P2P流媒体业务技术分析与设计

    当前，基于对等网络(P2P)模式的业务和应用给互联网的发展带来了巨大影响，一方面基于P2P模式的业务推动了互联网宽带业务的快速发展；另一方面各种P2P流量大量占用网络带宽资源，网络升级扩容的速度跟不上P2P流量增长的速度，大客户的网络质量难以得到切实的保障，网络增量不增收。

      在对P2P流量的增量采取措施适度控制、疏导的同时，如何有效利用P2P技术来发展新的增值业务，为用户提供新的增值服务，实现新的盈利增长点，成为运营商迫切需要解决的问题。

      基于P2P技术的数字媒体内容直播、点播、下载等业务是目前业界关注的热点，本文将深入探讨如何充分利用P2P技术的网络带宽利用效率、可靠性等的优点来发展数字流媒体内容业务，从技术实现和运营部署的角度，提出P2P数字流媒体内容业务技术实现方案[1]。

1 现网主要P2P应用
      目前互联网网内P2P流量的发展异常迅速，P2P类的流量占到了网络流量带宽的40%～60%，中国互联网流量中各类应用和业务的典型分布情况是：通用数据报协议(UDP)类应用占12%；通用传输控制协议(TCP)类应用占12%；Internet流量占18%(其中HTTP占13%，FTP占3%，Mail占2%)；实时流式媒体协议(RTSP)类应用占1%；会话初始协议(SIP)类应用占1%；P2P类应用占46%(其中BT占8%，eMule/eDonkey占8%，PPLive占10%，Thunder下载占3.8%，POCO占4%，SKYPE占1%，未知P2P占10%，IM占0.2%)；其他类应用占10%。当然在不同地域、不同时段，并且由于用户上网的行为、习惯等的不同，网络业务流量的比例也会不同，并且网络中还存在大量的短时间网络攻击、蠕动病毒、垃圾邮件等流量。

      目前中国P2P类业务主要有如下4类：

      (1)P2P下载类业务，如Bittorrent、eMule/eDonkey、迅雷P2P下载、POCO、Gnutella、Vagaa、Napster和KaZaA等。

      (2)P2P流媒体类业务，如PPLive、QQLive、PPStream、UUSee等。

      (3)IM类业务，如MSN、Yahoo Messager、Google Talk等。

      (4)VoIP类业务，如Skype、H.323、SIP、MGCP等。

      以上P2P业务还可以分为基于TCP和UDP的P2P业务两大类[1-2]。

2 P2P数字媒体业务的发展现状
      2006年中国的互联网P2P流媒体市场，进入初步发展时期。根据艾瑞咨询的研究发现，未来5年该市场将保持一个快速上升的态势(如图1所示)。2010年市场规模将超过4亿元，所服务的网民数量也将达到1.4亿。国内主流运营商也纷纷在该领域推出新的举措，中国网通的宽带门户CNCMAX推出商业性演出的直播和转播服务；中国电信将互联星空打造成视频服务的聚合器；中国移动则将视频作为移动新媒体战略的实现手段；中国联通的“视讯新干线”则利用3G实现流媒体播放。

      国外运营商也在重点打造该领域的新业务，如：美国Verizon在2005年就提出通过视频服务在未来转型成为一家传媒公司，西班牙Telefonica也加大了在DSL上开展宽带视频业务的力度。

      基于P2P技术的流媒体业务，尤其是直播业务部署迅速、成本低廉，一些新兴的P2P流媒体运营商也因此迅速崛起，如PPLive、QQLive、UUSee、PPStream、JOOST等，其中PPLive号称目前为止已发展7 500万用户。目前大部分P2P流媒体运营商依靠风险投资资金的支持大规模扩大内容渠道和增强技术实力，其主要的盈利模式是网络广告和P2P技术提供，由于市场刚起步，网络广告的收入效果并未达到大家的预期，随着市场的发展与完善，网络广告会是整个P2P流媒体运营商的主要收入来源。业界主流P2P流媒体平台运营模式如图2所示。网络电视广告处于初期阶段，广告投放者的态度将决定新兴P2P流媒体运营商未来的主要业务收入，但可以预计北京奥运将为网络广告的飞速发展提供市场机遇[3]。

