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        IPTV視頻點(diǎn)播性能測(cè)試研究

        2011-06-07 05:54:06汪永福張治中
        電視技術(shù) 2011年20期
        關(guān)鍵詞:視頻點(diǎn)播測(cè)試儀服務(wù)器

        汪永福,張治中,何 云

        (重慶郵電大學(xué)通信與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400065)

        0 引言

        三網(wǎng)融合在全國(guó)范圍內(nèi)的加速推進(jìn),作為突破口的IPTV業(yè)務(wù)近幾年發(fā)展得如火如荼[1]。IPTV視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)(VOD)的提出順應(yīng)了市場(chǎng)要求,不僅滿足了用戶實(shí)現(xiàn)互動(dòng)點(diǎn)播的要求,還為運(yùn)營(yíng)商提供了新的增值空間[2]。

        對(duì)IPTV系統(tǒng)業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測(cè)試是運(yùn)營(yíng)商在開展IPTV業(yè)務(wù)之前需要進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵步驟。目前在最后一公里范圍內(nèi)對(duì)VOD性能測(cè)試還只是局限于簡(jiǎn)單的偵聽測(cè)試。在此基礎(chǔ)上,筆者提出一種改進(jìn)型的測(cè)試方案,實(shí)現(xiàn)VOD仿真測(cè)試。該方案能有效擴(kuò)大VOD網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試范圍,提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性,彌補(bǔ)了現(xiàn)有測(cè)試方案的不足,因此具有重要意義。

        1 IPTV系統(tǒng)VOD性能測(cè)試的現(xiàn)狀分析

        目前業(yè)界公認(rèn)的IPTV業(yè)務(wù)包含兩種,即TV直播和VOD點(diǎn)播。IPTV網(wǎng)絡(luò)測(cè)試也主要針對(duì)TV直播性能測(cè)試和VOD點(diǎn)播性能測(cè)試兩個(gè)方面。TV直播業(yè)務(wù)通常采用組播方式進(jìn)行傳輸,業(yè)務(wù)開展地較早,測(cè)試技術(shù)較成熟,業(yè)內(nèi)主要有偵聽和仿真兩種測(cè)試手段。視頻點(diǎn)播在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)交互上與TV直播存在明顯的差異,因此測(cè)試重點(diǎn)和測(cè)試方案也不盡相同。

        1.1 VOD網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

        視頻點(diǎn)播通常采用單播傳輸。圖1為VOD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。

        圖1 VOD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

        與組播數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌氖?,點(diǎn)播要求服務(wù)器為每一個(gè)點(diǎn)播用戶單獨(dú)傳輸點(diǎn)播數(shù)據(jù),即提供端到端的服務(wù)。IPTV視頻點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)采用CDN技術(shù)[3],將內(nèi)容從中心存儲(chǔ)服務(wù)器分發(fā)到邊緣服務(wù)器,這樣既保證了點(diǎn)播數(shù)據(jù)傳輸流暢,達(dá)到快速響應(yīng)用戶訪問請(qǐng)求,又避免了網(wǎng)絡(luò)帶寬有限,減輕了骨干網(wǎng)絡(luò)和中心設(shè)備的壓力。用戶端通過網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒(STB)接入點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò),STB通過發(fā)起HTTP和RTSP請(qǐng)求,申請(qǐng)點(diǎn)播數(shù)據(jù)。服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求,通過UDP協(xié)議或RTP協(xié)議將點(diǎn)播數(shù)據(jù)傳輸給用戶端。圖2為點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)交互過程示意圖。

        圖2 VOD網(wǎng)絡(luò)交互示意圖

        1.2 VOD網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試現(xiàn)狀

        由于業(yè)務(wù)發(fā)展存在先后,目前業(yè)內(nèi)對(duì)VOD網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的偵聽測(cè)試。具體為:STB進(jìn)行視頻點(diǎn)播,利用集線器(Hub)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流,提供一路數(shù)據(jù)給IPTV測(cè)試儀;IPTV測(cè)試儀通過偵聽STB的點(diǎn)播數(shù)據(jù),分析網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。由于該測(cè)試方案必須依賴機(jī)頂盒的存在,主要存在如下3點(diǎn)弊端:

        1)測(cè)試環(huán)境有限

        目前的視頻點(diǎn)播測(cè)試必須依賴STB和Hub的存在,當(dāng)遇到不能提供該條件的環(huán)境時(shí),例如外出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等,目前的測(cè)試方案就顯得無能為力,因此測(cè)試環(huán)境有限。

        2)測(cè)試范圍有限

        IPTV測(cè)試儀主要對(duì)最后一公里的線路進(jìn)行測(cè)試,由于目前視頻點(diǎn)播測(cè)試方案必須依賴于STB的存在,因此不能排除STB自身的因素導(dǎo)致的VOD點(diǎn)播數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的下降,因此測(cè)試范圍有限。

