（计算机系统结构专业论文）基于p2p的媒体点播系统的设计与实现.pdf

摘要 题名：基于p 2 p 的媒体点播系统的设计与实现 硕士研究生姓名：方群 导师姓名：吉逸 学校名称：东南大学 “基于p 2 p 的媒体点播系统的设计与实现”论文是结合科技部。十五”重大科技攻关项目“网络教 育关键技术及示范工程”的“非实时教学系统”课题进行的论文旨在研究对等网络( p 2 p ) 技术的体系结构、 基本协议、搜索技术、应用领域和特点，并结合目前标准的p 2 p 网络平台j x r a 技术，提出了基于p 2 p 的 媒体点播系统的资源搜索应用模型，并着重阐述了其中资源搜索的功能框架，实现了灵活、高效、开放、 适应性较强的媒体点播系统互联方案。 论文首先介绍了网络教育的概况和特点，并将其与传统教育模型进行了对比，同时也介绍了媒体点播 系统( m o d ) 的体系结构、系统组成和工作原理，接着讨论其在资源利用方面存在的若干问题，介绍了利用 p 2 p 搜索路由技术解决媒体点播系统中的资源共享问题的思路。 其次，介绍了p 2 p 网络的基本知识，包括其构成、特点、分类、研究内容和应用领域，重点阐述了资 源搜索模型并分析了几种典型搜索模型的优缺点 再次，j a 协议是p 2 p 领域中具有开放性、标准化、与平台无关等特性的主流应用程序开发平台， 本文原型系统构建于此，因此本文对j x 队的关键技术也做了深入研究，包括j x i a 概念、体系结构、基 本组成要素，重点介绍了t a 的重要协议以及搜索技术等。 第四，在理论分析的基础上，针对实际环境中对资源共享的要求，建立了基于p 2 p 的媒体点播系统互 联的体系结构和功能框架，概要描述了系统的组成和工作原理，然后详细阐述了媒体点播系统互联的资源 发现和搜索、资源预订、查询路由等各项功能的设计与实现，并通过仿真分析显示了系统在性能和效率方 面的优越性。 最后，论文总结了基于p 2 p 的媒体点播系统的优点和不足之处，并指出了今后需要改进的方向。 关键字：媒体点播p 2 pj a 搜索预订路由 a b s t r a c t d 翻i 弘蛐di n l p l e m e n to f m e d i a 伸d 咖n ds y s t 绷b 舯e d 佃p 2 p e n g q 哪 黼d b y j i 矾 s o u 恤c 埘u n i v e r s i t y 1 1 l i sp 印d i 弘a n di m p l 锄e n to fm e d i a d e m n ds y s t c mb a 8 e d 帆p 2 p ，i si n t e 铲啦dw 油t h e n o n - 鼬m 砸m e e d u c 撕吼s y s t e m ”劬j t 船a 如b 喝僵t e m o f m o s t ( m 】蛳o f s c i e c 蛐dt e c h n o l o g y ) n 撕锄a lk c y h o l o g i 翻r & dp r 咏衙o f t l 璩1 t 伽皿伽e - y e 缸p i 龇n e t w m ke d i l c 撕o l il 叻i l n o l o g y a n dd e m 锄s n 6 p 删e c l 1 ka i do ft b i sp a p 盯i 8t or 鹤e a r c ht h ei 心勰劬岫b a s i cp r a t o c o l s ， s e 嬲洫n gt e 炯o l o 暑瓢a p p l i c 撕锄蛐df b a t u r e s0 fp c 褂t o - p e 口n 咖。血f t i i e m 口e ，c 伽曲i 岫呜j x i 氆a 册r 拟i t 舳d a r dp 2 pm 拥脱kp l a t e b n n ，t h i sp 印盯p 曲f b 聊a r da 删伽唧b e a i l i n ga p p l i c 鲥咖脚d do f m e d i a d 锄卸d ( m o d ) b 龃e d 吼p 2 p y ，t l l i 8p a p 口雕锶e 曲血eo 删i e w 缸df e a h 鹏o fm o d 科s t e m 锄dc 伽叩a r 髓i t 谢| m 打a d i t i 锄a l e d l l c a l i o nm o d d h o w e v 贸血e a mm 粕y 呻b l 鼬si n 硼a 舻o f 阳恻t b 瑚0 1 v et l l 伪ep f o b l e m s ，p 2 p i s 慨l i t 缸1 _ 1 1 i s p 印盯w a l 妇t o 哪ep 2 p t h d o g y t o r o l v e 嘲o ss h a r i n g p 加m 锄 s 伽d l y ，t h i sp a p 盱i n 扛o d n c 翻t h e 瑚协l 砸皿，f b 砷e 叠如s i f i c 撕，瑚e 部c h i l l ga 叩e c 招锄d a p p l i c 硝丘e l d so fp 2 pf 叫h 材伽峨t l l i sp a p 盯a l s o 唧i a j n ss 州a lm a i n 嘲o u r c e ss e 础溉n gm o d c k ， 钯c h n o l o g ya n dt h c i ff e a t i l 嘲 1 1 h i r d 堍b e c 锄塔e0 f j x e a s i m p 删啪t r o l e 试o u rs y s t e m ，j ) c 1 觚k e y t h n i q 嘲舳c h 船咖c e p t s ，s t r u c t i e e l 锄曲招，p t o c o lm i df 懿蛐gt 。