（计算机应用技术专业论文）基于jxta平台的流媒体传输技术研究与应用.pdf

大连理 ：火学硕士学位论文 摘要 j x t a 作为开发p 2 p 应用的基础平台已经在p 2 p 废用的各个领域得到广泛的应用， 怒是舒爵p 2 p 漉媒俸系统黪开发还缀少。警蘸缀多经予实翔殓段静p 2 p 滤媒俸巍矮系统 都使用自己的p 2 p 底层协议，相互之间缺少互通性。使用j x t a 平台来开发p 2 p 流媒体 系统不仅可以充分利用j x t a 提供的协议框架，而且为以后系统的扩展提供了w 能。 本文熬磷突曩静裁是缝台j x t a 这令基礁平台来开发p 2 p 滚媒体骚务系统。在以往 利用j x t a 乎螽来构建p 2 p 应耀中也存农视颓抟输的问题，但是冀解决方式是畿接在对 等点之间通过赢接连接用流媒体传输协议进行单播传输，存在多个带点连接到单个节点 的类服务器客户端行为。本文所实现的藻予j x t a 平螽的p 2 p 流媒体系统使用的数据 驱动静方法，不仅虿戳逶麓予蹇瑟系统，氇哥班逶建予蠢撵系统。鬓舞壹于采溺数据驱 动结构，其生成的网络拓扑结构是网状的，克服了树状结构在商层节点失效时带来的系 统整体容量和效率的下降，增强了系统的容错性和鲁棒性。 本文针瓣p 2 p 漉媒体舞发懿关键按零进行了深入麴疆究。主要工作包括：深入分辑 了j x t a 中的搜索发现机制，为系统实瑗解决了节患搜索和资源定位阔题；研究了p 2 p 流媒体传输的数据分配算法，设计了适成本系统需要的数据分配算法：分析了备节点选 取算法的优缺点，根据快速增加系统容爨的目标设计了快速选择算法；为实现程j x t a 掰络中无疆秘传辕数据，深入探讨了穿遴貔灾壤帮n a t 技术及奁 鼹a 孛豹实瑷菝零； 缀后在充分研究分析的基础上对系统进彳子了实现。 关键词：p 2 p ；j x t a ；流媒体；祝频点播 大连理工大学硕士学使论文 r e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no fs t r e a m i n gm e d i at r a n s m i s s i o n b a s e do nj x 霉a a b s t r a c t j x t aa st h eb a s i cp l a t f o r mi nt h ep 2 pd e v e l o p m e n th a saw i d er a i l g eo fa p p l i c a t i o n si n v a r i o u sf i e l d s ，b u ta g a i n s tp 2 ps t r e a m i n gm e d i as y s t e md e v e l o p m e n ti sv e r yl i t t l e m a n yo f t h e mr i s et h e i ro w np r o t o c o l si nt h ec u r r e n ts t a g eo fp r a c t i c a lp 2 pl i v es t r e a m i n gm e s a s y s t e m s 。期娃sh a sl e dt ot h el a c ko fi n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e n 出黜j x t ap l a t f o r mw h a tb e u s e dt od e v e l o pt h ep 2 ps t r e a m i n gm e d i as y s t e mc a nn o to n l ym a k ef u l lu s eo fc o m m o n j x t af r a m e w o r k ，b u ta l s oe x p a n s i o no f t h es y s t e mi nt h ef u t u r e 伯ep u r p o s eo ft h es t u d yi st od e v e l o pt h ep 2 ps t r e a m i n gm e d i as y s t e mb a s e do nj x t a i nt h i sp a p e r 。斑t h ep a s tu s eo f t h e r ea r ea l s oh a v et h ev i d e ot r a n s m i s s i o np r o b l e m st od e v e l o p p 2 pa p p f i c a t i o nb yj x t a ，b u ti t ss o l u t i o ni sd i r e c tl i n k ，t h ee x i s t e n c eo fm u l t i p l en o d e s c o n n e c t e dt oas i n g l en o d eo ft h ec l a s ss e r v e r c l i e n tb e h a v i d f s 曩l ep 2 ps t r e a m i n gm e d i a s y s t e mb a s e