1P2P在遠程流媒體教育系統(tǒng)中的應用

魏慶

摘 要：隨著社會信息化的日益發(fā)展，網(wǎng)絡技術、通信技術、多媒體技術等已經(jīng)應用到了各個領域。網(wǎng)絡基礎設施的極大發(fā)展，寬帶用戶的普遍應用都為多媒體提供了強大的市場動力。而遠程教育就是這些應用中的一個領域。在先進的教育教學指導下，信息技術、多媒體技術以及網(wǎng)絡通信技術為教師與學生的不同地域的面對面教學提供了現(xiàn)實性。遠程教育是現(xiàn)今教育的先進模式，促進了教育事業(yè)的發(fā)展。該文主要對P2P流媒體在遠程教育中的應用進行了分析。

關鍵詞：P2P 流媒體 遠程教育

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

1 P2P技術

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器端連接，然后進行文件檢索、web游覽、文件傳輸?shù)葢谩Ｔ谶@種模式下客戶知道如何請求信息和發(fā)送信息到服務器上，服務器也知道如何響應客戶的請求。瀏覽器和Web服務器就是一個很好的C/S模式。根據(jù)情況的需要，Web服務器會偵聽不同的端口，當客戶端向服務器發(fā)出業(yè)務請求（只是一個被加密后的業(yè)務數(shù)據(jù)）的時候，服務器會根據(jù)不同的業(yè)務，調(diào)用服務器端相應的服務，當處理完成后，并把結果以另外一種數(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)點和服務器，在網(wǎng)絡中，一臺機器既可當作客戶機又可當作服務器來使用，在請求服務的同時也能進行提供服務的功能，由此可見，所有的節(jié)點都是平等的。很明顯，這種方案使得網(wǎng)絡上的可用的資源數(shù)得以增加。與C/S模式相比較，P2P模式具有分布性、可擴展性、自組織性、容錯性等特點。

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)流的方式實時發(fā)布音頻、視頻多媒體內(nèi)容的媒體，而流媒體技術則是在IP網(wǎng)絡上發(fā)布多媒體數(shù)據(jù)流的技術。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、遠程培訓、視頻會議、遠程教育、遠程醫(yī)療等互聯(lián)網(wǎng)信息服務等方面，將為網(wǎng)絡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，因為流媒體最終的產(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；因為有靜態(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。

實時流媒體傳輸?shù)臉藴蕝f(xié)議和關鍵技術是RTP（實時傳輸協(xié)議）、RTCP（）、RTSP（）。RTP協(xié)議是一個運輸層協(xié)議，它是為數(shù)據(jù)提供了具有實時特征的端對端傳送服務，如在組播或單播網(wǎng)絡服務下的交互式視頻音頻或模擬數(shù)據(jù)。確保及時交付的機制并沒有在協(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)議運行的，也就是說，在每一個UDP數(shù)據(jù)報中都會有一個RTP報文封裝起來。RTP協(xié)議工作與其他運輸層協(xié)議工作不同，在實際應用中也不會出現(xiàn)在IP中直接封裝的情況。實際上，RTP是運行在UDP協(xié)議之上的協(xié)議，這就表明每個RTP報文被封裝到一個UDP數(shù)據(jù)報中。使用UDP的主要優(yōu)點在于其并發(fā)性，在同一臺計算機上可以有多個使用RTP的應用程序，而不會互相干擾。當一個應用程序開始一個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。RTP控制協(xié)議（RTCP）監(jiān)控服務質(zhì)量并傳送正在進行的會話參與者的相關信息。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用程序的所有控制通信請求。與RTP協(xié)議相類似，RTCP報文的傳輸也是通過封裝在UDP之中來進行的，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)中的各項性能可以通過RTCP協(xié)議的使用對其進行監(jiān)控和保障。實時流化協(xié)議（RTSP）的工作方式是以客戶服務器來進行的，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、后退等類似的功能，這樣用戶會覺得非常方便。RTSP協(xié)議定義了一對多應用程序，它能夠通過IP網(wǎng)絡有效地傳送多媒體數(shù)據(jù)。在體系結構中，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現(xiàn)的，它主要就是為了對多媒體服務器實現(xiàn)網(wǎng)絡遠程控制。RTP數(shù)據(jù)的傳輸由RTSP協(xié)議和RSVP、RTCP構成了一個體系框架來進行共同管理。

