P2P技术在3G网络中的应用

jingjing8495

1 前言
1.1  P2P技术概述
所谓P2P（Peer to Peer），其最本质的含义即“对等”，该技术最早是用于网络中对等节点之间的资源和信息共享的技术，通常人们所知道的是将P2P技术用在文件下载过程中，即网络上的对等终端在下载共享文件的同时又作为一个“种子”为其他对等终端提供资源和信息。目前对于P2P技术还没有规范的定义，结合其已有的应用，就更广泛的意义而言， P2P技术是指网络中的所有节点都动态参与到路由、信息处理和带宽增强等工作中，而不是单纯依靠服务器来完成这些工作。以非集中方式使用分布式资源来完成关键任务的一类系统和应用。
（1）P2P在当前网络中的应用范围及其广泛，有文件交换、协同工作、及时通讯、搜索引擎、文件储蓄等。
    网络上现有的许多服务可以归入P2P的行列。即时通讯系统譬如ICQ、AOL Instant Messenger、Yahoo Pager、微软的MSN Messenger以及国内的OICQ是最流行的P2P应用。它们允许用户互相沟通和交换信息、交换文件。还有拍卖网站譬如eBay也是P2P网络应用的一个特例。
（2）P2P技术特点：
动态性：P2P实现了资源和服务的流动，使每个加入进来的用户可以在这种流动中实现动态的交换行为。
双向型：用户在满足自己对资源和服务的需要时，也可以同时向其他用户提供自己的资源。
直接性：这是P2P不同于以往传统的Client/Server,服务器只是起一定辅助作用。
（3）成本问题
    在以P2P技术为代表的IT技术的飞速发展的冲击下，我国原有按时长收费的宽带资费体系不能够适应技术发展的需要，P2P下载导致长期增量成本，“按流量收费”应运而生。在存在增量成本的情况下，一方面，电信运营商势必会想尽一切办法来收回为业务量增长而投入的成本；另一方面，电信运营商也会竭尽全力限制过度无偿占用网络带宽的情况发生。

1.2  3G网络概述
    3G全称为3rd Generation，中文含义就是指第三代数字通信。1995年问世的第一代数字手机只能进行语音通话；1996到1997年出现的第二代数字手机便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆字节／每秒）、384kbps（千字节／每秒）以及144kbps的传输速度。（此数值根据网络环境会发生变化）
（1）3G网络前景
第三代移动通信的商用化正在全球范围内进入实施阶段。北美Spring PCS、Bell Mobility、Verizon Wireless、日本的KDDI及韩国的KT宣称已实现CDMA2000-1x的商用化。日本DoCoMo于2001年10月起首先实现了WCDMA的商用化。有关调查数据表明，与位置有关的信息点播业务、多媒体短信业务、移动上网浏览业务、移动电子商务、交互式娱乐业务将是未来最具发展前景的移动通信业务。
日本移动通讯巨人NTT DoCoMo开通全球第一个3G服务，该服务基于WCDMA标准。目前，亚洲成为3G发展最快的地区，欧洲紧随其次，美国由于不太热心而在技术准备上远远落后。除了动作最快的日本和韩国，泰国、香港也已经发出3G牌照，台湾即将发放3G牌照。
（2）3G网络成本
现有的移动运营商和固网运营商获得3G牌照后，运营策略将会出现巨大差异，3G本身不会导致“必亏”，盈利周期取决于运营策略正确与否。3G全球范围内的大规模商用时代已经到来，设备价格和网络优化成本已经大幅下降，更重要的是，中国3G将首先在沿海等经济发达地区投入应用，运营商并不需要实现全网覆盖，局部地区的网络投资不会造成资金黑洞。由于3G面向高端客户，丰富的功能要求决定了终端成本和价格必然偏高，但目前3G终端数量不断增加，成本价格也随之下降。因此，当中国上马3G的时候，建网运营成本将降低。