c h 丑o l o g ya s y s t e m a 畦c a l l ye x p o 吼d c dh 啪 f o m i l y ，t h i sp 印盯o o 瑚订u c 协埠i n 】h m u c t 嗽锄df h i i 甜m 衄e w ko fm o db e d 锄p 2 p ，锄d e ) 叩撕a t c so nt i l cd e s i g n 柚di n i p l 眦to fm a i nf h c 丘咄o f 印s t c m ，i n c l 似旺n g 懈讲i r c 铭d i s c o v e f y 锄d s e 鲫c h i n & r 嚣o u 嘲b o o 姑n g ，哪l yr o 曲n & c t c ms u p 谢脚时ms 朝尚岵胡j c i 锄c yi 8 a l s od i s c 哪s e d l i f i n a l l 品t t l ep 印盯鲥m m a r i 删血ea d v 龇相g ea n dd i s a d l v m t a g 詹o f t h en e w 盯s t 黜，越i dp l l t s 如帏鼬 也en e 瓣s 姆pw 伽kd i r e c 蛞o l l k e y w o r 出：m e d i a 锄d e m 盐d 、p 2 p 、j a 、s e 缸c h i n g 、b h n g 、黜眦i 雌 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 一魏缉进芝8 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：捡 日期：知。乏，艿 第l 章绪言 1 。1 研究背景 第1 章绪言 教育永远都是一个国家经济繁荣和社会文明的重要支柱，进入知识经济时代，为了实现可持续 发展，世界各国对构建一个现代化教育体系的要求日益迫切，越来越多的先进技术被应用到现代教 育活动中，如通信技术、计算机技术等，它们引起了深刻的教育变革，改变了教学环境、手段和学 习模式，为教育的发展注入了活力。 远程教育( d i 触e d 撕o n ) 是现代教育体系的重要组成部分，是一种新兴的教育形式，是在现 代教育技术支撑下的划时代的教育系统，具有自身的个性、特点和优势。它能够尽最大可能地发挥 资源优势、扩大教育规模、提高教育质量，是对传统教育的有益补充。远程教育的研究兴起于2 0 世 纪6 0 年代，经过三十多年的研究和发展，于上世纪9 0 年代进入繁荣阶段，在世界范围内掀起了大规 模兴办远程教育的高潮。目前，我国的远程教育事业蓬勃发展，已经形成了较大的规模，每年能够 向社会输出大批的专业技术人才，为我国的现代化事业做出了重要贡献9 0 年代后期，随着计算机 网络技术的普及，互联网络已经逐渐成为远程教育的关键传输载体，网络教育业已发展成为远程教 育的重要组成部分 我国网络教育事业兴旺发达的背后，是社会需求的推动、国家的大力扶持和科技人员不懈努力 的结果。但经过分析不难发现，我国网络教育目前依然存在许多问题，如硬件设备的重复投资、软 件平台的重复开发、课件资源缺乏、服务体系有待规范等，其中最为关键的就是教育资源的共享问 题。各个学校自成体系、相对封闭，无法适应网络教育开放性、灵活性、尽最大程度激发学生学习 积极性、促进学生自由发展的办学宗旨。就解决问题的途径来说，应该依靠解放思想、统一管理、 分工协作。但就当前现状而言，应该采取以点带面、逐步过渡、从散到聚的步骤，逐步集中分散的 教学资源，最终整合全部分散独立的教育网络形成一个覆盖全国的网络教育平台。 目前国内外的许多科研机构和大专院校致力于网络教育的标准化工作，经过长期研究先后推出 了许多著名的教育标准规范，如国外的i e e e l o m l 2 j 、a d l s c o 砌一封和国内的c e l j s h 等，它们大 都基于w 3 c 删dw i d ew c bc o m 硎m ，万维网联盟) 的x m l ( e ( 把啦i b l em w l 【i l pl g i l a g c ，可扩展标 记语言) ，分别提出不同的规范格式用于教育资源的描述，以便在不同系统中实现资源的互操作性， 对网络教育的发展具有积极的推动作用。但是资源标准化的问题远未解决，大多数基于集中式资源 管理模式的网络教育系统已经长期存在，无法在短时间内转换到标准化领域中来，目前仍旧处于相 对孤立、隔绝的状态，且分别隶属不同的教学单位，因而资源交换不方便，难以显著提高资源的利 用效率。 