do nj x t a u s et h ed a t a - d r i v e na p p r o a c hi 1 1t h i sp a p e r i tc a nn o to t f l ya p p l yt ot h e b r o a d c a s ts y s t e m ，c a l la l s oa p p l yt ot h ev o d s y s t e m o nt h eo t h e rh a n di t sn e t w o r kt o p o l o g y , w h i c hh a so v e r c o m et h et r e en o d ef a i l u r ea tt h et o pl e a dt ot h eo v e r a l ls 榉t e mc a p a c i t ya n d e f f i c i e n c yd e c l i n e , e n h a n c e st h es y s t e m sf a u l t - t o l e r a n ta n dr o b u s t ， i nt h i sp a p e rw es t u d yt h et h r e ek e yt e e h n o l o g i e sa b o u tp 2 ps t r e a m i n gm e d i as y s t e m d e v e l o p m e n ti nd e t a i la n di nd e p t h t h em a i nj o b so ft h i sp a p e ri n c l u d e ：f i r s t l y , s t u d yt h e j x t as e 鲥c hm e c h a n i s mi nd e p t ha n dc o n c l u d ei tc a nb ea p p l i e dt ot h er e s o u r c el o c a t i o no f p 2 ps t r e a m i n gm e d i as y s t e m s e c o n d l y , w es t u d yt h ec l a s sd a t ad i s t r i b u t i o na l g o r i t h ma n d a n a l y z ei t sl i m i t a t i o n s s ow ed e s i g nt h ed y n a m i cd a t ad i s t r i b u t i o na l g o r i t h m t h i r d l y , w e a n a l y s i st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fs e v e r a ln o d es e l e c t i o na l g o r i t h m s 。a n dt h e ni n a c c o r d a n c ew i 氇t h eg o a to fq u i c k l yi n h e r et h es y s t e mc a p a c i t yw ed 铺 掰t h eq u i c kn o d e s e l e c t i o na l g o r i t h m f o u r t h l y , t oa c h i e v et h ej x 了an e t w o r ku n h i n d e r e dt r a n s m i s s i o no fd a t a , i n - d e p t hp e n e t r a t i o no ft h ef i r e w a l la n dn a tt e c h n o l o g ya n dt h er e a l i z a t i o no ft h ej x t a f i n a l l y , t h es y s t e mh a sb e e nr e a l i z e d k e yw o r d s ：p 2 p ；j x t a ；s t r e a m i n gm e d i a ；v o d i l l 独创性说明 作者郑熏声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文幸不包含英毽人已经发表或撰写酶研究成果，也苇包舍秀获替穴连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所散的贡献均已在论文申散了盼确她说明并表承了谢意。 作者签名； 星犸 日期： 枷管 人连理工大学硕十研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：盈勉 导师签名： 型丝星年, e l j l e t 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1 研究背景 随着计算机网络技术的进一步发展，网络带宽的提升和计算机硬件性能的提高，用 户对音视频的需求进一步提高。