3 P2P流媒体业务实现方案及部署思路
      基于P2P的流媒体业务主要包括：直播或轮播的流媒体观看方式、用户可以根据喜好随意拖动时点进行观看的点播方式、用户下载后观看方式。

      目前直播和下载方式在技术上比较成熟，PPLive等流媒体运营商目前主要实现的是P2P直播业务；点播方式由于需要一定量的P2P用户同时观看，并且需要保证所有用户在观看不同片段时的播放质量以及应对用户频繁的加入退出，技术实现和网络支持的难度较大，目前还处于发展阶段；下载后再观看的方式，从严格意义上来讲属于文件共享下载。本文将着重分析基于P2P流媒体直播业务的技术实现方案及其运营部署思路。

      新兴P2P流媒体运营商充分利用P2P技术的去中心化、可扩展性、健壮性及负载均衡等特点，在全国建立一个媒体播放中心，在用户数较多的区域建立若干个媒体加速中心，最大限度地利用通信运营商为用户提供的宽带接入资源，免费为用户提供网络视频直播业务，并通过视频广告或提供技术服务实现盈利，典型的网络部署方案如图3所示。

      对于主流数字媒体运营商而言，由于网络资源丰富、技术力量雄厚，可以依托其3G、IP承载专网、卫星通信系统以及混合光纤/同轴电缆(HFC)系统提供数字电视、手机电视、IPTV、基于内容传送网络(CDN)的直播、点播、下载，基于P2P的直播、点播、下载等数字流媒体业务。

      针对电信运营商而言，可以依托IP承载网建设IPTV专网，提供高质量的数字媒体内容业务；可以利用已有的CDN内容分发平台，提供点播、直播、下载等数字媒体内容业务；还可以选择P2P技术实现数字媒体内容集成分发业务，如直播、下载及点播等。从P2P流媒体业务的总体部署系统架构来讲，建议应该包括如下5个模块：业务展示门户、内容管理、业务管理、分发系统、用户终端。图4给出了典型的数字媒体集成分发系统网络部署方案。利用IP专网实现IPTV业务承载由于成本太高，大规模实施难度较大；采用SCDN/CDN接入节点(POP)承载方式，本质是客户机/服务器(C/S)模式，质量较好，但易受并发用户数限制，扩展性差、扩容成本较高，建议主要用于分担骨干层数字媒体流量分发；采用P2PCDN POP节点承载方式，由于是P2P模式，部署快速、质量较好，扩容成本低，可以充分利用城域网内资源实现媒体资源分发，延伸SCDN/CDN覆盖范围，尤其对未建CDN省份可考虑采用P2P下载、直播优先开展业务，探索P2P业务应用模式及增值范围。对于传统CDN系统同新建P2PCDN系统的关系，两套数字媒体内容分发系统将会是并列共存、互为补充的模式。目前网络上P2P应用最成熟的模式为P2P直播，初期开展业务容易，用户接受程度较高，建议运营商结合自身的带宽资源进行疏、堵、用相结合的方式，先期实现P2P直播业务，逐步尝试开展P2P下载和点播业务。

4 P2P流媒体业务安全保障系统分析
      电信运营商要想开展P2P流媒体业务，并获得较好收益，就必须在网络构建和业务提供方面优于现有的新兴P2P流媒体业务提供商，并进一步在业务质量保证、版权保护等方面发挥运营商的优势作用，为用户提供具有高价值的内容，实现按内容收费。P2P流媒体内容要实现收费观看，首先需要考虑内容的版权保护。数字版权管理(DRM)系统为数字媒体内容商业化运作、有效保护知识产权提供了一套完整的实现手段。

      通过DRM技术，内容提供商可以方便地对各种音乐、图像等媒体文件进行加密保护，使受保护的多媒体文件不会被用户非法屏拷和复制。P2P流媒体系统中DRM实现的基本原理如图5所示。
实现过程如下：

      (1)节目源向流媒体发布端传送媒体流；

      (2)DRM版权许可服务器将DRM的许可信息传送给流媒体发布端；

      (3)流媒体发布端收到步骤(1)、步骤(2)的信息后把媒体流进行DRM封装，并且混合随机的节点信息后生成统一资源定位(URL)信息发布到Web服务器上；

      (4)服务器进行用户身份和密码认证；

      (5)登陆服务器返回Cookie和混淆后的URL给客户端；

      (6)用户选择了相应频道的URL后，定向到流媒体发布端，从而获取媒体流；

      (7)用户收到混有DRM保密信息的URL之后，首先到DRM版权许可服务器进行认证；

      (8)DRM版权许可服务器返回用户发送的DRM认证请求结果，如果通过了认证，则用户可以播放相应的媒体流。

      这里需要指出，对于不同的媒体格式为保证播放的质量和传输的效率，在P2P分片时可能采用不同的分片策略，从而DRM加密的片段也会不同。另外，P2P流媒体系统还应保证频道内容不被非法入侵者破坏和盗用，对欺诈行为有检查和处理手段，保证管理系统的安全性和分发系统的安全性，并应具有基本的访病毒能力，具有安全报警能力等。