p 2 p 口蕾o p 。盯 对等网络) 川技术是目前计算机网络领域中的热门研究方向，它是一种典型的分 布式( 非集中式) 系统，资源分布存储于地理位置相对分散的若干结点中，结点能够自主管理本地资源， 通过在网络应用层上制定一组协议形成覆盖网络，各结点利用消息交换提供资源搜索与共享服务， 从而实现不同系统间的互操作性。目前比较成熟的p 2 p 应用系统如n 8 p s l 【e f 、g t c l l a 等大都采用各不 相同的协议，各系统之间互联困难，而s m 公司的j a i ”4 颂目旨在提供一个开放的、标准化的p 2 p 开发平台，能够促进不同p 2 p 系统的互联。 因此，我们可以在教育资源标准规范的支持下，使用p 2 p 技术将不同的网络资源系统整合在一起， 构建一个统一的、提供标准查询服务和资源共享机制的、松散耦合的、分布式的超级资源共享系统， 各资源子系统之间能够方便进行资源的交换，从而可以有效改善资源利用效率问题，以缓解目前网 络教育系统中存在的基本矛盾。 东南大学硕士学位论文 1 2 项目来源及研究内容 科技部“十五”科技重大攻关项日“网络教育关键技术及示范工程”是我国“十五”期间 的一个重点项目，旨在研究新时期内我国网络教育的关键技术，构建适合国情、业务完整、操作统 一、资源开放的网络教育基础设旌，并提供若干示范工程，以推动我国网络教育的发展。本文“基 于p 2 p 的媒体点播系统的设计与实现”即来源于其中的“非实时教学系统”子课题。 非实时教学是一种离线式教学模式，学生不需要参加课堂教学，只需接入互联网络，就能够点 播相关课程资源进行自主地学习，并可以与其他学习者和教师开展广泛的讨论、答疑，还可以提交 作业甚至参加考试。包括两个重要组成部分，媒体点播系统是非实时教学系统的重要组成部分，它 为用户提供点播资源的功能。 本文的研究目标是针对目前网络教育系统的现状，分析其中主要存在的教育资源的整合及利用 效率问题；在认真研究网络教育概念、特点和现状以及相关技术( x m l 、d o m 、p 2 p 、j ) ( 1 a 等) 的基 础之上，提出一个基于p 2 p 技术的多个媒体点播系统互联体系构建方案。研究重点放在资源搜索机 制的改进方面，包括资源的特征抽取、查询表达、查询传播、路由等内容，并提出相对完整的资源 搜索方案，能够在多个相互独立的媒体点播系统之间实现灵活、高效的资源共享服务，以整合目前 相对分散的教育资源，提高教育资源的利用率和互绦作性，最后实现一个具备基本功能的原型系统 以印证论文的设想，并通过分析对其性能进行评价。 1 。3 论文的组织结构 本论文主要目标是构建基于p 2 p 技术的媒体点播系统，设想利用p 2 p 技术将多个分散的媒体点 播系统相互联接起来，为用户提供统一的资源检索服务本文的研究重点集中在利用p 2 p 技术实现 跨越多个媒体点播系统的资源搜索问题。本论文分为6 章： 第l 章绪言，主要介绍论文的研究背景、课题来源、研究目标和论文的组织结构。 第2 章媒体点播系统，简要介绍网络教育的概念、特点，及其在整个教育体系中所处的地位和 现状，然后着重介绍媒体点播系统的基本知识，包括体系结构、功能框架、系统组成和实现技术等， 最后分析了现有媒体点播系统存在的问题，借以引出本文拟解决的主要问题及思路。 第3 章p 2 p 搜索路由技术，介绍内容包括p 2 p 基础知识、重要概念、元素、模型和应用领域， 然后介绍了p 2 p 技术的主要研究内容，然后引入p 2 p 搜索路由技术，主要涉及p 2 p 中常用的搜索模 型，包括n a p s 缸、渤u 纠l a 及c l l o 穗、c a n 、p 仃y 和1 啦s 时等典型模型，并对它们的优缺点和性 能做了简要评价。 第4 章主要介绍了j a 协议族，_ j ) ( 是s m 公司推出的标准化的p 2 p 应用开发平台，j ) ( 1 a 对于开发基于p 2 p 的应用系统能够提供强大的支持，是本文开发系统的基础平台。本章主要介绍了 j a 的设计目标、基本概念、组成要素、体系结构、协议，简要介绍了各协议的内容，最后着重讨 论了j x r a 搜索网络的工作原理。 第5 章详细阐述了基于p 2 p 的媒体点播系统的设计与实现，本章通过参照目前流行的p 2 p 应用 系统的设计原理和基本算法，提出了解决资源共享坶题的具体方案主要描述了原型系统的设计方 案、系统组成、工作原理、体系结构、功能模块划分和主要模块的设计及实现，最后介绍了系统运 行环境、部署方案、用户界面等，并对其性能进行了评价。 第6 章结束语，主要讨论本系统设计体现的特点和仍然存在的问题，并提出今后的改进方向。 - 2 一 第2 章媒体点播系统 2 1 媒体点播系统 2 l l 媒体点播系统的概念 第2 章媒体点播系统 随着计算机网络技术的飞速发展，现代教育系统的存在已经越来越依赖于网络技术，从而形威 了一个新兴的教育领域即网络教育。