1.3 将P2P技术应用在3G网络中的优势
（1）巨大的移动通信市场和目前频谱资源的有限性之间的矛盾日益突出，不能满足工业发达国家和一部分第三世界国家(如中国、印度)大中城市手机用户高密度要求。数据网络和多媒体通信逐步和无线通信的可移动性相结合，因此移动多媒体或移动IP迅速发展起来，但仍不能满足政府、先进企业及新兴“白领”阶层对高速数据量的要求。P2P技术有效利用分散在移动用户终端的资源和服务，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间进行，减轻了服务器的负担。P2P的这种非集中式分布特点，还带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。比如单一节点的失效不会导致整个网络的崩溃；网络扩展只是服务器领导下多节点扩展的问题。
(2)随着硬件技术的发展，移动终端（手机）的计算和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定理（半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番）高速增长，采用P2P架构可以有效地利用3G网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布到所有节点上。利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的。通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。
2  P2P技术在3G网络的应用
2.1  P2P技术在3G网络中的实现过程
    把P2P技术应用在3G网络中，使加入其中的每一个移动终端处于对等地位，每一对等终端既可以请求服务，也可以提供服务，任意两个移动终端之间可以不通过第三方直接进行数据传输。
在此过程中，基站或移动交换中心需要设置服务器记录网络中共享资源的目录信息及其所在小区移动终端的地址，当3G网络中一个移动终端需要资源时，先向服务器发出所需资源的信息，服务器在目录列表中查找，如果目录中有，则找到这些资源所对应的对等机的地址，反馈给提出查询的对等机，发出查询的移动设备得到回复后，按照一定的算法，根据当时网络情况，与合适的对等机建立直接连接，从而获得资源。网络模型如图所示

2.2  在3G网络中引入P2P技术具体步骤
   1、首先在移动终端安装P2P软件，保证P2P软件与操作系统和其他应用处理软件兼容。装上P2P软件的移动终端原有芯片处理速度慢，操作系统对大量多媒体数据的处理能力低，需要有效的实时应用处理软件和实时操作系统支持。实时操作系统首先应能兼容P2P技术软件，其次可以更有效地面向高速数字信号处理分配有限的资源。将面向数字信号处理的DSP芯片和通用CPU芯片结合，利用能够充分满足处理时间限制的实时操作系统，有效利用计算资源。
   2、用户向服务器发出下载数据请求时，服务器路由寻址找到相应的对等机地址，反馈信息，如图所示：

在这个过程中，服务器发挥了重要作用。P2P技术的应用对服务器提出了更高的要求。
首先性能必须要提高。性能高低主要从服务器的两方面来衡量：I/O输入输出技术和服务器CPU的计算能力。其次，必须非常稳定。大多数的3G业务要求稳定性非常高。如果服务器出现一点问题，那么图像语音不能及时显现，对于那些使用现场办公等实时类型的用户来说，后果不堪设想。第三是可扩展性必须强。在电信增值行业中运用的服务器必须具备的另一个品质就是可扩展性强。3G业务是一个增长性业务，初期的业务量可能较小，但增长空间非常大，这就要求服务器有很高的可扩展性。因为它的用户总是处在不停的变化发展过程中，要求服务器的CPU计算功能和I/O输入输出有非常强大的可扩展功能。第四是智能化不可或缺,服务器发展的方向就是智能化的自主管理。因为电信业的主要业务都是放在开放的网络中进行的，所以它要求服务器能够实现7×24小时无间断地稳定无差错地运行，这就是说，服务器通常都是在无人管理的情况下运行的。这种无人管理的状况决定了运用在这一领域的服务器必须具有自主半自主的智能化特色。当服务器在运行中出现状况时，它必须具有一定的自我修复和自我管理的能力。第四是增强路由选择功能，使服务器在处理庞大数据的同时准确的进行路由选择。首先应支持路由选择协议，路由选择协议通过度量值来决定到达目的地的最佳路径；组建由一个或多个路由选择协议进程生成的路由表，包括目的地、路由信息的新旧程度、与要去往目的地网络相关联的接口等。
  3、移动终端向服务器发出申请，服务器反馈信息，移动终端之间数据传输，这些都引出了如何建立连接的问题。移动终端与服务器之间的连接，服务器在路由选择后建立用户面移动终端间的连接，这种连接在完成下载任务后会自动断开，也就是虚连接。建立虚连接的方法有：一是通过无线网络层控制面信令，在接口两端交换传输网络层的虚连接标识（由两部分组成：一是端点IP地址，一是该IP地址内的传输承载标识）；二是增加传输网络层控制面协议，通过控制面流程建立、管理、拆除这些虚连接。虚连接模型如图所示：

