IPTV測試應用場(chǎng)景介紹

2008/09/16

圖1 典型的IPTV網(wǎng)絡(luò )組成

2.常見(jiàn)IPTV測試應用

　　2.1 VOD業(yè)務(wù)測試

　　VOD業(yè)務(wù)通常采用點(diǎn)播方式進(jìn)行傳送，各種編碼的視頻流，如H.264，MPEG-4，MPEG-2和VC-1等通常封裝成傳輸流（Transport Stream）通過(guò)RTP/UDP或者UDP協(xié)議直接承載并傳送，并通過(guò)RTSP協(xié)議自由控制節目的進(jìn)度，終止節目的播放。但每個(gè)點(diǎn)播用戶(hù)都需要占用一定的網(wǎng)絡(luò )帶寬，因此并發(fā)用戶(hù)數受到網(wǎng)絡(luò )帶寬、服務(wù)器性能的限制。

　　和VOD業(yè)務(wù)相關(guān)主要有3個(gè)協(xié)議，RTSP（Real Time Streaming Protocol）是一種會(huì )話(huà)控制協(xié)議，用于在IPTV網(wǎng)絡(luò )中傳送（如VOD業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)交互內容），該協(xié)議基于TCP以保證可靠的控制信令傳送。RTP(Real Time Protocol)是一種無(wú)狀態(tài)的媒體流傳送協(xié)議，用于傳送多媒體內容，該協(xié)議基于UDP或者TCP。MPEG TS（MPEG Transport Stream）包括多元的語(yǔ)音和視頻流封裝并承載在RTP/UDP或者直接在UDP上進(jìn)行視頻傳送。并且通過(guò)PID進(jìn)行語(yǔ)音和視頻的同步。TS流分為單節目的TS流（SPTS，Single Program TS）和多節目的TS流（MPTS，Multiple Program TS）兩種（見(jiàn)圖2）。通常情況下，一個(gè)UDP或者RTP/UDP數據包中，可以包括1~7個(gè)TS幀，一個(gè)TS幀長(cháng)為188個(gè)字節。每個(gè)IP包里面包括整個(gè)或者部分視頻圖像信息。

圖2 MPEG-2 TS流格式

　　VOD業(yè)務(wù)性能的測試指標主要有最大并發(fā)視頻流數量、每個(gè)視頻流的質(zhì)量、帶寬波動(dòng)、所使用的平均帶寬、丟包率和平均響應時(shí)間等。需要說(shuō)明的是，下面定義的指標有的是被業(yè)界廣泛認可和接受的指標，有的是和協(xié)議相關(guān)的術(shù)語(yǔ)。兩者的有效結合，可以全面評估相關(guān)設備對VOD業(yè)務(wù)的承載能力。

　　最大并發(fā)視頻流數量是指視頻流系統在同一時(shí)間內所能夠支持和處理的最大在線(xiàn)用戶(hù)數目，且要求每個(gè)用戶(hù)都可以在保證視頻質(zhì)量的情況下正常收看完整的視頻節目。在用戶(hù)數目逐步增加到最大值之前，系統不會(huì )使已經(jīng)在線(xiàn)的用戶(hù)因為新增加了用戶(hù)而出現不能獲得服務(wù)的情況。有的視頻系統雖然能夠提供數目巨大的并發(fā)流，但是失敗的數量很多，由于用戶(hù)大都采用TCP協(xié)議以保證可靠的控制信令傳送，因此重傳以后并發(fā)流數目并沒(méi)有降低，但是對于原來(lái)已失敗的視頻流而言，這些用戶(hù)已經(jīng)無(wú)法繼續得到視頻服務(wù)。因此，最大并發(fā)視頻流數量應該是視頻系統所能支持的有效的、能夠同時(shí)在線(xiàn)正常觀(guān)看節目和保證視頻質(zhì)量的最大用戶(hù)數目。這也就需要在網(wǎng)絡(luò )的接入部分對VOD視頻流提供相應的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證。

　　視頻流質(zhì)量是指視頻流在網(wǎng)絡(luò )中傳輸由于網(wǎng)絡(luò )的各種損傷對視頻流造成的影響，評定視頻流的質(zhì)量一般有兩種方法和指標：一種從網(wǎng)絡(luò )層進(jìn)行評定的MDI以及采用各種客觀(guān)指標對視頻質(zhì)量主觀(guān)評定的MOS_V，另一種是視頻的全參考（Full Reference）質(zhì)量評定。幾種評定方面的簡(jiǎn)單比較如表1所示，相應指標的介紹可以參考《電信網(wǎng)技術(shù)》2007年第12期的《IPTV QoE測試指標概述》。

