DB44∕T 525-2008 对等网络分布式存储流媒体传输协议(广东省).pdf
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1、ICS 33.404.99 M 10 备案号:23306-2008 DB44 广东省地方标准D844厅525-2008对等网络分布式存储流媒体传输协议Peer -to-Peer Network Distributed Storage Streaming Media Transmission Protocol 2008-07-11发布2008-12-01实施广东省质量技术监督局发布DB44!T 525-一2008目次前言.引言. . 111 i范围.1 2规范性引用文件.3术语、定义和缩略语14概述5设计原理.6功能流程.77纠错机制.118授权.12 9用户认证.13 附录A(规范性附录卜.1
2、4 图1SIM拓扑结构图.3 图2树型传输结构逻辑示例图.4 图3多播岛逻辑示例图.图4节点主机与STUN服务器交互过程视图.7 图5节点主机与集合点主机交互过程视图.7 图6新主机为公网主机时与每个出钱主机的交互过程视图.8 图7新主机为受限主机时与每个出战主机的交互过程视图.8 图8多播岛内传输路径逻辑示例图. . .9 图9数据分发逻辑示例图.10图10死锁情形逻辑示例图.图11节点主机授权视图.12 图12节点主机认证视图.13 表A.l数据包格式. .14 表A.2视频帧包化过程.15 表A.3音频帧包化过程15表A.4RefreshMessage消息格式.16表A.5RoolPal
3、hMessage消息格式.16 表A.6Message报头格式M表A.7节点主机列表字段说明.17 表A.8授权请求字段说明.17 表A.9授权反馈字段说明.17 表A.10设备ID认证形式的认证请求字段说明.17 表A.ll综合业务卡信息认证形式的认证请求宇段说明.17 表A.12认证反馈字段说明.17本标准由香港科技大学、中(11大学提出。本标准由广东省质量技术监督局归门目。吕0844厅525-2008本标准起草单位(排名不分先后):广东省数字家庭公共服务技术支持中心、香港科技大学、中山大学、TCL集团工业研究院、广东中大讯通软件科技有限公司、广州中大电讯科技有限公司。本标准主要起草人:黄
4、亮聪、罗笑南、刘宁、金星、史卓、赵瑜、陈任、黄卫东、周凡、王建民、韩冠亚、孟思明、刘海亮、雷细良、苏娟、叶燕宝、徐吴、莫满春、徐武强、庄敬晖。本标准的附录A为规范性附录。H 0844厅525-2008引本标准为了实现lP网络中流媒体资辉的传输和共享而制定对等网络分布式存储流媒体传输协议。本协议采用有利于流媒体应用层多播的局部IP多播厅式,并融合了应用层多播协议和对等网络技术,支持IP网络上的实时电视和互动电影3而现有的其他各种协议如Scattp.rcast、YOIDUMTP mTunnel、AMT、Univp.rsal Multicast和Suhsp.tMulticast,其中许多协议都需要设
5、置专门的网络节点,如代理服务器或路由器,且主机间的连接需要进行手动配置c支持卒协议的主机群是充分自治的,不需要设置专门的网络节点,并可以扩展成为更大规模的对等网络O本标准的发布机构提请注意如下事实,声明符合本标准时,可以使用涉及2条中有关内容的相关专利。本标准的发布机构对于专利的范围、有效性和验证资料不提出任何看法。专利持有人已向本标准的发布机构保证,他愿意同任何申请人在合理和非歧视的条款和条件下,就使用授权许可证进行谈判。这方面,该专利持有人的声明已在本标准的发布机构备案。在本标准起草过程中,起草组织者根据会员签署同意的工作组章程和有关知识产权规定以及会员在提案、审阅等期间提出的专利披露与许
6、可声明等对标准可能涉及的专利进行了识别。已经确知下表列出的专利权人持有本标准的本部分的专利:专利名称专利授理号专利授权号专利持有人联系地址适于IPTV流媒体业务中山大学、广州市新港西路135的可扩展岛式多播传正在申请号中山大学园南路415输方法香港科技大学栋401室上述专利权人同意对所持有的本标准的本部分的必要专利在合理和非歧视的条款和条件基础上,通过广东省数字家庭标准化委员会专利池进行许可c由广东省数字家庭标准化委员会推动成立的广东省数字家庭标准化委员会专利池管理委员会是决定专利池具体许可条款的独立机构。对于专利池中的所有专利,标准实施者可通过专利池管理委员会认可的授权机构获得许可。有关资料