2.3  优化网络
1、        在用户高速移动或跨区域跨系统的情况下，尤其是P2P技术的使用导致单一移动终端的变化发展成移动双方两者的更加复杂多变的情况下，通信中断是急需解决的问题。设立公共系统参数信道可以解决这个问题。在一个特定的区域中，在公共系统参数信道内通知该区域所能提供服务的参数，用户在传输数据时首先接入公共系统参数信道，决定接入的系统已获得最佳的服务。
2、        在3G网络中应用P2P技术是一个循序渐进的过程，必须与现有网长期共存，包括与3G网络和原有2G网络共存问题。在共存的过程中分阶段需要解决的问题也是不一样的，初期重点解决覆盖的问题，要避免影响3G网的稳定性，保持3G业务的连续性，还要突出3G业务的高质量；在业务扩张的成熟时期，要考虑充分发挥P2P技术优势，保持网络负载均衡，提高网络的资源利用率。
2.4 安全问题
P2P技术的使用，是集中管理资源方式转变为非集中分布式资源管理，这种管理方式的转变使传统的对于网络中不安全因素的防范失去了应有的作用，因此3G网络的安全性将会变差。
在3G网络中应用P2P技术，需要打开特定的端口来实现P2P网络的互联，往往能够绕过防火墙，进而使防火墙产生漏洞；P2P网络通信可以避开网络周边安全防御设备，实现端到端通信，使得防病毒网关无法发挥作用；P2P软件本身也可能存在一定的漏洞，为病毒的传播提供通道。根据上述问题提出的安全措施有：首先增强每一个移动终端的系统安全，这是重要的本地安全策略；其次，在P2P环境中，你还需要向网络中的每一个人通报共享,如果没有这样做，要记住最低限度的规则并且设置共享许可，这样用户能够浏览并看到允许他们看到的东西；按照共享批准的同一个原则，需要在本地的每一个系统建立文件许可，以保证只有得到授权的人才能打开、修改和删除文件；对移动用户来说在P2P环境中特别需要离线文件加密功能，如果你使用这种功能，确保使用加密软件对硬盘进行部分加密或者全部加密，以确保你的移动数据的安全；最后，定期评估你的P2P网络安全也是非常重要的
3G网络中应用P2P技术本来可以为客户提供便捷、大范围的资源共享方式，也同样可以为病毒及其他不安全信息的传播开辟新的途径，因而仅可信和授权的资源才可下载。但另一方面，集中式的安全问题避开了分布的风险，却是P2P的潜在好处。

2.5所需解决的技术问题
1、没有完整的标准体系。第三代移动通信的主流技术标准主要有三种：IMT-2000 CDMA-DS（IMT-2000直接扩频CDMA），即WCDMA，它可以在一个宽达5MHz的频带内直接对信号进行扩频；IMT-2000CDMA-MC（IMT-2000多载波CDMA），即CDMA2000，这是美国提出的技术，它是由1个或多个1.25MHz的窄带直接扩频系统组成的一个宽带系统；TD-SCDMA（时分同步码分多址），是由中国提出的，是CDMATDD标准的一员。在3G网络中应用P2P技术,涉及到三种技术标准，这样庞大的一个标准体系不是短时间内能够完成的，其中的视频编码、数字版权管理标准等尚未确定。标准的不完善，导致互联互通困难，终端和前端系统之间只能采用同一家厂商的设备。
2、通话过程P2P的实现。P2P群体通信的根本挑战和对等端动态特点配合的问题：有意（关机）或无意（拨号或网络断开）使P2P群体组发生频繁变化；P2P组成的连接方式对网络管理的影响；网管如何识别和控制P2P流。在这种环境下节点的管理是P2P开发者面临的最大的挑战

3  P2P技术在3G网络中的应用引发的其他假想：
3.1  WCDMA的容量比GSM更依赖于覆盖，在WCDMA网络中，上行链路和下行链路的覆盖有很大的差异，下行链路覆盖的减小，伴随着移动用户数目和他们的传输速率的增加，为获得144kbit/s的业务速率就需要更多的基站，而且随着用户数量的增加，蜂窝小区覆盖区域将减小。P2P技术在3G网络中应用，使每个移动设备既是终端又是服务器，如果使移动终端成为小区基站下的小型基站，那就无形中增加了大量基站，解决WCDMA的容量问题。但另一方面这将增加更多的不稳定性和不确定性，同时手机的功率太小，这就对手机的软硬件提出更高的要求。
3.2  移动电视，VOD( Video On Demand)和共享小区等移动多媒体业务的不断涌现，现存的第三代移动通信系统的带宽资源严重不足以及随着越来越多的移动用户的出现，每个用户占用带宽的增加，第三代移动通信的用户容纳能力也将日渐饱和，因此进行新的频段分配是非常必要的，在第三代移动通信中，低于3G的频段已经被分配，未来的第四代移动通信将采用5G左右的频段，高速移动时能提供100Mbit/s的传输比特率，低速移动时其峰值传输速率高达1Gbit/s。将P2P技术应用于3G网络中，正是为了解决前述问题，它与4G的应用目的不谋而合，那P2P技术的应用是加快了4G时代的到来还是推迟了呢？

