基于云服務(wù)的P2P流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)視頻傳輸中的應(yīng)用

周個(gè)妹　劉澤斌

摘 要：通過(guò)闡述流媒體技術(shù)對(duì)于當(dāng)今遠(yuǎn)程教育的重要意義，文章提出了基于云服務(wù)的P2P的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)資源共享網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和解決方案，研究表明基于云服務(wù)的P2P架構(gòu)的流媒體技術(shù)能夠突破固有網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸，高效的傳輸流媒體文件，提高音視頻文件的播放質(zhì)量，保證視頻資源的穩(wěn)定性，更適用當(dāng)今遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：云服務(wù)；流媒體；P2P；教學(xué)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2016）06-0091-04

當(dāng)今，電子信息技術(shù)在以前所未有的速度發(fā)展，許多傳統(tǒng)領(lǐng)域都受到?jīng)_擊從而產(chǎn)生各種變革，基于先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，遠(yuǎn)程教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生，遠(yuǎn)程教學(xué)的開拓與發(fā)展，使得現(xiàn)在的教學(xué)模式呈多元化趨勢(shì)發(fā)展，無(wú)論是教學(xué)模式還是教授內(nèi)容均發(fā)生了巨大的變革。而相應(yīng)的，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式也在變化，現(xiàn)在的課堂，學(xué)生不再是以單純的聽(tīng)講作為主要學(xué)習(xí)方式，他們開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂的主體，帶著疑問(wèn)有目的性的尋求教學(xué)資源，因此擁有龐大教學(xué)資料儲(chǔ)備、方便溝通渠道、良好互動(dòng)機(jī)制的遠(yuǎn)程教學(xué)模式必定成為教育領(lǐng)域的主流教學(xué)模式。

一、基于云服務(wù)的P2P流媒體技術(shù)

1.流媒體

流媒體技術(shù)在一定程度上突破了網(wǎng)絡(luò)寬帶對(duì)多媒體信息傳輸?shù)南拗疲粡V泛用于網(wǎng)絡(luò)視頻直播、廣告、電子商務(wù)等各種領(lǐng)域，它采用流式傳輸?shù)姆绞?，其?shù)據(jù)流能夠做到隨時(shí)傳送，對(duì)系統(tǒng)緩存要求較低，縮短了啟動(dòng)延時(shí)，隨時(shí)播放，減少了用戶等待時(shí)間且能夠做到斷點(diǎn)續(xù)播，不必從頭下載文件再播放，而且流媒體壓縮的音視頻文件容量小，易于網(wǎng)絡(luò)傳輸。

雖然現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但目前國(guó)內(nèi)的遠(yuǎn)程教學(xué)還存在不足之處，其中最顯著的一點(diǎn)是教學(xué)模式單一。許多院校只是將原版教材制成電子版上傳至網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載，僅僅是利用了網(wǎng)絡(luò)的便利條件改變了教學(xué)環(huán)境，教學(xué)形式上反而變得更加消極，在無(wú)人監(jiān)督和學(xué)習(xí)內(nèi)容單調(diào)乏味的情況下，會(huì)極大的打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且諸如化學(xué)、物理、音樂(lè)等需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和演示的學(xué)科，在只能傳輸PDF或PPT文本的形式單一的遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)上根本無(wú)法做到有效授課。

流媒體技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決這些不足，從效果上看，流媒體技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)中教師授課風(fēng)采以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)景呈現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生對(duì)課程的理解，同時(shí)輔以PPT講稿和索引，學(xué)員可根據(jù)需要自由切換學(xué)習(xí)的課程章節(jié)，相比較于傳統(tǒng)教學(xué)模式，不僅不會(huì)降低教學(xué)質(zhì)量，而且極大地提高了教學(xué)的便利程度。從成本上看，由于支持流式技術(shù)的多媒體文件不需要全部下載完成就能觀看，點(diǎn)播延時(shí)大大縮短，不需要很大的緩沖區(qū)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求下降。流式技術(shù)采用較高效的壓縮編碼如MPEG-4等，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻的質(zhì)量，即使學(xué)員不在現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)課也有身臨其境的感覺(jué)。

