3 宽带音视频业务中的P2P应用
在未来的宽带业务中，特别是音视频业务中，P2P技术可望有广泛的应用。目前，宽带音视频业务发展不起来的一个很重要的原因是业务网系统的价格太高，无论是视频点播业务系统、视频会议系统、远程教学系统等，建设系统的价格都非常高昂。由于系统的建设成本绝大部分是要转嫁到用户身上，用户消费不起导致业务无法开拓，因此大大降低业务系统的建设成本极为关键，P2P技术的合理应用有可能是建设投资下降一个数量级，从而有可能极大的推进宽带业务的商业化进程。
采用P2P技术可以设计一个运营商级的音视频业务系统。下面是一个实例，它采用集中目录式结构或者混合式网络结构，各P2P业务节点由具有高可靠性的营运级的服务器组成，其网络的拓扑结构对运营商来说都是事先可知的，并且可以根据用户、内容和业务流量的分布情况，对网络的拓扑结构进行规划和优化。音视频业务平台是不包含用户（或者内容提供商）客户机的基于专网的P2P体系架构，最终用户终端可能是处理能力相对较弱的机顶盒（不再是处理能力强大的PC机）。对于音视频业务，如果让用户终端直接作为P2P的业务节点，则会导致可管理性、服务质量和安全性方面的问题。用户终端相当于这个P2P网络的客户机（Client），而这个P2P网络便相当于一个大Server，满足可管理、服务质量和安全性的要求。该系统由三个基本的业务模块组成：业务会聚业务模块、内容分发业务模块和流媒体播放业务模块。
3．1 基于P2P的业务会聚模块
未来将要形成的音视频产业链包括内容提供商（CP）、运营商与用户。基于P2P的音视频业务平台由运营商（包括内容运营商与网络运营商）来承建、营运和管理。内容提供商的终端（PC机等）作为这个P2P网络的客户机，必须向这个业务平台提供节目内容。所提供的内容首先经过运营商的内容认证，所有经过认证的节目内容必须会聚到位于P2P网络内的中心业务节点，以便进行相关的内容处理，包括：内容提供商与运营商之间的版权许可、内容的编码转换、内容加密、内容切片和内容分发等工作。我们将由内容提供商向P2P网络的中心业务节点传送节目内容的这一过程称为业务会聚。业务会聚可能产生许多的应用，包括：关连广告和驻地广告的制作，虚拟家庭存储环境，网络游戏，基于音视频的内容提供等。图1表示了用P2P实现业务会聚的方式。
图1 基于P2P的业务会聚
3．2 基于P2P的内容分发模块
为了降低核心网的传送压力，需要将音视频节目内容的切片由中心业务节点分发到靠近用户的边缘业务节点内，这一过程被成为内容分发。内容分发可由传统的基于C/S的内容分发网（CDN，Content Distribution Network）来实现，它主要是服务于基于互联网的低码率的PC流媒体业务。对于音视频内容，可以采用基于P2P的内容分发。内容分发分为两种形式，一种是推送形式（Push），另一种是下拉形式（Pull）。基于推送形式的内容分发也称为预分发，它是非实时的，是在用户点播节目之前，预先将节目分发至边缘业务节点。基于下拉形式的内容分发是实时的，它是在用户点播节目的时候，边缘业务节点没有存储该节目内容的切片，需要由中心业务节点（或者其它边缘节点）提供内容，内容到达该边缘节点之后，一边存储，一边被边缘业务节点以流媒体的形式播放到用户的流媒体接收终端。对于不同的节目内容，我们往往会采用不同的内容分发策略。例如，针对VOD的视频点播节目，我们可以将10％所有节目的100％切片预分发到所有边缘业务节点，30％所有节目的50％的切片预分发到所有边缘业务节点，60％的所有节目的第一切片预分发到所有边缘业务节点，其余的切片存储在中心业务节点，它们在用户点播时可以通过的业务节点之间进行实时分发（或者内容交换）。对于驻地广告，我们只需要将相关的节目内容预分发到与驻地区域相关的边缘业务节点。对于个性化定制的音视频信息，我们同样将相关的节目内容预分发到最靠近用户的边缘业务节点，如果用户漫游到异地，我们可以将其定制的信息预分发到其漫游地的边缘节点。图2表示了用P2P实现内容分发的方式。传统的基于C/S内容分发（CDN）基本上都采用基于文件的分发机制和存储机制，在任何地方都是存储完整的视频文件。因为边缘节点的存储空间远远小于中心节点的存储空间，按照20/80原则，边缘节点的存储空间往往是中心节点的20%，所以边缘节点往往只能存储20%的热点内容，如果用户访问另外80%的冷门内容，系统或者让用户等待、先下载后服务、或者将用户访问请求重定向到中心节点的流媒体服务器提供媒体播放服务。对于第一种情况，因为基于文件的分发机制必须等到整个文件拷贝完成后才能进行服务，无法边分发边服务，这将引起用户点播响应速度的显著下降，用户需要等待几十秒甚至几分钟。对于第二种情况，它将导致骨干网络和中心节点的流媒体服务器流量的剧增，将导致服务质量的迅速下降，尤其是在大用户量的情况下，如果20%的用户都被重定向到中心节点服务，可能造成网络与系统的瘫痪。传统的CDN系统无法提供时移电视功能，因为传统的CDN是以文件的方式来存储音视频节目的，传统CDN难将一个24h不断播放的电视节目以文件的方式进行存储，因此它难以做到将实时节目的分发发到边缘节点，也就无法进行快退、快进等操作。
图2 基于P2P的内容分发
3．3 基于P2P的流媒体播放模块
流媒体播放业务就是通过靠近用户的边缘业务节点向用户提供流媒体服务的过程。流媒体播放业务也分为两者形式，一个是推送形式（Push），另一个是下拉形式（Pull）。推送式的流媒体播放业务可能是用户定制的个性化的音视频节目，也可能是驻地广告以推送的方式在用户开机时推送给用户的。下拉式流媒体播放则是用户根据电子节目单点播而进行的流媒体播放，它包括视频点播（VOD）、实时电视和包含有暂停、快进与快退功能的时移电视（Time Shift TV）等。流媒体业务可由传统的基于C/S的流媒体服务器来完成，但是由于内容的集中式处理，可能在服务器产生业务瓶颈。对于基于C/S的流媒体服务器，当用户点播一部影片时，他首先通过一系列的负载均衡（GSLB或者SLB）被导向到一个存储这部影片的流媒体服务器，并由其惟一地提供媒体播放服务，如果这部影片是热片，那么这个位于网络边缘的流媒体服务器会产生拥塞。用基于P2P的流媒体播放方式是必须的。图3表示了用P2P实现流媒体播放的方式。边缘业务节点由许多处于对等地位的流媒体服务器组成，为了满足P2P分布式处理的特点，一个音视频节目内容的切片为被分布存储在边缘业务节点的各个流媒体服务器内，用户点播节目时，分布在不同流媒体服务器内的内容切片通过计算与处理产生音视频流媒体，因此若用户点中一部节目，多个流媒体服务器同时在工作，当点播请求增加时，整个边缘业务节点内部的不同流媒体服务器的负载均匀增长，降低系统拥塞的风险。
图3 基于P2P的流媒体播放
