（计算机系统结构专业论文）基于pcdn的流媒体平台研究与实现.pdf

独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：汉糸 扣、1 年6 月i 、e l 学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子 杂志社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，允许论文被查阅和 借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国学位论文全文数据库并 向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社将本论文编入中国优秀博 硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学 研究生处办理。 本学位论文属于不保密曰。 学位论文作者签名：沙炙永 扣l 、年6 月、日 指导教师签名：躲 a - 4 1 年6 月f ，咱 父 随着宽带技术的不断发展和网络多媒体技术的日益完善，电信、 联通等运营商纷纷推出流媒体业务平台。c d n 作为流媒体平台的承 载技术可以提供可靠的流媒体服务，但运营成本太高且灵活性和扩展 性有限。p 2 p 流媒体作为目前最成熟最热门的应用，可以节省大量的 骨干网带宽，却难以管理和控制。两者都有其固有的缺陷，但由于优 势的互补性，两者的融合有着广阔的应用前景。 论文首先介绍了流媒体的业务类型和协议栈结构，探讨了c d n 的基本概念和关键技术，介绍了c d n 的网络架构和服务流程，分析 了p 2 p 集中式、分布式和混合式网络模型及其优缺点。 在分析c d n 和p 2 p 技术优劣的基础上，论文提出一种将软件 c d n 系统架构与混合式p 2 p 思想相融合的新型c d n 架构，称之为 p c d n 架构。p c d n 架构在保持软件c d n 系统架构不变的基础上， 引入可用于p 2 p 内容分发的p 2 p 边缘节点，使传统c d n 内容分发与 p 2 p 内容分发两种分发方式并存。在内容中心节点对p 2 p 分发的内容 文件进行分块分片，将块作为媒体存储的基本单位，片作为媒体调度 的基本单位，内容存储方式由整体存储变为分散存储。同时参照混合 式p 2 p 的思想，在p 2 p 边缘节点中设置超级节点和搜索节点，为p 2 p 自治域中的其他用户节点提供服务，这种方式提高了内容调度的速度 又提升了流媒体服务能力。针对p 2 p 内容分发的情况，设计了p 2 p 内容被动注入的p u l l 策略和p 2 p 边缘节点的局部负载均衡策略，并 提出一种基于紧迫度和相关度权重函数用于实现p 2 p 老化策略，这些 策略的应用不仅可以减轻节点负载，还可以提升网络整体服务能力。 此外，针对边缘节点资源管理不善容易产生性能瓶颈的问题，提出了 兰莶垄堂塑主堂堡垒查 一种基于双阂值的动态资源调配算法应用于边缘节点的本地资源管 理，通过控制节点内通信流带宽资源的分配来提升节点的服务性能。 最后搭建p c d n 测试环境，通过对调度时延，系统服务性能、内 容命中率和局部负载均衡的性能测试，得出结论：p c d n 架构与传统 c d n 架构相比，可以有效地降低网络负载和连接时延，提升流媒体 平台的分发效率和服务能力。 关键词：c d n ，p 2 p , 流媒体，负载均衡 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dp e r f e c t i o no fw i d eb a n da n dm u l t i m e d i an e t w o r k t e c h n o l o g y , t e l e c o m ，u n i c o ma n do t h e rb r o a d b a n do p e r a t o r sh a v el a t m c h e dt h e i ro w n s t r e a mm e d i as e r v i c ep l a t f o r mb a s e do nc d nt e c h n o l o g y s t r e a m i n gm e d i ac d n a r c h i t e c t u r es y s t e mc a np r o v i d et h er e l i a b l eq u a l i t yo fs e r v i c e ，b u ti t so p e r a t i n gc o s t s h i g h e ra n df l e x i b i l i t ya n ds c a l a b i l i t ya r el i m i t e d a so n eo ft h em o s tm a t u r ea n d p o p u l a ra p p l i c a t i o n ，p 2 pm u l t i m e d i ac a ns a v eal o to fb a c k b o n eb a n d w i d t h ，h o w e v e r , p 2 pn e t w o r ki sd i f