2.P2P概述

大學(xué)的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)多以C/S模式存在，該模式中，服務(wù)器以單播的形式傳輸媒體流，該傳輸模式一般用于小范圍的局域網(wǎng)內(nèi)，易于維護(hù)管理，但其缺點(diǎn)也十分明顯，當(dāng)用戶數(shù)量增加到一定程度時(shí)，受服務(wù)器本身性能及網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，無(wú)法承載較大流量的音視頻文件傳輸，這對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)流媒體技術(shù)的使用開發(fā)是一大瓶頸[1]。

P2P是對(duì)等計(jì)算（Peer to Peer）的簡(jiǎn)稱，可以簡(jiǎn)單的定義成通過(guò)直接交換來(lái)共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)，而對(duì)等計(jì)算模型應(yīng)用層形成的網(wǎng)絡(luò)通常稱為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。在P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不依賴專用的集中服務(wù)器，成千上萬(wàn)臺(tái)彼此連接的計(jì)算機(jī)都處于對(duì)等的地位，網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)既能充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請(qǐng)求者，又對(duì)其它計(jì)算機(jī)的請(qǐng)求作出響應(yīng)，提供資源和服務(wù)。此類組網(wǎng)的傳輸模式優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分利用客戶端（即學(xué)生終端）的閑置帶寬以及計(jì)算資源，減輕中央服務(wù)器及骨干網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，解決C/S模式資源受限問(wèn)題，保證視頻流快速流暢播放，而且不需要互聯(lián)網(wǎng)路由器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此性價(jià)比高且易于部署。但P2P技術(shù)流媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用中仍存在一些技術(shù)性的問(wèn)題，如合適源節(jié)點(diǎn)查找和數(shù)據(jù)傳輸路徑維護(hù)等，也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性造成負(fù)擔(dān)?；诖吮尘跋?，通過(guò)構(gòu)造新的虛擬多源P2P資源共享、傳輸模式等手段能有效解決遠(yuǎn)程教學(xué)中流媒體應(yīng)用的問(wèn)題，解決的方法是在客戶端節(jié)點(diǎn)中選擇優(yōu)秀節(jié)點(diǎn)構(gòu)建源組，充分利用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)終端用戶的空閑資源來(lái)減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，在不影響接收教學(xué)視頻質(zhì)量的情況下，能夠保證客戶端穩(wěn)定、流暢地獲取視頻，同時(shí)，使用該方法建立的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架具有良好的擴(kuò)展性，能自動(dòng)根據(jù)某一時(shí)期的用戶總量縮減或擴(kuò)張規(guī)模[2]。

3.云服務(wù)概述

云服務(wù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于本地設(shè)備的服務(wù)，它具有大規(guī)模、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性和按需服務(wù)、費(fèi)用廉價(jià)等特點(diǎn)，如此，小規(guī)模使用者既能省去高昂的數(shù)據(jù)中心的管理成本，云平臺(tái)服務(wù)商也可運(yùn)用閑散資源收取租用費(fèi)來(lái)對(duì)云平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)，雙方互利互贏。從普通用戶的角度來(lái)看，通過(guò)云平臺(tái)獲取服務(wù)價(jià)格低廉且方便快捷，只要有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方即能使用，因此運(yùn)用云服務(wù)，能有效優(yōu)化基礎(chǔ)的P2P流媒體傳輸系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)模型

1.傳輸系統(tǒng)框架

使用P2P技術(shù)在遠(yuǎn)程教育平臺(tái)上傳輸流媒體，是為了充分利用終端設(shè)備的邊緣性網(wǎng)絡(luò)資源，減輕中央服務(wù)器負(fù)擔(dān)，提高流媒體傳輸效率，所以在系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)上使用混合式傳統(tǒng)模型[3]，如圖1所示。

