基于P2P技術(shù)的即時通信監(jiān)控系統(tǒng)研究

胡偉俊

摘 要：本文分析了應(yīng)用于P2P網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，指出跟蹤監(jiān)控的三類主要方法：網(wǎng)絡(luò)級別，被動的應(yīng)用程序級別的和主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控。給出了主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控模式下監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)與組成，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析了其監(jiān)控性能。

關(guān)鍵詞： P2P技術(shù)；即時通信系統(tǒng)；監(jiān)控

【中圖分類號】TN949.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

1引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，即時通信與實(shí)時轉(zhuǎn)播等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用得到快速發(fā)展。在這些應(yīng)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(wǎng)，就可以流暢的在個人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行即時通信。即時通信是一種便捷的網(wǎng)絡(luò)通信方式，為用戶提供實(shí)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(tǒng)有 MSN等，國內(nèi)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(jī)上安裝軟件客戶端，就可以進(jìn)入相應(yīng)的即時通信系統(tǒng)進(jìn)行即時聊天。QQ 業(yè)務(wù)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(tǒng)具有各自的特點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)不同即時通信軟件的互聯(lián)互通。即時通信系統(tǒng)還沒有一個統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。主流的即時通信通用協(xié)議有：即時信息及出席協(xié)議 IMPP、基于 SIP的針對即時通信和出席擴(kuò)展協(xié)議 SIMPLE與可擴(kuò)展信息和出席協(xié)議 XMPP。

隨著移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，移動接入方式多樣化，移動網(wǎng)絡(luò)帶寬越來越寬，移動終端能力越來越強(qiáng)，移動 P2P 生存發(fā)展的條件越來越成熟，移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢越來越明顯，移動用戶數(shù)量的日益龐大和移動設(shè)備的特殊性，使得移動 P2P 越來越體現(xiàn)出其自身的巨大優(yōu)勢。國內(nèi)外許多的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)院正在進(jìn)行關(guān)于移動 P2P 領(lǐng)域的研究或應(yīng)用。移動用戶有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，例如移動設(shè)備總是時時伴隨著用戶，用戶可以在任何地點(diǎn)，任何時候與任何人進(jìn)行實(shí)時的交互，也就是說移動設(shè)備的實(shí)時性和自主性是固定網(wǎng)絡(luò)中 P2P 節(jié)點(diǎn)無法比擬的。移動P2P的應(yīng)用系統(tǒng)包括文本、圖像、語音、視頻、文件傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，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(diǎn)對點(diǎn)（Peer-to-Peer，P2P）傳輸架構(gòu)的新技術(shù)開始被用于實(shí)時影音系統(tǒng)中，以克服上述提到的諸多問題[1]。這種點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時影音串流利用用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及運(yùn)算能力，來有效的分擔(dān)串流服務(wù)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，以達(dá)到使網(wǎng)絡(luò)容納更多的用戶，同時降低網(wǎng)絡(luò)帶寬以及服務(wù)設(shè)備的成本的目的。在這樣的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，主要的思想與模式是：用戶在網(wǎng)絡(luò)中共享彼此的媒體文件，而不是僅僅從服務(wù)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(wù)器。這種模式通過共享加載的流媒體服務(wù)器，降低了所需的帶寬，為使用者提供服務(wù)。然而，基于點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時影音串流技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)存在動態(tài)的特性，用戶可以隨意的加入以及離開網(wǎng)絡(luò)，使得網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)目實(shí)時的變化[2]。在該模式下，對于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控來跟蹤點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中用戶的網(wǎng)絡(luò)狀況、收看質(zhì)量以及系統(tǒng)狀態(tài)來評估系統(tǒng)的效能，是非常重要的一項(xiàng)研究內(nèi)容，并且成為近年來的一個研究熱點(diǎn)[3]。本文分析了點(diǎn)對點(diǎn)串流系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的需求，指出跟蹤監(jiān)控的三類主要方法：網(wǎng)絡(luò)級別的監(jiān)控，被動的應(yīng)用程序級別的監(jiān)控和主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控。提出了一種用于P2P網(wǎng)絡(luò)串流的主動應(yīng)用程序級的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)，分析了系統(tǒng)的各個主要組成部分與功能。

2.P2P直播系統(tǒng)監(jiān)控

在該模型下，目前已有很多對于P2P網(wǎng)絡(luò)流媒體直播系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的研究。在這些監(jiān)控方法中，主要有3種類型的跟蹤監(jiān)控方法：網(wǎng)絡(luò)級別的監(jiān)控，被動的應(yīng)用程序級別的監(jiān)控和主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控。

1.網(wǎng)絡(luò)級的監(jiān)控的原理是：執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)的監(jiān)控代碼到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器，交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)收集IP層的數(shù)據(jù)報(bào)監(jiān)控信息。它可以進(jìn)一步分為路由器和基于非路由器監(jiān)控工作。監(jiān)控的功能是內(nèi)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(jiān)控的典型例子。

