P2P IPTV技術瓶頸研究

　　寬帶網絡的蓬勃發展，造就Internet上許多熱門的應用，其中透過實時視頻傳輸(live streaming)之交互式網絡電視(IPTV)應用，更是多方搶食的一塊大餅。傳統上在Internet提供電視廣播服務是采用Client-Server架構，但隨著使用人數的增加Server負載日益增大，服務供應者必須負擔的成本會越來越高。而IPTV集寬帶有線電視網，集因特網、多媒體、通訊等多種技術于一體，提供包括數字電視在內的多種交互式服務之嶄新技術。

　　隨著Internet的使用人口增加，Client-Server架構所面臨的問題日益嚴重，使得P2P(Peer-to-Peer)之技術逐漸被重視，P2P早期是應用在Skype語音對話以及BT檔案傳輸上，而近一、二年利用P2P 提供網絡電視之P2P IPTV系統亦從學術研究階段進展到實際的服務平臺。因此本文將針對P2P IPTV技術作一簡單介紹。首先我們將先介紹P2P IPTV之系統架構以及現況，再針對現有技術之瓶頸，提供解決方法。

　　P2P網絡電視架構

　　● P2P live streaming

　　P2P技術的主要概念是每個P2P的用戶在應用層組成一個重迭網(Overlay Network)，每個用戶既是信息接收者亦是傳送者。以BT共享下載文件為例，下載同一個文件的眾多用戶，每一個用戶終端只需要下載文件的一個片段，然后互相交換，最終每個用戶都可以得到所有片段以組合成一個完整的文件。此一P2P 架構的優點在于用戶數增加時并不會同時增加伺服端的負載。

　　我們以圖一來說明P2P數據傳遞概念：第一步、每個用戶跟Media Server 要求影音片段，有些片段在傳輸過程因某些原因而遺失了。第二步、左邊的Peer 跟中間的Peer 要求它尚未收到的影音片段。第三步、中間的Peer 跟右邊的Peer 要求它尚未收到的影音片段。第四步、右邊的Peer 跟中間的Peer 要求它尚未收到的影音片段。最后，每個peer 都擁有完整的影音片段。

　　然而要利用P2P 技術實現實時廣播live streaming，例如看奧運實況轉播則必須考慮影音數據傳遞的實時性。要達到此一功能，必須考慮三個問題：

　　1.P2P重迭網(Overlay Network)

　　連結算法

　　Peer在Internet進行搜尋以找到擁有所需內容和計算能力的Peer IP;之后利用應用層群播協議(application layer multicast protocol) 建立用戶連接網絡架構。應用于P2P live streaming之網絡最早為樹狀結構，每個Peer 從上層peer 接收數據然后傳送給下層peer。

　　2004年5月歐洲杯足球期間，香港科技大學張欣研博士在Planetlab網開發的CoolStreaming原型系統。這套系統使用Goosip協議在用戶之間傳播控制信令，實現多點對多點網狀架構之live streaming 功能。

　　2.視頻片段傳遞排程算法

　　為了提供實時廣播，視頻片段到達用戶的時間便必須早于它的撥放時間。樹狀架構網絡上Peer 只從上層peer 接收數據，其接收視頻片段順序即是撥出的順序。但在多點對多點網狀架構上，peer 可從多個sender peer 接收數據，因為peer 跟peer 間網絡聯機狀況不同，因此先要求的視頻片段不一定會早到。因此需要特別設計視訊片段傳遞排程算法以符合實時播放的要求。

　　3.多重視頻編碼技術

　　在多點對多點網狀架構上視頻片段可以從多個sender peer 來接收，舉例若將影片作多重編碼，如圖2所示，一個視頻片段被重新編碼為12數據片段(data stream)，若能保證peer收到其中任四個數據片段，即可重組回原來的視頻片段，那此技術便可以應用于容易遺失封包的無線網絡。另外像H264 的multiple description coding and layered encoding則可以應用在不同網絡頻寬下之用戶終端裝置，頻寬大的用戶終端(ex. xDSL)可以接收全部數據以取得較佳視頻質量之影片，頻寬小用戶終端(3G) 只可以接收部份數據以取得基本視頻質量之影片。

　　P2P IPTV 現況

　　P2P IPTV目前在中國發展最為蓬勃發展，目前有十多個網站使用各自發展的軟件提供P2P IPTV業務。 主要 PPLive系統有：

　　● PPLive網絡

　　● ppStream網絡

　　● QQ直播網絡

　　● 貓眼網絡電視(貓撲網)

　　● TVKoo網絡(沸點網絡電視)

　　● Rox磊客網(原CoolStreaming、光芒傳媒Roxbeam)

　　● Tvants網絡(電視螞蟻)

　　● Gridmedia網絡(清華大學開發)

　　● Uusee網絡(悠視網)

　　● Mysee網絡(美視網)

　　同時電信運營商也開始加入這一潮流，貴州網通采用上海網用公司的技術開展實驗運營，另外上海電信也在實驗。2005年湖南衛視超女總決賽，PPLive進行了網上直播，有50萬人同時在線收看。

　　在歐美，英國BBC在2004年開始即嘗試在英國國內提供P2P IPTV服務給國內居民[1]，您可上EBU technical review官網[4]以取得更詳細的資料。另外去年Kazaa(2001年創立的P2P音樂分享網站)與Skype(2003年創立的P2P網絡電話服務)的共同創辦人Janus Friis與Niklas Zennstrom亦著手進行的P2P IPTV新計劃(The Venice Project)，現已改名為Joost，亦是許多使用者所期待新服務。