【期刊论文】基于IPv6的流媒体视频点播系统的设计与实现

2009年9月第3期第66页1概述近年来，越来越多的学校开始普及校园数字化的建设，充分利用数字媒体技术和局域网带宽优势，创建以数字影音采集、制作、发布、学习、交流为特点的校园视频点播网站，成功将课堂教学延伸到多媒体教学和网络教学中,建设起自己特色的教学资源库。视频点播系统是基于流媒体技术的，对网络传输的稳定性和可靠性要求很高，而随着中国下一代教育与科研网CNGICERNET2骨干网络的建设完成，高校纷纷引入了CERNET2网络，和传统的IPv4相比，IPv6在流媒体的分发上有先天优势：更加优化的地址结构，更加完善的SSM（sourcespecificmulticast）技术、效率更高的Qos实现、更加可靠的安全性，这些优点使在IPv6网络上实现高质量的视频点播成为可能。2IPv6对流媒体技术的支持和改进2.1IPv6流技术概述IPv6是针对现有的IPv4网络的种种缺陷开发的。20世纪90年代中期，IETF在讨论IPv6协议时，专门在IPv6中定义了流的概念，通过设置流标签的方法，为高效处理数据分组提供了一种机制，增强了对实时系统的支持。2.2IPv6对流的定义根据IPv6协议的规定，所谓“流”是网络上从一个特定源站到一个特定目的站的一系列数据分组，源站要求在数据分组传输路径的节点路由器保障其所指定的服务质量。因此，IPv6在它的数据报头中加入了“流标签”字段，用来实现资源预留和服务质量的承诺。2.3报头地址结构分析IPv6的地址空间结构和IPv4有显著区别。首先，128位的地址空间不仅允许更多的主机寻址，也增加了地址的结构层次。IPv6优化了报头的数据结构（图1）：doi：10.3969/j.issn.1674-2346.2009.03.016基于IPv6的流媒体视频点播系统的设计与实现林坚摘要：从IPv6在流媒体技术上的新特性入手，通过对IPv6和传统的IPv4协议的比较和分析，设计并实现了一个基于Linux平台的流媒体视频点播系统。关键词：IPv6；流媒体；视频点播中图分类号：TP37文献标识码：C文章编号：1674-2346(2009)03-0066-004————————————收稿日期：2009－04－20作者简介：林坚，男，浙江财经学院现代教育技术中心（浙江杭州310018）浙江纺织服装职业技术学院学报PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建可以看出，IPv6的地址结构简化到只有6个域和2个地址空间。虽然IPv6的基本报头占用了40个字节，相比于IPv4（20B）而言足足扩大了1倍，但是它的报头长度是固定的，这在处理过程中就减少了不必要的内存开销；同时由于域的减少，减轻了路由器在处理数据包过程中的负载，而改进的多站点寻址方案允许将多站点路由限制在指定范围内，提高了路由器的工作效率。IPv6中，流标签是为Qos所保留的域，默认情况下，该域全部填为0。2.4组播功能的增强所谓组播，是指一个用户只有加入相应的组播组后才能收到该组发送的信息。利用组播，可以将一份数据同时发送给一组特定的用户，避免了数据的重复发送，又不会造成网络带宽的浪费，提高了网络传输的效率，因此非常适合流媒体的传输；同时，组播组的范围可以是同一个局域网，同一个机构网，甚至是IPv6全球地址空间中的任何一个节点，这就为网络流媒体服务提供了更大的灵活性。2.5流媒体服务质量（Qos）的增强在IPv6的地址空间结构中，流量类型（trafficclass）和流标签（flowlabel）是专门用来优化数据流的传输和分发的。流量类型占用了1个字节的长度，这样，原则上可以为数据流提供256个级别的优先级，其目的是允许发送数据流的源主机和转发数据流的路由器在数据包上达上不同的标记进行不同的处理，保证每一项服务都能达到用户满意的质量。来自同一个数据流的所有数据包采用相同的流标签，这样路由器在转发此类数据包时只需要依照原来的路径发送，而不去要重新计算选择新的路由，这就提高了路由器的效率，减轻了路由器的负担，降低了端到端的延迟。根据不同的流标签，制定相应的Qos策略，可以有效提高数据包传输的速率，提高带宽的使用率。3现有流媒体系统介绍目前广泛使用的流媒体系统主要有3个：Microsoft公司的WindowsMedia系统，RealNetWorks公司的RealSystem系统，Apple公司的QuickTime系统。在国内，由于Apple公司的用户占有量太小，基本上流媒体系统领域被微软公司和RealNetWorks公司二分天下。Microsoft公司的WindowsMedia系统是捆绑在Windows系统中进行销售的，具有安装方便、配置简单等优点，缺点是只能支持mms协议，并且只能基于Windows平台发布；而RealNetWorks公司的RealSystem系统可以同时在Windows平台和Linux平台运行，其独创的RTSP协议也已经成为流媒体技术的通用协议，因此基于Linux平台的RealSystem流媒体在线点播和直播系统更具实用性。4基于IPv6的流媒体系统的设计与实现4.1总体设计基于IPv6的流媒体系统在设计原理上和基于IPv4的流媒体系统并没有什么不同，一般都要经过视频采集、编码，视频压缩、转换，视频发布这3个过程。如果是直播系统，则需要确定节目源，利用视频采集卡或者专用采集设备对节目源进行视频采集和编码；如果是点播系统，则可以将视频内容事先录制或压缩转换，再上传至视频发布服务器即可。本文涉及的视频点播系统，主要着重于IPv6环境下视频的发布和传输，具体的设计拓扑图见图2。图1报头的数据结构版本（4）流量类型（8）流标签（20）基本报头（40B）负载长度（16）下一报头（8）跳数限制（8）源地址（128）目的地址（128）下一报头（8）长度（8）选项数据（8）选项数据（8）选项数据（NЧ8）PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建视频点播服务器。