网络教育是网络技术在现代教育中的应用，它通过使用网络教 术为教学机构和学习者提供了一个理想的教学平台，在这个平台之上，教学机构可以发布教育资源， 进行教学管理和监控学习者也可以从网络中获取他们需要的教学资源，同时也可以与其他学习者 和教师进行沟通，交换学习心得，提出问题并获得问题的答案，这一切活动都因为网络技术的使用 而变得更加灵活便捷。 网络教育是运用以计算机网络技术和多媒体技术实现自主学习、个性化、协同学习、交互学习 的新型教育模式，它具有基于网络的实时或非实时的双向交互的最基本的特征，实现跨越时间和空 间的教育过程。与传统教育相比，网络教育具有办学开放性的特点，它打破了传统的封闭的办学模 式，人们可以在任何时间、任何地点、学习所需的知识，接受任何层次的教育，有助于建立起一种 满足终身学习要求的教育保障体系，是未来教育的根本目标。 多媒体技术是现代教育技术的一个重要基础，利用多媒体技术提供的丰富的表达手段和全方位 的感官刺激，可以录制，制作、存储和再现精典、重要的教学活动过程，同时又可以利用网络技术， 将媒体数据传输到远处。因此多媒体技术和计算机网络技术是网络教育的重要技术手段，两者的紧 密结合，产生了媒体点播系统，使通过网络实施广泛的、开放的教育教学活动成为可能。 鬟体点播客户墙 图2 1 媒体点播系统结构示意图 媒体点播( m e d i a d e m d ，m o d 或v 试d e m d ，v o d ) 技术是非实时教学系统中一个非常 重要技术，如图2 - 1 所示，媒体点播是将一些教学资源( 教师上课时实时录制的课件、利用多媒体 制作工具的多媒体教学素材等) 放在服务器上，使学生可以进行异步模式的播放学习。通过网络进 行媒体点播需要解决一系列的关键技术，如视频传输技术、视频流控制技术、带宽控制技术、大规 模并发数据访问的控制机制、媒体的数据同步集成技术、不同网络接入带宽的自适应内容发布技术 等 3 东南大学硕士学位论文 2 1 2 媒体点播系统的功能 经过对现有媒体点播系统的分析和对网络教育目标的预测，科技部“十五”科技重大攻关项 目“网络教育关键技术及示范工程”l l l 中“非实时教学系统”的媒体点播系统应具有如下功能： 能够支持多神媒体信息，支持多种媒体格式的点播，根据目前流行的媒体格式和目前课件 生成工具生成的教学课件的媒体流。如；a s f 格式、r m 格式；c s f 格式、m p 4 等格式以 及其它格式的媒体 能够支持大量用户的并发访问。在远程教育中，将有大量的学生通过网络进行自主学习， 因此用户的并发访问控制机制将是本课题的重点研究内容 能够支持各种媒体的管理和访问控制。要提供很好的界面来管理点播服务器中各种教学媒 体，同时提供用户对媒体的访问控制功能。 具有适合多种网络接入带宽的自适应内容发布功能。通常，用户在进行媒体点播时，由于 接入网络的带宽不同，例如，有的通过高速局域网接入、有的通过宽带接入，有的通过低 速拨号接入，因此系统要能够根据用户上网时接入带宽的情况，发送适合用户网络速度的 数据流，达到自适应的目的。 能够支持各种媒体的分布式存储和点播。一般讲，用于远程教育的媒体量会越来越多，一 台服务器是很难容下的，另外，远程教育的学生分布很广，并不一定集中在一个地方，因 此媒体需要存放在多个服务器上，这些服务器可以在不同的地方因此要求系统具有分布 式存储管理功能。分布式点播功能。 2 1 3 媒体点播系统的体系结构 根据媒体点播系统应具有的功能，系统从逻辑上可以划分为四个层次，从商至低分别为用户层、 服务层、资源管理层和资源层各个层次的层次关系如图2 2 所示。 擞件教学资舞库资源警理库用户警理库 图2 2 媒体点播系统逻辑结构图 用户层 量务层 瓷彝臂 理层 瓷嚣层 下面简要介绍各个层次的构成和任务。 ( 1 )用户层 用户访问与管理模块：提供对用户访问媒体的权限管理功能，包括将媒体分类、用户 分组、权限分配等 媒体导入模块：系统提供了一个非常友好的用户界面，支持远程( 基于w e b ) 和本地用 户能够非常方便地将各种教学媒体资源导入到媒体数据库中。 一4 第2 章媒体点插系统 媒体管理模块t 主要为管理员提供资源的管理功能，包括资源信息的维护等。 媒体点播客户端模块：该模块与服务端模块相对应。负责与服务端进行交互，支持用 户对媒体的点播访问。 ( 2 ) 服务层 服务层主要提供媒体点播服务，其中的媒体点播服务端模块是系统的核心模块，它支持各种媒 体的点播，需要根据用户请求的媒体类型，提供相应的传输机制，支持多重多向的媒体流控制模式 与分发技术。 ( 3 )资源管理层 支持丈量的教学资源存储在不同地点的多个服务器上。提供各种媒体的分布存储、媒体的管理 和分布访问功能。 ( 4 ) 资源层 资源层主要提供媒体资源的存储方式，目前主要采用文件系统来存储资源文件，不同类型的资 源文件分别存放在不同的点播服务器中，每种类型的点播服务器安装有不同的媒体服务器端系统软 件，用于提供资源的操作服务。另外资源层还负责利用数据库技术存储与系统相关的信息，如媒体 资源信息，服务器信息和用户信息等。 2 1 4 媒体点播系统的系统组成 媒体点播系统是一种典型的客户机假务器模型的系统，它的构成组件可以分为客户端组件和服 务器端组件，从功能上可以分为如下三种： 媒体管理、访问控制服务器 负责用户管理、认证，媒体导入，媒体管理，访问控制，点播服务器管理等。 