        3)測(cè)試準(zhǔn)確性有限

        目前的視頻點(diǎn)播測(cè)試依賴的外界設(shè)備太多,引入的外界干擾也就隨之增加,這有悖于測(cè)試的宗旨。這樣導(dǎo)致的結(jié)果是使測(cè)試準(zhǔn)確性下降。

        2 VOD仿真測(cè)試方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        基于上文分析,解決目前VOD性能測(cè)試中存在的弊端的最根本方法就是擺脫對(duì)STB的依賴,盡量減少外部設(shè)備的引入,獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試。一方面擴(kuò)展IPTV測(cè)試儀的測(cè)試環(huán)境和測(cè)試范圍;另一方面減少外界干擾的引入,提高測(cè)試精度。

        本文提出一種新的測(cè)試方案,即IPTV測(cè)試儀主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求獲取點(diǎn)播數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)VOD仿真測(cè)試。

        2.1 方案設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟

        2.1.1 請(qǐng)求認(rèn)證

        IPTV測(cè)試儀與IPTV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互前先要經(jīng)過認(rèn)證。認(rèn)證過程采用HTTP協(xié)議交互,其中用戶名和密碼等重要信息必須經(jīng)過3DES加密才能上傳[4]。認(rèn)證成功,業(yè)務(wù)管理平臺(tái)會(huì)分配一個(gè)臨時(shí)身份證明用戶令牌(UserToken),表示為合法用戶。

        2.1.2 獲取點(diǎn)播服務(wù)器入口地址

        認(rèn)證通過,IPTV測(cè)試儀主動(dòng)發(fā)起HTTP請(qǐng)求,登陸IPTV業(yè)務(wù)管理服務(wù)器EPG服務(wù)平臺(tái)并獲得點(diǎn)播服務(wù)器入口地址。

        2.1.3 與點(diǎn)播服務(wù)器交互

        IPTV測(cè)試儀主動(dòng)向業(yè)務(wù)管理服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求登錄點(diǎn)播服務(wù)器請(qǐng)求響應(yīng),IPTV測(cè)試儀即轉(zhuǎn)向與點(diǎn)播服務(wù)器交互。交互類型包括HTTP交互和RTSP交互。交互內(nèi)容主要包括發(fā)送請(qǐng)求申請(qǐng)數(shù)據(jù)、獲取節(jié)目參數(shù)、視頻TS內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器IP以及TS內(nèi)容的傳輸方式等。其中節(jié)目參數(shù)包括ProgramID、SessionID和節(jié)目詳細(xì)地址信息等。

        2.1.4 與視頻TS內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器交互

        IPTV測(cè)試儀利用已獲取的地址信息,與視頻TS內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器交互,獲得IPTV點(diǎn)播數(shù)據(jù)流。

        2.1.5 視頻數(shù)據(jù)的接收處理

        IPTV測(cè)試儀接收視頻數(shù)據(jù)到緩沖區(qū),并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)硬件設(shè)備。硬件設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步分析,其中包括FPGA對(duì)測(cè)試指標(biāo)的提取,如MDI測(cè)試指標(biāo)、PCR精度、PCR間隔、媒體丟包率等;STB測(cè)試板對(duì)視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)回放,實(shí)現(xiàn)QoS指標(biāo)測(cè)試[4]。

        2.2 方案實(shí)現(xiàn)

        本方案通過增加功能測(cè)試模塊來實(shí)現(xiàn)。具體為利用Linux Socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)該模塊[5],將該模塊加入IPTV測(cè)試儀系統(tǒng)中,結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)VOD仿真測(cè)試。方案實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示。

        圖3 視頻點(diǎn)播仿真測(cè)試的實(shí)現(xiàn)流程

        步驟1,IPTV測(cè)試儀接入IPTV網(wǎng)絡(luò)。目前接入方式有3種,即XDSL接入、LAN接入和WLAN接入。

        步驟2,IPTV測(cè)試儀與業(yè)務(wù)管理服務(wù)器交互,發(fā)起認(rèn)證請(qǐng)求,完成認(rèn)證。交互過程中需調(diào)用加密函數(shù)對(duì)需要上傳的用戶信息進(jìn)行加密處理。主要實(shí)現(xiàn)程序如下:

        1)發(fā)起GET請(qǐng)求,相應(yīng)程序?yàn)?/p>

        2)加密并上傳用戶信息,相應(yīng)程序?yàn)?/p>

        3)獲取UserToken,表示該終端為合法終端。在接下來的交互過程中,若目前的UserToken過期,則必須返回重新認(rèn)證,重新獲取用戶令牌。

        步驟3,認(rèn)證完成之后,IPTV測(cè)試儀繼續(xù)與業(yè)務(wù)管理服務(wù)器交互并登陸EPG服務(wù)系統(tǒng),獲得點(diǎn)播服務(wù)器入口地址,登錄點(diǎn)播服務(wù)。主要實(shí)現(xiàn)程序如

