基于JXTA的P2P流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

針對一般P2P網(wǎng)絡(luò)互通性差的缺陷，本文提出了基于JXTA的P2P流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式并且進(jìn)行了深入的實(shí)現(xiàn)研究。文中對傳統(tǒng)流媒體和P2P流媒體進(jìn)行了簡要介紹，引入了基于JXTA的P2P系統(tǒng)構(gòu)建的理論分析。通過詳細(xì)介紹流媒體系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，指出了使用JXTA進(jìn)行P2P流媒體開發(fā)的優(yōu)勢。

一、傳統(tǒng)流媒體

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對于網(wǎng)絡(luò)視頻的需求進(jìn)一步增加，對網(wǎng)絡(luò)帶寬和計(jì)算機(jī)性能要求也隨之增加。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，在對連續(xù)的時(shí)基媒體進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)（即通常所說的視頻和音頻媒體的網(wǎng)絡(luò)傳輸）通常采用流式傳輸技術(shù)，流媒體又稱為流式媒體[1]。流媒體實(shí)際上是一種特定的多媒體文件，當(dāng)使用流式媒體進(jìn)行傳輸時(shí)，往往只需要短暫的幾秒或者十幾秒的等待時(shí)間即可對多媒體文件進(jìn)行播放，剩余多媒體文件部分可在后臺緩存和后續(xù)播放。采用流媒體傳輸時(shí)，流媒體數(shù)據(jù)經(jīng)過采集、壓縮、存儲、傳輸?shù)炔襟E，并且整個(gè)媒體文件不占用用戶的本地物理硬盤空間。

伴隨著流媒體的出現(xiàn)，傳統(tǒng)上音頻和視頻先下載后播放的模式被打破，有力地縮短了文件播放啟動延時(shí)，提高了用戶的滿意度。在早期技術(shù)發(fā)展中，用戶從流媒體服務(wù)器進(jìn)行節(jié)目請求，服務(wù)器以單播的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)響應(yīng)[2]。這種方式可視為客戶端/服務(wù)器的組合方式，這種方式操作簡單，但也存在一定的問題：比如要求服務(wù)器響應(yīng)足夠快速，網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠大，并且要求不能同時(shí)并發(fā)多路請求等。

二、 P2P流媒體

隨著現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始使用P2P 技術(shù)解決傳統(tǒng)流媒體技術(shù)帶來的缺陷。P2P（point to point）即為端到端技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同電腦之間的直接數(shù)據(jù)交換。在這種數(shù)據(jù)交換方式之下，并不存在真正服務(wù)器與客戶端的獨(dú)立概念，每臺計(jì)算機(jī)既可以做服務(wù)器也可以做客戶端使用，即打破了傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)器模式。P2P流媒體技術(shù)即為使用成熟的P2P技術(shù)解決流媒體傳輸?shù)膯栴}。在P2P流媒體中，用戶在節(jié)目播放過程中不僅可以從流媒體服務(wù)器獲取節(jié)目信息，也可以從周邊其他計(jì)算機(jī)中獲取流媒體信息[3]。使用這種方式可以有效地利用不同用戶的剩余帶寬，并且，隨著節(jié)目流媒體數(shù)量的增多，使用P2P流媒體技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)目的穩(wěn)定快速緩存播放，提升用戶的視頻播放體驗(yàn)。

三、基于JXTA的流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

JXTA技術(shù)

JXTA是SUN公司開發(fā)的P2P開發(fā)平臺。在JXTA開發(fā)平臺下所有的P2P網(wǎng)絡(luò)都是互相連通的，并且具有跨平臺的優(yōu)勢，極大地簡化了分布式應(yīng)用與服務(wù)的搭建過程。JXTA通過定義一系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了不同P2P的相互傳輸通信，建立了一種公共網(wǎng)絡(luò)底層機(jī)制。

基于JXTA的P2P流媒體系統(tǒng)包括三層：第一層為JXTA核心層，第二層為服務(wù)層，第三層為應(yīng)用層。一般來說核心層位于最下層，主要實(shí)現(xiàn)核心的服務(wù)功能。服務(wù)層位于中間層，主要提高訪問JXTA的接口[4]。最上層為應(yīng)用層，主要功能是對JXTA進(jìn)行訪問。在JXTA中使用了較多的通信協(xié)議，主要包括點(diǎn)對等發(fā)現(xiàn)協(xié)議（Peer Discovery Protocol，PDP）、對等點(diǎn)解析協(xié)議（Peer Resolver Protocol，PRP）、對等點(diǎn)消息協(xié)議（Peer Information Protocol，PIP）、匯聚協(xié)議（Rendezvous Protocol，RVP）、管道綁定協(xié)議（Pipe Binding Protocol，PBP）和對等點(diǎn)端點(diǎn)協(xié)議（Peer Endpoint Protocol， PEP），這些協(xié)議實(shí)現(xiàn)了多媒體消息在不同網(wǎng)絡(luò)之間的任意傳輸，實(shí)現(xiàn)了端到端之間的路由、發(fā)現(xiàn)、組織以及通信。