3 P2P流媒體

多媒體的播放應該從實用出發(fā)、從網(wǎng)絡信息的實時傳遞和流媒體研究方面以及綜合運用的角度考慮，將媒體的播放與傳輸結合起來，使得多媒體的綜合運用得以實現(xiàn)。同時又把基于MOD多媒體點播系統(tǒng)提了出來，網(wǎng)絡平臺是以P2P為基礎的，把本地多媒體、網(wǎng)絡多媒體以及流媒體相關的技術問題都給解決掉了，并且在此基礎上還為流媒體的傳播與轉換提供了技術支持。目前C/S模式是流媒體服務普遍采用的，但是它不能提供高可擴展能力和高實用的服務。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)絡和IP多播等。但是要有專門的硬件支持才能實現(xiàn)這些方案，例如，CND需要在全球各地部署多個CND服務器，多媒體的數(shù)據(jù)則通過服務器之間協(xié)同工作來進行分發(fā)；而對于目前Internet的路由機制，IP多播是需要對其進行修改的，廣泛部署復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的方法能夠降低分發(fā)的成本？P2P技術是比較好的方法可以降低成本的，當然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技術已經(jīng)引起了各界人士的普遍關注。P2P模式的核心思想是：信息資源和服務共享的實現(xiàn)是通過參與系統(tǒng)的節(jié)點之間的直接交互來實現(xiàn)的。首先，傳統(tǒng)的客戶端/服務端模式P2P模式已經(jīng)突破了，節(jié)點之間的“對等性”是其強調(diào)的重點，也就是說，P2P系統(tǒng)中每一個參與節(jié)點都同時具有服務器和客戶端兩種身份，在利用其他節(jié)點的基礎上也為其他節(jié)點提供了服務，即隨著需求的增長P2P系統(tǒng)的服務能力也在自然增長，P2P具有高可擴展性，對于傳統(tǒng)客戶端.服務器結構中服務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)點自組織方式，強調(diào)無中心的結構，并且對于節(jié)點隨機加入和退出的動態(tài)性得到了很好的適應，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用前景，它已經(jīng)被認為是有效的流媒體分發(fā)，由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點存在不穩(wěn)定性，其必須解決以下幾個關鍵技術：（1）網(wǎng)絡傳輸技術。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。由于P2P流媒體系統(tǒng)應用的領域較廣，因此要根據(jù)的具體領域進行點播、直播、多播等，并且要與不同應用的需求相結合，設計出合理的流媒體傳輸方案，對于用戶的實時性需求能夠得到最大限度的滿足。（2）節(jié)點選擇。在一個典型的P2P覆蓋網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡中的節(jié)點來自各個不同自治域，節(jié)點可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網(wǎng)絡，導致覆蓋網(wǎng)絡具有很大的動態(tài)性和不可控性。因此，如何在服務會話初始時，確定一個相對穩(wěn)定的可提供一定服務質(zhì)量（QoS）保證的服務節(jié)點或節(jié)點集合是P2P流媒體系統(tǒng)迫切需要解決的問題。（3）容錯機制。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點的動態(tài)性，正在提供服務的節(jié)點可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務的連續(xù)性，必須采取一些容錯機制使系統(tǒng)的服務能力不受影響或盡快恢復。（4）安全機制。在P2P如火如荼的應用熱浪中，其安全問題應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保護問題，因此，如何防止媒體內(nèi)容在P2P這些復雜的網(wǎng)絡結構不被惡意侵犯已經(jīng)是非常重要的。

4 P2P在流媒體中的應用

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流媒體在學校中應用展開了研究，并構建一些面向不同目標的系統(tǒng)，如北京大學通用多播基礎設施GPMI，香港科技大學的流媒體直播CoolStreaming原型系統(tǒng)，清華大學的Gridmedia網(wǎng)絡等等，并有一些網(wǎng)絡流媒體服務運營公司推出了如PPLive，PPstream等P2P流媒體應用。本文對P2P流媒體在遠程教育系統(tǒng)的應用進行分析。一個完整的遠程教育系統(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，視頻服務器也不需要特別貴的，每個教師節(jié)點的PC機就可以是多播樹的根節(jié)點，在不同的地點、不同的時間教師端都可以創(chuàng)建課堂，從而實現(xiàn)動態(tài)的課堂創(chuàng)建。而在學生端中，實現(xiàn)了同時看多個課堂，實現(xiàn)隨時隨地的學習。遠程教育平臺的用戶類型有校長、教師、學生、家長、家教五類，本文中的系統(tǒng)面向的是教師、學生和家長，該系統(tǒng)中的每個節(jié)點按照用戶的隸屬關系組成虛擬學校，同一虛擬學校的用戶之間按照預定的類別形成教學關系，所有這些節(jié)點通過P2P連接服務器建立點對點連接后，就可以直接進行實時音視頻通信和教學，不需要通過服務器來進行。本系統(tǒng)的整體結構如圖2。