教師端或管理流媒體資源的中央服務(wù)器作為傳輸系統(tǒng)的源節(jié)點(diǎn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的視頻流均源于此。如果采用C/S（客戶端/服務(wù)器）的方式，那么整個(gè)傳輸系統(tǒng)將受到源節(jié)點(diǎn)設(shè)備配置的制約，并且當(dāng)學(xué)生用戶數(shù)量增加到一定程度后，源節(jié)點(diǎn)的終端設(shè)備會(huì)由于負(fù)載過(guò)重造成當(dāng)機(jī)現(xiàn)象，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。而純P2P的非中心化結(jié)構(gòu)，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的快速定位，且容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴[4]。因此，傳輸系統(tǒng)采用建立虛擬源分組廣播的方式，在普通用戶中選擇網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)秀的節(jié)點(diǎn)作為組長(zhǎng)建立廣播組，由組長(zhǎng)專門負(fù)責(zé)該組內(nèi)部的流媒體傳輸管理，即源節(jié)點(diǎn)僅負(fù)責(zé)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的傳輸補(bǔ)償，而不對(duì)普通節(jié)點(diǎn)做流媒體文件傳輸，普通節(jié)點(diǎn)則由其所屬?gòu)V播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)流媒體傳輸[5]。由此，源節(jié)點(diǎn)與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)、組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)與組內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)均形成集中性結(jié)構(gòu)，而各廣播組組長(zhǎng)之間、組內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸均采用P2P式的分散性結(jié)構(gòu)，這樣即可快速補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流。

2.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的工作原理

（1）傳輸系統(tǒng)的初始化及資源獲取過(guò)程

當(dāng)學(xué)生用戶需要獲取流媒體資源時(shí)，必須先與源節(jié)點(diǎn)會(huì)話，建立通信鏈接，在首次通信過(guò)程中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信響應(yīng)（如網(wǎng)絡(luò)帶寬及響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)等屬性）選擇網(wǎng)絡(luò)資源寬裕、終端性能優(yōu)秀的學(xué)生用戶的節(jié)點(diǎn)作為廣播組組長(zhǎng)， 并分配編號(hào)GROUP_ID，構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)中的廣播組，并更新廣播組信息表，形成一級(jí)傳輸構(gòu)架。源節(jié)點(diǎn)優(yōu)先向組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)傳輸初始流媒體數(shù)據(jù)，而各廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)間以純P2P的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，互補(bǔ)信息差異。當(dāng)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)從源節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)后，馬上根據(jù)自身管理的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表所含路由信息進(jìn)行資源分發(fā)。

隨著學(xué)生用戶接入數(shù)量的增加，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)新接入節(jié)點(diǎn)的信息，利用均衡負(fù)載技術(shù)，為用戶選擇最佳廣播組，標(biāo)識(shí)唯一節(jié)點(diǎn)編號(hào)，并分配到相應(yīng)廣播組中，并向廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)反饋新節(jié)點(diǎn)信息。廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)接受到反饋信息后，更新組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表。

節(jié)點(diǎn)在加入廣播組后，先與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)話，并從組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)流媒體初始片段流，然后組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)新節(jié)點(diǎn)當(dāng)前連接的片段號(hào)檢索組內(nèi)其余用戶，如果組內(nèi)其余用戶有相應(yīng)片段號(hào)的流媒體文件資源，則創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)與用戶P2P連接，由相應(yīng)用戶提供服務(wù)；如其余用戶無(wú)新節(jié)點(diǎn)所需資源，則仍由組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)提供資源服務(wù)。

由此可見(jiàn)，廣播組內(nèi)部組成傳輸網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)構(gòu)架，普通用戶與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的層級(jí)關(guān)系與組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)的層級(jí)關(guān)系一致，普通用戶僅向組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)及組內(nèi)用戶索取流媒體資源，極大地緩解了對(duì)源節(jié)點(diǎn)的壓力。雖然普通節(jié)點(diǎn)也需連接到源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證，但認(rèn)證信息所需網(wǎng)絡(luò)流量很小，不會(huì)對(duì)源節(jié)點(diǎn)造成太大影響。

（2）節(jié)點(diǎn)信息認(rèn)證管理及維護(hù)

源節(jié)點(diǎn)：統(tǒng)一管理傳輸系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)信息及廣播組信息，當(dāng)有新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，由源節(jié)點(diǎn)為其選擇廣播組，并向所選廣播組反饋新節(jié)點(diǎn)認(rèn)證信息，同時(shí)更新自身節(jié)點(diǎn)信息管理表。

