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[摘要]本文针对传统网络教学系统中课件直播对系统资源利用网络资源耗费严重的问题，提出基于P2P流媒体技术的网络课件直播解决方案，实现高效利用现有的有限资源，解决C／S模式的系统瓶颈问题，使在线学生通过网络能够同步听课，突破网络教学中同步学习效率低的问题。
[关键词]P2P 流媒体 网络教学
随着互联网的普及和宽带技术的发展，网络教育已经进入了数字化、智能化、个性化的发展阶段，新的通讯技术为传递最新的教学信息与知识提供了更多的途径，为网络教育资源的建设带来了突破性发展。但多数网络教学系统仍存在资源共享方式的不足和在线交互的不足的两个难题，把P2P流媒体技术应用于网络教学系统，能很好地解决网络教学资源共享和用户间互动问题，使得由知识自由获取的、动态的学习成为可能。
一、P2P技术和流媒体技术综述
P2P(Peer-to-Peer)是一种网络模型，即对等网络，可以简单地定义为通过直接交换共享计算机资源和服务，对等计算机兼有客户机和服务器的功能。在这种网络中所有的节点是对等的(称为对等点)，各节点具有相同的责任与能力并协同完成任务。由于P2P技术对资源的充分利用的特点，促使目前在许多领域蓬勃发展，比如文件共享、协同工作、即时通讯、文件传递厂、电子商务、网络教学等方面。
流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续媒体，如音频、视频或多媒体文刊。而流式传输技术就是把连续的声音和图像信息经过压缩处理放到网站服务器上，让用户一边下载一边收听观看，而不需要等待整个文件下载到自己的机器后才可以观看的网络传输技术。
流媒体技术广泛应用于网络中的在线直播、视频点播、网络广告、远程教育、实时视频会议等互联网信息服务的方面。将P2P技术应用于流媒体领域，将打破传统的客户服务器模式，客户端不仅可以从服务器那里直接取得数据，还可以彼此相连获取流媒体数据。这样可以使服务器分散化，从而减轻服务器负载并支持更大范围流媒体发布，支持大规模用户在线，投入成本很低，具有广泛应用的价值。
二、基于P2P流媒体技术的网络课堂直播系统的设计原则和设计原理
1.系统设计原则
流媒体课件直播系统为了能够适应P2P网络的高度动态性、异构性以及各个节点的带宽资源随时间的动态波动，将采取以下设计原则。
(1)可扩展性
基于P2P流媒体技术的课件直播系统的最终目标是支持7000-10000左右的在线用户，能根据需求变化，留有充分的扩充余地，避免重复投资。
(2)充分利用网络边缘资源
直播系统能充分利用网络边缘／客户端用户的资源，在整个系统中，部署…个流媒体服务器和若干个超级节点来辅助系统的运行。超级节点的功能主要是负责分布式存储相关的在线节点信息，辅助节点进行必要的网络搜索。超级：节点不要选择过多，这里将选择10个超级节点。
(3)可靠性
课件直播系统要能做到网络系统运行可靠，故障率低，故障易检测，易排除，为保障整个网络可靠性，应采用包括模块冗余、链路冗余等在内的冗余手段。
(4)鲁棒性
由于P2P网络具有高度的动态性，每个节点都要采取相应的措施来尽量减少网络的变动对各个节点的影响，在任何时候都不要过度的依赖于某个特定的网络节点。
(5)服务质量保证(QoS)
课件直播系统能够合理分配网络资源，进行拥塞控制，提供不同层次的服务质量保证，具有提高系统QoS的手段和方法。
(6)动态调整和优化
网络中各个节点的带宽和可用性都是变化的，节点应该对自己的伙伴有相应的监督机制，周期性的进行伙伴节点的动态调整和优化，包括替换过期的节点和性能差的节点，增加新节点，在QoS稳定时也要进行网络的优化调整，减少网络搅动对节点的冲击。
2.系统设计原理