f i c u l tt om a n a g ea n dc o n t r 0 1 b o t ho fc d na n dp 2 pt e c h n o l o g yh a v e i n h e r e n tf l a w s ，b u tb e c a u s eo ft h e i rc o m p l e m e n t a r ya d v a n t a g e s ，t h ef u s i o no ft w o t e c h n o l o g yi sp r o s p e c t i n g t h i st h e s i si n t r o d u c e st h es e r v i c et y p ea n dt h ep r o t o c o lc l u s t e ro fs t r e a m m e d i a ，d i s c u s s e st h eb a s i cc o n c e p t i o na n dk e yt e c h n o l o g yo fc d n ，i n t r o d u c e st h e n e t w o r ks t r c t u r ea n ds e r v i c es e q u e n c eo fc d n ，a n dt h o r o u g h l yc o m p a r e st h ep 2 p c e n t r a l i z e dn e t w o r km o d e l ，d i s t r i b u t e dn e t w o r km o d e la n dh y b r i dn e t w o r km o d e l ， r e v e a l st h e i r m e r i t sa n ds h o r t c o m i n g s t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa b o u tc d na n dp 2 p t e c h n o l o g y t h e nan e wc d n n e t w o r ka r c h i t e c t u r ec a l l e dp c d ni sp r o p o s e di nt h i s t h e s i s ，w h i c hs y n t h e s i z e st h es o f t w a r ec d ns y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dh y b r i dp 2 p p h i l o s o p h y o nt h eb a s i so ft h es a m es o f t w a r ec d na r c h i t e c t u r e ，t h ep 2 pe d g en o d e u s e df o rp 2 pc o n t e n td i s t r i b u t i o ni sp u l l e di n ，t h e nt w om e t h o d so fc o n t e n td i s t r i b u t i o n c o e x i s t s ，i n c l u d i n g t h et r a d i t i o n a lc d nc o n t e n td i s t r i b u t i o na n dp 2 pc o n t e n t d i s t r i b u t i o n c o n t e n tc e n t r a ln o d ec u t st h ep 2 pd i s t r i b u t i o nf i l ei n t ob l o c k sa n ds l i c e s ， t h eb l o c ki st h eb a s i cu n i to fs t o r a g em e d i a , t h es l i c ei st h eb a s i cu n i to ft h em e d i a s c h e d u l e c o n t e n ts t o r a g es c a t t e r e db yt h ew h o l es t o r ei n t oas t o r e a st ot h em e d i a s t o r a g ef o r m ，d i s t r i b u t e ds t o r a g er e p l a c e st h et r a d i t i o n a li n t e g r a t e ds t o r a g e r e f e r e n c e t ot h eh y b i r dp 2 pp h i l o s o p h y , t h es u p e r - n o d ea n dt h es e a r c h n o d ea l ea d d e df o r s e r v e r i n gt h eo t h e ru s e rp e e ri nt h ea u t o n o m yd o m a i no fp 2 et h i