4.1 系統(tǒng)模塊分析

本文中的遠程教育系統(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)行的第一項工作，也就是完成前面節(jié)點能力自適應的初始化，從而才能實現(xiàn)它本身以及它所服務的節(jié)點資源清單的共享。登錄之后就能對其他監(jiān)聽器傳給它的客戶請求進行處理，只要有客戶連接，監(jiān)聽器救濟開始下載文件，在下載過程中，多個客戶的請求可以由一個監(jiān)聽器進行處理。（2）瀏覽器模塊。瀏覽器充當用戶和計算機之間的接口。用戶通過瀏覽器發(fā)送它的請求并接收監(jiān)聽器的響應。瀏覽器與監(jiān)聽器是不同的，它的運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)聽器自己來進行處理。只要這些請求被監(jiān)聽器處理過，其結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順利運行的情況下，二者還存在一定的聯(lián)系。

4.2 設計框架

在具體的設計中，互聯(lián)網(wǎng)與作為核心服務器的教學中心的視頻服務器相連，采用混合體系結構，并將學生進行遠程點播的節(jié)點設計為P2P中的對等節(jié)點，從而使得整個系統(tǒng)點播的并發(fā)節(jié)點數(shù)目能夠提高。在網(wǎng)絡抽象層中，保證P2P的網(wǎng)絡拓撲結構得以實現(xiàn)，同時為了解決對等網(wǎng)絡中節(jié)點的一些問題，例如，對等網(wǎng)絡中節(jié)點的不確定性、延誤、分散性等問題，對建立和維護節(jié)點網(wǎng)絡的樹型算法進行深入探討。在遠程教育系統(tǒng)中設計應用層組播樹結構和非樹型P2P結構，主要是為了區(qū)分P2P模式媒體服務系統(tǒng)中對節(jié)目和視頻質(zhì)量要求。對于視頻直播服務系統(tǒng)或視頻點播系統(tǒng)中某熱門節(jié)目的服務策略的架構前者可以滿足，而對于視頻點播系統(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。遠程教育系統(tǒng)的設計框架如圖3所示，可知，對于點播并發(fā)請求數(shù)較多的視頻應用右邊的樹型結構可以滿足，對于請求率較低以及并發(fā)請求少的點播需求左邊的非樹型結構可以得到滿足。

4.3 節(jié)點體系結構

在P2P流媒體的遠程教育系統(tǒng)中，每個節(jié)點上的軟件都需要提供三個主要功能：網(wǎng)絡節(jié)點連接、媒體播放控制和媒體播放，同時還需要參照OSI的七層體系結構和TCP/IP網(wǎng)絡結構，并且每個節(jié)點上設置三層軟件體系結構。（1）網(wǎng)絡抽象層。對P2P節(jié)點樹進行建立和維護，并且節(jié)點之間信息的交換也是通過網(wǎng)絡抽象層來進行處理，采用HTTP協(xié)議，并在SOAP應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，整個節(jié)點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)議來進行。（3）媒體播放層。此播放主要是通過對節(jié)點收到的流媒體數(shù)據(jù)調(diào)用對應的操作系統(tǒng)播放軟件來實現(xiàn)的。圖4為P2P節(jié)點的軟件體系結構設計。

4.4 多播樹結構設計

遠程教育系統(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，從而在管理和維護時更加的方便，由此，P2P流媒體系統(tǒng)設計成多播樹結構，把節(jié)點組織成一個樹狀結構，樹的父節(jié)點給子節(jié)點提供服務。如果節(jié)點離根節(jié)點越遠，則就會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)延時，因此，多播樹的深度應該盡可能短也得到保證，但是每個節(jié)點的優(yōu)先輸出貸款限制了節(jié)點的寬度，因此要在寬度和深度上達到一定的平衡。本系統(tǒng)的多播樹結構圖如圖5。

5 結語

P2P流媒體的研究目前已經(jīng)達到了一定水平，P2P流媒體的應用范圍也較廣，P2P流媒體在遠程教育平臺中的應用，有效地解決了我國教育資源分布不平衡的狀況，實現(xiàn)了視頻資源的高共享性，實現(xiàn)了不同地域教師與學生之間、學生與學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。

參考文獻

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

[2] 張萬力，周江平.流媒體技術在現(xiàn)代遠程教育中的應用研究[J].安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），2008（6）.