点播服务器 各种媒体的点播服务器，包括支持a s f 等格式的w i i l d o w sm e d i as e n 吧r 服务器，支持i t m 格式 的r e a ls c r v e r 服务器，支持c s f 、c s x 格式的t o d s 钟v e r ，支持m p 4 等格式的v o ds e n 忙r 点播客户端 提供用户对各种媒体的点播功能为用户提供。媒体点播系统的系统组成如图2 - 3 所示。 图2 3 媒体点播系统的系统结构图 用户对媒体访问和点播过程如下： ( 1 )点播用户客户端首先以w e b 方式访问媒体管理、访问控制服务器获得所点播媒体的 存放地址( 如果该媒体有多个备份和镜像的话，就可能有多个存放地址) ( 2 ) 点播用户客户端根据地址选择一个媒体存放的点播服务器( 按就近原则) ，与点播服务 - 5 - 东南大学硕士学位论文 器进行通信。点播服务器根据当前的服务器的情况给予响应( 当前的点播用户数) 是否 提供点播服务。 ( 3 )媒体管理、访问控制服务器包含了各教学媒体的基本信息、存放地址以及访问权限等， 系统自动记录用户对媒体的访问情况，统计热门“节目”，由系统自动( 或由管理员手 工干预) 对热门节目进行复制与管理。 媒体点播系统可以为用户提供媒体素材的按需播放功能，它能够支持多种媒体格式，包括a v i 、 a s f 、w m v 、r a m 、r m 、m p 3 、c s f 等常用媒体格式。在流媒体技术的支持下，它实现了资源的 分布式存储和集中式管理，对用户可以进行访问控制，还可以为用户提供多种交互方式，帮助他们 在客户端控制媒体文件的播放进度。可以支持带宽自适应内容发布。由此看来。“网络教育关键技术 及示范工程”【1 1 中的媒体点播系统功能更加强大，管理更为简便，访问控制更加有效，操作更加灵 活，系统可靠性更高，资源的利用更好。 2 1 5 媒体点播系统的工作原理 媒体点播系统主要为用户提供资源的查看和播放功能，其工作原理如图2 _ 4 所示。 管理用户 点播用户 图2 - 4 基于w 曲的媒体点播系统工作原理图 图2 4 显示的媒体点播系统是一种客户机，服务器模型，服务器端主要用于提供、b 页面服务、 资源信息数据的存储以及资源文件的存储，用户( 包括管理员和普通点播用户) 处于客户端位置，他们 利用媒体资源管理服务器提供的，e b 页面对系统进行管理和操作 ( 1 ) 管理员操作 管理员主要负责管理系统的设备、资源，维护系统的正常运转他的主要工作就是根据教学计 划定期准备和上载资源，并在资源信息库中添加相应的信息，保证用户可以正常访问 ( 2 ) 用户操作 媒体点播系统一般采取基于w 曲的模式，用户通过浏览器访问系统提供的页面，通过登录进入 系统，查询资源，点击资源入口，资源管理服务器将相应的请求转发给点播服务器即资源实际的所 有者，资源服务器通过与管理服务器交互，以检验用户的访问权限，然后将资源传送给用户端，用 户端启动相应的播放器播放资源内容，在播放过程中还可以进行进度控制。 ( 3 ) 媒体资源存储 媒体点播系统中的媒体包括两个部分的数据，一个部分是媒体文件的相关信息，包括名称、出 版者、出版日期、摘要、格式、存储位置等，另一部分则是媒体文件的本身，它一般存储在多个分 散的存储系统中。负责管理媒体信息的媒体点播服务器主要负责媒体信息的存储和管理，而媒体文 件往往存放于其他机器中，当然也可以同机存放，但这势必会影响媒体点播服务的性能。 对于一个较简单的媒体点播系统来说，媒体信息一般采用数据库系统( 如s q ls e n ，e r 或o r l e ) 进行存储，数据库系统中除存放有基本的媒体信息表外，还可以存放其它一些与媒体管理相关的信 6 第2 章媒体点播系统 息表，各表之间具有较为复杂的关联关系。图2 - 5 就是一个典型的教育媒体信息数据库结构 蝉体信息数据库 访 问 控 制 信 息 袭 专 业 设 置 信 息 衰 课 程 设 置 信 息 表 媒 体 素 材 信 息 表 素 材 映 射 信 息 表 图2 - 5 媒体信息数据库结构示意图 服 务 嚣 信 息 袭 访 问 日 志 裹 图中按照一般教学模式将数据对象分为专业，课程、素材等，每种对象分别存放于不同的数据 表之中，各表之间存在关联。除图2 - 5 中包括的表格之外。由于媒体点播服务器还需要提供身份鉴 别、访问控制、计费、日志等功能，因而一般还包括其他一些数据表，例如用户信息数据库，用于 进行用户信息的存储、管理以及记录用户行为等。 以上介绍的是单一的媒体点播系统， “网络教育关键技术及示范工程”中的网络教育系统包含 了多个既相独立又紧密联系的子系统，各子系统分工合作，功能涵盖了网络教育牵涉到的所有业务 领域，这时媒体点播系统的工作逻辑就会变得比较复杂，除内部的工作流程外，还牵涉到与其他系 统的集成问题，图2 6 就是媒体点播系统与网络教育系统中其他模块集成的情况 图2 6 媒体点播系统与其他系统的集成“1 注：图中数字表示各业务流程的执行顺序 如图2 6 所示，与媒体点播系统相关的各项功能都被划分出来，分别由不同的子系统来实现 - 7 东南大学硕士学位论文 如身份认证系统、档案管理系统、目录管理系统和数据交换系统等，媒体点播的过程需要调用其他 子系统的功能才能完成。