sm e t h o di m p r o v e s t h es p e e do fc o n t e n ts c h e d u l i n ga n de n h a n c e st h es e r v i c ec a p a b i l i t i e s a c c o r d i n gt o t h ep 2 pc o n t e n td i s t r i b u t i o n , t h i st h e s i sd e s i g h st h ep 2 pp a s s i v ec o n t e n ti n j e c ts c h e m e i np u l lm o d ea n dt h el o c a ls e r v i c el o a db a l a n c es c h e m ef o rp 2 pe d g en o d e ，a n dt h e w e i g h tf u n c t i o nb a s e do nu r g e n c ya n dr e l e v a n c eu s e dt oi m p l e m e n tt h ep 2 pa g i n g s t r a t e g yi sp r o p o s e d a p p l i c a t i o no ft h e s es t r a t e g i e sc a nn o to n l yr e d u c et h el o a d n o d e s ，b u ta l s oi m p r o v et h eo v e r a l ln e t w o r ks e r v i c ec a p a b i l i t i e s i na d d i t i o n ，t os l o v e 江苏大学硕士学位论文 t h ep r o b l e mo ft h ep e r f o r m a n c eb o t t l e n e c ko nt h ee d g en o d e ，b e c a u s eo ft h er e s o u r c e m i s m a n a g e m e n t ，ad y n a m i cr e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h mb a s e do nd u - t h r e s h o l di s p r o p o s e d ，w h i c ha p p l i e st or e s o u r c em a n a g e m e n to ft h ee d g en o d e b yc o n t r o l l i n g t h e t r a f n cf l o w , t h eb a n d w i d t ha l l o c a t i o ns e r v i c e sc o u l de n h a n c et h ep e r f o r m a n c e c a p a b i l i t i e so fn o d e s f i n a l l y , b yb u i l d i n gt h ep c d nt e s t b e d ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h ep e r f o r m a n c et e s t d a t ab a s e do nt h es c h e d u l ed e l a y , s y s t e ms e r v i c ec a p a b i l i t y , c o n t e n th i tr a t ea n dl o c a l s e r v i c el o a db a l a n c e ，a n dr e a c h e st h ec o n c l u s i o nt h a tc o m p a r et ot h et r a d i t i o n a lc d n a r c h i t e c t u r e ，t h ep c d na r c h i t e c t u r ec o u l db r i n gd o w nt h en e t w o r k1 0 a da n d c o n n e c t i o nd e l a ye f f e c t i v e l y , a n di m p r o v et h ec o n t e n td e l i v e r ye f f i c i e n c ya n ds e r v i c e c a p a b i l i t i e s k e yw o r d s ： c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k ，p e e rt op e e r s t r e a mm e d i a ，l o a db a l a n c e i v _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ 。_ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ 。