它是整个视频点播系统中最核心的部件，本系统采用了RedHat公司的RHEL4作为其运行平台，以RealNetWorks公司最新的HelixServer作为流媒体服务平台，并使用了一台HPProliantDL380G4的服务器作为硬件平台，基本上能保证高负载情形下的稳定工作。同时在设计的时候充分考虑未来的拓展性，如果负载加大，可以采用负载均衡技术，均衡链路和服务器的压力。4.2.2WEB服务器。它用来发布系统网站，用户可以进行预览、点播，做出评价，是用户的访问入口。WEB服务器可以采用各种形式的平台搭建，本系统采用Windows2003+IIS6.0的平台，对技术的要求不高，方便管理。4.2.3数据库服务器。用于存储视频数据信息和用户登陆信息。采用MicrosoftSQLServer2000数据库软件即可。视频点播网站的后台数据信息都存放于此。4.2.4大容量磁盘阵列。对于一个视频点播系统，信息量大是一个显著特点。有大量的视频文件需要存储，同时由于是流媒体服务，同时在线人数会比较多，系统在运行高峰期的磁盘I/O读写会很频繁，因此需要配置高性能的磁盘阵列设备，既保证存储空间，又保证系统的高可用性和稳定性。4.3系统功能模块设计这里主要针对视频点播网站进行功能模块设计。该系统主要分为后台管理模块和前台显示模块两部分。4.3.1前台显示模块。该模块主要为用户提供视频信息的查询功能、视频信息分类展示、最新视频推荐、点播排行榜、视频点播帮助、用户留言等服务。4.3.2后台管理模块。该模块主要是让管理员对视频点播系统进行管理，对视频信息、用户信息、视频链接信息进行日常更新和维护。4.4流媒体服务器配置RealSystem系统有独立分发的linux安装包，可以直接在开源社区找到相应版本的安装包，直接下载安装即可。因为基于IPv6协议，所以服务器要启用IPv6支持。目前，2.4内核的Linux操作系统及其后续版本对IPv6已经有了很好的支持，只需要配置要IPv6协议即可。以RedHat公司的RHEL4操作系统为例：首先向网卡添加IPv6地址：ifconfigeth0add2001:250:1800:1::80/64然后添加IPv6网关：route–Ainet6adddefaultgateway2001:250:1800:1::1/64然后在网卡的配置文件/etc/sysconfig/network中启用IPv6：NETWORK_IPV6=YES最后重启网络服务，完成IPv6协议的配置。servicenetworkrestart4.5客户机设置根据目前校园网络的应用现状，绝大部分的客户端机器安装的是Windows系统。因此需要在Windows系统中配置IPv6协议（可以在命令提示符下完成）。首先安装IPv6协议：ipv6intall接着给网卡配置IPv6地址和默认网关：netshinterfaceipv6addaddress“本地连接”2001:250:2000:林坚：基于IPv6的流媒体视频点播系统的设计与实现图2视频点播系统设计拓扑图PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建:250:2000:1::/64“本地连接”最后安装好Realplay软件，在地址栏输入流媒体服务器的ipv6地址就可以点播了。4.6视频点播网站建设流媒体点播系统的最后一环是视频点播网站的建设。由于IP地址的特殊性，用户不可能记住详细的IP地址进行点播，因此需要一个友好的WEB界面实现与用户之间良好的互动。一般而言，视频点播网站需要具备视频展示、介绍、点播、用户回馈能功能模块，设计风格要大方、用户入口要方便，这样才能吸引广大师生使用。5结束语作为新一代的互联网应用，IPv6在服务质量、安全性、数据组播方面都比传统的IPv4有了不少改进，由于IPv6网络的特性，使在网络上传播高清晰的视频节目成为可能。虽然IPv6刚刚从试验网走入校园网，协议中特有的新特性也不能完全解决流媒体服务所面临的所有问题，但这毕竟是个有益的开端，基于IPv6的流媒体技术的应用和研究对校园网的建设，特别是网络多媒体教学和远程教育的发展都是非常有益的，是值得去深入研究的。参考文献[1]王兴伟，高楠，王琦，等.基于IPv6的Qos控制组播路由机制[J].通信学报，2006(11).[2]彭春燕.基于IPv6组播技术的校园流媒体的研究与设计[J].甘肃科技，2007(4).[3]梅艳.基于IPv6的流媒体传输技术及其在校园网中的应用[J].通信学报，2006(11).[4]刘利强，王智勇.基于IPv6的视频点播网站的建设[J].教育信息化，2005(10).[5]高宗敏.流媒体技术[J].有线电视技术，2005(12).[6]石炎生，刘利强，陈凯文.IPv6组播通信机制及其实现[J].科学技术与工程，2007(7).TheDesignandRealizationofStreamingMediaVideoonDemandSystemBasedonIPv6LINJianStartingfromthenewcharacteristicsofIPv6instreamingmediatechnology,andbycomparingandanalyzingtheIPv6andtraditionalIPv6protocol,astreamingmediavideoondemandsystemhasbeendesignedandrealized.IPv6;streamingmedia;videoondemand(责任编辑竺小恩)PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建