人们从网上获取音视频信息的方式有两种方式：一种是 先下载全部文件，然后使用本地播放器来播放；另一种就是一边下载一边播放的方式。 后一种方式采用的就是流媒体技术。但是由于流媒体应用对网络的带宽、丢包、延迟和 抖动等网络服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 都有严格要求，而目前的i n t e m e t 难以提 供q o s 保证，这使得流媒体应用难以满足用户对服务质量的需求。另外网络与客户端通 常都具有较大的异构性，如何满足具有不同接入速度的用户享受不同服务质量的流媒体 业务，也是流媒体系统需要解决的问题。 当前针对流媒体系统的研究主要集中在两个方向上。一个方向是重点研究编码技 术，期望通过新的视频编码技术来推动流媒体技术的发展，特别是针对可伸缩性编码方 式( s c a l a b l ee n c o d i n g ) 的研究是当前的热点。可伸缩性编码方式将视频内容编码分为若 干个互不相交的视频层，接收端只需要接受一定数量的视频层，就可以解码还原得到视 频画面，质量取决于接受到视频层的数量。这样就可以根据实际的网络带宽情况选择合 适的接收数据，达到了有效而充分的利用带宽的效果。当前主要研究成果包括精细可伸 缩编码( f i n eg r a n u l a r i t ys c a l a b i l i t y ，f g s ) 、累进的精细编码( p r o g r e s s i v ef i n eg r a n u l a r i t y s c a l a b i l i t y ，p f g s ) 和多描述编码( m u l t i p l ed e s c r i p t i o nc o d i n g ，m d c ) 等。另一个方向将 研究重点放在网络传输技术上，通过实用的网络传播技术促进流媒体的应用。在流媒体 系统的发展初期，仅限于小范围的应用，采用的技术主要是i p 组播技术，研究成果包 括单速率组播，流复制组播和分层组播等。随着i n t e r n e t 的普及和p 2 p 技术的出现，将 流媒体系统同p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 技术结合成为当前针对网络传输技术研究的热点问题。 1 2 p 2 p 流媒体技术研究现状 流媒体系统在初期采用的是基于网络层i p 组播技术的客户朋匪务器( c l i e n t s e r v e r ) 结 构，多个客户端直接连接到一个服务器上请求服务，这时的瓶颈就集中在服务器的存储 容量和对外提供的带宽，同时由于网络层i p 组播技术存在可扩展性差、缺乏拥塞控制、 难以管理、部署难度大等各种问题，这就使得这样的流媒体系统无法得到大规模的应用。 随后的内容分发网络( c o n t e n t d e l i v e r y n e t w o r k ，c d n ) 的发展，虽然无论在速度还是在 质量上都使得流媒体技术有了质的提高，但是它高昂的硬件费用也限制了流媒体技术的 推广。而p 2 p 技术的非中心化特点恰恰克服了传统流体系统客户机朋艮务器结构中容易 基于j x t a 平台的流媒体传输技术研究与实现 出现的服务器瓶颈问题，同时解决了网络异构性问题，并提升了系统的可扩展性和鲁棒 性。p 2 p 流媒体技术通过p 2 p 的网络结构，可以实现不同网络情况下的可适应的流媒体 传输。其中每个节点既是接受数据的客户端，同时又是发送数据的服务器，这样虽然给 每个节点带来了一定的负担，但在整体的传输上更为灵活和高效。 对p 2 p 流媒体技术的划分方法很多，本文根据其覆盖网络( o v e r l a yn e t w o r k ) 的组织 结构上分为两类，即基于树的覆盖网络结构和数据驱动随机化的覆盖网络结构，如图1 1 所示。基于树的覆盖网络结构的p 2 p 流媒体系统属于单源系统，即系统建立在应用层组 播技术的基础之上，由一个发送者向多个接收者发送数据，接收者有且只有一个数据源。 服务器和所有客户节点组织成组播树，组播树的中间节点接受来自父节点组播的媒体数 据，同时将数据以组播的方式传送给予节点。而数据驱动随机化的覆盖网络结构的p 2 p 流媒体系统属于多源系统，即由多个发送者以单播的方式同时向一个接收者发送媒体数 据【”。 1 2 1 基于树的方法 这种方法利用所有参与节点在应用层中构建一个树型拓扑结构。树的根节点是数据 源，树上每个节点在接收数据的同时转发数据，通过“父予”节点对的单播转发形成 组播。其中，组播树上的节点都是请求同一节目，且只从其唯一的父节点来获取节目。 典型的数据传输方式是节点收到数据包后，就把该数据包的拷贝转发给它的每一个子节 点。这种结构以其单播方式具有传播速度快，可控性强和无需底层网络路由支持的特点， 尤其适用于节目请求率高、并发请求量大的应用。但是这种方法一个必须要面对的问题 就是树结构的维护。在节点加入时，系统需要为其找到适合的父节点并为其分配适当的 子结点；在节点离开是，需要为其子结点重新寻找适当的父节点。特别是在某节点突然 崩溃或者其性能显著下降时，它的子结点都将受到数据接收停止或接收速度快速下降等 影响，这种情况在越接近树的根节点越严重。同时在构建树结构时避免出现环也是一个 必须要解决的重要问题。