IPTV視頻點(diǎn)播性能測試研究

汪永福，張治中，何 云

(重慶郵電大學(xué)通信與測試技術(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)營商提供了新的增值空間［2］。

對IPTV系統(tǒng)業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測試是運(yùn)營商在開展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VOD性能測試還只是局限于簡單的偵聽測試。在此基礎(chǔ)上，筆者提出一種改進(jìn)型的測試方案，實(shí)現(xiàn)VOD仿真測試。該方案能有效擴(kuò)大VOD網(wǎng)絡(luò)的測試范圍，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，彌補(bǔ)了現(xiàn)有測試方案的不足，因此具有重要意義。

1 IPTV系統(tǒng)VOD性能測試的現(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)測試也主要針對TV直播性能測試和VOD點(diǎn)播性能測試兩個(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，測試技術(shù)較成熟，業(yè)內(nèi)主要有偵聽和仿真兩種測試手段。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，因此測試重點(diǎn)和測試方案也不盡相同。

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氖牵c(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請求，申請點(diǎn)播數(shù)據(jù)。服務(wù)器響應(yīng)請求，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)的測試現(xiàn)狀

由于業(yè)務(wù)發(fā)展存在先后，目前業(yè)內(nèi)對VOD網(wǎng)絡(luò)性能測試只能進(jìn)行簡單的偵聽測試。具體為:STB進(jìn)行視頻點(diǎn)播，利用集線器(Hub)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，提供一路數(shù)據(jù)給IPTV測試儀;IPTV測試儀通過偵聽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)測試環(huán)境有限

目前的視頻點(diǎn)播測試必須依賴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)場測試等，目前的測試方案就顯得無能為力，因此測試環(huán)境有限。

2)測試范圍有限

IPTV測試儀主要對最后一公里的線路進(jìn)行測試，由于目前視頻點(diǎn)播測試方案必須依賴于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，因此測試范圍有限。

3)測試準(zhǔn)確性有限

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

2 VOD仿真測試方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

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

2.1 方案設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟

2.1.1 請求認(rèn)證

IPTV測試儀與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測試儀主動(dòng)發(fā)起HTTP請求，登陸IPTV業(yè)務(wù)管理服務(wù)器EPG服務(wù)平臺并獲得點(diǎn)播服務(wù)器入口地址。

2.1.3 與點(diǎn)播服務(wù)器交互

IPTV測試儀主動(dòng)向業(yè)務(wù)管理服務(wù)器發(fā)起請求登錄點(diǎn)播服務(wù)器請求響應(yīng)，IPTV測試儀即轉(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)送請求申請數(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)傳輸給后臺硬件設(shè)備。硬件設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步分析，其中包括FPGA對測試指標(biāo)的提取，如MDI測試指標(biāo)、PCR精度、PCR間隔、媒體丟包率等;STB測試板對視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)回放，實(shí)現(xiàn)QoS指標(biāo)測試［4］。

2.2 方案實(shí)現(xiàn)

本方案通過增加功能測試模塊來實(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仿真測試。方案實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示。

圖3 視頻點(diǎn)播仿真測試的實(shí)現(xiàn)流程

步驟1，IPTV測試儀接入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測試儀與業(yè)務(wù)管理服務(wù)器交互，發(fā)起認(rèn)證請求，完成認(rèn)證。交互過程中需調(diào)用加密函數(shù)對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請求，申請點(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請求，程序段為

2)發(fā)送SETUP請求，程序段為

3)發(fā)送PLAY請求，程序段為

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

步驟7，IPTV測試儀接收點(diǎn)播數(shù)據(jù)流的同時(shí)，后臺的設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括FPGA對MDI測試指標(biāo)、PCR精度、PCR間隔、媒體丟包率等測試指標(biāo)的提取，STB測試板對視頻流進(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仿真測試方案結(jié)果驗(yàn)證

本方案已應(yīng)用到IPTV測試儀中。圖4為使用該測試方案進(jìn)行IPTV視頻點(diǎn)播仿真測試的場景示意圖。如圖4所示，IPTV測試儀經(jīng)xDSL MODEM接入IPTV視頻點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立進(jìn)行點(diǎn)播仿真測試，無需STB的幫助。圖4為IPTV測試儀使用該方案測試的認(rèn)證交互過程?？梢钥闯?，使用該方案能夠通過認(rèn)證。圖5為IPTV測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測試儀。圖6為IPTV測試儀中STB測試板對接收到的視頻數(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測試儀獨(dú)立進(jìn)行視頻點(diǎn)播仿真測試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖4 點(diǎn)播仿真測試場景示意圖

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)測試對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性能測試的不足，最后提出了一種VOD仿真測試方案并對方案進(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］//中國通信學(xué)會(huì)第五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.南京:中國通信學(xué)會(huì)，2008:213－217.

［4］趙湘陽，張自忠，席兵.IPTV測試儀系統(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)平臺接口技術(shù)要求［S］.2007.

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