另外一种数据形式返回。这种模式是一种单方向的请求方式,而且还是被动的,在应用时被客户初始化。与C/S模式相比,P2P模式没有中心节点和服务器,在网络中,一台机器既可当作客户机又可当作服务器来使用,在请求服务的同时也能进行提供服务的功能,由此可见,所有的节点都是平等的。很明显,这种方案使得网络上的可用的资源数得以增加。与C/S模式相比较,P2P模式具有分布性。可扩展性。自组织性。容错性等特点。

2流媒体

所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。流媒体是指在Internet上以数据流的方式实时发布音频。视频多媒体内容的媒体,而流媒体技术则是在IP网络上发布多媒体数据流的技术。它改变了传统互联网的呆板形象,丰富了互联网的功能,成为一种有强大吸引力的新媒体。它广泛用于新闻出版。证券。娱乐。电子商务。远程培训。视频会议。远程教育。远程医疗等互联网信息服务等方面,将为网络信息交流带来GM性的变化。由此可见,流媒体不是传统的新闻图片,因为流媒体最终的产品是像电视或电影一样流动的媒介;流媒体也不同于电视新闻的图像;因为有静态图片的参与,在要素上也比电视新闻多些,更像是浓缩的电视专题片。

实时流媒体传输的标准协议和关键技术是RTP(实时传输协议)。RTCP()。RTSP()。RTP协议是一个运输层协议,它是为数据提供了具有实时特征的端对端传送服务,如在组播或单播网络服务下的交互式视频音频或模拟数据。确保及时交付的机制并没有在协议的本身包含,而是由底层系统来提供的。如果RTP协议是在UDP协议之上的协议运行的,也就是说,在每一个UDP数据报中都会有一个RTP报文封装起来。RTP协议工作与其他运输层协议工作不同,在实际应用中也不会出现在IP中直接封装的情况。实际上,RTP是运行在UDP协议之上的协议,这就表明每个RTP报文被封装到一个UDP数据报中。使用UDP的主要优点在于其并发性,在同一台计算机上可以有多个使用RTP的应用程序,而不会互相干扰。当一个应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口,其中一个分配给RTP,另一个分配给RTCP。RTP本身并不为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,也不提供流量控制或者拥塞控制,它依靠RTCP提供这些服务。RTP控制协议(RTCP)监控服务质量并传送正在进行的会话参与者的相关信息。RTCP第二方面的功能对于松散受控会话是足够的,也就是说,在没有明确的成员控制和组织的情况下,它并不非得用来支持一个应用程序的所有控制通信请求。与RTP协议相类似,RTCP报文的传输也是通过封装在UDP之中来进行的,并且发送时使用的端口号要比所属的RTP流的端口号大1。媒体流化的管理平台是通过RTCP协议来提供的,系统中的各项性能可以通过RTCP协议的使用对其进行监控和保障。实时流化协议(RTSP)的工作方式是以客户服务器来进行的,其是一个多媒体播放控制协议,主要功能就是使用户能够实现例如暂停。继续。快进。后退等类似的功能,这样用户会觉得非常方便。RTSP协议定义了一对多应用程序,它能够通过IP网络有效地传送多媒体数据。在体系结构中,RTSP协议位于RTP和RTCP之上,它的数据传输是通过使用TCP或RTP来完成的。RTSP协议虽然具有一定的传输能力,但是并不是直接由它本身来实现的,它主要就是为了对多媒体服务器实现网络远程控制。RTP数据的传输由RTSP协议和RSVP。RTCP构成了一个体系框架来进行共同管理。