      对于数字媒体内容通过P2P技术进行传输所采用的安全机制主要包括：URL加密，实现后台服务器隐藏，并实现防盗链技术；采用MD5加密算法传输Hash代码、无重复的用户唯一标识、多位一体认证信息等，采用不损伤硬盘，保护用户机器的安全性；要有效防止非法用户访问，由于用户除了能通过流媒体发布端访问媒体资源之外，还可以通过相邻的用户节点来使用媒体资源，这就为非法登陆的用户访问媒体资源提供了便利，通过客户端软件相关接口的二次功能开发可以达到对非法用户操作控制的目的[4]。

5 P2P流媒体商业盈利模式分析
      传统通信运营商可以采取纯网络通道提供、资源出租、业务自营、合作运营等方式同内容/服务提供商(CP/SP)合作开展P2P流媒体业务。依托业务展示门户实现在线视频播放或安装客户端软件实现用户桌面播放，为用户提供内容选择的卖场，提供高价值内容服务以及通过包月/计时/点卡/网络广告等方式实现盈利，并同合作方进行收益分成。通过客户细分，可以为行业客户、政府客户及个人客户提供不同等级的服务。

6 结束语
      通过对运营商现网P2P业务流量分布特点的分析，综合运营商可采用的P2P流媒体业务技术实现方案及运营部署思路，建议运营商结合自身的带宽资源特点，采用疏、堵、用相结合的方式，先期实现P2P直播业务，再以此为基础，逐步尝试开展P2P下载和点播业务。重点加强P2P流媒体业务的安全保障系统方案及开展该业务可能的盈利模式的研究和部署，使P2P流媒体业务成为的电信运营商转型和发展的重要支撑业务。

7 参考文献
[1] 马少武, 唐雄燕, 等. P2P流量识别和管控技术分析 [C]//中国通信学会信息通信网络技术年会, 2007.
[2] 2006年中国网通P2P流量监控系统应急工程可行性研究报告 [R]. 2006.
[3] iResearch艾瑞市场咨询. 由堵变疏——运营商主动对接P2P [EB/OL]. http://www.iresearchgroup.com.cn /Consulting /Telecom /DetailNews.asp?id=56147. 2006.
[4] FLENNER R, ABBOTT M, BOUBEZ T, et al. Java P2P技术内幕 [M]. 高岭, 刘红, 周兆确,译. 北京: 人民邮电出版社, 2003.

收稿日期：2007-09-17

[摘要] 基于对等网络(P2P)模式的业务和应用给传统互联网带来了巨大的影响，如何更有效地利用P2P技术来发展新的增值业务，是P2P业务开展各方迫切需要解决的问题。新兴P2P流媒体运营商、主流数字媒体运营商、电信运营商业务实现方案及部署思路各不相同。对于电信运营商，目前网络上P2P应用最成熟的模式为P2P直播，初期开展业务容易，用户接受程度较高。建议运营商结合自身的带宽资源对业务流量采用“疏”、“堵”、“用”相结合的手段，先期实现P2P直播业务，逐步尝试开展P2P下载和点播业务，同时加强P2P流媒体业务的安全保障系统方案及开展该业务可能的盈利模式的研究，使P2P流媒体业务成为的电信运营商转型和发展的重要支撑业务。

[关键词] 对等网络；流媒体；内容传送网络；数字版权管理

[Abstract] P2P services and applications bring enormous impact to the current Internet. Using P2P technology to more effectively create new value-added services is a key problem that each part of the P2P industrial chain has to solve. There are different services realization plans and formal operation deployment thoughts among new P2P streaming media providers, mainstream digital media carriers and telecommunications carriers. On-line live broadcast based on P2P is the most popular business model for telecommunications carriers now. It is easy to be deployed at the initial stages and to be accepted by user. According to the present situation of network resources, telecommunications carriers should comprehensively adopt "redistributing", "control" and "using" approaches to deal with P2P traffic. Firstly, telecommunications carriers should realize P2P living broadcast services, and then develop P2P downloading and Video on Demand (VOD) services. Meanwhile researching the security infrastructure about P2P streaming media services and its profit model, telecommunication carriers could make P2P streaming media services become important supporting services during carriers' restructuring and developing.

[Keywords] P2P network; streaming media; CDN; DRM