2.被動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控的原理是：通過收集應(yīng)用程序級信息被動的方式，如嗅探，來通過對比度實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級的跟蹤，被動應(yīng)用程序級的監(jiān)控不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的訪問。

3.主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控的原理是：系統(tǒng)收集關(guān)于目標(biāo)P2P應(yīng)用程序的活動，跟蹤傳播的代理，如"爬蟲"，對數(shù)據(jù)流量和同行伙伴關(guān)系作進(jìn)一步的分析。本文討論的就是主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控。

3主動應(yīng)用程序級別的P2P實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)

我們所提出的主動應(yīng)用程序級別的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。主要組成部分有：日志服務(wù)器，日志緩沖區(qū)，日志分析器，監(jiān)控代理和Web GUI接口。流媒體服務(wù)器接收數(shù)據(jù)流源（例如，媒體編碼器能夠從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字電視卡或攝像頭獲取視頻/音頻信號，然后進(jìn)行編碼，作為待處理的視頻流信號）。一個流媒體服務(wù)器如果具有足夠大的帶寬，來自流媒體服務(wù)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(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)中，Web GUI接口下提供以下信息的輸出：

1. 系統(tǒng)信息：流媒體服務(wù)器使用的CPU /內(nèi)存；

2. 內(nèi)容質(zhì)量信息：最終用戶接收信息的質(zhì)量的；

3. 通信信息：流媒體服務(wù)器和最終用戶上傳/下載速度和數(shù)量。

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)檢索信息。來自該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)還包括一些日志文件。這些日志數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)倉庫ETL（提取，轉(zhuǎn)換和加載）后的過程。 ETL過程包括三個步驟：首先，數(shù)據(jù)在提取階段被分析、解析和進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換階段是用一系列的規(guī)則對源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)聚合。加載階段的最終目標(biāo)將數(shù)據(jù)加載到最終目標(biāo)。

使用該系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，可以跟蹤點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中用戶的網(wǎng)絡(luò)狀況網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容，主要包括設(shè)備信息與服務(wù)器信息。設(shè)備信息的主要內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本信息，包含設(shè)備名稱，該設(shè)備服務(wù)的終端設(shè)備的數(shù)目、當(dāng)前開放的服務(wù)的數(shù)目、設(shè)備的IP地址、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)輸入輸出速率、設(shè)備當(dāng)前服務(wù)的用戶數(shù)目。輸入/輸出流量速度，即實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)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(nèi)設(shè)備的流量變化，其余還包括系統(tǒng)信息、設(shè)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(wù)器基本信息與終端用戶信息等。在服務(wù)器信息部分，主要信息包括：服務(wù)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(wù)器基本信息與終端用戶信息等內(nèi)容。

為了評價(jià)所構(gòu)建系統(tǒng)的性能，我們寫了一個最終用戶流量日志數(shù)據(jù)包發(fā)生器，建立從50到15000個連接，并發(fā)送流量日志數(shù)據(jù)到實(shí)時監(jiān)控服務(wù)器，來為監(jiān)控服務(wù)器產(chǎn)生工作量。此外，我們也在2臺機(jī)器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，來得到更加全面的觀察結(jié)果。首先，我們發(fā)送2000流量日志（1000記錄一次）到監(jiān)控服務(wù)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(shí)驗(yàn)的開始時間約7秒后，啟動日志分析器，日志數(shù)量減少。服務(wù)器1需要1.45秒和服務(wù)器2需要2.1秒來處理日志。日志存儲時間服務(wù)器1和服務(wù)器2采用的是1. 25秒和1.95秒。統(tǒng)計(jì)在不同的節(jié)點(diǎn)屬下的數(shù)據(jù)聚集時間，得到的結(jié)果。

4結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序用戶的增加，P2P傳輸架構(gòu)的新技術(shù)開始被用于實(shí)時影音串流系統(tǒng)。然而，這樣的網(wǎng)絡(luò)存在動態(tài)的特性，每位用戶既是一個客戶端，也是一個服務(wù)器，用戶可以隨意的加入以及離開點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，對于該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控來跟蹤點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中用戶的網(wǎng)絡(luò)狀況、收看質(zhì)量以及系統(tǒng)狀態(tài)來評估系統(tǒng)的效能，是非常重要的一項(xiàng)研究內(nèi)容。本文分析了應(yīng)用于P2P網(wǎng)絡(luò)串流的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，指出跟蹤監(jiān)控的三類主要方法：網(wǎng)絡(luò)級別的監(jiān)控，被動的應(yīng)用程序級別的監(jiān)控和主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控。提出了主動應(yīng)用程序級別的監(jiān)控模式下監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)與組成，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析了其監(jiān)控性能。

參考文獻(xiàn)

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