3P2P流媒体

多媒体的播放应该从实用出发。从网络信息的实时传递和流媒体研究方面以及综合运用的角度考虑,将媒体的播放与传输结合起来,使得多媒体的综合运用得以实现。同时又把MOD多媒体点播系统提了出来,网络平台是以P2P为基础的,把本地多媒体。网络多媒体以及流媒体相关的技术问题都给解决掉了,并且在此基础上还为流媒体的传播与转换提供了技术支持。目前C/S模式是流媒体服务普遍采用的,但是它不能提供高可扩展能力和高实用的服务。为此,近些年一些专业人士提出了很多中解决方案,例如,内容分发网络和IP多播等。但是要有专门的硬件支持才能实现这些方案,例如,CND需要在全球各地部署多个CND服务器,多媒体的数据则通过服务器之间协同工作来进行分发;而对于目前Internet的路由机制,IP多播是需要对其进行修改的,广泛部署复杂的支持广播功能的路由器。这样使得成本增加了许多,并且问题还不能得到最根本的解决。因此,大家就想能不能用一种好一点的方法能够降低分发的成本?P2P技术是比较好的方法可以降低成本的,当然P2P是降低成本的一种解决之道,充分利用边缘的资源,特别是客户端的资源。近期,P2P技术已经引起了各界人士的普遍关注。P2P模式的核心思想是:信息资源和服务共享的实现是通过参与系统的节点之间的直接交互来实现的。首先,传统的客户端/服务端模式P2P模式已经突破了,节点之间的对等性“是其强调的重点,也就是说,P2P系统中每一个参与节点都同时具有服务器和客户端两种身份,在利用其他节点的基础上也为其他节点提供了服务,即随着需求的增长P2P系统的服务能力也在自然增长,P2P具有高可扩展性,对于传统客户端。服务器结构中服务器过载和资源瓶颈的问题能够给予解决。其次,P2P系统采用的工作方式为节点自组织方式,强调无中心的结构,并且对于节点随机加入和退出的动态性得到了很好的适应,因此,其具有无以伦比的优势,例如,容错性。数据高可用性和抵抗攻击方面。P2P流媒体具有很好的应用前景,它已经被认为是有效的流媒体分发,由于P2P流媒体系统中节点存在不稳定性,其必须解决以下几个关键技术:(1)网络传输技术。P2P方式的文件传输和下载是一个有效快速的传输流媒体文件,并且近些年,P2P流媒体的已经是一个研究热点。由于P2P流媒体系统应用的领域较广,因此要根据的具体领域进行点播。直播。多播等,并且要与不同应用的需求相结合,设计出合理的流媒体传输方案,对于用户的实时性需求能够得到最大限度的满足。(2)节点选择。在一个典型的P2P覆盖网络中,网络中的节点来自各个不同自治域,节点可以在任一时间自由地加入或离开覆盖网络,导致覆盖网络具有很大的动态性和不可控性。因此,如何在服务会话初始时,确定一个相对稳定的可提供一定服务质量(QoS)保证的服务节点或节点集合是P2P流媒体系统迫切需要解决的问题。(3)容错机制。由于P2P流媒体系统中节点的动态性,正在提供服务的节点可能会离开系统,传输链路也可能因拥塞而失效。为了保证接受服务的连续性,必须采取一些容错机制使系统的服务能力不受影响或尽快恢复。(4)安全机制。在P2P如火如荼的应用热浪中,其安全问题应该越来越引起我们的重视。在流媒体安全方面比较突出的是流媒体版权保护问题,因此,如何防止媒体内容在P2P这些复杂的网络结构不被恶意侵犯已经是非常重要的。

4P2P在流媒体中的应用

经过调研,目前国内已经有部分高校和研究部门都对P2P流媒体在学校中应用展开了研究,并构建一些面向不同目标的系统,如北京大学通用多播基础设施GPMI,香港科技大学的流媒体直播CoolStreaming原型系统,清华大学的Gridmedia网络等等,并有一些网络流媒体服务运营公司推出了如PPLive,PPstream等P2P流媒体应用。本文对P2P流媒体在远程教育系统的应用进行分析。一个完整的远程教育系统由硬件和软件两部分组成。本系统为了节省成本,性能要求不需要特高,视频服务器也不需要特别贵的,每个教师节点的PC机就可以是多播树的根节点,在不同的地点。不同的时间教师端都可以创建课堂,从而实现动态的课堂创建。而在学生端中,实现了同时看多个课堂,实现随时随地的学习。远程教育平台的用户类型有校长。教师。学生。家长。家教五类,本文中的系统面向的是教师。学生和家长,该系统中的每个节点按照用户的隶属关系组成虚拟学校,同一虚拟学校的用户之间按照预定的类别形成教学关系,所有这些节点通过P2P连接服务器建立点对点连接后,就可以直接进行实时音视频通信和教学,不需要通过服务器来进行。本系统的整体结构如图2。