媒体点播系统从档案管理模块获取对象信息，如可以从中获取学生、教师、 专业、课程等信息，在用户由网络教育门户登入系统时。还需要调用身份认模块对其进行身份认证。 另外，资源的组织问题也需要按照规范的操作流程进行，在准备资源时，需要将资源的组织结构和 内容摘要相结合形成符合规范( 如c e l t s 规范) 的清单文件，然后与资源内容一起组装成资源包，存 储到资源仓库中：然后在目录服务中发布资源。资源的使用者通过目录服务搜索资源，然后从数据 交换系统下载资源并使用。 通过以上设计的网络教育系统架构，为网络教育中存在的各项业务提供了一个标准、开放的平 台，各子系统间分工协作，密切配合，各司其职，有效提高了系统的可靠性、效率和服务质量，是 未来网络教育的理想平台。 2 2 现有媒体点播系统存在的问题 以上介绍的媒体点播系统对以往的媒体点播系统做了重大改进，拥有多方面的优势，但是，这 是对于单个系统而言的。如果从整个网络教育的层面来看，媒体点播系统实际上隶属于不同的教学 单位，各个教学单位维护的媒体点播系统的资源虽然是分布式存储的，但无法为用户提供更广泛的、 集中统一的点播服务，各个系统间的互操作性较难实现，因而阻碍了各个系统之间的资源共享 进入新世纪以来，由于经济发展的对高技术人才的需要，网络教育在整个教育体系中所起的作 用也越来越显著。虽然我国对网络教育越来越重视，投入也逐年增加，但却没有起到应有的作用。 究其原因，除了由于体制方面的原因以外。关键是存在于网络中的教育资源不能广泛地被所有用户 共享，且可重用性不好。因此如果能够解决资源的广泛共享问题，也就解决了网络教育的关键问题。 但能否很好地解决这一问题，主要取决于政策层面和技术层面的因素 在技术层面上，解决问题的关键是找到在目前网络教育状态下，能够实现教育资源广泛共享的 新技术。对等网络p 2 p 技术是当前计算机领域的热点，它提供了一个动态、自组织、开放、可扩展 的覆盖网络( o v e r l a y ) ，通过遵守相同的协议，不同节点间就可以实现一定程序的互操作如果使用 p 2 p 技术将地理位置不同、隶属关系各异的媒体点播系统互联起来，就可以解决资源共享问题。 2 3 本文拟解决的关键问题 要利用p 2 p 技术将媒体点播系统进行互联。首先必须了解媒体点播系统的内部构造，找出可以 实施系统互联的切入点。由以上介绍我们可以知道，媒体点播系统中包括两个核心功能，即访问控 制和资源获取。 访问控制部分的功能是为了解决用户访问资源时的权限问题，此种功能目前采用统一身份认证 的方法可以解决，也即不同系统通过访问相同的c a 服务器，来获知用户是否具有权限访问某种资 源。当然也可以采取权限传递或信任( 仃u s t ) 传递的机制来解决，即用户如果有权限访问一个系统，那 么在他的访问请求被转发到另一个系统中时，他的权限也相应地被传递到另一个系统( 不过同一用户 在不同系统中的权限可能因为其角色不同而不同) 。这样用户只需要在单点登录，就可以无障碍地访 问多个不同系统。 资源获取部分的功能是帮助用户搜索并获得需要的资源网络资源有很多种。如c p u 、带宽、 存储资源等，但本处的资源特指用户可见资源即用于教育目的的课件资源。获取指定资源也有相当 成熟的方法，在媒体点播系统的范畴内，资源的获取无外乎两种，即下载或点播。当然后者更为常 用，一般来说是采用流媒体技术，通过厂商提供的媒体播放客户端( 如m i c m r 公司的m e d i ap i a y e r ) 从媒体服务器( 如m j c m f t 的m e d i as e r v e r ) 中获取连续的视频流并在客户端显示这项工作目前只 需要接入互联网，通过h 1 r p 、r t s p ，r t p 等协议就可以很好地支持。所以，这些内容都不是本文讨 论的重点，本文准备解决的关键闯题是媒体点播系统中的资源搜索问题，即如何跨越不同媒体点播 8 第2 章媒体点播系统 系统的边界，帮助用户有效地获取他所期望的资源的信息( 如存储位置或访问入口等) 。 资源的信息不能等同于资源本身，它是资源内容的浓缩，它由若干个与资源相关的特征构成， 基本概括了资源的内容( 但可能并不能体现资源的全部含义) ，资源的信息大多是文本形式，按照其信 息的组织形式可分为结构化和非结构化两种。 目前基于x m l 的结构化描述方法大行其道，例如网络教育标准中的s c o r m 规范、c e l t s 翘 范等都是基于x m l 的，因此对于结构化的资源描述信息，只需要按照其所属的标准规范来进行解 析，就可以获取有效信息。结构化的资源信息一般以资源描述文档的形式，与资源本身封装在一个 资源包内，比较容易获取。 非结构化的资源信息在目前的应用系统中实际占绝大多数，这些资源的信息并没有按照标准规 范进行抽取，而是隐藏在资源文件中，对于这种信息首先要做的一步就是资源特征的抽取，然后形 成结构化的、符合资源描述规范的信息文档。