- 。 江苏大学硕士学位论文 l 。1 。一 目录 摘! i l g ：i 目录v 第一章绪论1 1 1研究背景1 1 2国内外研究现状2 1 3本文的研究工作2 1 4论文的组织结构3 第二章流媒体与c d n 承载技术5 2 1 引言5 2 2流媒体技术5 2 2 1 流媒体概述5 2 2 2 流媒体业务类型：6 2 2 3流媒体协议结构7 2 3c d n 基本概念1 l 2 4c d n 关键技术13 2 4 1内容管理技术1 3 2 4 2数据调度技术1 4 2 4 3缓存管理技术1 4 2 4 4负载均衡技术1 5 2 5c d n 网络架构18 2 5 1软硬件c d n 方案比较。l8 2 5 2o n e w a v ec d n 系统架构1 9 2 5 3o n e w a v ec d n 系统部署2 0 2 5 4o n e w a v ec d n 服务流程2 l 2 6本章小结2 2 第三章对等网络技术2 4 3 1引言2 4 3 2p 2 p 技术介绍2 4 3 3p 2 p 网络拓扑结构2 5 3 3 1集中式p 2 p 结构2 5 3 3 2完全分布式非结构化2 6 3 3 3完全分布式结构化2 7 3 3 4混合式p 2 p 2 8 3 4本章小结2 9 第四章基于p c d n 的流媒体平台3 1 4 1引言3l 4 2p c d n 网络结构3 1 v 江苏大学硕士学位论文 4 3基于p c d n 的缓存管理3 5 4 3 1问题描述3 5 4 3 2 p 2 p 缓存管理技术3 6 4 4基于p c d n 的负载均衡3 9 4 4 1 问题描述3 9 4 4 2 p 2 p 边缘节点的s l b 策略3 9 4 5 基于p c d n 的数据调度4 1 4 5 1内容主动注入p u s h 策略4 l 4 5 2内容被动注入p u l l 策略4 3 4 5 3p 2 p 内容被动注入p u l l 策略4 4 4 5 4p 2 p 内容老化策略4 5 4 6基于p c d n 的资源调度4 6 4 6 1 资源管控结构4 6 4 6 2资源调度流程4 6 4 6 3 资源调配算法4 7 4 7本章小结5 0 第五章系统实现与性能测试5l 5 引言51 5 2系统关键实现5l 5 2 1x s d 功能框架51 5 2 2p 2 p 自治域信息5 3 5 2 3p 2 p 协议交互5 4 5 2 4c s m 程序框架5 6 5 3 测试环境部署5 7 5 4 测试结果与分析5 8 5 4 1连接建立时延测试5 8 5 4 2系统服务性能测试5 9 5 4 3内容调度时延测试6 0 5 4 4内容命中率测试6 0 5 4 5局部负载均衡测试6 l 5 5本章小结6 2 第六章总结与展望6 3 6 1 总结6 3 6 2 展望6 4 参考文献6 5 致谢6 8 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 9 v l 学位论文 1 1研究背景 第一章绪论 随着通信技术的飞速发展，我们的工作、生活与娱乐方式也发生了巨大的改 变，信息载体从文本过渡成为包含文字、图片、音频与视频的多媒体数据。网络 速度的提升与计算机的普及，更使得共享和传输多媒体内容成为流行趋势。 流媒体技术是在互联网上传输音频与视频的解决方案。与传统的播放方式不 同，流媒体在播放前只缓存部分的内容，而不是下载整个文件，从而实现了边下 载边播放的效果。用户不需要长时间的等待就可以流畅地播放视频，并控制整个 播放过程。 流媒体业务主要有直播和点播两种，直播方式只能被动地收看服务商提供的 节目，点播( v o d ，v i d e oo nd e m a n d ) 贝1 更具有更好的交互性与灵活性。承载流媒 c 体业务的流媒体服务平台【l 】已经成为目前最热门的互联网应用之一，它通过网络 将电视电影、网络剪辑、远程教育、家庭购物、实时视频会议等服务提供给用户， 并提供对流媒体的实时访问与即时互动，正逐渐成为我们生活、学习和娱乐的重 要方式和手段。 虽然当前流媒体服务平台的基础条件，如服务器性能、网络带宽、媒体编码 与数据传输等技术都已取得飞速进展，但由于流媒体服务具有带宽要求高、持续 服务时间长的特点。传统的c s 模式无法满足大规模并发的用户请求，且易发生 局部的网络拥塞，即便是大范围的服务器性能和服务升级，也很难保证客户端的 服务质量。针对以上问题，人们提出了多种解决方案，例如i p 组播技术1 2 1 、内 容分发网络( c d n ，c o n t e n td i s t r i b u t i o nn e t 、o r l 0 技术【3 卅，以及对等网络( p 2 p ， p e e r - t o p e e r ) 技术等【5 】。m 组播由于缺少网络层的支持且实现代价较大，所以无 法得到广泛的应用。c d n 技术为了减弱复杂的互联网拓扑结构对数据传输造成 的影响，通过将服务能力“推”到离用户最近的网络边缘节点来改善用户端的通 信服务质量，但同时也需要部署大量的专用服务器，成本昂贵。相对地，p 2 p 技 术可扩展性强，可以让用户节点参与到流媒体服务过程中来，在接受服务的同时 江苏大学硕士学位论文 也为其他节点提供服务，已被广泛应用于文件下载服务。 