4。1系统模块分析

本文中的远程教育系统只存在最基本的两个模块:监听器模块和浏览器模块。(1)监听器模块。初始化登录工作的完成就是监听器执行的第一项工作,也就是完成前面节点能力自适应的初始化,从而才能实现它本身以及它所服务的节点资源清单的共享。登录之后就能对其他监听器传给它的客户请求进行处理,只要有客户连接,监听器救济开始下载文件,在下载过程中,多个客户的请求可以由一个监听器进行处理。(2)浏览器模块。浏览器充当用户和计算机之间的接口。用户通过浏览器发送它的请求并接收监听器的响应。浏览器与监听器是不同的,它的运行时是没有人值守的。浏览器显示登录的监听器的清单并把所有的请求发送给监听器,对于这些请求用监听器自己来进行处理。只要这些请求被监听器处理过,其结果就会通过浏览器显示在用户终端。监听器和浏览器保证他们各自任务顺利运行的情况下,二者还存在一定的联系。

4。2设计框架

在具体的设计中,互联网与作为核心服务器的教学中心的视频服务器相连,采用混合体系结构,并将学生进行远程点播的节点设计为P2P中的对等节点,从而使得整个系统点播的并发节点数目能够提高。在网络抽象层中,保证P2P的网络拓扑结构得以实现,同时为了解决对等网络中节点的一些问题,例如,对等网络中节点的不确定性。延误。分散性等问题,对建立和维护节点网络的树型算法进行深入探讨。在远程教育系统中设计应用层组播树结构和非树型P2P结构,主要是为了区分P2P模式媒体服务系统中对节目和视频质量要求。对于视频直播服务系统或视频点播系统中某热门节目的服务策略的架构前者可以满足,而对于视频点播系统中请求率相对不高以及并发请求少的节目后者较合适。远程教育系统的设计框架如图3所示,可知,对于点播并发请求数较多的视频应用右边的树型结构可以满足,对于请求率较低以及并发请求少的点播需求左边的非树型结构可以得到满足。

4。3节点体系结构

在P2P流媒体的远程教育系统中,每个节点上的软件都需要提供三个主要功能:网络节点连接。媒体播放控制和媒体播放,同时还需要参照OSI的七层体系结构和TCP/IP网络结构,并且每个节点上设置三层软件体系结构。(1)网络抽象层。对P2P节点树进行建立和维护,并且节点之间信息的交换也是通过网络抽象层来进行处理,采用HTTP协议,并在SOAP应用中封装对象的信息。(2)媒体控制层。对流数据的发送和接受是此层的主要职责,整个节点树对于媒体控制层是透明的。建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体是通过RTSP协议完成的,并且流数据的传输采用RTP/TCP协议来进行。(3)媒体播放层。此播放主要是通过对节点收到的流媒体数据调用对应的操作系统播放软件来实现的。图4为P2P节点的软件体系结构设计。

4。4多播树结构设计

远程教育系统面向的用户是教育网用户,因此不需要较大规模的节点,从而在管理和维护时更加的方便,由此,P2P流媒体系统设计成多播树结构,把节点组织成一个树状结构,树的父节点给子节点提供服务。如果节点离根节点越远,则就会产生较大的数据延时,因此,多播树的深度应该尽可能短也得到保证,但是每个节点的优先输出贷款限制了节点的宽度,因此要在宽度和深度上达到一定的平衡。本系统的多播树结构图如图5。

5结语

P2P流媒体的研究目前已经达到了一定水平,P2P流媒体的应用范围也较广,P2P流媒体在远程教育平台中的应用,有效地解决了教育资源分布不平衡的状况,实现了视频资源的高共享性,实现了不同地域教师与学生之间。学生与学生之间的面对面交流,总而言之,为教育事业做出了巨大的贡献。

1P2P在远程流媒体教育系统中的应用