在系统中采用微软公司专为流媒体设计、开发的一种文件格式ASF流媒体文件。基于P2P网络中的流媒体课件直播原理如下：服务器端存放着实时播放的全部课件流媒体文件，服务器端将媒体课件按照一定的流媒体文件格式分割成很多个固定大小的媒体数据包，然后发送到自身的缓存区中，为今后前来请求的学生客户端提供服务。当一个新的学生客户端节点加入P2P网络时，首先它会向服务器端发出连接请求，服务器若有足够的剩余带宽资源，则响应客户端节点的请求，与节点建立起连接，为学生客户端节点提供能播放的媒体数据包。假如服务器端没有剩余带宽资源，则服务器会随机选择一个与之直接相连的子节点，子节点再根据自己的剩余带宽资源状况判断是否为这个新的学生客户端节点提供服务，以此类推，直到找到一个能为自己服务的节点为止。此时，服务器端再将原节点的请求命令包和请求的媒体数据包转踞服务节点。至此，原节点和服务节点就可以建立起连接，双方进行通信，在此基础上伙伴关系也会相应的建立起来。
原节点在接收到来自于其它伙伴节点的媒体数据包的同时，也可为其它的伙伴节点提供相应的服务。这就相当于每个节点既是服务器，也是客户端。显然，此流媒体课件直播系统可以看做是多个服务器同时为一个客户端提供服务，这样，到每个服务器上的负担就会减轻，客户端得到的服务质量相应的提高，图1为基于P2P网络流媒体技术直播系统的模型图。
三、P2P流媒体技术应用于网络课件直播的特点和优势
1.解决了传统的C／S模式的网络教学系统中服务器容易成为系统瓶颈的问题，由于网络中的每个学生节点既是客户端，也是服务器，所以平推到每个服务器上的负担就会减轻，并能支持上千人同时观看网络直播课件。
2.解决了传统C／S模式个别用户无法获得服务的问题，在线学生用户均可获得优质服务质量保证。
3.易于实现，服务器负责管理所有节点，不需要构建和维护更为复杂的网络结构，能够合理利用网络资源，不会造成网络资源的严重吞噬，导致其它网络应用无法正常进行。
4.可扩展性。通过P2P方式分发数据，用户越多，分发数据的速度就越快，视频流媒体课件播放的质量也越好。
5.高效性。系统中每个节点都会动态的和其它节点交换缓存信息，并根据缓存信息交换节点之间的媒体数据。
6.客户端软件完全内存操作，不经过硬盘，避免发生如BT毁坏硬盘现象发生；
7.投入成本低。由于是软件实现网络课堂的直播功能，完全可利用现有的资源实现。
四、结束语
目前以P2P技术为核心的软件越来越多引起了人们的关注，P2P技术掀起了互联网络新一轮的冲击波。基于P2P网络的流媒体直播技术已经日趋成熟，并能够提供较满意的音视频效果，能够最大限度地支持同时在线的收看直播节目的学生终端节点数目：减少网络流媒体课件服务器端的负载。随着科学的进步和教育学习理论的发展，网上教学形式越来越多，与传统教学相比有更大的优势，P2P流媒体直播技术在网络教学中具有很广泛的应用前景。
参考文献：
[1]徐非，杨广文，鞠大鹏．基于Peer-to-Peer的分布式存储系统的设计．软件学报，2004，15(2)：268-277．
[2]RowstronA．DruschelP．Pastry：Scalable．distributedObjectlocationandrouting for large-scale peer-to-peer systems．LNCS 2218，2001.329-350．
[3]technologies．ACM Computing Surveys，2004，36(4)：335-371．
[4]Rejaie2003R，OmegaA．PALS：Peer-tO-Peeradaptirelayeredstreaming．In：Christos P，Kevin CA，eds．Proc．Of the ACM NOSSDAV．New York：ACM Press，2003.153-161．
