基于P2P技术的即时通信监控系统研究

胡伟俊

摘 要：本文分析了应用于P2P网络的实时监控系统，指出跟踪监控的三类主要方法：网络级别，被动的应用程序级别的和主动应用程序级别的监控。给出了主动应用程序级别的监控模式下监控系统的架构与组成，并进行了实验分析了其监控性能。

关键词： P2P技术；即时通信系统；监控

【中图分类号】TN949.6 【文献标识码】B

1引言

随着网络技术的迅速发展，即时通信与实时转播等网络应用得到快速发展。在这些应用中，即时通信受到越来越多使用者的喜爱。普通用户只要能上网，就可以流畅的在个人计算机上进行即时通信。即时通信是一种便捷的网络通信方式，为用户提供实时有效的沟通手段。即时通信与社会正在逐渐深度融合。目前国外比较著名的即时通信系统有 MSN等，国内移动即时通信软件有很多，比如 QQ、飞信、微信等。用户只要在手机上安装软件客户端，就可以进入相应的即时通信系统进行即时聊天。QQ 业务一般针对好友之间，而飞信则是中国移动为中国移动用户专门推出的一个客户端软件。这些即时通信系统具有各自的特点。但是目前用户对这些即时通信工具最不满意的就是各个即时通信软件互不兼容，不能实现不同即时通信软件的互联互通。即时通信系统还没有一个统一的协议标准。主流的即时通信通用协议有：即时信息及出席协议 IMPP、基于 SIP的针对即时通信和出席扩展协议 SIMPLE与可扩展信息和出席协议 XMPP。

随着移动网络技术的发展，移动接入方式多样化，移动网络带宽越来越宽，移动终端能力越来越强，移动 P2P 生存发展的条件越来越成熟，移动网络与固定网络的融合趋势越来越明显，移动用户数量的日益庞大和移动设备的特殊性，使得移动 P2P 越来越体现出其自身的巨大优势。国内外许多的研究机构和学院正在进行关于移动 P2P 领域的研究或应用。移动用户有自己独特的优势，例如移动设备总是时时伴随着用户，用户可以在任何地点，任何时候与任何人进行实时的交互，也就是说移动设备的实时性和自主性是固定网络中 P2P 节点无法比拟的。移动P2P的应用系统包括文本、图像、语音、视频、文件传输等业务，其中视频、文件传输对带宽有一定的要求，否则影响使用效果。为了解决这个问题，点对点（Peer-to-Peer，P2P）传输架构的新技术开始被用于实时影音系统中，以克服上述提到的诸多问题[1]。这种点对点的实时影音串流利用用户的网络带宽以及运算能力，来有效的分担串流服务系统的负担，以达到使网络容纳更多的用户，同时降低网络带宽以及服务设备的成本的目的。在这样的点对点网络中，主要的思想与模式是：用户在网络中共享彼此的媒体文件，而不是仅仅从服务器上下载文件，即，每一位使用者既是一个客户端，也是一个服务器。这种模式通过共享加载的流媒体服务器，降低了所需的带宽，为使用者提供服务。然而，基于点对点的实时影音串流技术的网络存在动态的特性，用户可以随意的加入以及离开网络，使得网络中的用户数目实时的变化[2]。在该模式下，对于网络进行实时监控来跟踪点对点网络中用户的网络状况、收看质量以及系统状态来评估系统的效能，是非常重要的一项研究内容，并且成为近年来的一个研究热点[3]。本文分析了点对点串流系统的实时监控系统的需求，指出跟踪监控的三类主要方法：网络级别的监控，被动的应用程序级别的监控和主动应用程序级别的监控。提出了一种用于P2P网络串流的主动应用程序级的实时监控系统的架构，分析了系统的各个主要组成部分与功能。

2.P2P直播系统监控

在该模型下，目前已有很多对于P2P网络流媒体直播系统进行监控的研究。在这些监控方法中，主要有3种类型的跟踪监控方法：网络级别的监控，被动的应用程序级别的监控和主动应用程序级别的监控。

1.网络级的监控的原理是：执行监控任务的监控代码到网络设备，如路由器，交换机和网关收集IP层的数据报监控信息。它可以进一步分为路由器和基于非路由器监控工作。监控的功能是内置到路由器并没有额外的安装的硬件或软件， SNMP（RFC1157），RMON（RFC1757）是在路由器监控的典型例子。