[3] 趙娟娟.基于P2P技術的流媒體直播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學，2009.

[4] 楊雪.基于PeerCast的P2P流媒體技術研究與設計[D].西南交通大學，2008.

[5] 李路建，王立群，王瑞卿.流媒體技術及其在網(wǎng)絡教育中的應用[J].廣播電視大學學報（哲學社會科學版），2003（2）.

[6] 陳姝，方濱興，周勇林.P2P技術的研究與應用[J].計算機工程與應用，2002（13）.

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

[8] 葛宇，梁靜.改進的高度優(yōu)先策略在P2P流媒體節(jié)點選擇機制中的研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2009（11）.

[9] 夏靖.基于P2P的媒體數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度策略的研究[J].儀器儀表用戶，2010（2）.

[10] 黃澤，唐鳳仙.P2P流媒體系統(tǒng)概述[J].河池學院學報，2008（2）.

[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用前景，它已經(jīng)被認為是有效的流媒體分發(fā)，由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點存在不穩(wěn)定性，其必須解決以下幾個關鍵技術：（1）網(wǎng)絡傳輸技術。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。由于P2P流媒體系統(tǒng)應用的領域較廣，因此要根據(jù)的具體領域進行點播、直播、多播等，并且要與不同應用的需求相結合，設計出合理的流媒體傳輸方案，對于用戶的實時性需求能夠得到最大限度的滿足。（2）節(jié)點選擇。在一個典型的P2P覆蓋網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡中的節(jié)點來自各個不同自治域，節(jié)點可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網(wǎng)絡，導致覆蓋網(wǎng)絡具有很大的動態(tài)性和不可控性。因此，如何在服務會話初始時，確定一個相對穩(wěn)定的可提供一定服務質(zhì)量（QoS）保證的服務節(jié)點或節(jié)點集合是P2P流媒體系統(tǒng)迫切需要解決的問題。（3）容錯機制。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點的動態(tài)性，正在提供服務的節(jié)點可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務的連續(xù)性，必須采取一些容錯機制使系統(tǒng)的服務能力不受影響或盡快恢復。（4）安全機制。在P2P如火如荼的應用熱浪中，其安全問題應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保護問題，因此，如何防止媒體內(nèi)容在P2P這些復雜的網(wǎng)絡結構不被惡意侵犯已經(jīng)是非常重要的。

4 P2P在流媒體中的應用

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流媒體在學校中應用展開了研究，并構建一些面向不同目標的系統(tǒng)，如北京大學通用多播基礎設施GPMI，香港科技大學的流媒體直播CoolStreaming原型系統(tǒng)，清華大學的Gridmedia網(wǎng)絡等等，并有一些網(wǎng)絡流媒體服務運營公司推出了如PPLive，PPstream等P2P流媒體應用。本文對P2P流媒體在遠程教育系統(tǒng)的應用進行分析。一個完整的遠程教育系統(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，視頻服務器也不需要特別貴的，每個教師節(jié)點的PC機就可以是多播樹的根節(jié)點，在不同的地點、不同的時間教師端都可以創(chuàng)建課堂，從而實現(xiàn)動態(tài)的課堂創(chuàng)建。而在學生端中，實現(xiàn)了同時看多個課堂，實現(xiàn)隨時隨地的學習。遠程教育平臺的用戶類型有校長、教師、學生、家長、家教五類，本文中的系統(tǒng)面向的是教師、學生和家長，該系統(tǒng)中的每個節(jié)點按照用戶的隸屬關系組成虛擬學校，同一虛擬學校的用戶之間按照預定的類別形成教學關系，所有這些節(jié)點通過P2P連接服務器建立點對點連接后，就可以直接進行實時音視頻通信和教學，不需要通過服務器來進行。本系統(tǒng)的整體結構如圖2。

