CN102487390B - 基于p2p技术实现大容量媒体流直播的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统及方法，该方法包括：第一用户选择在线的第二用户作为媒体流发布和提供的源种子服务器；第一用户分别向第二用户、路径解析服务器和管理中心服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息；第一用户向第二用户发送提供媒体流的请求消息；接收到请求消息后，第二用户执行合法性验证；如果接受，则向第一用户返回通知消息；接收到通知消息后，第一用户将媒体流分割成多个固定长度报文发送给第二用户；接收到媒体流的数据包后，第二用户在本地缓存数据包。本发明通过部署改进的P2P客户端实现P2P客户端对媒体流的高效转发，以及客户端在没有使用业务时也能向外提供该业务数据，提高了P2P客户端的资源利用效率。

Description

基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统及方法

技术领域

本发明涉及P2P数据传输技术领域，尤其涉及一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统及方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展以及互联网的快速普及，人们对互联网上的媒体流提出了更高的要求；因此，具有高数据量、高带宽、高访问量和高服务质量成为该领域的发展趋势。目前，基于互联网的大容量媒体流应用存在着多种困难，尤其是对于媒体流直播业务，在数据量、传输带宽和访问量等方面存在诸多瓶颈问题。

当前，旨在解决大容量媒体流直播方面的技术主要包括：内容分发网络技术CDN和点对点技术(P2P，Peer to Peer)两种。

其中，CDN是一种客户端-服务器模式，其服务的扩展能力取决于分布节点的不断部署，由此造成了CDN服务能力扩展的成本非常高。此外，用户访问具有随意性和突发性等特点，但是传统的CDN系统不具备弹性动态扩展的能力。

P2P技术是将各个用户互相结合成一个网络，共享其间的带宽、共同处理其中的信息。P2P客户终端既是客户端又是服务器。采用P2P架构可以有效地利用大量计算机的计算资源和带宽资源，达到高带宽和海量存储的目的。但是传统的P2P应用必须是客户端自身使用业务时才能向外提供该业务数据。

综上所述，如何克服现有技术的缺陷，有效提高对媒体流的转发效率成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统及方法，通过部署改进的P2P客户端实现P2P客户端对媒体流的高效转发。

进一步的，本发明实现客户端在没有使用业务时也能向外提供该业务数据，从而提高了P2P客户端的资源利用效率。

本发明的一个方面提供了一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统，该系统包括：公网源种子服务器，作为用户的源种子服务器，用于为用户发布媒体流，并向用户提供媒体流；保存媒体流发布人提供的媒体流标识信息；路径解析服务器，用于提供媒体流的路径解析功能；保存媒体流发布人名下的各媒体流可用的种子服务器/媒体流获取单元的列表信息以及各种子服务器/媒体流获取单元的当前负载信息；管理中心服务器，用于对用户、媒体流业务和/或网络进行协调管理；保存媒体流发布人提供的媒体流及其访问权限信息；客户端，用于对媒体流进行本地存储，以及与其它用户的客户端建立点对点连接，并为对方提供媒体流。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的一个实施例中，媒体流的唯一标识由媒体流发布人用户标识信息UID与媒体流标识信息SID共同确定。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的一个实施例中，路径解析功能包括：协助客户端进行P2P连接，动态维护媒体流资源列表，并根据预先设置的策略实现媒体流分发控制和用户服务调度。

本发明的另一个方面提供了一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法，该方法包括：第一用户选择在线的第二用户作为媒体流发布和提供的源种子服务器；第一用户分别向第二用户、路径解析服务器和管理中心服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息；第一用户向第二用户发送提供媒体流的请求消息；接收到请求消息后，第二用户执行合法性验证；如果接受，则向第一用户返回通知消息；接收到通知消息后，第一用户将媒体流分割成多个固定长度报文发送给第二用户；接收到媒体流的数据包后，第二用户在本地缓存数据包。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个实施例中，该方法还包括：第一用户分别向第二用户、路径解析服务器和管理中心服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息后，第二用户记录第一用户名下的媒体流列表信息；路径解析服务器记录第一用户名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP为第二用户；管理中心服务器记录第一用户名下的媒体流列表、访问属性、所属路径解析服务器及所采用的种子服务器。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个实施例中，该方法还包括：第三用户登录系统，并向路径解析服务器查询第一用户名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP列表；通过可用种子服务器/媒体流获取单元列表，路径解析服务器向第三用户发出通知消息，并告知第一用户名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元为第二用户的客户端；第三用户根据路径解析服务器返回的通知消息，与第二用户建立P2P连接，并请求相应的媒体流数据包；接收到请求消息后，第二用户判断本地是否存在媒体流；如果没有，则通知第一用户所属的媒体流采集单元进行数据采集，并将采集的媒体流发送给第二用户；第二用户将收到的最新媒体流推送给第三用户，并向路径解析服务器报告本机状态。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个实施例中，如果第二用户判断本地存在媒体流，则直接将本地缓存的媒体流的数据包推送给第三用户，并向路径解析服务器报告本机状态。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个实施例中，本机状态包括：本机获取媒体流所采用的种子服务器、种子服务器的级别，以及本机负载情况。