[5]王春东．现代远程教育之网络技术研究与探讨．计算机应用研究，2001,(7)：45-47．
(作者单位：黑龙江大学信息科学与技术学院)
[关键词]P2P 流媒体 网络教学
随着互联网的普及和宽带技术的发展，网络教育已经进入了数字化、智能化、个性化的发展阶段，新的通讯技术为传递最新的教学信息与知识提供了更多的途径，为网络教育资源的建设带来了突破性发展。但多数网络教学系统仍存在资源共享方式的不足和在线交互的不足的两个难题，把P2P流媒体技术应用于网络教学系统，能很好地解决网络教学资源共享和用户间互动问题，使得由知识自由获取的、动态的学习成为可能。
一、P2P技术和流媒体技术综述
P2P(Peer-to-Peer)是一种网络模型，即对等网络，可以简单地定义为通过直接交换共享计算机资源和服务，对等计算机兼有客户机和服务器的功能。在这种网络中所有的节点是对等的(称为对等点)，各节点具有相同的责任与能力并协同完成任务。由于P2P技术对资源的充分利用的特点，促使目前在许多领域蓬勃发展，比如文件共享、协同工作、即时通讯、文件传递厂、电子商务、网络教学等方面。
流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续媒体，如音频、视频或多媒体文刊。而流式传输技术就是把连续的声音和图像信息经过压缩处理放到网站服务器上，让用户一边下载一边收听观看，而不需要等待整个文件下载到自己的机器后才可以观看的网络传输技术。
流媒体技术广泛应用于网络中的在线直播、视频点播、网络广告、远程教育、实时视频会议等互联网信息服务的方面。将P2P技术应用于流媒体领域，将打破传统的客户服务器模式，客户端不仅可以从服务器那里直接取得数据，还可以彼此相连获取流媒体数据。这样可以使服务器分散化，从而减轻服务器负载并支持更大范围流媒体发布，支持大规模用户在线，投入成本很低，具有广泛应用的价值。
二、基于P2P流媒体技术的网络课堂直播系统的设计原则和设计原理
1.系统设计原则
流媒体课件直播系统为了能够适应P2P网络的高度动态性、异构性以及各个节点的带宽资源随时间的动态波动，将采取以下设计原则。
(1)可扩展性
基于P2P流媒体技术的课件直播系统的最终目标是支持7000-10000左右的在线用户，能根据需求变化，留有充分的扩充余地，避免重复投资。
(2)充分利用网络边缘资源
直播系统能充分利用网络边缘／客户端用户的资源，在整个系统中，部署…个流媒体服务器和若干个超级节点来辅助系统的运行。超级节点的功能主要是负责分布式存储相关的在线节点信息，辅助节点进行必要的网络搜索。超级：节点不要选择过多，这里将选择10个超级节点。
(3)可靠性
课件直播系统要能做到网络系统运行可靠，故障率低，故障易检测，易排除，为保障整个网络可靠性，应采用包括模块冗余、链路冗余等在内的冗余手段。
(4)鲁棒性
由于P2P网络具有高度的动态性，每个节点都要采取相应的措施来尽量减少网络的变动对各个节点的影响，在任何时候都不要过度的依赖于某个特定的网络节点。
(5)服务质量保证(QoS)
课件直播系统能够合理分配网络资源，进行拥塞控制，提供不同层次的服务质量保证，具有提高系统QoS的手段和方法。
(6)动态调整和优化
网络中各个节点的带宽和可用性都是变化的，节点应该对自己的伙伴有相应的监督机制，周期性的进行伙伴节点的动态调整和优化，包括替换过期的节点和性能差的节点，增加新节点，在QoS稳定时也要进行网络的优化调整，减少网络搅动对节点的冲击。
2.系统设计原理