4   产业链
服务器基站的更新，手机的更新，涉及到一系列的芯片的研发和推广，给芯片厂商和通讯设备制造厂商带来的机遇，也带来了挑战。无线上网费用的降低和内容的丰富以及互动功能的提高，用户会更多的在手机网站间浏览徘徊，而用户的长时间在线又给ＩＣＰ，ＩＳＰ带来了丰厚的利润，他们会努力的为用户提供更多更好的服务和体验，而用户的更多的体验有直接依赖于手机和服务器性能的提高……至此，一个由产业链上游芯片研发厂商，到产业链下游，通信设备制造厂商，从最终用户，到各大ＩＣＰ和ＩＳＰ的软硬件建设，一个完整的，并具有良性循环的产业链建立起来
目前构成3G业务主体的数据业务尚处在起步阶段，且大部分业务收入为短信等低技术含量的业务所创造。P2P技术的应用作为催化剂，使数据业务服务成为3G的主要卖点，降低业务开发成本，缩短开发周期，同时个性化服务特点导致数据业务的客户群增加，提高运营商的3G数据业务收入，改变“数据搭台，语音唱戏”的局面。
（1）伴随着P2P技术应用在3G网络中，3G业务应用影响力的广度和深度极大地增加，在人们生活、工作、学习、娱乐等各方面扮演越来越重要的角色。和现有的3G业务相比，其应用个性化、人性化、娱乐化，多媒体化的业务特点鲜明。运营商要想在未来3G业务市场占有一席之地，目标用户应涵盖高、中、低端用户，在确保语音业务发展的同时，要能够提供多媒体数据业务，利用P2P技术加快多媒体数据下载速度，以争取高端用户。P2P技术的应用是移动用户流连与信息的浏览和发布、数据的下载，给移动运营商带来高增长业务量移动运营商还可采取相对灵活的资费方式，以及固话与增值业务捆绑的套餐模式，刺激消费。
（2）P2P技术的应用影响了电信行业的各个领域。手机终端生产商研制新的手机制作方案，提高手机性能，发挥其娱乐性多媒体性等特点；系统开发商改进现有系统，兼容P2P技术软件；芯片制造商将面向高速数字信号处理的DSP芯片和通用CPU芯片结合，生产适合高速数据流通的芯片……随着制造商、运营商、内容提供商、系统集成商等多个环节的不断加入，新的产业链正在形成。任何一个环节滞后，都难以形成产业的良性发展。产业链越长，专业性将越强，运营商光依靠本身已经无法为用户提供个性化的信息服务。移动数据业务灵活、多变、个性化的特点使设备提供商、网络运营商、内容提供商和增值业务提供商将构成一种新型合作体系，共同面对和适应目标市场的需求，共同寻找合适的商业模式，共同开发和推广新的服务，在这个过程中，各个环节必须均衡发展，这是发展移动数据业务的关键。因此，基于P2P技术的3G业务的竞争不是移动运营商之间的竞争，而是以移动运营商为核心的各个产业链之间的竞争。移动运营商必须明确在3G移动增值业务产业链中的定位，加强在整个产业链中的地位，并考虑如何和其他环节合作，致力于打造更有效率的移动增值业务产业链架构，创造更强的竞争力和更大的发展空间。

5 总结
早上，当我们打开手机，RSS发来信息告诉我们周杰伦刚刚发行了最新的专辑，是否想把它下载到本地手机上。我马上登陆网络，不必担心由于是热门资源而使服务器不堪重负，满足不了我们同时下载的愿望，因为P2P技术解放了服务器，我们直接从别人的手机上下载到了我们需要的歌曲。
我自己用手机拍摄了一部小电影，想和大家一起分享，此时我登陆了btchina.mobi，发布了我的种子，很快，通过网络，千千万万的朋友分享到了我的快乐。同时，我也通过BT下载着这个星球上其他的人发布的各种资源，享受着他人的快乐。
3G通信的到来使上网速率飞速提升，我办理了上网包月服务，每个月交纳一定的费用就不限流量，晚上我打开了MobiloQQ软件，和我远在美国的朋友聊起天来——不必担心费用，应为这个业务是通过不限流量的数据网络。
………………
这就是P2P技术广泛应用于3G通信网络中美好的设想！

随着网络、多媒体、通信技术的飞速发展和性能的提升，P2P技术在3G网络中的应用会不断发展和完善，必将以其独特的优势得到广大用户的认可. 它的出现不光是利用手机随意下载大片那么简单，而是对手机数据传输的彻底变革，再大的文件对于手机这种个人数字终端设备来说也会是小菜一碟。让每个人随时随地，只要等待很短的时间，就可以实时收看各类新闻、体育、娱乐节目，轻松自在地通过P2P享受无线宽带传输带来的流媒体全新体验。可以说，一旦无线宽带大规模推广，配合P2P技术的使用，这个梦想就会成为现实。