        步驟4,IPTV測(cè)試儀與點(diǎn)播服務(wù)器進(jìn)行交互。交互內(nèi)容包括發(fā)送HTTP請(qǐng)求,申請(qǐng)點(diǎn)播節(jié)目數(shù)據(jù);獲取相關(guān)節(jié)目參數(shù),主要有ProgramID、SessionID和節(jié)目詳細(xì)地址信息等;獲取視頻TS內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器IP以及TS內(nèi)容的傳輸方式等。該交互過程為后面的RTSP交互作準(zhǔn)備。節(jié)目詳細(xì)地址信息如

        步驟5,IPTV測(cè)試儀利用前面獲得信息與主管理服務(wù)器進(jìn)一步進(jìn)行RTSP交互[6],主要實(shí)現(xiàn)程序如下:

        1)發(fā)送DESCRIBE請(qǐng)求,程序段為

        2)發(fā)送SETUP請(qǐng)求,程序段為

        3)發(fā)送PLAY請(qǐng)求,程序段為

        步驟6,IPTV測(cè)試儀與TS內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器交互,接收點(diǎn)播數(shù)據(jù)流。接收過程中測(cè)試儀只需發(fā)送PAUSE命令暫停數(shù)據(jù)的接收;停止測(cè)試只需發(fā)送TEARDOWN命令,如

        步驟7,IPTV測(cè)試儀接收點(diǎn)播數(shù)據(jù)流的同時(shí),后臺(tái)的設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,包括FPGA對(duì)MDI測(cè)試指標(biāo)、PCR精度、PCR間隔、媒體丟包率等測(cè)試指標(biāo)的提取,STB測(cè)試板對(duì)視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)回放。上層軟件則完成數(shù)據(jù)的后期處理并實(shí)現(xiàn)界面顯示。

        3 VOD仿真測(cè)試方案結(jié)果驗(yàn)證

        本方案已應(yīng)用到IPTV測(cè)試儀中。圖4為使用該測(cè)試方案進(jìn)行IPTV視頻點(diǎn)播仿真測(cè)試的場(chǎng)景示意圖。如圖4所示,IPTV測(cè)試儀經(jīng)xDSL MODEM接入IPTV視頻點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò),獨(dú)立進(jìn)行點(diǎn)播仿真測(cè)試,無需STB的幫助。圖4為IPTV測(cè)試儀使用該方案測(cè)試的認(rèn)證交互過程。可以看出,使用該方案能夠通過認(rèn)證。圖5為IPTV測(cè)試儀完成與主控制服務(wù)器之間的RTSP交互并獲得的點(diǎn)播數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)交互過程。圖6中深色陰影部分即為點(diǎn)播數(shù)據(jù)流,由TS內(nèi)容分發(fā)服務(wù)器發(fā)往IPTV測(cè)試儀。圖6為IPTV測(cè)試儀中STB測(cè)試板對(duì)接收到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)回放。綜上可知,使用該方案可以實(shí)現(xiàn)IPTV測(cè)試儀獨(dú)立進(jìn)行視頻點(diǎn)播仿真測(cè)試,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        圖4 點(diǎn)播仿真測(cè)試場(chǎng)景示意圖

        圖5 認(rèn)證交互過程(截圖)

        圖6 點(diǎn)播數(shù)據(jù)流的獲得(截圖)

        圖7 IPTV測(cè)試儀視頻回放

        4 小結(jié)

        視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)是IPTV業(yè)務(wù)中的一個(gè)重要部分,VOD網(wǎng)絡(luò)測(cè)試對(duì)VOD網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和后期維護(hù)起著重要作用。本文介紹了IPTV視頻點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu),分析了目前VOD性能測(cè)試的不足,最后提出了一種VOD仿真測(cè)試方案并對(duì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明本方案穩(wěn)定可靠。本方案已應(yīng)用到重郵東電IPTV測(cè)試儀中,效果良好。

        [1]王瑩程.IPTV的發(fā)展和挑戰(zhàn)[J].電信科學(xué),2010(6):129-131.

        [2]賀鐵龍.基于IP技術(shù)的三網(wǎng)融合[J].中國(guó)有線電視,2010(7):795-798.

        [3]馮建新,高益寰,王光興.IPTV-CDN網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建[C]//中國(guó)通信學(xué)會(huì)第五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.南京:中國(guó)通信學(xué)會(huì),2008:213-217.

        [4]趙湘陽,張自忠,席兵.IPTV測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2009,33(9):115 -117.

        [5]YD/T 1696-2007,機(jī)頂盒與 IPTV業(yè)務(wù)平臺(tái)接口技術(shù)要求[S].2007.

        [6]IETF RFC 2326,Real time streaming protocol(RTSP)[S].1998.

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