本发明供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统及方法，通过部署改进的P2P客户端实现P2P客户端对媒体流的高效转发，以及客户端在没有使用业务时也能向外提供该业务数据，提高了P2P客户端的资源利用效率。

附图说明

图1示出本发明实施例提供的一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的结构示意图；

图2示出本发明实施例提供的一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的流程图；

图3示出本发明实施例提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的另一个实施例的流程图；

图4示出本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

图1示出本发明实施例提供的一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的结构示意图。

如图1所示，基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统100包括：公网源种子服务器102、路径解析服务器104、管理中心服务器106、P2P客户端108。

公网源种子服务器102，作为用户的源种子服务器，用于为用户发布媒体流，并向用户提供媒体流；保存媒体流发布人提供的媒体流标识信息。

路径解析服务器104，用于提供媒体流的路径解析功能；保存媒体流发布人名下的各媒体流可用的种子服务器/媒体流获取单元(SP/NP，其中SP为源种子服务器/媒体流源服务器，NP为媒体流获取单元)的列表信息以及各种子服务器/媒体流获取单元的当前负载信息。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的一个实施例中，路径解析功能包括：协助客户端进行P2P连接，动态维护媒体流资源列表，并根据预先设置的策略实现媒体流分发控制和用户服务调度。

关于路径解析服务器的策略：路径解析服务器基于客户端的上报消息记录有各媒体流可用的种子服务器SP/NP，以及各种子服务器的级别和负载情况，如可用带宽、内存、硬盘容量等。其中，种子服务器级别的确定原则为：公网种子服务器的级别最高(即为0)；当普通用户A从种子服务器B获取媒体流并成为该媒体流的种子服务器后，其作为种子服务器的级别在种子服务器B的级别的基础上加1(即降低1级)。普通用户获取媒体流时，路径解析服务器根据该媒体流可用的种子服务器SP/NP判断该媒体流是否存在于P2P网络，如果存在，则根据各可用种子服务器的级别和负载情况选择一个合适的种子服务器信息发送给用户，告诉用户可以从该种子服务器获取媒体流信息；如果不存在，则将公网种子服务器信息发送给用户，告诉用户可以从该公网种子服务器获取媒体流信息。

管理中心服务器106，用于对用户、媒体流业务和/或网络进行协调管理；保存媒体流发布人提供的媒体流及其访问权限信息。本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的一个实施例中，媒体流的唯一标识由媒体流发布人用户标识信息UID与媒体流标识信息SID(Stream ID)共同确定。其中，用户识别码UID由8个字节组成，供系统内部使用(不对用户开放)。各字节定义如下：ID7|ID6|ID5|ID4|ID3|ID2|ID1|ID0|；其中：ID7|ID6：最高两个字节为用户注册时所在的IP4地址的前2各字节，如某个用户注册时的IP地址为：201.96.10.11，则此用户UID的前2个字节将为：201.96。ID5-ID0：6个字节，在用户注册时由系统按从小到大的顺序生成。

每个媒体流服务在某个用户UID名下拥有一个唯一的ID，即媒体流标识信息SID：，其由4字节组成(SID3|SID2|SID1|SID0)，由各客户端在发布媒体流服务时生成。SID在P2P系统内不是唯一确定，某个UID下的SID才是系统唯一确定的。如01-126.x.x.x表示本机发布的共享文件的SID范围。每个文件拥有一个独立的媒体流ID，新增的文件使用新的文件流ID。客户端内部的文件管理模块在分配SID时，每新增一个文件SID值增加1。