1 2国内外研究现状 c d n 通常用做流媒体内容的快速分发，传统的c d n 可以提供可靠的媒体服 务，同时具备认证授权计费等运营支撑能力，但是服务能力收到用户规模和媒体 内容规模的影响，容易产生性能的瓶颈。而p 2 p 系统虽然通过对接入控制能力的 改造6 1 可以用应用层组播的形式【7 1 实现纯p 2 p 形式的流媒体分发，提供更加灵活 有效的内容分发能力，但是流媒体应用对数据下载的稳定性和时序性都有较高要 求，需要对不同颗粒度的流量进行控制，所以无法保证流媒体服务质量，而且对 节点和流量不可控制，很难管理和运营。 由于纯粹的c d n 或是p 2 p 技术无法保证用户端的播放质量，于是便产生了 用c d n 与p 2 p 混合的方式提供流媒体服务【8 】。文献【9 】给出一种是保持全网p 2 p 的混合形式，去除c d n 的核心节点，将c d n 服务节点改造成p 2 p 网络中的对 等体( p e e r ) ，并引入两级负载均衡来实现流媒体定位和服务。文献【1 0 给出采用 网络分层的p e e r c d n 方式，以c d n 网络中的各种服务器作为服务层，以请求访 问流媒体服务的客户端p e e r 组作为接入层，并由服务层提供根据接入层p e e r 组 内拓扑调控流量的能力。另外还可以在标准网络服务的基础上定义公共的服务接 口，从而实现松耦合的c d n p 2 p 混合结构】。 混合架构的优点是兼具了c d n 网络的可管理性和p 2 p 技术的可扩展性，持 续在线的服务器可以更好地为用户提供数据服务和控制服务，p 2 p 技术的应用减 少了服务器的投入和开销。在面向群体规模非常庞大且分布较为分散的用户时， 混合架构可以通过网络间的协作机制共享文件【l2 1 ，通过分布式搜索算法更好地定 位资源【1 3 1 。然而不同的混合架构也导致了技术实现的复杂性，设计一种切实有效 的流媒体平台网络架构，并针对内容管理、负载均衡、数据调度、资源管理进行 研究具有重大的现实意义。 1 3本文的研究工作 本文在c d n 和p 2 p 技术的基础上，为解决传统c d n 网络由于灵活性和扩 展性限制无法满足流媒体业务发展需求的问题，提出一种将软件c d n 系统架构 2 江苏大学硕士学位论文 与混合式p 2 p 思想相融合的新型c d n 架构，并称之为p c d n ( p 2 p e x t e n d e d c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k ) 架构。该架构在保持软件c d n 系统架构不变的基础 上，引入可用于p 2 p 内容分发的p 2 p 边缘节点，从而使传统c d n 内容分发与 p 2 p 内容分发两种分发方式并存。之后研究和实现了基于p c d n 架构的关键技 术，包括缓存管理、负载均衡、数据调度、资源调度等。研究工作重点在于： 1 ) 分析p 2 p 和c d n 技术的优缺点，探讨已有的c d n p 2 p 混合架构的不足， 在融合软件c d n 系统架构与混合式p 2 p 思想的基础上，提出了p c d n 架构； 2 ) 研究缓存管理的具体实现，设计了对文件进行分块分片的结构和基于滑 动窗口的数据缓存策略，同时提出一种基于紧迫度和相关度的权重函数， 可应用于缓存的数据替换操作； 3 ) 研究数据调度模式的细节，在p c d n 系统架构的基础上，设计了推 ( p u s h ) 和拉( p u l l ) 的服务流程以实现流媒体内容的分发； 4 ) 针对架构的特点，改进传统的局部负载均衡策略； 5 ) 针对边缘节点资源管理不善容易产生性能瓶颈的问题，提出一种基于双 阈值的动态资源调配算法，可用于提升系统资源调度能力。 6 ) 设计实验方案，比较p 2 p 边缘节点与c d n 边缘节点的性能差异，通过 连接建立时延、系统服务性能、内容调度时延等性能测试，说明p c d n 架构的可行性。 1 4 论文的组织结构 本文除摘要、目录和参考文献外，分为六个章节。 第一章绪论，介绍论文的研究背景、国内外研究现状和主要的研究工作； 第二章流媒体与c d n 承载技术，介绍流媒体技术基础和c d n 的基本概念， 并着重探讨c d n 的关键技术和网络结构，分析其技术的不足； 第三章对等网络技术，介绍p 2 p 技术的基本概念，并详细介绍p 2 p 常用的 网络模型，分析其技术缺陷和解决方案； 第四章基于p c d n 的流媒体平台，设计融合了c d n 和p 2 p 技术的网络架 构p c d n ，并研究该架构上的流媒体平台的技术实现细节，针对传统c d n 的缓 江苏大学硕士学位论文 存管理、负载均衡、数据调度、资源管理等技术进行改进。 第五章系统实现与性能测试，介绍系统的关键实现，并对改进后的p c d n 流媒体系统进行性能测试和分析实验数据。 第六章总结与展望，总结本文的研究工作进行，并提出下一步的工作思路。 4 2 1引言 第二章流媒体与c d n 承载技术 流媒体是如今互联网上的的热门应用之一，大量的流媒体访问产生巨大的网 络流量，对骨干网的形成很大的冲击，而流媒体业务对实时性和通信服务质量 ( q o s ，q u a l i t yo f s e r v i c e ) 要求较高，需要保证用户侧的流媒体服务效率。 c d n 是一种基于c s 结构的分布式媒体服务技术平台，普通被采用且成熟 度比较高。