7、可从广东省数字家庭标准化委员会获得,联系方法如下:联系人:陈丽娜通讯地址:广州市新港西路135号中I1J大学同南路415栋401室邮政编码5102075电子邮件aiI电话020-84112291传真020-84门2064网址http:/www.csp.ust.hk/、http:/sist呵 525-2008 对等网络分布式存储流媒体传输协议1 范围本标准规定了支持lP网络流媒体数据传输和共享的对等网络流媒体传输协议,对等问络分布式仔储i缸媒体传输协议的设计原理、功能流程及编码标准。本标准适用于l凹V、计算机等信息技备在支持Intet1-.单播和局域网内多播的网络环境中实现流跟体资源的传输租共享
8、G2 规范性引用文件F列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的号|用文件,其随后所有的修改单(不包括勘谩的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是青可使用这些文件酌最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标稚3r.Brr 29(1.2-26信息技术先进膏视频编码第2部分:视频r.B厅290.2-2006信息技术先进音视频编码第2部分:视频(AVS)DB44厅4拍-27数字家庭互联巨通术语规范ASF Mic阳。ftAdvaned Systems Fonnat Specification飞ersinn1.2 HD 544日-1989
9、录音PCM编码/解码系统lEC 62141-2005 使用12.65mm磁带和联合MPE压捕的螺旋扫描数字视颜盒式记录格式。-16型格式IEC 61937总-2006数字音频.应用IEC60958的非线性PCM编码音频位流按门.第6部分:符合做软媒体音频专用格式的非线性PCM位流I50lEC 14496-14-2003 信息技术音频视频对象编码第14部分MP4文件格式150 IEC 13818-7-2004信息技术移动图像租相美音频信息的通用编码第7部分:高级青顿编码(AAC) 1501lE( 11 72 - 3-1993 倩息技术具有.5Mbi仇的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码第3部分:
10、音频(MP3)IS0/lEC 210-9-25 信息技术多媒体框架(MPEG-2I)第9部分t文件格式ITL-T G,726 40、32、24、6khitls 自适应差分脉冲编码调制ADPCMITLJ-T H.264般视昕业务的高级视频编码ITlJ-T .263 低比特率通信的视频编码JSR-OOOI20 The WMA 1.1 specification RFC 4259 MPEG-2网络卜的IP数据包传输框架RFC 3534 应用/0昭媒体类咽SMPTE 421 M-27 V1 Compressed Video itstream J-onnat anrl Dpc-oding Process
11、 - Amenrlment 1 T1.3GPP.26.173V 55(23 臼远应多速率(AMR)宽带语音编解码器的ANSJ-C编码(AMR)15 26.42 .-般音频编解码器音频处理功能3GP文件楠式的源代码3 术语、定义和缩略语0844厅525-20083.1 ALM协议Application Layer Multicast Protocol 一种以底层网络为基础、基于叠加网的多播协议,又称为应用层多播协议。3.1.1 Narada协议Narada Protocol 种ESM的组网协议。3.1.2 NICE协议NICE Protocol 一种主要针对大量接收者的低带宽、数据流应用,可扩展
12、的应用层多播协议。3.1.3 Scribe t办t义ScribeProtocol 种可扩展的应用层多播框架协议C3.1.4 ALMI结构ALMI Infrastructure 一种将应用层多播作为端系统基础服务功能的体系结构。3.2 单播Unicast 一种主机之间对一的通讯模式。3.3 IP多播IP Multicast 一种允许一台或多台主机发送单一数据包到多台主机的TCPIIP网络技术。3.4 往返时延Round-Trip Time 一种表示从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后便立即发送确认).总共经历的时延33.5 多描述编码Multiple Oescri