4.1 系統(tǒng)模塊分析

本文中的遠程教育系統(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)行的第一項工作，也就是完成前面節(jié)點能力自適應的初始化，從而才能實現(xiàn)它本身以及它所服務的節(jié)點資源清單的共享。登錄之后就能對其他監(jiān)聽器傳給它的客戶請求進行處理，只要有客戶連接，監(jiān)聽器救濟開始下載文件，在下載過程中，多個客戶的請求可以由一個監(jiān)聽器進行處理。（2）瀏覽器模塊。瀏覽器充當用戶和計算機之間的接口。用戶通過瀏覽器發(fā)送它的請求并接收監(jiān)聽器的響應。瀏覽器與監(jiān)聽器是不同的，它的運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)聽器自己來進行處理。只要這些請求被監(jiān)聽器處理過，其結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順利運行的情況下，二者還存在一定的聯(lián)系。

4.2 設計框架

在具體的設計中，互聯(lián)網(wǎng)與作為核心服務器的教學中心的視頻服務器相連，采用混合體系結構，并將學生進行遠程點播的節(jié)點設計為P2P中的對等節(jié)點，從而使得整個系統(tǒng)點播的并發(fā)節(jié)點數(shù)目能夠提高。在網(wǎng)絡抽象層中，保證P2P的網(wǎng)絡拓撲結構得以實現(xiàn)，同時為了解決對等網(wǎng)絡中節(jié)點的一些問題，例如，對等網(wǎng)絡中節(jié)點的不確定性、延誤、分散性等問題，對建立和維護節(jié)點網(wǎng)絡的樹型算法進行深入探討。在遠程教育系統(tǒng)中設計應用層組播樹結構和非樹型P2P結構，主要是為了區(qū)分P2P模式媒體服務系統(tǒng)中對節(jié)目和視頻質(zhì)量要求。對于視頻直播服務系統(tǒng)或視頻點播系統(tǒng)中某熱門節(jié)目的服務策略的架構前者可以滿足，而對于視頻點播系統(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。遠程教育系統(tǒng)的設計框架如圖3所示，可知，對于點播并發(fā)請求數(shù)較多的視頻應用右邊的樹型結構可以滿足，對于請求率較低以及并發(fā)請求少的點播需求左邊的非樹型結構可以得到滿足。

4.3 節(jié)點體系結構

在P2P流媒體的遠程教育系統(tǒng)中，每個節(jié)點上的軟件都需要提供三個主要功能：網(wǎng)絡節(jié)點連接、媒體播放控制和媒體播放，同時還需要參照OSI的七層體系結構和TCP/IP網(wǎng)絡結構，并且每個節(jié)點上設置三層軟件體系結構。（1）網(wǎng)絡抽象層。對P2P節(jié)點樹進行建立和維護，并且節(jié)點之間信息的交換也是通過網(wǎng)絡抽象層來進行處理，采用HTTP協(xié)議，并在SOAP應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，整個節(jié)點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)議來進行。（3）媒體播放層。此播放主要是通過對節(jié)點收到的流媒體數(shù)據(jù)調(diào)用對應的操作系統(tǒng)播放軟件來實現(xiàn)的。圖4為P2P節(jié)點的軟件體系結構設計。

4.4 多播樹結構設計

遠程教育系統(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，從而在管理和維護時更加的方便，由此，P2P流媒體系統(tǒng)設計成多播樹結構，把節(jié)點組織成一個樹狀結構，樹的父節(jié)點給子節(jié)點提供服務。如果節(jié)點離根節(jié)點越遠，則就會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)延時，因此，多播樹的深度應該盡可能短也得到保證，但是每個節(jié)點的優(yōu)先輸出貸款限制了節(jié)點的寬度，因此要在寬度和深度上達到一定的平衡。本系統(tǒng)的多播樹結構圖如圖5。

5 結語

P2P流媒體的研究目前已經(jīng)達到了一定水平，P2P流媒體的應用范圍也較廣，P2P流媒體在遠程教育平臺中的應用，有效地解決了我國教育資源分布不平衡的狀況，實現(xiàn)了視頻資源的高共享性，實現(xiàn)了不同地域教師與學生之間、學生與學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。

參考文獻

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

[2] 張萬力，周江平.流媒體技術在現(xiàn)代遠程教育中的應用研究[J].安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），2008（6）.

[3] 趙娟娟.基于P2P技術的流媒體直播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學，2009.

[4] 楊雪.基于PeerCast的P2P流媒體技術研究與設計[D].西南交通大學，2008.

[5] 李路建，王立群，王瑞卿.流媒體技術及其在網(wǎng)絡教育中的應用[J].廣播電視大學學報（哲學社會科學版），2003（2）.

