基于P2P技術的即時通信監控系統研究

胡偉俊

摘 要：本文分析了應用于P2P網絡的實時監控系統，指出跟蹤監控的三類主要方法：網絡級別，被動的應用程序級別的和主動應用程序級別的監控。給出了主動應用程序級別的監控模式下監控系統的架構與組成，并進行了實驗分析了其監控性能。

關鍵詞： P2P技術；即時通信系統；監控

【中圖分類號】TN949.6 【文獻標識碼】B

1引言

隨著網絡技術的迅速發展，即時通信與實時轉播等網絡應用得到快速發展。在這些應用中，即時通信受到越來越多使用者的喜愛。普通用戶只要能上網，就可以流暢的在個人計算機上進行即時通信。即時通信是一種便捷的網絡通信方式，為用戶提供實時有效的溝通手段。即時通信與社會正在逐漸深度融合。目前國外比較著名的即時通信系統有 MSN等，國內移動即時通信軟件有很多，比如 QQ、飛信、微信等。用戶只要在手機上安裝軟件客戶端，就可以進入相應的即時通信系統進行即時聊天。QQ 業務一般針對好友之間，而飛信則是中國移動為中國移動用戶專門推出的一個客戶端軟件。這些即時通信系統具有各自的特點。但是目前用戶對這些即時通信工具最不滿意的就是各個即時通信軟件互不兼容，不能實現不同即時通信軟件的互聯互通。即時通信系統還沒有一個統一的協議標準。主流的即時通信通用協議有：即時信息及出席協議 IMPP、基于 SIP的針對即時通信和出席擴展協議 SIMPLE與可擴展信息和出席協議 XMPP。

隨著移動網絡技術的發展，移動接入方式多樣化，移動網絡帶寬越來越寬，移動終端能力越來越強，移動 P2P 生存發展的條件越來越成熟，移動網絡與固定網絡的融合趨勢越來越明顯，移動用戶數量的日益龐大和移動設備的特殊性，使得移動 P2P 越來越體現出其自身的巨大優勢。國內外許多的研究機構和學院正在進行關于移動 P2P 領域的研究或應用。移動用戶有自己獨特的優勢，例如移動設備總是時時伴隨著用戶，用戶可以在任何地點，任何時候與任何人進行實時的交互，也就是說移動設備的實時性和自主性是固定網絡中 P2P 節點無法比擬的。移動P2P的應用系統包括文本、圖像、語音、視頻、文件傳輸等業務，其中視頻、文件傳輸對帶寬有一定的要求，否則影響使用效果。為了解決這個問題，點對點（Peer-to-Peer，P2P）傳輸架構的新技術開始被用于實時影音系統中，以克服上述提到的諸多問題[1]。這種點對點的實時影音串流利用用戶的網絡帶寬以及運算能力，來有效的分擔串流服務系統的負擔，以達到使網絡容納更多的用戶，同時降低網絡帶寬以及服務設備的成本的目的。在這樣的點對點網絡中，主要的思想與模式是：用戶在網絡中共享彼此的媒體文件，而不是僅僅從服務器上下載文件，即，每一位使用者既是一個客戶端，也是一個服務器。這種模式通過共享加載的流媒體服務器，降低了所需的帶寬，為使用者提供服務。然而，基于點對點的實時影音串流技術的網絡存在動態的特性，用戶可以隨意的加入以及離開網絡，使得網絡中的用戶數目實時的變化[2]。在該模式下，對于網絡進行實時監控來跟蹤點對點網絡中用戶的網絡狀況、收看質量以及系統狀態來評估系統的效能，是非常重要的一項研究內容，并且成為近年來的一個研究熱點[3]。本文分析了點對點串流系統的實時監控系統的需求，指出跟蹤監控的三類主要方法：網絡級別的監控，被動的應用程序級別的監控和主動應用程序級別的監控。提出了一種用于P2P網絡串流的主動應用程序級的實時監控系統的架構，分析了系統的各個主要組成部分與功能。

2.P2P直播系統監控

在該模型下，目前已有很多對于P2P網絡流媒體直播系統進行監控的研究。在這些監控方法中，主要有3種類型的跟蹤監控方法：網絡級別的監控，被動的應用程序級別的監控和主動應用程序級別的監控。

1.網絡級的監控的原理是：執行監控任務的監控代碼到網絡設備，如路由器，交換機和網關收集IP層的數據報監控信息。它可以進一步分為路由器和基于非路由器監控工作。監控的功能是內置到路由器并沒有額外的安裝的硬件或軟件， SNMP（RFC1157），RMON（RFC1757）是在路由器監控的典型例子。