組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)：系統(tǒng)初始化時(shí)，從源節(jié)點(diǎn)獲取流媒體數(shù)據(jù)，并分發(fā)到組內(nèi)。廣播組穩(wěn)定后，負(fù)責(zé)組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息管理。在接到源節(jié)點(diǎn)反饋的新節(jié)點(diǎn)加入認(rèn)證后，更新組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息表，并開始向新節(jié)點(diǎn)提供資源傳輸服務(wù)。同時(shí)廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)之間保持通信及P2P式資源傳輸補(bǔ)償。

由于組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)源于學(xué)生用戶，為避免該用戶退出后出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄嗔鳜F(xiàn)象，源節(jié)點(diǎn)應(yīng)為每個(gè)廣播組配備后備組長(zhǎng)，當(dāng)現(xiàn)有組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)退出后，后備組長(zhǎng)行駛組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)職能。后備組長(zhǎng)應(yīng)由組內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬最優(yōu)、響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)最短的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任。

（3）節(jié)點(diǎn)退出

正常退出：源節(jié)點(diǎn)信息表中，對(duì)新加入節(jié)點(diǎn)認(rèn)證并分配廣播組，同時(shí)更新節(jié)點(diǎn)信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)正常退出時(shí)，向源節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求，源節(jié)點(diǎn)刪除節(jié)點(diǎn)信息表相應(yīng)信息并向?qū)?yīng)的廣播組組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)反饋，組長(zhǎng)停止對(duì)請(qǐng)求退出的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)服務(wù)，刪除相應(yīng)的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息。

異常退出：由于網(wǎng)絡(luò)故障或斷電等原因?qū)е掠脩粢馔怆x開時(shí)，組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)不會(huì)收到用戶節(jié)點(diǎn)的退出請(qǐng)求。因此，傳輸系統(tǒng)內(nèi)需要通過(guò)心跳機(jī)制判斷節(jié)點(diǎn)存活。普通節(jié)點(diǎn)每個(gè)特定時(shí)間t向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)狀態(tài)信息標(biāo)示節(jié)點(diǎn)存活。若源節(jié)點(diǎn)在n個(gè)特定時(shí)間t內(nèi)未收到某節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，則視該節(jié)點(diǎn)已退出，向?qū)?yīng)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出反饋信息，停止向未響應(yīng)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，更新節(jié)點(diǎn)拓?fù)洹Ｈ艚M長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)未響應(yīng)，則刪除組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)更換后備組長(zhǎng)為新節(jié)點(diǎn)組長(zhǎng)，并向新組長(zhǎng)配置相應(yīng)的組內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息。

3.基于云服務(wù)的視頻資源傳輸優(yōu)化

混合結(jié)構(gòu)的P2P視頻傳輸模型能夠極大地提高遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中視頻分發(fā)傳播的效率，但是有三點(diǎn)問(wèn)題需要解決：①視頻資源數(shù)據(jù)的完整性、安全性：為保證視頻資源的存儲(chǔ)安全，確保不在硬件損壞的情況下丟失文件，需要考慮到資源的備份工作，要保證在讀取備份的過(guò)程中不間斷視頻的傳輸、分發(fā)工作，則至少需要“雙機(jī)熱備份”作為基本配置，即需要兩套相同配置的服務(wù)器群及存儲(chǔ)陣列；②校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載過(guò)量：所有的初始資源均從存儲(chǔ)視頻資源的源節(jié)點(diǎn)獲取，會(huì)導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)構(gòu)建的初始階段，負(fù)責(zé)視頻資源管理的服務(wù)器負(fù)載過(guò)大，出現(xiàn)高延遲甚至當(dāng)機(jī)的現(xiàn)象；③關(guān)鍵點(diǎn)存活效率：組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵，它是第一批接收視頻資源并進(jìn)行分發(fā)管理的重要節(jié)點(diǎn)，但是由于組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)是利用了性能較好的普通用戶節(jié)點(diǎn)，所以當(dāng)系統(tǒng)中用戶到達(dá)一定程度時(shí)，組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的登錄退出會(huì)變得相當(dāng)頻繁，繼而導(dǎo)致普通用戶頻繁的更換廣播組，期間的認(rèn)證通信過(guò)程會(huì)消耗不必要的網(wǎng)絡(luò)資源，增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)載，降低傳輸效率，加之也有可能會(huì)出現(xiàn)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)性能不足導(dǎo)致超級(jí)節(jié)點(diǎn)成為系統(tǒng)的瓶頸，其組內(nèi)的普通用戶節(jié)點(diǎn)成為孤立節(jié)點(diǎn)，從而一直等不到視頻數(shù)據(jù)。