此外，在该结构中大多数节点都是叶子节点，它们的上行带宽 并没有被充分利用。为了解决这些问题，已经提出了一些相应改进方法，如基于多重树 的方法t 2 j o 等。 当前基于树结构的应用层组播技术有基于隐含构架的应用层组播树协议c a n e 3 】；基 于直接构建的应用层组播协议n i c e e 4 1 、z i g z a 9 5 】和应用级组播系统o v e r c a s t e 6 1 ：以及基 于传统的流调度策略的应用层组播p 2 c a s t t7 】等。 由于基于树结构中的节点只需要保存邻居节点和部分非邻居节点的状态信息，减少 了大量控制信息，使得整个结构的扩展性得到了提高。但是基于树结构的组播技术也存 大连璎工大学联学位论文 农明显翡缺点，一方瑟在节熹豹鸯嚣入秘懑懑过程孛都需要考虑舔路捡溺静瓣磁，遮魏嚣 臻维护大量豹控制信息，也相应增加了簸杂性，另一方面，由于节点的意静离开或者失 效造成拓扑结构的突变和传输的暂停，黼树结构组播协议往往不能提供足够的状态信息 斧h 健壮的恢复机制来快速修复组播树，而溉成可靠性的下降。 1 2 2 数据驱动方法 数据驱动的覆盖网络与基于树结构的最大不同在于它不组建和维护一个传输数据 的明显拓扑结构，而是用数据的可用性去弓l 导数据流，从而形成类网状的拓扑缁构，从 糯达到无需在动态p 2 p 网络环境下举鞭缀护特定拓扑结构的效果。当前典型的楚使鹰 g o s s i p 陡议梅建戆p 2 p 流媒体系统。巍g o s s i p 终议中，节点给一组随税选择豹繁点发 邀瑟雯藏豹瀵惑，接受节熹峦采震鹾阏豹方式耱发，蒎诧类箍荬链苓熹氇骰鬻稃瓣动铃， 嶷戮该渣怠诺送妥所有参与节熹。密予瓣嚣标节点进行疆税选择，所夔这秘方式霹叛在 涮络节点随机失效的情况下使系统获褥较好的容错性和键壮性。但是也正因为秘标节点 的随机选取导致随机传输数据的大量冗佘。也使得这类系统不适合流媒体意播藏用。 图1 1 基于树的覆藏网络数据传输和数据驱动数据传输 f i g l 1 t r e e - b a s e ds y s t e ma n dd a t a - d r i v e ns y s t e m 在没有明确的拓扑结构支持下，最小化肩动和传输时延成为主要问题。为了解决这 然问题，一些解决方案，例如c h a i n s a w 【8 】、c 0 0 1 s t r e a m i n 誊9 】采用拉取技术，即节点维持 组伙伴并周期性地同伙伴交换数据可用性信息，接着节点可以从一个或多个伙伴找回 没商获褥的数据，或者提供可用数据绘伙伴。这样由于节点只在没有数据时去主动获取， 铁蕊避免了数摄冗余。同时由于任一数攒块霹戆在多个饮俘上可用，所以覆麓嬲终对拜重 教怒魏) | 圭戆。舅辩夔瓠铯懿软锌关系懑跨繁节赢藤鹣潜在豹霉爱荣宽霉渡被突衾戮翔。 基于j x t a 平台的流媒体传输技术研究与实现 这类以数据驱动方式构建覆盖网络的p 2 p 流媒体技术研究涉及三个基本问题 1 1 , 1 2 】： ( 1 ) 资源定位，即在没有建立特定结构化拓扑的前提下，节点如何寻找所需的媒体 数据。 ( 2 ) 媒体流调度与控制，也就是数据分发技术。主要包括节点选择问题和数据分配 问题，即如何为请求节点选择服务节点和多个服务节点采用何种策略将数据传输到请求 节点上。 ( 3 ) 媒体数据布局与存储。因为媒体文件数据量大，而节点的存储资源有限，需要 解决如何将媒体数据切分并在已被服务节点中冗余布局来保证较小的播放启动延迟和 拖动延迟。 1 3 本文的主要工作 j x t a 作为开发p 2 p 应用的基础平台已经在p 2 p 应用的各个领域得到广泛的应用 【1 3 】，但是针对p 2 p 流媒体系统的开发相对较少。当前很多处于实用阶段的p 2 p 流媒体 直播系统都使用自己的p 2 p 底层协议，相互之间缺少互通性。使用j x i a 平台来开发 p 2 p 流媒体系统不仅可以充分利用j x t a 提供的协议框架，而且为以后系统的扩展提供 了可能。 本文的研究目的就是结合j x t a 这个基础平台来开发p 2 p 流媒体服务系统。在以往 利用j x t a 平台来构建p 2 p 应用中也存在视频传输的问题，但是其解决方式是在对等点 之间通过直接方式，采用流媒体传输协议进行单播传输，存在多个节点连接到单个节点 的类“客户服务器”行为，这样就没有充分利用各节点自身的能力，达到结合p 2 p 网 络特点的效果。本文所实现的基于j x t a 平台的p 2 p 流媒体系统利用j x t a 虚拟覆盖网， 采用数据驱动方式，不仅可以适用于直播系统，也可以适用于点播系统。另外由于采用 数据驱动结构，克服了树状拓扑结构在高层节点失效时所带来的系统整体容量下降和效 率降低的问题，增强了系统的容错性和鲁棒性。 