客户端108，用于对媒体流进行本地存储，以及与其它用户的客户端建立点对点连接，并为对方提供媒体流。本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统的一个实施例中，P2P客户端既是P2P媒体流服务的使用者，同时也是媒体流服务提供者；即P2P客户端可以承担源种子服务器SP和普通种子服务器NP两种角色。

接下来将对客户端支持的具体功能做进一步的详细介绍。

P2P客户端上线初始化阶段，选择合适的P2P客户端作为承担其媒体流发布和提供的源种子服务器SP；其中，“发布”是指客户端将本机的媒体流信息(如媒体流ID、媒体流名称、媒体流访问权限等)发送到管理中心、路径解析服务器以及其在初始化时所选择的源种子服务器SP；“提供”是指客户端将本机的媒体流发送到其选择的源种子服务器SP，并通过SP分发到P2P网络。P2P客户端选择源种子服务器SP的原则如下：

(a)默认选择本机客户端作为本机媒体流发布的SP；

(b)如选择的SP不是本机P2P客户端，则本机P2P客户端需要与其所选择的SP所在的P2P客户端建立P2P直达通道，并获得所选择的SP所在的P2P客户端同意。此后，这两个P2P客户端之间需要进行HELLO数据包的定期交互，以表明该SP在线并可以继续提供服务。

P2P客户端的本机媒体流来源包括三种：本机要发布和提供的媒体流、本机作为SP时由发布人提供的媒体流、本机P2P客户端登录用户从P2P网络获取的媒体流。

选择好SP后，P2P客户端需要分别与源种子服务器SP、P2P路径解析服务器和管理中心进行媒体流信息的同步与更新。

(a)与源种子服务器SP的同步。

P2P客户端将本机发布和提供的媒体流列表报告给其选择的SP，SP对该P2P客户端名下的媒体流列表信息进行相应的更新。

(b)与P2P路径解析服务器的同步。

P2P客户端向P2P路径解析服务器报告本机发布和提供的媒体流列表及所选择的SP信息，本机留存的从P2P网络中获取的媒体流列表信息，以表明本机可以作为这些媒体流的普通种子服务器NP。

P2P路径解析服务器接收到P2P客户端报告后，将此SP作为该P2P客户端名下的所有媒体流的源种子服务器。同时，如果P2P路径解析服务器发现SP所在的客户端与该P2P客户端不同，则自动将该P2P客户端作为一个第1级别的普通种子服务器NP登记在该P2P客户端所提供的从P2P网络获取的各媒体流名下。从而实现对发布人名下的各媒体流可用的种子服务器SP/NP列表信息的更新。

(c)与管理中心的同步。

P2P客户端将本机需要发布和提供的媒体流列表、访问属性和SP信息报告给管理中心，管理中心对该P2P客户端名下的媒体流列表、访问属性和SP信息进行相应的更新。

本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统，P2P客户端上线时，选择合适的P2P客户端作为其发布和提供媒体流的源种子服务器；此外，P2P客户端增加源种子服务器模块功能，在线监听其它P2P客户端获取、发布和提供媒体流的请求消息，并进行消息处理，实现P2P客户端在不使用某个媒体流业务时，也可以对该媒体流高效存储转发。

图2示出本发明实施例提供的一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的流程图。

如图2所示，基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法200包括：

步骤202，第一用户登录系统，并选择在线的第二用户作为媒体流发布和提供的源种子服务器。

步骤204，第一用户分别向第二用户、路径解析服务器和管理中心服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息。

步骤206，第一用户向第二用户发送提供媒体流的请求消息。

步骤208，接收到请求消息后，第二用户执行合法性验证；如果接受，则执行步骤210；否则执行步骤209。

步骤209，第二用户拒绝第一用户的提供媒体流的请求。

步骤210，第二用户接受第一用户的请求，并向第一用户返回通知消息。

步骤212，接收到通知消息后，第一用户将媒体流分割成多个固定长度报文发送给第二用户；例如，客户端在分割文件时，可以以4Kbit为单位，并封装到数据包中，然后再进行发送。另外，数据包的包头有一个指示数据长度的字段。