虽然资源描述的标准化势在必行，但资源信息的特征 抽取工作相当困难，即使文本资源的特征抽取技术日渐成熟，但大多数重要的媒体格式( 如视频、音 频、图像等) 的资源还不能完全做到机器自动特征抽取，因为这项工作牵涉到人工智能方面的许多关 键技术，故很大程度上受到人工智能领域发展的制约，目前没有关键性的突破 还有一种虽然不是结构化但是最为常用的形式就是数据库系统，在媒体文件到达系统处于预处 理阶段时，管理人员通过人工抽取资源的部分特征，然后存储在相应的数据库中，供资源管理之用 这时的资源信息虽然不是以规范的结构化文档形式存在，但可能比结构化文档形式更加有效。一是 因为数据库记录与x m l 文档相互转换非常方便，另一个原因是针对于数据库的查询技术已经发展 得非常成熟，能够表达语义复杂的查询需求并提供模糊查询的功能，更加适合资源搜索。目前在媒 体点播系统中比较常用的数据库系统有s q ls e r v 日和o r l e ，它们都支持s o l 查询语法。 通过以上分析我们可以看到。能够获取资源信息的来源主要有两种，即结构化的x m l 文挡 形式和数据库形式而资源搜索的依据是用户的查询请求，因此在媒体点播系统中的资源搜索任务 主要就是比较用户的查询请求与资源信息之间的匹配程度。 综上所述，本文拟解决的关键问题就是在现有媒体点播系统基础之上，利用p 2 p 技术中的搜索 和路由技术，在符合规范的结构化资源描述技术的支持下，帮助用户在不同媒体点播系统中快速、 高效地查找资源信息，获得资源访问入口。 2 4 小结 网络教育是传统教育形式的有益补充，通过采用计算机网络、多媒体等先进技术做为辅助教学 手段，可以极大提高教育资源的利用率，改善办学环境，避免重复建设，节约教学成本，加速人才 的培养。本章主要介绍现有的媒体点播系统的概念、功能、体系结构、组成及工作原理，通过对现 状的分析，找出存在的问题，提出实现多个系统共享资源的解决方案。 9 东南大学硕士学位论文 3 1p 2 p 概述 3 1 。1p 2 p 网络的概念 第3 章p 2 p 搜索路由技术 对等网络( p e e r t o p e e 妒2 p ) 是目前计算机领域的主流技术和重要的研究方向，但即使从网络角度 来看，p 2 p 也不是新概念，它是互联网整体架构的基础。互联网最基本的协议t c m p 并不包含客户 机和服务器的概念，所有的设备都是平等的通信端点。在互联网出现之始，所有的互联网上的系统 都同时具有服务器和客户机的功能但是直到九十年代，大多数架构在1 朋p 之上的软件的才统一 采用了客户机服务器( c ，s ) 的结构，例如浏览器和、b 服务器、邮件客户端和邮件服务器。但是， 对于服务器来说，它们之间仍然是对等联网的。在c ，s 架构中，存在着两种角色即客户机和服务器， 客户机是某种服务的使用者而服务器则是这种服务的提供者，服务器往往功能强大，但客户机功能 却很有限。 对簪点对辱点 一培 图3 1 对等点之问的关系 根据字典解释，“p e 矿的意思是一个人和其他人在地位，阶级或年龄上具有同等身份。这个定义 的中心意思是对等关系，在p 2 p 中它们即是计算实体间的对等关系，p 2 p 的基础是节点的对等性， p 2 p 中的节点被定义为任何具有信息处理能力的实体，并且这个实体是作为一个特定且离散的单元 存在的。我们可以根据节点的功能性来判断两个节点是否对等，即对等节点应该具有相同的处理能 力，如图3 1 所示这一点有别于传统的c ，s 模型，其中服务器具有比客户机更强的处理能力和控 制能力。 表3 1p 2 p 技术与c ，s 对照表 比较飘瘩 篡懑燃豢戮嬲 数据发布好 差 数据接收 中好 数据互动性好差 数据即时性( 传输速度)好差 数据安全性差 好 数据更新好 差 数据质量( 价值) 中好 数据覆盏率和数量( 价值)差 好 数据成本控制好 差 数据管理方便性差好 l o 第3 章p 2 p 搜索路由技术 表3 一l 显示了p 2 p 与c ，s 模型的性能对比。目前互联网主要技术模式是c ，s 方式，此方式要在 互联网上设置拥有强大处理能力和大带宽的高性能计算机，配合高档的服务器软件，再将大量的数 据集中存放在上面，并且要安装多样化的服务软件，在集中处理数据的同时可以对互联网上其他p c 进行服务，提供或接收数据，提供处理能力及其他应用。对于一台与服务器联机并接受服务的p c 机来说，这台p c 机就是客户机，其性能可以相对弱小而p 2 p 技术的特征之一就是弱化了服务器 的作用，甚至取消服务器。任意两台p c 互为服务器，同时又是客户机。即对等关系。 c ，s 方式造成互联网络上的集中，无论信息资源还是成本资源均向同一方向集中。这样的模式 符合一对多、强对弱的社会关系形式，如政府对个人，对企业，大企业对小企业，学校对学生，企 业对职工等等关系。所以c 培方式是符合市场需求的。p 2 p 方式将导致信息数量，成本资源都向互 联网各点均匀分布，也就是所谓“边缘化“的趋势此模式符合“一对一”的特点，以及彼此相当的 社会关系形式，如个人对个人，规模相当的企业之间，等等，这也是符合市场需求的( 如l c q ) 。