13、ption Coding 一种目前网络中传输视频流通常采用的编码方法,设计原理是先将视频数据压缩为多个比特流,使每个比特流对应)种描述;然后使每个描述分别通过一个相对独立的信道传输到解码端,且每个描述都可以恢复出视觉可接收质量的罔像;若接收到的描述数目越多,贝IJ这些描述结合起来恢复出的图像质量就越高。3.6 ping Packet Internet Grope 种用于测试网络连接量的因特网包探索程序。3.7 网络地址转换Network Address Translation 种用于将-个地址域(如:专用Intranft)映射到另一个地址域(如Internet)的标准方法。3.8 图片群Gro
14、up of Pictures a种可消除视频内容中邻近帧之间的时间冗余的MPEG压缩技术。hig enclian 一种存储字节序,表示低地址存放最高有效字节的存储方式。3.9 STUN协议Simple Traversal of UOP through NAT 2 DB44厅525-一28一种网络协议,允许位于NAT(或多重NAT)后的客户端找到本机的公网地址,查出本机位于哪种类型的NAT之后,以及NAT为某一个本地端口所绑定的Internet端口c3.10 绑定请求Binding Requests 一种用于决定NAT分配的绑定。3.11 缩略语川mmm肌Mm盯阳mm4概述Application
15、 Layer Multicast Peer-To-Peer Group Of Pictures Lateral Error Recovery Multiple Description Coding Network Address Translation Relative Delay Penalty Rendezvous Point Round-Trip Time Scalable Island Multicast Selection Packet Drop 应用层多播对等网络图片群侧面纠错机制多描述编码网络地址转换相对延迟集合点往返时延可扩展岛式多播选择性包丢弃凹P系统构建通常采用两种结构,即
16、树型结构和Gossip网状结构。Gossip网状结构是通过使用Gossip算法建立主机的网状结构,与相邻主机交换数据。但由于Gossip结构是将数据通过多个路径发送给一个主机,其最长路径的延迟决定了这种结构会带来较高的回放延迟;相反,树型结构引入了较低的端到端的延迟,并更易于维护。树型结构通过建立多棵树来分发主机的数据,现行的多数应用层多播模式系统均采用该结构进行数据分发,如Nara巾.NICE协议以及P2Cast.凹VoD等一些P2P视频点播系统。以往大多数基于应用层的协议(如Nara巾.NICE. DT. Scrihe. ALMI等)均是假定路由器没有多播功能,因此没有考虑网络层的IP多播
17、。全局IP多播是不可行的.但现在许多局域网都具备了多播功能。一方面,将这些局部I1J多播领域称为岛则往往存在岛与岛之间由不能多播的路由器连接形成单播路径的情况。另一方面,由于IP多播比ALM更有效.如果ALM能够利用建立树型结构的局部多播能力,将有利于IP多播应用。本协议是采用有利于流媒体应用层多播的局部IP多播方式,并基于树型结构的可扩展分布式系统,又称为可扩展岛式多播系统(ScalahleIsland Multicast System.简称SIM)c 5 设计原理5.1 拓扑结构圄1SIM商扑结构固3 0844厅525-2008日M网络拓扑结构图如图l所/)0在刘M巾,岛内主机通过IP多播
18、i式采用llPD协议进行传输,岛JHJ主机则通过单播方式采用TCP协议迸行传输i每台待接入系统的主机芮先将加入到SIM的树理结构中,该结构用于监视IJ和l维护加入的主机;接着主机通过枪!IJ加入到多播岛,进而完成整个接入过程。SIM中的每个岛只具备唯A的入U节点,人门节点接收其他岛发送过米的数据包,再以多播的方式在岛内传输这些数据包L刊1M服务器,即媒体服务器,在SIM中作为树型结构中的媒体师、节点主机,用于流媒体数据存储与分发【客户端主机在日M中作为树型结构的17点七机,用于接收、暂存或转左流媒体数据。STUN服务器提供主机网络环境的判圳/i务.Jii于判断节点主机是处于公网环境,还是处于N
19、AT式防火墙的后面c每个多播岛将维护一个具有IP多播功能路由器,用于在岛内多播流煤体数据55.2 应用层树型结构战结构是建立在山阳启基础上,由所布节点主机构成的单树型结构,用于i监测新接人的主机,并维护各节点主机问的关联;该关联是指节点主机问维持的父子关系二采用树型构建机制的P2P网络一般都具有分布式特性,可使系统更易扩展.并且构建算法更为简便。图2为树望:结构逻辑视阁。如困所示,树型结梅中每个父节点均可包含多个子节点,但对于每个子节点,其父节点数H唯一。如图2所示,节点s为节点A的父节点,节点A为节点B的父节民;同时,节点A为节点目的子节点,节点B为节点A的子节点.并且节点B还拥有节店、仁、