流媒體系統(tǒng)架構(gòu)

流媒體系統(tǒng)需要滿足客戶的不同需求，在不同時(shí)間段既可能有視頻直播的需求又可能有視頻點(diǎn)播的需求。本文在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)講系統(tǒng)分成三層：其中底層為基礎(chǔ)架構(gòu)層，中間為系統(tǒng)功能層，最上層為交互界面層。其中底層部分使用JXTA技術(shù)實(shí)現(xiàn)對等點(diǎn)和對等組的搜索等基本功能。中間層為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，在該部分中包含了軟件的核心。交互界面層實(shí)現(xiàn)了與普通用戶的實(shí)時(shí)有效交互。具體設(shè)計(jì)如下圖所示：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)研究

JXTA網(wǎng)絡(luò)管理。在P2P網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，P2P具體集中式模型、分布式模型以及混合式模型。JXTA網(wǎng)絡(luò)屬于P2P混合式模型。在JXTA網(wǎng)絡(luò)中，點(diǎn)被分成了不同的類型：包括邊緣對等點(diǎn)和匯聚對等點(diǎn)。邊緣對等點(diǎn)屬于普通對等點(diǎn)，用于存放實(shí)際資源。匯聚對等點(diǎn)屬于超級對等點(diǎn)，用于實(shí)現(xiàn)對資源的索引功能。在JXTA網(wǎng)絡(luò)中存在一種新的名詞“廣告”。廣告本質(zhì)上屬于XML文檔，其目的是為了實(shí)現(xiàn)對等點(diǎn)或者對等組等信息的發(fā)布和發(fā)現(xiàn)等功能。

對等組管理。在JXTA網(wǎng)絡(luò)中存在對等組的概念。對等組是指網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建初期自動形成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對等組。該網(wǎng)絡(luò)對等組會一直存在于P2P網(wǎng)絡(luò)中，并且以后的每個(gè)用戶對等組都派生子根對等組。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，對等組通過Peer Group類函數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，對等組中存在對等點(diǎn)，并且不同對等組中的對等點(diǎn)是不同的。對等組的提出用于方便管理對等點(diǎn)。由于基于JXTA的對等點(diǎn)可以肆意的穿透NAT等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因?yàn)閷Φ冉M的管理功能非常重要。

通信技術(shù)。在P2P網(wǎng)絡(luò)中，通信是通過“管道”實(shí)現(xiàn)的。在理解管道時(shí)可以將管道看成連接信息發(fā)送端與信息接收端的部件。在對等點(diǎn)相互通信時(shí)，對等點(diǎn)之間的管道是通信的基礎(chǔ)。在信息傳輸時(shí)接收端創(chuàng)建輸入管道，并將該輸入管道告知發(fā)布端。發(fā)布端則可以創(chuàng)立輸出管道，實(shí)現(xiàn)對等點(diǎn)之間的有效通信。具體通信過程如圖2所示：

圖2 對等點(diǎn)通信過程

資源管理。在P2P的應(yīng)用中最為常見的為資源共享，其在JXTA中利用內(nèi)容管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)?；贘XTA的資源管理功能，對等點(diǎn)之間就可以實(shí)現(xiàn)不同文件的共享與定位獲取。內(nèi)容管理服務(wù)功能允許瀏覽和下載遠(yuǎn)程對等點(diǎn)的共享內(nèi)容。在文件共享時(shí)，系統(tǒng)為每一個(gè)共享的文件創(chuàng)建MD5碼來作為身份的唯一標(biāo)志，因此可以有效的利用MD5碼識別文件是否為同一文件。在文件被共享后會產(chǎn)生與之有關(guān)的“廣告”，通過廣告實(shí)現(xiàn)對等點(diǎn)或者對等組中共享文件的發(fā)布和索引等功能。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)依靠Share Manager、Share Monitor和Share Content這三個(gè)類。

JXTA具有跨平臺的優(yōu)勢，極大地簡化了分布式應(yīng)用與服務(wù)的搭建過程。JXTA通過定義一系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了不同P2P的相互傳輸通信，提出了一種公共網(wǎng)絡(luò)底層機(jī)制。JXTA作為P2P應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。目前P2P使用的流媒體系統(tǒng)都各自定義底層協(xié)議，相互之間缺乏交互性。使用基于JXTA的P2P流媒體系統(tǒng)很好地提高了不同對等組之間的互通性，使得流媒體系統(tǒng)的擴(kuò)展成為了可能。

（作者單位：江西財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院）