PeerCast網絡介紹

PeerCast系統介紹

1 概述

PeerCast[1,2]是開源的P2P流媒體軟體，P2P流媒體與傳統的流媒體不同，沒有集中的中央流媒體伺服器，任一節點都可作為種子節點進行廣播，每個節點在作為Client從别的節點接收媒體資料進行播放的同時，也要作為Server向其它節點提供服務，其服務品質随着整個網絡節點數目的增加而提高，與傳統的流媒體伺服器相反。

目前PeerCast僅支援廣播，暫不支援VOD形式的點播。支援的流媒體格式：MP3、WMA、 AVS、WMV 和NSV等。

       本文主要介紹PeerCast的系統結構、工作流程、P2P算法以及存在的問題。

2 系統簡介

2.1      系統結構

       PeerCast系統結構

系統主要由流媒體伺服器（提供廣播源）、PeerCast（廣播/中轉）、播放器（播放PeerCast獲得的媒體資料）和Yellow Page（管理和顯示頻道資訊）組成。

Yellow Page包括PeerCast（不同與其他PeerCast，整個系統隻有一個，負責組織、管理PeerCast之間的頻道資訊通訊）和頻道Web頁面（顯示頻道資訊）兩部分。

頻道以廣播源節點為根組成一個樹狀結構。

2.2      網絡協定

PeerCast網絡協定

目前支援的流媒體協定有HTTP、MMS和RTSP，媒體源和廣播的PeerCast之間使用這些協定連接配接。另外在播放器和本地PeerCast之間也使用和媒體源相同的協定，從本地PeerCast擷取收到的資料、播放。

PeerCast之間使用PCP協定（自定義協定），資料和路由資訊均通過PCP協定傳遞，PCP協定是在TCP/UDP傳輸層之上的應用層協定，目前系統傳輸層使用的是TCP協定。

Yellow Page有2部分組成：PeerCast和Web頁面，PeerCast管理整個系統PeerCast之間的頻道資訊通訊，Web頁面從PeerCast的特定端口讀取以XML形式組織的頻道資訊，并将資訊解析為HTML，釋出在Web頁面。

2.3      頻道組織結構

PeerCast頻道組織結構

PeerCast頻道組織采用了樹狀結構，以頻道源為根節點組成了應用層多點傳播樹。頻道源通過Tracker實作對外路由資訊傳遞，頻道源将頻道資訊廣播到Tracker，Tracker将收到的資訊傳遞到YP，是以，YP有全部頻道的路由資訊。Tracker用于連接配接廣播源和Yellow Page，由網絡中相對比較穩定的節點（比如廣播源）組成。

3 工作流程

3.1      頻道廣播

頻道廣播

1.    建立頻道，生成一個唯一的用16個位元組表示的頻道ID，配置設定頻道緩沖區；

2.    與Media Server建立網絡連接配接并開始接收資料；

3.    連接配接到YP獲得Tracker；

4.    連接配接Tracker，釋出頻道資訊（ID和IP等）；

5.    Tracker将收到的頻道資訊廣播到YP；

6.    Yellow Page的Web頁面通路PeerCast(Yellow Page)獲得頻道資訊，以HTML形式釋出。

3.2      頻道中繼

頻道中繼

1.       與上遊節點（流媒體伺服器或者别的PeerCast節點）建立網絡連接配接，并接收頻道的媒體資料包；

2.       将接收到的資料包放入該頻道的循環緩沖隊列；

3.       接收到下遊節點（别的PeerCast節點或者本節點的媒體播放器）的連接配接請求後，向其發送循環緩沖隊列中的資料包。

3.3      頻道播放

頻道廣播

1.       從YP的Web頁面看到某個頻道，點選播放，系統将播放參數傳遞給PeerCast，PeerCast向YP查詢頻道的位置；

2.       YP根據路由表和路由選擇算法傳回多個頻道源（可能是Relay）給PeerCast；

3.       與上遊節點建立網絡連接配接，将接收資料包放入循環緩沖隊列；

4.       PeerCast調用Player，将收到媒體資料映射為包含URL的媒體檔案，并将位址傳給Player，Player通過此位址連接配接PeerCast，擷取循環隊列中的資料。

4 算法原理

4.1      路由協定傳遞

路由協定傳遞

一個PeerCast維護4類對外的連接配接：CRelay（PeerCast所看頻道的上遊或通過該PeerCast看頻道的下遊）、COut(PeerCast相連的Tracker)和CIn(PeerCast作為其他節點的Tracker)。與某個頻道相關的路由資訊（例如某個頻道增加了觀看者，即多了一個資料源提供者）在CRelay之間傳遞。新廣播的頻道和新增Tracker(某個節點成為Tracker，廣播源節點有機會成為Tracker)的資訊在COut和CIn之間傳遞。