主要工作包括：深入分析了j x t a 中的搜索发现机制和j x t a 提供的内容管理服务， 并针对j x t a 内容管理的不足设计了基于分布式哈希表( d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ，d h t ) 搜索方式的资源发布与搜索模型，提高了资源定位的搜索效率：研究了p 2 p 流媒体传输 的典型数据分配算法，根据网络动态性的需求设计了动态数据分配算法：分析了各节点 选取算法的优缺点，根据快速增加系统容量的目标使用带宽优先节点选择策略并给出相 应算法；为实现在j x t a 网络中无阻碍传输数据，深入探讨了穿透防火墙和网络地址转 - 4 大连理工大擘疆士学位论文 揆器( n e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t o r ，n a t ) 技术及在j x t a 孛懿实瑗；最嚣褒炎分舔究分 析的基础上实现了集即时消息通讯、文伟获亭和视频点播功能豹p 2 p 应用。 1 4 论文的组织结构 本文共分为五章，具体内容如下： 第一章介绍了课题的研究背景、p 2 p 流媒体技术研究现状、本文的主要工作和论文 的缌织结构。 第二章概要介绍了系统相关的技术熬础。其中包括流媒体技术的数据传输方戏、传 输协议和j a v a 媒体框架，另外就楚哭予j x t a 的基本概念、层次结构和核心协议。 麓三章详细分提了系统令关键技零黪镑鼹不同懿嚣求进行了相应的改邀。罄悠分辑 - yj x t a 豹发瑷策貉、遘程窝j x t a 疆揆豹痰容l 曼务，莠铮霹其孛豹不楚设诗了蘩予 d h t 静资源发布和援索方法；隧嚣蹿数据俦输中的数据分配策洛和节点选辑繁烙避行 了深入豹研究，并根据系统的设计秘栎掇出了相应的改进算法；最后研究了p 2 p 阙络中 彝勺穿越防火墙和n a t 技术及其在j x t a 巾的实现。 第四章开发了集即时消息通讯、文件共亭和视频点播功能为一体的p 2 p 应用，将以 上的研究成果应用到实际开发之中。 最后的结论部分总结了本文所作工作，并明确了工作的不足和将来的方向。 基丁j x t a 平台的流媒体传输技术研究与实现 2 技术基础 本章分两个方面介绍了论文涉及的相关技术。首先介绍了的流媒体的基本概念和 和相关技术，然后介绍了本文用到的j x t a 主要概念和核心协议。 2 1 流媒体技术 流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 指在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音视 频数据流，从而实现让用户一边下载一边观看、收听，而不需要将整个文件下载到本地 后才可以观看的网络传输技术。流媒体数据流具有三个特点：连续性( c o n t i n u o u s ) 、实 时性( r e a l t i m e ) 、时序性，即其数据流具有严格的前后时序关系。由于流媒体的这些特 点，它已经成为在i n t e m e t 上实时传输音视频的主要方式。本质上，流媒体技术是一种 在数据网络上传递多媒体信息的技术。目前数据网络具有无连接、无确定路径、无质量 保证的特点，给多媒体实时数据在数据网络上的传输带来了极大的困难，流媒体技术的 主要目标就是通过一定的技术手段实现在数据网络上有效地传递多媒体信息流。 2 1 1 数据传输方式 ( 1 ) 广播与组播 流媒体服务系统发展的起始阶段采用的是单服务器结构，整个流媒体服务由一个服 务器提供，使用的基础技术就是广播和组播。广播方式是将数据包发送给网络中的所有 用户，客户端只要响应接受就可以得到服务。组播方式是服务器将数据发送到指定的组 中，只有加入该组的用户可以接受数据。 广播方式在实现上比较简单，但只有在底层支持广播的网络上才能实现，使得广播 方式通常只能在小范围内使用，而且还容易引起广播风暴。而在组播方式中，实现了一 对多的高效数据传输，但是无法保证可靠性。当前的很多实时的多媒体会议及教育系统 都是基于组播技术实现的【1 4 】。 ( 2 ) 分组融合 融合技术在于将针对于同一节目请求的时间比较接近的多个媒体节目流合并为一 个流以减少开销。融合技术同分组技术的基本出发点是相同的，都是为了使得多个用户 共享同一媒体节目流。与分组技术不同的是，融合技术首先保证即时响应用户请求，然 后根据情况，对相同节目且时间接近的多个媒体节目流，在时间相对较快媒体节目流中 插入一些本不必要的帧( 如重复帧) 以减慢其步伐，相反，在时间相对较慢媒体节目流中 大连理工大学硕士学位论文 丢弃一些帧( 如不重要的帧) 以加快其步伐，一旦出现媒体节目流同步时，就让它们共享 一个信道，从而达到节约带宽资源目的，以让更多的用户能得到服务。 分组融合技术是分组技术和融合技术的结合物 1 5 】。一方面，使用分组技术，对用户 进行分组，同组用户共享信道；另一方面，使用融合技术，将节目相同且时间接近的不 同信道进行融合，使小组成为大组。这样，将更加提高网络带宽的利用率，也减少系统 开销。 ( 3 ) 内容分发网络( c d n ) c d n 【1 6 】( c o n t e n td d i v e r yn e t w o r k ) 技术通过在用户访问相对集中的地区广泛部署 各种缓存服务器，利用全球负载均衡技术( g s l b ，g l o b a ls e r v e rl o a db a l a n c e ) ，将用户 的访问指向离用户最近的缓存服务器上，从而达到降低和平衡网络负载的目的。如果缓 存服务器中没有用户要访问的内容，它会根据配置自动到原服务器去抓取相应的数据信 息提供给用户，并保留一份副本在本地。c d n 提供了很好的服务质量，但价格相对昂 贵，因此在大规模实现上存在困难。 