在系统中采用微软公司专为流媒体设计、开发的一种文件格式ASF流媒体文件。基于P2P网络中的流媒体课件直播原理如下：服务器端存放着实时播放的全部课件流媒体文件，服务器端将媒体课件按照一定的流媒体文件格式分割成很多个固定大小的媒体数据包，然后发送到自身的缓存区中，为今后前来请求的学生客户端提供服务。当一个新的学生客户端节点加入P2P网络时，首先它会向服务器端发出连接请求，服务器若有足够的剩余带宽资源，则响应客户端节点的请求，与节点建立起连接，为学生客户端节点提供能播放的媒体数据包。假如服务器端没有剩余带宽资源，则服务器会随机选择一个与之直接相连的子节点，子节点再根据自己的剩余带宽资源状况判断是否为这个新的学生客户端节点提供服务，以此类推，直到找到一个能为自己服务的节点为止。此时，服务器端再将原节点的请求命令包和请求的媒体数据包转踞服务节点。至此，原节点和服务节点就可以建立起连接，双方进行通信，在此基础上伙伴关系也会相应的建立起来。
原节点在接收到来自于其它伙伴节点的媒体数据包的同时，也可为其它的伙伴节点提供相应的服务。这就相当于每个节点既是服务器，也是客户端。显然，此流媒体课件直播系统可以看做是多个服务器同时为一个客户端提供服务，这样，到每个服务器上的负担就会减轻，客户端得到的服务质量相应的提高，图1为基于P2P网络流媒体技术直播系统的模型图。
三、P2P流媒体技术应用于网络课件直播的特点和优势
1.解决了传统的C／S模式的网络教学系统中服务器容易成为系统瓶颈的问题，由于网络中的每个学生节点既是客户端，也是服务器，所以平推到每个服务器上的负担就会减轻，并能支持上千人同时观看网络直播课件。
2.解决了传统C／S模式个别用户无法获得服务的问题，在线学生用户均可获得优质服务质量保证。
3.易于实现，服务器负责管理所有节点，不需要构建和维护更为复杂的网络结构，能够合理利用网络资源，不会造成网络资源的严重吞噬，导致其它网络应用无法正常进行。
4.可扩展性。通过P2P方式分发数据，用户越多，分发数据的速度就越快，视频流媒体课件播放的质量也越好。
5.高效性。系统中每个节点都会动态的和其它节点交换缓存信息，并根据缓存信息交换节点之间的媒体数据。
6.客户端软件完全内存操作，不经过硬盘，避免发生如BT毁坏硬盘现象发生；
7.投入成本低。由于是软件实现网络课堂的直播功能，完全可利用现有的资源实现。
四、结束语
目前以P2P技术为核心的软件越来越多引起了人们的关注，P2P技术掀起了互联网络新一轮的冲击波。基于P2P网络的流媒体直播技术已经日趋成熟，并能够提供较满意的音视频效果，能够最大限度地支持同时在线的收看直播节目的学生终端节点数目：减少网络流媒体课件服务器端的负载。随着科学的进步和教育学习理论的发展，网上教学形式越来越多，与传统教学相比有更大的优势，P2P流媒体直播技术在网络教学中具有很广泛的应用前景。
参考文献：
[1]徐非，杨广文，鞠大鹏．基于Peer-to-Peer的分布式存储系统的设计．软件学报，2004，15(2)：268-277．
[2]RowstronA．DruschelP．Pastry：Scalable．distributedObjectlocationandrouting for large-scale peer-to-peer systems．LNCS 2218，2001.329-350．
[3]technologies．ACM Computing Surveys，2004，36(4)：335-371．
[4]Rejaie2003R，OmegaA．PALS：Peer-tO-Peeradaptirelayeredstreaming．In：Christos P，Kevin CA，eds．Proc．Of the ACM NOSSDAV．New York：ACM Press，2003.153-161．
[5]王春东．现代远程教育之网络技术研究与探讨．计算机应用研究，2001,(7)：45-47．
(作者单位：黑龙江大学信息科学与技术学院)