路由資訊通過頻道的資訊更新函數（broadcastTrackerUpdate）定時産生，使用與其相連的PeerCast向外傳播，頻道資訊更新函數是路由資訊傳遞的源動力。

4.2      查找算法

       YP收到請求某個頻道的路由資訊時，查詢其路由表，根據最近最少使用和頻道源節點的帶寬容量，傳回多個頻道源位址。最近最少使用：距離上次通路時間差最長的節點。帶寬容量：節點目前提供服務的帶寬總和小于其設定帶寬。

如果YP本身有被查找頻道的資料，并且符合查找算法的要求， YP将為請求端服務，建立發送對象從該頻道的循環隊列讀資料發送給請求端。

查找算法流程圖

查找算法流程圖說明：

同一網絡：使用内網IP，在一個網關（NAT）内的節點，這些節點的特點是對外連接配接使用同一個IP。

NAT内節點：使用内網IP的節點，這些節點位于網關内，是以又稱為防火牆内的節點。

發送連接配接資訊到NAT内節點：由于使用内網IP的節點不能夠接受外部連接配接，是以當請求頻道的節點IP為外網IP，而頻道源節點為内網IP時，将通過與頻道源節點連接配接的Tracker給位于内網的頻道源節點發送消息，通知有外網節點需要其媒體資料，頻道源節點收到消息後主動向外網請求節點發起連接配接，傳輸媒體資料。這是穿越NAT的一種方法，由NAT内的節點主動發起連接配接。

4.3      離開/斷線處理

4.3.1      路由表

通過4.1提到的路由傳遞機制，本地儲存了與其相連的PeerCast發送的路由資訊。在需要查找路由資訊時，先查找本地路由表，如果沒有則求助YP。

4.3.2      斷線/離開

當檢測到連接配接節點斷線時，先查找本地路由表獲得路由資訊，連接配接新的接點；如果查找或連接配接失敗，則連接配接到YP獲得路由資訊。

對離開沒有進行單獨處理，節點離開相當于斷線。

5 問題和讨論

5.1      存在的問題

5.1.1      查找政策

目前的路由查找政策是最近最少使用和服務帶寬容量相結合，沒有考慮節點之間的延遲，根據延遲選擇最佳節點。

5.1.2      斷線/離開重連

斷線/離開時，節點所服務的子節點各自處理，子節點查找本地的路由表或連接配接到YP獲得頻道源，連接配接新的頻道源擷取資料。這種處理增大了子節點的媒體中斷時間，降低了收看的品質。

5.1.3      樹的平衡

       算法在節點加入和離開時沒有平衡樹的結構，這将使樹結構不平衡、層次比較高，進而增加了節點之間的傳遞延遲。

5.1.4      樹型結構的缺點

樹型結構的特點是節點僅從一個上遊節點擷取頻道資料，不能很好的發揮P2P優勢。

5.2      未來計劃

PeerCast盡管有一些問題和不完善的方面，但提供了一套完整的P2P流媒體解決方案，有很多可以借鑒的地方，比如頻道釋出和Yellow Page管理等。

在今後的研究中，計劃在PeerCast基礎上重構一個P2P示範平台。

平台有以下幾個特點：

1.       系統架構松散，可擴充，能夠運作多種P2P算法，以便于對比分析和研究算法。

2.       能夠輸出完備的測試資訊，比如：媒體延遲、帶寬占用、流暢度和掉線影響度等，通過這些資訊可以量化P2P算法。

3.       基于DirectShow的播放器。目前對于标準的ASF和WMV等媒體源，使用Windows Media Player播放，對于基于RTSP的AVS頻道源，使用mpeg4ip中的播放器播放，該播放器效率和穩定性不高。是以需要設計基于DirectShow的AVS P2P播放器。另外，可以将播放緩沖和P2P的緩沖相結合，提高播放流暢度，降低延遲和抖動。

6 參考資料

[1]      www.peercast.org

[2]      H. Deshpande, M. Bawa and H. Garcia-Molina, “Streaming Live Media over a Peer-to-Peer Network”, Stanford database group technical report (2001-20), Aug. 2001.

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