[6] 陳姝，方濱興，周勇林.P2P技術的研究與應用[J].計算機工程與應用，2002（13）.

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

[8] 葛宇，梁靜.改進的高度優(yōu)先策略在P2P流媒體節(jié)點選擇機制中的研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2009（11）.

[9] 夏靖.基于P2P的媒體數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度策略的研究[J].儀器儀表用戶，2010（2）.

[10] 黃澤，唐鳳仙.P2P流媒體系統(tǒng)概述[J].河池學院學報，2008（2）.

[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用前景，它已經(jīng)被認為是有效的流媒體分發(fā)，由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點存在不穩(wěn)定性，其必須解決以下幾個關鍵技術：（1）網(wǎng)絡傳輸技術。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。由于P2P流媒體系統(tǒng)應用的領域較廣，因此要根據(jù)的具體領域進行點播、直播、多播等，并且要與不同應用的需求相結合，設計出合理的流媒體傳輸方案，對于用戶的實時性需求能夠得到最大限度的滿足。（2）節(jié)點選擇。在一個典型的P2P覆蓋網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡中的節(jié)點來自各個不同自治域，節(jié)點可以在任一時間自由地加入或離開覆蓋網(wǎng)絡，導致覆蓋網(wǎng)絡具有很大的動態(tài)性和不可控性。因此，如何在服務會話初始時，確定一個相對穩(wěn)定的可提供一定服務質(zhì)量（QoS）保證的服務節(jié)點或節(jié)點集合是P2P流媒體系統(tǒng)迫切需要解決的問題。（3）容錯機制。由于P2P流媒體系統(tǒng)中節(jié)點的動態(tài)性，正在提供服務的節(jié)點可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務的連續(xù)性，必須采取一些容錯機制使系統(tǒng)的服務能力不受影響或盡快恢復。（4）安全機制。在P2P如火如荼的應用熱浪中，其安全問題應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保護問題，因此，如何防止媒體內(nèi)容在P2P這些復雜的網(wǎng)絡結構不被惡意侵犯已經(jīng)是非常重要的。

4 P2P在流媒體中的應用

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流媒體在學校中應用展開了研究，并構建一些面向不同目標的系統(tǒng)，如北京大學通用多播基礎設施GPMI，香港科技大學的流媒體直播CoolStreaming原型系統(tǒng)，清華大學的Gridmedia網(wǎng)絡等等，并有一些網(wǎng)絡流媒體服務運營公司推出了如PPLive，PPstream等P2P流媒體應用。本文對P2P流媒體在遠程教育系統(tǒng)的應用進行分析。一個完整的遠程教育系統(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，視頻服務器也不需要特別貴的，每個教師節(jié)點的PC機就可以是多播樹的根節(jié)點，在不同的地點、不同的時間教師端都可以創(chuàng)建課堂，從而實現(xiàn)動態(tài)的課堂創(chuàng)建。而在學生端中，實現(xiàn)了同時看多個課堂，實現(xiàn)隨時隨地的學習。遠程教育平臺的用戶類型有校長、教師、學生、家長、家教五類，本文中的系統(tǒng)面向的是教師、學生和家長，該系統(tǒng)中的每個節(jié)點按照用戶的隸屬關系組成虛擬學校，同一虛擬學校的用戶之間按照預定的類別形成教學關系，所有這些節(jié)點通過P2P連接服務器建立點對點連接后，就可以直接進行實時音視頻通信和教學，不需要通過服務器來進行。本系統(tǒng)的整體結構如圖2。

4.1 系統(tǒng)模塊分析

本文中的遠程教育系統(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)行的第一項工作，也就是完成前面節(jié)點能力自適應的初始化，從而才能實現(xiàn)它本身以及它所服務的節(jié)點資源清單的共享。登錄之后就能對其他監(jiān)聽器傳給它的客戶請求進行處理，只要有客戶連接，監(jiān)聽器救濟開始下載文件，在下載過程中，多個客戶的請求可以由一個監(jiān)聽器進行處理。（2）瀏覽器模塊。瀏覽器充當用戶和計算機之間的接口。用戶通過瀏覽器發(fā)送它的請求并接收監(jiān)聽器的響應。瀏覽器與監(jiān)聽器是不同的，它的運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)聽器自己來進行處理。只要這些請求被監(jiān)聽器處理過，其結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順利運行的情況下，二者還存在一定的聯(lián)系。