其目的是通过在现有的i n t e m e t 中增加一层新的网络架构，通过智能 化策略，将用户需要访问的内容发布到分发到距离用户最近、服务质量最好的节 点，同时通过后台服务自动将用户调度到相应的节点，可以有效缓解i n t e m e t 网 络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度。从技术上全面解决由于网络带宽小、 用户访问量大、网点分布不均等原因造成的用户访问响应速度慢的问题。 2 0 0 4 年，为了减少大量流媒体数据对中国电信骨干网带宽的占用，提高宽 带用户访问的服务质量，中国电信按照整体计划开始建设面向全国的c d n 网络， 投入运营之后取得了比较满意的运营效果，但和中国电信建设可管理、可运营的 c d n 大网、整合全国c d n 网络资源的目标仍然有距离。按照中国电信c d n 建 设规划，2 0 0 7 年继续进行内容分发网络( c d n ) 建设工程，通过全程全网的内 容加速和省间内容共享满足新魄业务需求以及运营需求。 2 2流媒体技术 2 2 1 流媒体概述 流媒体通常指的是采用流式传输技术的连续实时媒体，如音频、视频等。流 媒体把连续的影像或声音信息经过压缩编码拆分成数据包，由服务器( 或同时) 实时的传送给用户，流式媒体的数据流随时传送随时播放，而不需要等全部数据 下载完成。为了消除网络抖动，客户端先在用户端上建立一个缓冲区，预先下载 文件的一小段数据作为缓冲，播放器先播放这一小段缓冲区内的数据，播放的同 时再在后台将文件剩余部分数据填充到缓冲区。 5 江苏大学硕士学位论文 实现流式传输有两种方法：实时流式传输和顺序流式传输。一般说来，广播 采用实时流式传输，要么使用流式传输媒体服务器，要么通过实时流传输协议实 现。而顺序流式传输比较适合高质量的短片段，通常通过h t t p 服务器将文件数 据通过顺序流发送。 2 2 2 流媒体业务类型 1 ) 流媒体直播 流媒体直播属于在线播放业务，用户看到的是实时的信号。流媒体编码器对 实时信号进行压缩编码，将编码后的码流经流媒体服务器实时传送到用户终端， 用户终端实时地从流媒体服务器上获得内容。根据实时内容信号源的不同，又可 以分为电视直播、远程监控等。 一 2 ) 流媒体点播 流媒体点播也属于在线播放业务。内容提供商预先对一段多媒体内容进行编 码，形成指定格式的文件，存储在流媒体服务器上。并把内容的描述信息以及链 接放置在流媒体的门户上。最终用户就可以通过访问门户，发现感兴趣的内容。 用户终端从流媒体服务器上获得内容，边传输内容边播放，由于播放后的内容不 在终端上存储，用户播放时必须实时和网络保持连接。如果同一内容需要多次重 复播放，每次播放时都需要从流媒体服务器上重新建立连接和获取数据。 流媒体点播和流媒体直播的不同之处在于：流媒体点播播放的是预先处理好 的多媒体文件，而流媒体直播播放的是实时编码的信号。 3 ) 流媒体轮播 轮播是一种准视频点播，属于直播的一种特殊应用模式。主要通过建立节目 播放列表即节目单，利用广播方式对播放列表中的视频节目进行实时直播并循环 播放，用户通过终端设备可随时点播或预约收看，并可重复收看。 通过完善的节目编排功能，自动从节目编排数据库中提取数据，生成节目表 单，随着节目编排的变化而动态刷新，节目编排采用直观的图形界面，以不同颜 6 学位论文 流媒体下载属于离线播放业务，用户将流媒体文件下载并存储到终端上，用 户可以随时播放，播放时不再占用移动网络资源，从而不受时间和空间的限制。 流媒体下载业务只是在下载阶段占用网络。它对网络带宽的变化不敏感，在低带 宽网络上仍能提供高质量的视频文件，但对终端的处理能力和存储容量有比较高 的要求。 2 2 3流媒体协议结构 3 g p p 流媒体协议族 参照3 g p p 标准的流媒体业务协议族，如下图所示： ii s c e n ed e s c r i p t i o n ：s e s s i o ns e t u p ， ： q u a l i t y ( s m il ) i c o n t r o l i f e e d b a c k 图2 - 1 流媒体协议结构 对于流媒体下载，采用的是标准的h t t p 协议。 对于流媒体点播和流媒体直播业务，其本质是一种流式传输，i e t f 定义了 几种流式传输协议，主要有：会话描述协议( s d p ，s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c 0 1 ) ， 实时流媒体协议( r t s p ，r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c o l ，) 和实时传输协议实时 传输控制协议( r t p r t c p ，r e a l - t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a l - t i m et r a n s p o r t c o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 1 4 】。 7 耋渤 瞻：凝 江苏大学硕士学位论文 s d p 协议 s d p t “1 是服务器端生成的文件，用于描述媒体文件的编码信息以及所在服务 器的链接等信息，客户端通过它来设置播放软件的参数。