2 1 2 流媒体的传输协议 目前，支持流媒体传输的协议主要有实时传输协议( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l ， r t p ) 、实时传输控制协议( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l ，r t c p ) 和实时流协议 ( r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c o l ，r t s p ) 。流媒体协议栈如图2 1 所示。 图2 1 流媒体协议栈 f i g 2 1 s t r e a m i n g m e d i a p r o t o c o ls t a c k ( 1 ) 实时传输协议r t p 基于j x t a 平静的流媒体传输技术研究与实现 r t p ( r e a l - t j m e t r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) b t 是i e t f 的a v t 工作组专门为脊频和视频等 实对数据待输翎定酶i n t e r a c t 标礁，麓实辩数据的转输援供点对点豹嚣终传辕缀务。r t p 禳定义兔在一砖一藏一对多戆蕊稔情掇下工俸，箕磊懿蹙挺供鞋孪阗蔫惠窝爽瑗流露步。 r t p 的典型应用建立在u d p 上，假也可以在t c p 或a t m 等其他协议之上工作。曙 本身只保证实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不 提供流量控制溅拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。 r t p 的服务 羁爱r t p 蜀辍谈爨数据滚魏炎慧，臻定数舞雹豹鬏痒号，阕多寒垂不瓣数据源豹 媒体流。但是r t p 不保证r t p 数据色至达接收方的顺序和发送它们的顺j | 葶致，甚至 不保证r t p 数据包是否能到达接收方。接收方负责重蟪数据包的顺序，并通过包头信 息监测是否有激包现象。 r t p 巾的几个重要概念 r t p 会话( r t vs e s s i o n ) ：r t p 会遗搓若于蓑援r t p 遴赡黪痤弼程序熬嶷台。一令 r t p 会话由一个瓣络缝蛙和一对端掰号标识，其中一个端口号传输r t p 数爨包，另一 个传输r t c p ( r e a l - t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 数据包。 参与者( p a r t i c i p a n t ) ：指r t p 念话的参与者。参与者可以是网络设备、计算机终端 或用户。一个r t p 会话的参与者由被动接收数据的接收者和主动发送数据的发送者组 成。 r t p 鼗撵像彝孽缭 奄：在r t p 会话中，多媒俸数据藉毽成一系列夔数箨毯传辕，逶 常称为r t p 流。数据包由包头和有效负载两部分组成，包头的结构如图2 2 所示。 日123 n12a 雌s67 89d1234 s 678 9 0123 耳s6 7 8 9 01 1 1 , 1 = 2 l p l l m 4 f - - 4 1 一+ 一+ 一一一+ 一+ 一一一+ 一+ 一+ 一4 - 一一+ 一+ 一+ 一+ m - i - 一十一+ 一+ 一 x l c c l h i p t ls e q u e n c en u m b e rl 4 f - - - f r 一- i f - - - i k 一- i f - - + 一+ 一+ 一+ 一+ 一一 一 t i m e s t a m pl 一+ 一+ 一十一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一一+ 一+ - t 一一+ 一+ 一一+ 一+ is ，n c h r o n i 2 a t i o ns o m c efs s r c )i d e n t i f i e ri 4 - - + - + - + _ + _ + - = + = + i l + = + l + _ - + i + - + t + - + = + 2 十+ + = - i b = - i f = + = + = + 4 + 4 + + _ + _ + lc o n t r i b u t i n gs o u r c e ( c s r c ) i d e n t i f i e r si l 1 黧2 2r 疆惫头结构 f i g 2 。2 t h er t ph e a d e rf o r m a t 一8 大连理工大学硕士学位论文 r t p 数据报的格式镪禽了传输媒体的类型、格式、序列号、时问戳以及怒甭有附 加数据等信息，这些都为寅时的流媒体传输提供了糊应的基础。r t p 协议的目的是提 供实时数据( 如交互式的鸯频和视频) 驰满到端传输服务，因此在r t p 中没有迄按的概 念，它可疆建立在赢层静蕊淘连接或稀淘菲连接的话谂协议之上；r t p 氇不蔹赣予特 别的网络地址格式，而仅仅只需要底层传输协议支持组帧( f r a m i n g ) 和分段 ( s e g m e n t a t i o n ) 就足够了；另外r t p 本身还不提供任何可靠性机制，这些都要由传输 游议或者应髑程序塞己卷绦谖。