20、节点D、节点E兰个子节点。图2树型传输结构逻辑示例图5.3 多播岛多播岛是由具有IP多播功能的局部网络白组织成岛状结构,岛内采用树状拓扑结构二同时,岛作为宏观卜的节点.与其他岛之间又构成树型结构,岛与岛之间采用单播方式传输数据包.岛内采用IP多播方式传输数据包5每个岛有唯一的入口w点主机,负责接收岛外主机发送来的数据包,并在岛内多播该数据包。每个岛内的路由器都有两个唯一的D类lP多播地址,一个用于多播控制泊息,另一个用于多播数据包。根据IP地址的不同,岛内主机rff分别组成控制多播组和数据多播到L两个D类IP地址由集合点主机维护c图3是描述多播岛的逻辑示例用,其中列出了入口节点主机、边界节点主
21、机、对外节点主机以及岛内多播传输路径、岛问叶飞播传输路径的逻辑机例L4 DB44厅525-2008川肘一-M咽EV-e咱-w-一蝠,卢bd飞-4机一-R且阴阳JWHI-JA-E飞山,飞飞、!IBi-J二州、-LC曲一-,Jr-忑/极间二/忡。tl, , , 事锚岛l人川I.II-l -.1;铺路仔-l(r.蜻路f;.圄3多播岛逻辑示例固5.4节点主机w点主机璋对已经加入到树型结构中的各舍主帆的第l称r根据主机睛处的例络环境不同.节点t-:机uf分为公网节点主机和l受限节点主视1公制主机是指处于公网环境的节点主机,受限主机是指处-fNAT或防火墙后面的节点主机,5.5 入口节点主机每个多播岛内将
22、维护一台特殊的节点主机,用于接收岛外经单播发送过米的数据包,并通过岛内的多播路由器对该数据包进行多播。该主机称为人口11fi主机5.6 NAT穿透SIM通过使用STUN协议,即属于UDP协议传输的IAT简单穿透技术(SimplfTrdVfrsal of UDP thro咆hNAT)来检测主机是否位于AT或者防火墙的hi雨,并能够检测两台琪多台受限主机是青位于同_.!IAT或防火墙的后面。具体检测力法如下:a)加入节点主机发出绑定请求(Bindingrequests)到白lJN服务黠;h)服务器产生绑定巨馈(Bin巾19Ilfspon附).11:把得到的映射地址和端口返llljflJ辑:户端:c
23、)客户端通过比较映射后的地址是开剧本机地址相同来判断本丰凡是否处于公网,名:相同则说明该主机是公网主机,若不同则说明该主机为受|垠主帆。5.7 父节点主机新主机加入到树理结构后将经过数改选代过程最终j主择-f节点主机作为流媒体数据的来源点.由于迭f-t过程将造成新主机与该节点主机间的关联呈现为父子关系.I对此该主机称为父节点主机5.8 集合点主机一种特殊的节点.用于维护根节点和加入到树中的IY点911去的地址,主主最大容量值,可以依据需要被设置U主要功能是响应发起获取开始节点请求的iMI5.9授权服务器一台用于分发授权密钥的服务器,维护一张所有不同节目频段流数据包与其授权密钥的映射列表,并具有
24、认证证书识别功能。节点主机可通过向且发送授权请求来获取可解密流数据包的授仪密钥=5.10认证服务器一台用于校验用户身份的服务器.nf用于分发认ilEilE I工待加入系统的新p点主机都必须先涵过此服务器进行身份验lE.以获取认LIEll IS咛:1 D844厅525一2008因l所示的拓扑结构即是考虑、将认证与授权相结合部署在认证与授权服务器上。5.11 多播组一种支持IP多播的主机群。群中的每个流媒体会话都有两个唯一的D类IP多播地址。一个用于多播控制消息,另一个用于多播流媒体数据。根据1P地址的不同,岛内主机可分别组成控制多播组和数据多播组c两个D类IP地址由集合点主机维护。5.12 边界
25、节点主机父节点不在岛内的节点主机叫做边界节点主机。在SIM中,边界节点主机和人口节点主机均加人到控制组和数据组,而非边界节点主机只加入到数据组。5.13 对外节点主机子节点包含其他岛内入口节点的主机叫做对外节点主机。在S1M中,某个岛内的对外节点主机与某个其他岛内的入口节点主机之间具备单播传输路径,并在全局应用层树型结构上具有相应的父子关系。5.14 数据编码可支持编码格式包括:视频A VS MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 H.263 H.264 WMV9 DIVX AVS编码具体要求参见GBff20090.2-2006的相关内容MPEG-1编码具体要求参见ISOIIEC23000-
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