s d p 只是一种用于会话 描述，用于在不同传输协议之间传递消息，而并不是一种传输协议。其主要目的 是解决多媒体会话通知、邀请和另外一些媒体会话的初始化工作。 s d p 内容通常包括：会话名称和目的、会话持续时间、媒体类型( 音频、视 频等) 、传输协议( r t p u d p i p 等) 、媒体编码格式( m p e g 4 、h 2 6 3 、h 2 6 4 等) 、 接收媒体的相关信息( 地址、端口和格式等) 。 r t s p 协议 r t s p 1 6 】是应用级文本协议，用于流媒体服务器和终端播放器之间的媒体流 会话的建立和控制。r t s p 本身不被用于传输媒体数据，而是用于控制媒体流播 放的过程，如会话建立、暂停、停止、快进、快退、录制等。媒体传输协议和相 应的参数在会话建立过程中双方协商确定，一般采用r t p 协议。r t s p 可以承载 在t c p 或u d p 之上( 一般为t c p ) ，端口号为5 5 4 。 r t s p 通过定义一些“m e t h o d ”来实现会话的控制，其主要的m o t h o d 有： d e s c r i b e 、s e t u p 、p l a y 、p a u s e 、r e c o r d 、r e d i r e c t 、t e a r d o w n 等【撕】。同时，r t s p 通过会话描述协议( s d p ) 来协商双方的媒体格式、传输协 议等。 r t p r t c p 协议 整个r t p 1 7 1 协议由两个密切相关的部分组成：r t p 数据协议和r t c p 控制 协议，当应用程序开始一个r t p 会话时将使用两对端口：一对用于r t p ，另外 一对用于r t c p 。r t p 是针对多媒体数据流的传输协议，能够提供时间信息并提 供流同步，但本身并不能提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制， 它依靠r t c p 提供这些服务。r t p 通常采用u d p 来传送数据。 r t c p 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务，r t c p 的主要功能是为数 据的传送情况提供反馈。在r t p 会话期间，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数量、丢失的数据包数量等统计信息，服务器可 以根据这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效负荷的类型。r t p 和l 玎c p 配合使用，能够以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化。 8 p 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ 。_ _ _ _ 。1 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 江莶垄堂堡主芏堡垒奎 通常r t p l 玎c p 与r t s p 协议搭配使用，如图2 2 所示，r t s p 负责控制会 话过程，i 玎p r t c p 负责传输数据。 i s m a 流媒体标准 图2 - 2 典型的r t p 会话过程 i s m a ( i n t e m e ts t r e a m i n gm e d i a a l l i a n c e ) b 8 l 即互联网流媒体联盟，是在2 0 0 0 年1 2 月成立的标准化组织，其目标就是制定互联网流媒体编码器、服务器和播 放器之间的开放标准，其原则是最大程度的利用现有互联网国际标准。i s m a 规范范围涵盖音视频编解码、文件格式、流传输机制和参考s d k 。2 0 0 1 年2 月 发布的i s m a1 0 版本规定了基于m p e g 4 的音视频格式和流传输，2 0 0 5 年4 月 发布的i s m a 2 0 版本在1 0 版本基础上，扩充了对h 2 6 4 标准的支持。其协议栈 结构如图2 3 所示。 9 江苏大学硕士学位论文 t i o n l me d i as t o r a g em e d i ar r a n s p o r t 图2 3i s m a 协议栈 i s m a 协议栈中，媒体数据需要经过流化处理，m p e g 4 格式遵循m p 4 文件 格式规范( 即i s o i e c1 4 4 9 6 1 4 ：m p 4f i l ef o r m a t ) ，h 2 6 4 格式遵循高级视频编 码文件格式规范( 即i s o i e c14 4 9 6 15 ：a d v a n c e dv i d e oc o d i n gf i l ef o r m a t ) 。二 者在规范中均采用了h i n tt r a c k 索引方式，使得流服务器能够通过实时流方式传 输媒体轨道的信息。h i n tt r a c k 中将视频和音频媒体信息是分开的，因此，是把 媒体数据按照视频流和音频流分开传输的。通过c s 的结构实现数据传输，并采 用r t s p 协议对媒体会话进行控制，媒体数据则采用r t p 封装后承载u d p 上， 并