步骤214，接收到媒体流的数据包后，第二用户在本地缓存数据包。

根据本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个实施例中，方法还包括：第一用户分别向第二用户、路径解析服务器和管理中心服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息后，第二用户记录第一用户名下的媒体流列表信息；路径解析服务器记录第一用户名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP为第二用户；管理中心服务器记录第一用户名下的媒体流列表、访问属性、所属路径解析服务器及所采用的种子服务器。

根据本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个实施例中，通过客户端上线时选择合适的P2P客户端作为其发布和提供媒体流的源种子服务器，以及自定义协议报文格式实现P2P客户端在不使用某个媒体流业务时，也可以对该媒体流的高效存储转发，大大提高了P2P客户端的资源利用效率。

图3示出本发明实施例提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的另一个实施例的流程图。

如图3所示，基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法300包括：步骤302-314、316-330，其中步骤302-314可以分别执行与图2所示的步骤202-214相同或相似的技术内容，为简洁起见，这里不再赘述其技术内容。

如图3所示，在步骤314之后，执行步骤316，第三用户登录系统，并向路径解析服务器查询第一用户名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP列表。

比作麂皮318，通过可用种子服务器/媒体流获取单元列表，路径解析服务器向第三用户发出通知消息，并告知第一用户名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元为第二用户的客户端。

步骤320，第三用户根据路径解析服务器返回的通知消息，与第二用户建立P2P连接，并请求相应的媒体流数据包。

步骤322，接收到请求消息后，第二用户判断本地是否存在媒体流。如果存在，则执行步骤323；否则执行步骤324。

步骤323，第二用户判断本地存在媒体流，则直接将本地缓存的媒体流的数据包推送给第三用户。

步骤324，通知第一用户所属的媒体流采集单元进行数据采集。

步骤326，第一用户所属的媒体流采集单元将采集的媒体流发送给第二用户。

步骤328，第二用户将收到的最新媒体流推送给第三用户。

步骤330，第二用户向路径解析服务器报告本机状态。

图4示出本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法的一个具体实施例的流程图。

以一个会员用户A(媒体流发布人)提供媒体流服务，两个普通用户B和C获取会员用户A提供的媒体流服务(其中用户B先上线，用户C后上线)为例，说明整个系统的业务流程。

如图4所示，基于P2P技术实现大容量媒体流直播的业务流程包括：

步骤S1：系统初始化，用户A(Client-A)和用户B(Client-B)均上线，用户A选择用户B承担其媒体流发布和提供的源种子服务器。

步骤S2：用户A分别向用户B、路径解析服务器和管理中心服务器报告本机发布和提供的媒体流相关信息。

步骤S3：用户B记录用户A名下的媒体流列表信息；路径解析服务器记录用户A名下媒体流的可用种子服务器SP/NP为用户B；管理中心记录会员用户A名下的媒体流列表、访问属性、所属路径解析服务器及所采用的SP(即用户B)等信息。

步骤S4：用户A向用户B发送提供媒体流到P2P网络的请求消息。

步骤S5：用户B监测到用户A的请求消息，进行合法性验证，并回应接受或拒绝。

步骤S6：用户A接收到用户B的接受应答后，将媒体流(UID：SID)分割成若干固定长度报文发送给用户B。

步骤S7：用户B接收到用户A的媒体流数据包后，缓存该媒体流最近时刻的连续片段的数据包。

步骤S8：用户C登录系统，向路径解析服务器查询用户A名下媒体流的可用SP/NP列表。

步骤S9：路径解析服务器通过可用SP/NP列表向用户C回复：用户A名下媒体流的可用种子服务器SP/NP为用户B。

步骤S10：用户C收到路径解析服务器的回复结果后，与用户B建立P2P连接，并向它申请相应用户A名下的媒体流。

步骤S11：用户B接收到请求后，如果本机没有缓存该媒体流，则进入步骤S12；否则，执行步骤S13。

步骤S12：用户A将采集的媒体流发送给用户B。

步骤S13：用户B将收到的最新媒体流数据包推送(PUSH)给用户C。

步骤S14：用户B向路径解析服务器报告本机状态。

参考前述本发明示例性的描述，本领域技术人员可以清楚的知晓本发明具有以下优点：本发明提供的基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统及方法，通过部署改进的P2P客户端实现P2P客户端对媒体流的高效转发，以及客户端在没有使用业务时也能向外提供该业务数据，提高了P2P客户端的资源利用效率。本发明尤其适用于大型的远程教育、会议系统等应用。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的系统，其特征在于，所述系统包括：