在本系统孛，r t p 怒在u d p 协议之上终麓黩翅程亭 豹一部分加叛实现的。 r t p 协议就提供了时间标签，序列号以及其它的结构用于控制适时数据的流放。 在流的概念中“时闻标签”是最重要的信息。发送端依照即时的采样在数据龟墨隐蔽 静设置了辩黼标签。在接受臻竣翻数强镪螽，就禳爨对闽标签按照歪确豹速率恢复或 原始的适时的数据。不同的媒体格式调时属性是不一样的。但是r t p 本身并不负责同 步，r t p 只烂传输层协议，为了简化运输层处理，提高该层的效率。将部分遂输层协 议魂齄( 魄魏滚量控制) 上移至l 应用层完成。嚣步就楚耩于应用层协议完成熬。它没骞 运输层强议的完整功能，不提供任何辊制来保证实时地传输数据，不支持资澈颈罄， 也不保证服努质量。r t p 报文甚至不包括长度和报文边界的描述。同时r t p 协议的数 摆报文和控制摄文的使用棚邻的不同端口，这样大火提高了协议的灵活性和处理的箍 肇洼。 r t p 协议和u d p 二者共同完成运输层协议功能。u d p 协议只是传输数据包，不 管数据包传输的时间顺序。r t p 的协议数据单元是用u d p 分组来承载的。在承载r t p 数据包的时候，有时候一犊数据被分割戏足个包具鸯楣圆的时闼撅签，刘可良知道对 闻标签并不怒妊须的。丽u d p 豹多路簸用诖r t p 秘议剩用支持驻式的多点投递，可 以满足多媒体会话的需求。 r t p 协议最然是传输殿协议但是它没有作为o s l 体系结构中单独的一层来寓现。 r t p 凌毒义逶鬻裰据一令墓髂戆瘟矮寒鬟供l 受务，r t p 炙疆珙貉浚摇檠，瑟发豢褥班摄 据应用的具体要求对协议进行充分的扩展。 ( 2 ) 实时传输控制协议r t c p 因为r t p 不提供饪馋保证及时的傣输帮服务蕨爨鲍辊制，a 、棵到定了r t c p 来增 强r t p 的服务。通过r t c p ，可敬蕊褫数锯铸输质激，控制和篓黪jr t p 传输。但是这 种交互也仅仅是非常简单的交互，它不提供明确的成员建立机制，不能满足所有的通 信需要。如粜在特定的应用中，服务质蘸是第一位的，r t p 也可以使用面向谶接的资 源预蜜蛰议( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，r s v p ) 羧务。 基于j x t a 平台的流媒体传输技术研究与实现 r t c p 包的类型 r t p 会话期间，参与者除了发送媒体数据包，它们之间也周期性地互相发送r t c p 包。r t c p 包包含着服务质量、数据源及已发送数据的统计信息。r t c p 包有以下几种 类型： s e n d e rr e p o r t ：发送者报告，由发送数据包的一方发送。发送者报告( s r ) 包含着 已发送数据包和比特总量信息，同时也有可供同步多媒体流的同步信息。 r e c e i v e rr e p o r t ：数据接收者周期性地向数据发送者发送接收者报告( r r ) 。r r 包 含丢失数据包的数量、接收到的数据包的晟大序列号及传输延时等信息。 s o u r c ed e s c r i p t i o n ：数据源描述包( s d e s ) 。s d e s 包必须包含数据源名称c n a m e ， 除此之外也可以包含一些诸如电子邮件地址、电话号码等附加信息。 b y e ：当一个数据源不再是活动的时，会发出r t c pb y e 包，说明退出会话的原 因。 a p p l i c a t i o n - s p e c i f i c ：a p p 包提供给应用程序通过控制端口发送用户自定义信息的 机制。 r t c p 数据报携带有服务质量监控的必要信息，能够对服务质量进行动态的调整， 并能够对网络拥塞进行有效的控制。由于r t c p 数据报采用的是组播方式，因此会话 中的所有成员都可以通过r t c p 数据报返回的控制信息，来了解其他参与者的当前情 况。在本系统中，发送媒体流的应用程序周期性地产生发送端报告s r ，该r t c p 数据 报含有不同媒体流问的同步信息，以及己经发送的数据报和字节的计数，接收端根据 这些信息估计出实际的数据传输速率。另一方面，接收端向所有已知的发送端发送接 收端报告r r ，该r t c p 数据报含有已接收数据报的最大序列号、丢失的数据报数目、 延时抖动和时间戳等重要信息，发送端应用程序根据这些信息估计出往返时延，并且 根据数据报丢失概率和时延抖动情况动态调整发送速率，以改善网络拥塞状况。 r t p r t c p 的应用 以建立在u d p 上的应用为例，通常在程序启动时，会打开两个连续的端口，通常 偶数端口分配给r t p ，奇数端口分配给r t c p 。通过r t c p 建立连接，会话过程中通 过r t p 传送多媒体数据，各参与者周期性地传送r t c p 包。r t c p 包中含有已发送的 数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动 态地改变传输速率，其至改变有效载荷类型。