2.被动应用程序级别的监控的原理是：通过收集应用程序级信息被动的方式，如嗅探，来通过对比度实现网络级的跟踪，被动应用程序级的监控不需要网络基础设施的访问。

3.主动应用程序级别的监控的原理是：系统收集关于目标P2P应用程序的活动，跟踪传播的代理，如"爬虫"，对数据流量和同行伙伴关系作进一步的分析。本文讨论的就是主动应用程序级别的监控。

3主动应用程序级别的P2P实时监控系统

我们所提出的主动应用程序级别的实时监控系统的体系结构。主要组成部分有：日志服务器，日志缓冲区，日志分析器，监控代理和Web GUI接口。流媒体服务器接收数据流源（例如，媒体编码器能够从数字摄像机、数字电视卡或摄像头获取视频/音频信号，然后进行编码，作为待处理的视频流信号）。一个流媒体服务器如果具有足够大的带宽，来自流媒体服务器的种子用户上传的流媒体，就会共享分流到其他对等端。在实时监控系统中，Web GUI接口下提供以下信息的输出：

1. 系统信息：流媒体服务器使用的CPU /内存；

2. 内容质量信息：最终用户接收信息的质量的；

3. 通信信息：流媒体服务器和最终用户上传/下载速度和数量。

数据库是一个可以访问的资源集合或存储库，即是一个组织好的电子存储的数据检索信息。来自该系统的数据库中的数据还包括一些日志文件。这些日志数据存储到数据仓库ETL（提取，转换和加载）后的过程。 ETL过程包括三个步骤：首先，数据在提取阶段被分析、解析和进行格式转化，转换阶段是用一系列的规则对源数据转换，如数据清洗和数据聚合。加载阶段的最终目标将数据加载到最终目标。

使用该系统能够进行实时监控，可以跟踪点对点网络中用户的网络状况网络等内容，主要包括设备信息与服务器信息。设备信息的主要内容包括：网络设备的基本信息，包含设备名称，该设备服务的终端设备的数目、当前开放的服务的数目、设备的IP地址、当前网络输入输出速率、设备当前服务的用户数目。输入/输出流量速度，即实时监控系统提供不同的时间间隔的输入/输出流量速度。输入/输出流量，即输入/输出流量是在上一个时间间隔内设备的流量变化，其余还包括系统信息、设备信息、终端用户信息、P2P基本信息、P2P终端用户信息和客户-服务器基本信息与终端用户信息等。在服务器信息部分，主要信息包括：服务器基本信息、流量速度、流量、终端用户信息、P2P基本信息、P2P终端用户信息、客户-服务器基本信息与终端用户信息等内容。

为了评价所构建系统的性能，我们写了一个最终用户流量日志数据包发生器，建立从50到15000个连接，并发送流量日志数据到实时监控服务器，来为监控服务器产生工作量。此外，我们也在2台机器进行了实验，来得到更加全面的观察结果。首先，我们发送2000流量日志（1000记录一次）到监控服务器，在第5秒，最初的1000日志包存放于日志缓存中，其他的1000日志包在第5秒被接收到。在实验的开始时间约7秒后，启动日志分析器，日志数量减少。服务器1需要1.45秒和服务器2需要2.1秒来处理日志。日志存储时间服务器1和服务器2采用的是1. 25秒和1.95秒。统计在不同的节点属下的数据聚集时间，得到的结果。

4结论

随着网络应用程序用户的增加，P2P传输架构的新技术开始被用于实时影音串流系统。然而，这样的网络存在动态的特性，每位用户既是一个客户端，也是一个服务器，用户可以随意的加入以及离开点对点的网络，对于该网络进行实时监控来跟踪点对点网络中用户的网络状况、收看质量以及系统状态来评估系统的效能，是非常重要的一项研究内容。本文分析了应用于P2P网络串流的实时监控系统，指出跟踪监控的三类主要方法：网络级别的监控，被动的应用程序级别的监控和主动应用程序级别的监控。提出了主动应用程序级别的监控模式下监控系统的架构与组成，并进行了实验分析了其监控性能。

参考文献

[1]杨文涛，易志雄，刘卫忠，邹雪城，周国学. P2P网络流媒体播放系统研究[J]. 电视技术，2005，06：66-68.

[2]凌燕，蓝善祯，徐品，潘丽. P2P流媒体系统关键技术概述[J]. 电视技术，2012，03：58-61+69.

[3]詹晓涛. CDN与P2P相结合的流媒体系统设计[J]. 电视技术，2009，06：67-70.