由此，為保證傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，必須解決上述三個(gè)問(wèn)題。對(duì)于視頻文件數(shù)據(jù)的完整性、安全性和校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載過(guò)量的問(wèn)題，最直接的方法就是加強(qiáng)自身硬件配置，然而這需要配置多臺(tái)高性能服務(wù)器以及存儲(chǔ)陣列，無(wú)論在采購(gòu)還是日常維護(hù)的工作上，均要花費(fèi)大量的人力物力，對(duì)于學(xué)校而言，僅為了遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的視頻資源就花費(fèi)大量成本去構(gòu)建企業(yè)級(jí)的硬件設(shè)施是十分劃不來(lái)的。而如果使用云服務(wù)，則可以完美解決這一問(wèn)題。首先，在硬件配置上，云平臺(tái)的設(shè)施都由大型企業(yè)作為運(yùn)營(yíng)商維護(hù)，其硬件配置遠(yuǎn)比自己構(gòu)建的機(jī)房更高效，更合理，用戶從云平臺(tái)獲取流媒體教學(xué)資源，無(wú)需占用校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬，能極大緩解校內(nèi)網(wǎng)壓力；其次，從經(jīng)濟(jì)上，云平臺(tái)的設(shè)施不需要由學(xué)校派專人維護(hù)，學(xué)校僅需要支付云平臺(tái)服務(wù)租用費(fèi)用即可，期間硬件的損壞更換、升級(jí)服務(wù)以及機(jī)房維護(hù)，學(xué)校都不再需要支付任何費(fèi)用，學(xué)校也不用另外購(gòu)買數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份所需的硬件設(shè)備，極大地節(jié)約了人力和物力成本；再次，從拓展性來(lái)說(shuō)，使用云服務(wù)可以根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量直接調(diào)整傳輸模型的承載能力，如需擴(kuò)大規(guī)模時(shí)不需要更換硬件設(shè)備，僅需要向云平臺(tái)的服務(wù)商購(gòu)買更高等級(jí)的環(huán)境配置即可。由此可見(jiàn)，使用云平臺(tái)來(lái)解決本文提出的P2P視頻傳輸系統(tǒng)是有效可行并且極富性價(jià)比的。

在引入云平臺(tái)的同時(shí)，引入兩個(gè)定義：①主動(dòng)源：云平臺(tái)上一種由多個(gè)核心、可變內(nèi)存和永久的存儲(chǔ)空間組成的自動(dòng)化虛擬機(jī)服務(wù)，它的任務(wù)是主動(dòng)接受從源節(jié)點(diǎn)（校內(nèi)管理流媒體資源的中央服務(wù)器）推送的流媒體文件數(shù)據(jù)，并立即利用自身上傳能力分發(fā)到各用戶節(jié)點(diǎn)，保證用戶節(jié)點(diǎn)盡可能早的獲得緩存視頻數(shù)據(jù)，它的存在能夠有效解決視頻資源數(shù)據(jù)的完整性、安全性和校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載過(guò)量的問(wèn)題。②被動(dòng)源：僅租用簡(jiǎn)單的云存儲(chǔ)服務(wù)，源節(jié)點(diǎn)和主動(dòng)源均可推送任意數(shù)據(jù)給被動(dòng)源，而普通的用戶節(jié)點(diǎn)如果無(wú)法在限定時(shí)間以前獲得流媒體數(shù)據(jù)，則向被動(dòng)源請(qǐng)求，由被動(dòng)源直接推送數(shù)據(jù)給用戶節(jié)點(diǎn)，它用于解決關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)存活問(wèn)題。