r t p 和r t c p 配合使用，它们能以有效 的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。 1 0 大连理工大学硕士学位论文 2 1 3j a v a 媒体框架 j a v a 媒体框架( j a v am e d i af r a m e w o r k ，j m f ) 是一组用来将时基媒体( 视频和音频) 集成到j a v a 应用程序和j a v a 小应用程序的应用程序编程接口，它扩展了j 2 s e 平台 多媒体功能，可以将音频、视频和其它时基媒体整合到j a v a 应用程序和小程序中， 为升发多媒体应用程序提供了强有力的开发工具箱。 j a v a 应用程序，j a v aa p p l e t s ，d a v ab e a n sl 控制管理器配置管理器 图2 3j l f 体系框架 f i g 2 3 j m fa r c h i t e c t u r e j m f 提供了一个统一的架构和通信协议来管理基于时间媒体的获取、处理和传输， 并支持a v i 、m i d i 、m p e g 、q u i c k t i m e 和w a v 等几乎所有常见的媒体类型。j m f 体系框架参见图2 3 。j m f 主要包括两部分：j m fa p i 和j m fr t pa p i 。j m fa p i 主要 功能是捕获、处理、存储和播放媒体，支持媒体捕获并能够满足应用程序开发人员对 媒体处理和回放进行控制的要求；j m fr t pa p i 提供实时传输r t p 的支持，主要实现 在网络上传输和接收媒体流。 j m f 提供的模型可以分为6 类： ( 1 ) 数据源( d a t as o u r c e ) ：包含了媒体数据流； ( 2 ) 捕捉设备( c a p t o rd e v i c e ) ：可以截取音频或视频数据的硬件； ( 3 ) 播放器( p l a y e r ) ：实现对音频视频的播放； ( 4 ) 处理器( p r o c e s s o r ) ：p r o c e s $ o l 接口继承了p l a y e r 接口，也是一种播放器； ( 5 ) 数据格式( f o r m a t ) ：保存多媒体数据的格式信息； ( 6 ) 管理器( m a n a g e r ) ：负责对j m f 中类的管理。 基于j x t a 平台的流媒体传输技术研究与实现 2 2j x t a 平台研究 j x t a 是s u n 公司提出的一个p 2 p 网络底层支撑平台，它极大的简化了大量分布 式应用与服务的构建过程。j x t a 通过定义的一组通用标准化协议，在现有的网络基础 之上建立一个虚拟的p 2 p 网络，实现节点间相互通信。j x t a 是为了构建p 2 p 网络而 制订的一组协议，是处理构建p 2 p 网络所碰到的问题的解决方法，是p 2 p 应用程序开 发的运行平台。其最终目的是实现不同p 2 p 应用的相互通讯，为所有p 2 p 应用开发提 供同一的底层机制。由于j x t a 平台在设计之初所提出的目标和宗旨，也决定了它与 其他p 2 p 系统相比具有独特的优点：互操作性、平台无关性和设备无关性。 2 2 1j x t a 的基本概念 构成j x t a 系统的核心组件主要有：对等点、对等组、管道、消息、广告和服务 等。下面本文将对这些基本概念进行一一介绍【1 8 】。 ( 1 ) 对等点( p e e r ) 对等点是j x t a 网络中的基础实体，可以是能够在网络上使用j x t a 协议进行通 信的任何对象。它实现了一个或多个j x t a 协议，所以对等点既是服务的消费者，又 是服务的提供者，如智能卡、移动设备、桌面计算机、大型服务器等。对等点可以独 立存在并同其它对等点进行通信，对等点之间进行消息通信时候，并不需要每个节点 之间直接连接，通常可以利用中间节点来进行消息转发。 ( 2 ) 对等组( p e e r c _ r r o u p ) 对等组是一个由多个对等点共同参与的集合，在一个组中所有的对等点支持共同 的服务。它能够组织各个对等点，并发布只对组成员可用的服务。一个对等点可以自 由的创建一个组或者加入一个组，也可以选择从组中离开。每一个对等组用一个唯一 的p e e r g r o u pi d 标识符标识。 ( 3 ) 管道( p i p e ) 在j x t a 网络环境中，对等实体彼此之间建立的虚拟的、用于单向异步通信的抽 象逻辑通道被称为管道。对等实体使用管道来发送和接收任意类型的消息( 如数据、文 件、程序代码、多媒体内容等) 。管道被认为是虚拟的是因为对等实体使用管道通信时 不需要知道彼此的实际网络地址【1 5 l 。管道实质上是对等实体群内的一种资源，通过管 道服务可实现管道实例。管道具有端点，但并不是在某一特定的对等实体上。一个已 存在的管道能够重定向到另一个对等实体上，不同的对等实体可以随时“捡起”管道 实例( 服务) ，连接到管道的端点上。 大连理工大学硕士学位论文 当前在j x t a 平台中实现了三种不同类型的管道寻址方案： 点对点管道( p o i n t - t o p o i n tp i p e ) ：点对点的管道采用单向异步通道来连接两个 不同管道，发送消息的输出管道把消息直接发送给等待接收