2.被動應用程序級別的監控的原理是：通過收集應用程序級信息被動的方式，如嗅探，來通過對比度實現網絡級的跟蹤，被動應用程序級的監控不需要網絡基礎設施的訪問。

3.主動應用程序級別的監控的原理是：系統收集關于目標P2P應用程序的活動，跟蹤傳播的代理，如"爬蟲"，對數據流量和同行伙伴關系作進一步的分析。本文討論的就是主動應用程序級別的監控。

3主動應用程序級別的P2P實時監控系統

我們所提出的主動應用程序級別的實時監控系統的體系結構。主要組成部分有：日志服務器，日志緩沖區，日志分析器，監控代理和Web GUI接口。流媒體服務器接收數據流源（例如，媒體編碼器能夠從數字攝像機、數字電視卡或攝像頭獲取視頻/音頻信號，然后進行編碼，作為待處理的視頻流信號）。一個流媒體服務器如果具有足夠大的帶寬，來自流媒體服務器的種子用戶上傳的流媒體，就會共享分流到其他對等端。在實時監控系統中，Web GUI接口下提供以下信息的輸出：

1. 系統信息：流媒體服務器使用的CPU /內存；

2. 內容質量信息：最終用戶接收信息的質量的；

3. 通信信息：流媒體服務器和最終用戶上傳/下載速度和數量。

數據庫是一個可以訪問的資源集合或存儲庫，即是一個組織好的電子存儲的數據檢索信息。來自該系統的數據庫中的數據還包括一些日志文件。這些日志數據存儲到數據倉庫ETL（提取，轉換和加載）后的過程。 ETL過程包括三個步驟：首先，數據在提取階段被分析、解析和進行格式轉化，轉換階段是用一系列的規則對源數據轉換，如數據清洗和數據聚合。加載階段的最終目標將數據加載到最終目標。

使用該系統能夠進行實時監控，可以跟蹤點對點網絡中用戶的網絡狀況網絡等內容，主要包括設備信息與服務器信息。設備信息的主要內容包括：網絡設備的基本信息，包含設備名稱，該設備服務的終端設備的數目、當前開放的服務的數目、設備的IP地址、當前網絡輸入輸出速率、設備當前服務的用戶數目。輸入/輸出流量速度，即實時監控系統提供不同的時間間隔的輸入/輸出流量速度。輸入/輸出流量，即輸入/輸出流量是在上一個時間間隔內設備的流量變化，其余還包括系統信息、設備信息、終端用戶信息、P2P基本信息、P2P終端用戶信息和客戶-服務器基本信息與終端用戶信息等。在服務器信息部分，主要信息包括：服務器基本信息、流量速度、流量、終端用戶信息、P2P基本信息、P2P終端用戶信息、客戶-服務器基本信息與終端用戶信息等內容。

為了評價所構建系統的性能，我們寫了一個最終用戶流量日志數據包發生器，建立從50到15000個連接，并發送流量日志數據到實時監控服務器，來為監控服務器產生工作量。此外，我們也在2臺機器進行了實驗，來得到更加全面的觀察結果。首先，我們發送2000流量日志（1000記錄一次）到監控服務器，在第5秒，最初的1000日志包存放于日志緩存中，其他的1000日志包在第5秒被接收到。在實驗的開始時間約7秒后，啟動日志分析器，日志數量減少。服務器1需要1.45秒和服務器2需要2.1秒來處理日志。日志存儲時間服務器1和服務器2采用的是1. 25秒和1.95秒。統計在不同的節點屬下的數據聚集時間，得到的結果。

4結論

隨著網絡應用程序用戶的增加，P2P傳輸架構的新技術開始被用于實時影音串流系統。然而，這樣的網絡存在動態的特性，每位用戶既是一個客戶端，也是一個服務器，用戶可以隨意的加入以及離開點對點的網絡，對于該網絡進行實時監控來跟蹤點對點網絡中用戶的網絡狀況、收看質量以及系統狀態來評估系統的效能，是非常重要的一項研究內容。本文分析了應用于P2P網絡串流的實時監控系統，指出跟蹤監控的三類主要方法：網絡級別的監控，被動的應用程序級別的監控和主動應用程序級別的監控。提出了主動應用程序級別的監控模式下監控系統的架構與組成，并進行了實驗分析了其監控性能。

參考文獻

[1]楊文濤，易志雄，劉衛忠，鄒雪城，周國學. P2P網絡流媒體播放系統研究[J]. 電視技術，2005，06：66-68.

[2]凌燕，藍善禎，徐品，潘麗. P2P流媒體系統關鍵技術概述[J]. 電視技術，2012，03：58-61+69.

[3]詹曉濤. CDN與P2P相結合的流媒體系統設計[J]. 電視技術，2009，06：67-70.