被動(dòng)源工作機(jī)制：在基于P2P的視頻流傳輸系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)上，云節(jié)點(diǎn)除了向組長(zhǎng)服務(wù)器發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)外，還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在被動(dòng)源上。為了保證達(dá)到預(yù)定義的服務(wù)質(zhì)量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都先緩存播放時(shí)間往后的一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)塊，把這段數(shù)據(jù)塊定義為緩沖預(yù)判，對(duì)應(yīng)的這段時(shí)間叫預(yù)判時(shí)間TL，如果一個(gè)數(shù)據(jù)塊不能在它應(yīng)該的播放時(shí)間減去TL這個(gè)時(shí)刻之前獲取到的話，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)便向被動(dòng)源求助，從被動(dòng)源那直接獲取這個(gè)預(yù)判緩沖的數(shù)據(jù)塊。這樣，在組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)失效的情況下，普通用戶節(jié)點(diǎn)也能及時(shí)獲取流媒體視頻數(shù)據(jù)，并且被動(dòng)源基于云服務(wù)，不會(huì)頻繁登錄退出浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。

主動(dòng)源工作機(jī)制：主動(dòng)源的目的是為了減少網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，分擔(dān)校內(nèi)服務(wù)器負(fù)載，提升服務(wù)質(zhì)量。主動(dòng)源獲得數(shù)據(jù)的途徑可以是媒體源，可以是其它主動(dòng)源，然后將數(shù)據(jù)推送給其他主動(dòng)源或者組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)、普通節(jié)點(diǎn)。由于主動(dòng)源具有自動(dòng)化虛擬機(jī)服務(wù)，它和用戶節(jié)點(diǎn)一樣運(yùn)行節(jié)點(diǎn)取樣協(xié)議去獲取整個(gè)傳輸系統(tǒng)的拓?fù)湫畔⒑瓦\(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)其鄰居節(jié)點(diǎn)。顯然，由于主動(dòng)源能夠自動(dòng)獲取拓?fù)湫畔⒑推渌?jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息，它可以對(duì)源節(jié)點(diǎn)做動(dòng)態(tài)備份，并且能自動(dòng)尋找壓力過(guò)大的群組，按負(fù)載壓力大小主動(dòng)分擔(dān)組長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)源的壓力，使得更多的節(jié)點(diǎn)在更早的時(shí)間接收到視頻流數(shù)據(jù)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率會(huì)得到提高。然而，由于主動(dòng)源的服務(wù)租用費(fèi)遠(yuǎn)比被動(dòng)源高，所以，主動(dòng)源和被動(dòng)源的租用數(shù)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況取舍，在用戶數(shù)量相對(duì)較小、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度不高的情況，甚至可以考慮僅使用被動(dòng)源功能。這樣才能做到效率和成本的兩方面優(yōu)化。

本文設(shè)計(jì)和描述了基于云服務(wù)的P2P流媒體傳輸模式在遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析了系統(tǒng)的性能及優(yōu)勢(shì)?；谠品?wù)的P2P流媒體技術(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的C/S教學(xué)模式，將給遠(yuǎn)程教育模式帶來(lái)全新的體驗(yàn)，解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量難以控制的問(wèn)題。隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境的改善和廣泛應(yīng)用，基于云服務(wù)P2P模式的流媒體技術(shù)將為遠(yuǎn)程教學(xué)提供更好的平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Luaek，CrowcroftJ，Pias M，et al. A survey and comparisonofpeer-to-peer overlay network schemes[J].IEEE Communications Survey and Tutorial，2005，7（2）：72-93.

[2]Yiuwpk，XingJ，Chan S HG.Challenges andapproaches inlarge-scale P2Pmediastreaming[J].IEEEMultiMedia，2007，14（2）：50-59.

[3]魏國(guó)生.基于網(wǎng)絡(luò)的合作學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)及案例研究[J].電化教育研究，2004（8）.

[4]李俊青，李元振，王文宏.基于P2P的虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代情報(bào)，2006（6）.

[5]鄧春紅，方群.一種基于P2P的新型網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模型[J].安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（3）.

（編輯：魯利瑞）