p 2 p 有其独特的市场空间，是现有互联网应用的补充，所以这两种方式会共存 3 1 2p 2 p 技术的研究内容 ( 1 ) 网络传输 在p 2 p 系统中，婀络传输是指消息如何在对等节点问进行交换。对等节点必须具有某种在网络 上传输数据的方法。为了确保网络通信的正常进行，我们必须对网络的某些底层行为进行控制和管 理。网络传输研究包括通信模型、资源( 节点) 搜索、虚拟名空间和路由等 ( 2 ) 协议 简要来说，协议是一套大家共同认可的标准，这套标准将使两个或多个软件组件能相互通信。 协议既包含了底层协议，比如t c p 和u d p ，也包含了高层协议，比如h r r p 、兀甲和s m r p 等。以 j x t a 为例，它定义了一组标准化的协议来支持p 2 p 通用功能之间的互操作性，它们建立在一个通 用的消息传输层之上，协议之间相互独立。 ( 3 ) 元数据 元数据 m e t a d a 纽) 是关于信息的信息，元数据使得机器对信息的理解变得更为容易。元数据有助 于提高我们对经常搜索、交换和收集的信息的组织，并且能提高其语义精确性。p 2 p 应用程序通过 使用元数据自动将输入的文件存放到一个个人化的介质库中，这些程序的目的是用于提高p 2 p 系统 对对等节点问交换的信息的分类能力。这些信息包括文档、b 眦i i 和会议记录等。 ( 4 ) 数据格式 用于描述数据的格式的方法有很多，例如二进格式、a s c i i 、u n i d e 、x m l 结构化方法等，在 节点间交换数据之时，必须要确定数据的格式，即需要交换的数据应该采用何种数据格式来进行编 码。绝大多数通信协议都将数字转化为文本，然后在数据传输过程中使用经过转换后形成的文本形 式的数据，但这将导致消息尺寸变大，协议显得笨重不灵活尽管这种方法有诸多缺陷，目前仍旧 有很多系统采用基于文本的协议。 ( 5 ) 功能的集成和互操作性 在面向服务的多功能p 2 p 应用系统中，开放性已经成为重要的发展趋势而越来越受到人们的关 注，p 2 p 的开放性是非常必要的。p 2 p 的开放式架构为支持可扩展性和互操作性提供了开放式接口， 使得利用p 2 p 技术将不同的系统集成起来成为可能。x m l 提供了一种通用的数据格式，并能支持用 户所选择的不同的中间件，m 。可用于多种的数据传输。包括在w 曲服务和p 2 p 网络中非常流行 的数据传输方式。这些技术为面向服务的结构提供了统一的框架，系统问的处理和集成已经不再是 什么新技术。其他技术，比如c o r b a 、e j b 和d c o m 等等已经为跨系统的集成提供了完善的框 架。然而，通常情况下，只有当这些技术应用于大型商业系统领域时才能发挥其最佳功能，而在这 些系统中对软件选择的控制是统一的 ( 6 ) 安全性 从传统意义上讲，安全性的定义是指保护信息、系统和服务免受恶意侵犯、误操作和灾难性事 1 1 东南大学硕士学位论文 件的破坏。网络安全是由认证、授权、数据完整性、保密性和不可否认性等部分组成的。p 2 p 系绩 需要和传统的分布式系统同等程度的安全性，除此之外，p 2 p 还特别关注一些与安全性相关的主题 如匿名、信任关系和可审计性等等。 ( 7 ) 性能 在设计p 2 p 系统中需要考虑的性能方面的因素有以下几个： 为发现对等节点及资源所需的带宽，采用多点广播和单点广播消息的权衡。 建立索引和产生网络搜索风暴之间的矛盾。 长度可变和基于块结构的数据存储和传输。 消息传递和i 心c 以及其他的通信模式之间的关系。 带宽和扩展性限制。 容错能力和网络可靠性 负载平衡和分布。 信息的重复和冗余。 安全性、公私密钥和加密。 综上所述，由于p 2 p 系统所采用的模型与以往的网络模型存在较大差异，因而在p 2 p 领域中， 需要研究的技术也有很多不同，而实现相同标准所采用的手段也不相同 3 1 3p 2 p 网络的特点 在p 2 p 系统中每一个节点都是平等的参与者，承担服务使用者和服务提供者两个角色资源 的所有权和控制权被分散到网络的每一个节点中。服务使用者和服务提供者之闻进行直接通信，可 充分利用网络带宽，减少网络的拥塞状况，使得资源的有效利用率大大提高( 包括各种计算资源和 存储资源) 。同时由于没有中央节点的集中控制，系统的伸缩性较强，也能避免单点故障，提高系 统的容错性能。 但由于p 2 p 网络的分数性、自治性、动态性等特点，造成了某些情况下对等节点的访问结果是 不可预见的。例如。一个请求可能得不到任何应答消息的反馈。p 2 p 系统的匿名性等特点也可能会 带来系统的安全漏洞。 3 1 4p 2 p 技术的应用领域 p 2 p 技术还正处于研究和发展阶段，随着对p 2 p 技术研究的不断深入，p 2 p 技术也必将应用到 许多领域，这些领域主要包括以下五个方面： ( 1 ) 实时消息传输 实时消息传输( i n s 诅n tm e s s a g i n 舀i m ) 使得应用程序的在线用户可以直接地以实时方式进行一对 一地或成组的信息交流。实时消息传输在i m 啪e t 上不仅受到青年人的欢迎，还获得商业组织的青睐， i b m 、a o l 、微软和y 曲o o ! 都提供了他们自己的j m 产品 ( 2 ) 管理和共享信息 目前p