4.2 設計框架

在具體的設計中，互聯(lián)網(wǎng)與作為核心服務器的教學中心的視頻服務器相連，采用混合體系結構，并將學生進行遠程點播的節(jié)點設計為P2P中的對等節(jié)點，從而使得整個系統(tǒng)點播的并發(fā)節(jié)點數(shù)目能夠提高。在網(wǎng)絡抽象層中，保證P2P的網(wǎng)絡拓撲結構得以實現(xiàn)，同時為了解決對等網(wǎng)絡中節(jié)點的一些問題，例如，對等網(wǎng)絡中節(jié)點的不確定性、延誤、分散性等問題，對建立和維護節(jié)點網(wǎng)絡的樹型算法進行深入探討。在遠程教育系統(tǒng)中設計應用層組播樹結構和非樹型P2P結構，主要是為了區(qū)分P2P模式媒體服務系統(tǒng)中對節(jié)目和視頻質(zhì)量要求。對于視頻直播服務系統(tǒng)或視頻點播系統(tǒng)中某熱門節(jié)目的服務策略的架構前者可以滿足，而對于視頻點播系統(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。遠程教育系統(tǒng)的設計框架如圖3所示，可知，對于點播并發(fā)請求數(shù)較多的視頻應用右邊的樹型結構可以滿足，對于請求率較低以及并發(fā)請求少的點播需求左邊的非樹型結構可以得到滿足。

4.3 節(jié)點體系結構

在P2P流媒體的遠程教育系統(tǒng)中，每個節(jié)點上的軟件都需要提供三個主要功能：網(wǎng)絡節(jié)點連接、媒體播放控制和媒體播放，同時還需要參照OSI的七層體系結構和TCP/IP網(wǎng)絡結構，并且每個節(jié)點上設置三層軟件體系結構。（1）網(wǎng)絡抽象層。對P2P節(jié)點樹進行建立和維護，并且節(jié)點之間信息的交換也是通過網(wǎng)絡抽象層來進行處理，采用HTTP協(xié)議，并在SOAP應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，整個節(jié)點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)議來進行。（3）媒體播放層。此播放主要是通過對節(jié)點收到的流媒體數(shù)據(jù)調(diào)用對應的操作系統(tǒng)播放軟件來實現(xiàn)的。圖4為P2P節(jié)點的軟件體系結構設計。

4.4 多播樹結構設計

遠程教育系統(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，從而在管理和維護時更加的方便，由此，P2P流媒體系統(tǒng)設計成多播樹結構，把節(jié)點組織成一個樹狀結構，樹的父節(jié)點給子節(jié)點提供服務。如果節(jié)點離根節(jié)點越遠，則就會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)延時，因此，多播樹的深度應該盡可能短也得到保證，但是每個節(jié)點的優(yōu)先輸出貸款限制了節(jié)點的寬度，因此要在寬度和深度上達到一定的平衡。本系統(tǒng)的多播樹結構圖如圖5。

5 結語

P2P流媒體的研究目前已經(jīng)達到了一定水平，P2P流媒體的應用范圍也較廣，P2P流媒體在遠程教育平臺中的應用，有效地解決了我國教育資源分布不平衡的狀況，實現(xiàn)了視頻資源的高共享性，實現(xiàn)了不同地域教師與學生之間、學生與學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。

參考文獻

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

[2] 張萬力，周江平.流媒體技術在現(xiàn)代遠程教育中的應用研究[J].安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），2008（6）.

[3] 趙娟娟.基于P2P技術的流媒體直播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學，2009.

[4] 楊雪.基于PeerCast的P2P流媒體技術研究與設計[D].西南交通大學，2008.

[5] 李路建，王立群，王瑞卿.流媒體技術及其在網(wǎng)絡教育中的應用[J].廣播電視大學學報（哲學社會科學版），2003（2）.

[6] 陳姝，方濱興，周勇林.P2P技術的研究與應用[J].計算機工程與應用，2002（13）.

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

[8] 葛宇，梁靜.改進的高度優(yōu)先策略在P2P流媒體節(jié)點選擇機制中的研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2009（11）.

[9] 夏靖.基于P2P的媒體數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度策略的研究[J].儀器儀表用戶，2010（2）.

[10] 黃澤，唐鳳仙.P2P流媒體系統(tǒng)概述[J].河池學院學報，2008（2）.

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