第一客户端，用于选择在线的第二客户端作为媒体流发布和提供的源种子服务器；分别向所述第二客户端和路径解析服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息；向所述第二客户端发送提供媒体流的请求消息；在接收到第二客户端返回的通知消息后，将所述媒体流分割成多个固定长度报文发送给所述第二客户端；

第二客户端，用于在接收到所述请求消息后，执行合法性验证；如果接受，则向所述第一客户端返回通知消息；接收到第一客户端发送的所述媒体流的数据包后，在本地缓存所述数据包；接收到第三客户端的请求消息后，判断本地是否存在所述媒体流；如果没有，则通知所述第一客户端所属的媒体流采集单元进行数据采集，以便所述第一客户端所属的媒体流采集单元将采集的媒体流发送给所述第二客户端；将收到的最新媒体流推送给所述第三客户端，并向所述路径解析服务器报告本机状态；

第三客户端，用于向所述路径解析服务器查询所述第一客户端名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP列表；根据所述路径解析服务器返回的通知消息，与所述第二客户端建立P2P连接，并请求相应的媒体流数据包；

路径解析服务器，用于通过可用种子服务器/媒体流获取单元列表，向所述第三客户端发出通知消息，并告知所述第一客户端名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元为所述第二客户端。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第一客户端分别向所述第二客户端和路径解析服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息后，

所述第二客户端还用于记录所述第一客户端名下的媒体流列表信息；

所述路径解析服务器还用于记录所述第一客户端名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP为所述第二客户端。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第二客户端还用于在判断本地存在所述媒体流时，直接将本地缓存的所述媒体流的数据包推送给所述第三客户端，并向所述路径解析服务器报告本机状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述本机状态包括：本机获取媒体流所采用的种子服务器、所述种子服务器的级别，以及本机负载情况。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述媒体流的唯一标识由媒体流发布人用户标识信息UID与媒体流标识信息SID共同确定。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路径解析服务器还用于协助客户端进行P2P连接，动态维护媒体流资源列表，并根据预先设置的策略实现媒体流分发控制和用户服务调度。

7.一种基于P2P技术实现大容量媒体流直播的方法，其特征在于，所述方法包括：

第一客户端选择在线的第二客户端作为媒体流发布和提供的源种子服务器；

所述第一客户端分别向所述第二客户端和路径解析服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息；

所述第一客户端向所述第二客户端发送提供媒体流的请求消息；

所述第二客户端在接收到所述请求消息后，执行合法性验证；如果接受，则向所述第一客户端返回通知消息；

所述第一客户端在接收到所述通知消息后，将所述媒体流分割成多个固定长度报文发送给所述第二客户端；

所述第二客户端在接收到所述媒体流的数据包后，在本地缓存所述数据包；

第三客户端登录系统，并向所述路径解析服务器查询所述第一客户端名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP列表；

所述路径解析服务器通过可用种子服务器/媒体流获取单元列表，向所述第三客户端发出通知消息，并告知所述第一客户端名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元为所述第二客户端；

所述第三客户端根据所述路径解析服务器返回的通知消息，与所述第二客户端建立P2P连接，并请求相应的媒体流数据包；

所述第二客户端在接收到请求消息后，判断本地是否存在所述媒体流；

如果没有，则所述第二客户端通知所述第一客户端所属的媒体流采集单元进行数据采集，并将采集的媒体流发送给所述第二客户端；

所述第二客户端将收到的最新媒体流推送给所述第三客户端，并向所述路径解析服务器报告本机状态。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述第一客户端分别向所述第二客户端和路径解析服务器报告所发布和提供的媒体流相关信息后，

所述第二客户端记录所述第一客户端名下的媒体流列表信息；

所述路径解析服务器记录所述第一客户端名下媒体流的可用种子服务器/媒体流获取单元SP/NP为所述第二客户端。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述第二客户端判断本地存在所述媒体流，则直接将本地缓存的所述媒体流的数据包推送给所述第三客户端，并向所述路径解析服务器报告本机状态。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述本机状态包括：本机获取媒体流所采用的种子服务器、所述种子服务器的级别，以及本机负载情况。