　　表1 各種視頻質(zhì)量評定指標比較

圖3 VOD視頻服務(wù)器測試過(guò)程示意圖

　　2.2 視頻組播測試

　　TV節目通常采用組播方式進(jìn)行傳送。組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者（組播源）一次同時(shí)發(fā)送單一的數據包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。組播源把數據包發(fā)送到特定組播組，而只有屬于該組播組的地址才能接收到數據包。在IPTV里，組播源往往僅有一個(gè)，即使用戶(hù)數量成倍增長(cháng)，主干帶寬也不需隨之增加，因為無(wú)論有多少個(gè)目標地址，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的任何一條主干鏈路上只傳送單一視頻流，即所謂“一次發(fā)送，組內廣播”。組播提高了數據傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現擁塞的可能性。對于TV系統而言，其所能夠支持的用戶(hù)數目?jì)H僅受到接入網(wǎng)絡(luò )能力的限制，與前端推送系統的推送能力無(wú)關(guān)。因此，TV業(yè)務(wù)性能的主要測試指標包括所推送的最大頻道數目、頻道平均帶寬、平均頻道切換時(shí)間、I幀加入延時(shí)、平均頻道離開(kāi)延時(shí)、平均頻道加入延時(shí)、頻道重疊時(shí)間和頻道間隔時(shí)間。

　　（1）所推送的最大頻道數目：流媒體系統所能夠提供的最多頻道數量，用戶(hù)能夠在很短的時(shí)間內遍歷所有的頻道。

　　（2）頻道平均帶寬：每個(gè)頻道節目所占用的帶寬。標清節目（SDTV）和高清節目（HDTV）所占用的帶寬不一樣，HDTV節目所占用的帶寬遠遠高于SDTV節目的帶寬。表2列出了MPEG-2和MPEG-4典型的標清與高清碼流速率與應用。

　　表2 典型MPEG-2 和MPEG-4碼流速率與應用

圖4 頻道切換時(shí)間相關(guān)定義

　　頻道切換時(shí)間的快慢直接影響用戶(hù)對IPTV業(yè)務(wù)的體驗質(zhì)量（QoE）。所以對IPTV網(wǎng)絡(luò )中處理IGMP請求報文的設備，比如邊緣組播交換機、IP DSLAM或者組播路由器的組播復制與處理能力測試就顯的尤其重要。IXIA在測試頻道切換時(shí)間方面具有顯著(zhù)特點(diǎn)：

• 一個(gè)測試可以得到和頻道切換時(shí)間相關(guān)的所有指標，并且可以得到最為關(guān)鍵的I幀加入延時(shí)參數。



• 可以基于每個(gè)視頻流評定頻道切換時(shí)間，也可以對整個(gè)系統的頻道切換時(shí)間進(jìn)行測試。



• 可以仿真多個(gè)用戶(hù)觀(guān)看任意數量的頻道，每個(gè)頻道觀(guān)看任意長(cháng)的時(shí)間然后進(jìn)行切換。



• 支持“黃金時(shí)間”（Prime Time）的真實(shí)環(huán)境頻道切換仿真。



• 在測試頻道切換時(shí)間時(shí)，采用的是真實(shí)的視頻文件，可以同時(shí)得到每條組播視頻流的視頻質(zhì)量，并且可以對相應的I，B，P幀進(jìn)行統計。

圖5 寬帶接入和匯聚設備的IPTV測試

　　IXIA在實(shí)際的寬帶接入和匯聚設備測試中，特點(diǎn)和優(yōu)勢非常明顯，可以仿真真實(shí)用戶(hù)的行為，比如PPPoE接入方式上運行HTTP和VoIP的流量，同時(shí)在Q-in-Q接口上運行IPTV業(yè)務(wù)，這種測試方式完全以家庭用戶(hù)為單位，非常真實(shí)地評估寬帶接入設備的性能。

　　2.4 IPTV系統視頻流質(zhì)量被動(dòng)監測

　　另外一種常見(jiàn)的應用場(chǎng)景是對網(wǎng)絡(luò )中存在的IPTV組播流和單播流能夠進(jìn)行被動(dòng)實(shí)時(shí)監測并能夠評估相應視頻流的視頻質(zhì)量。IXIA獨特的視頻流提取模塊AFM支持該特性的測試（見(jiàn)圖6）。

圖6 網(wǎng)絡(luò )中視頻流被動(dòng)監測

　　IXIA的以太網(wǎng)流提取模塊AFM1000SP是一種以千兆線(xiàn)速進(jìn)行數據和媒體流分析的理想解決方案。該模塊從以太網(wǎng)中提取IP數據包，并可在監視器中顯示所提取的數據包以進(jìn)行深入的數據包分析。

　　流提取模塊以串聯(lián)的方式與以太網(wǎng)鏈路相連，而IP數據包則通過(guò)該以太網(wǎng)鏈路提取。兩個(gè)雙介質(zhì)（銅纜和光纖）兼容以太網(wǎng)測試端口用于互相連接。串聯(lián)的測試端口承載網(wǎng)絡(luò )數據傳輸，而不改變以太網(wǎng)鏈路的網(wǎng)絡(luò )特性。提取的數據包流都將經(jīng)過(guò)鏡像處理，然后被轉發(fā)到第3個(gè)千兆以太網(wǎng)標準兼容的監視器端口，該端口可連接到外部設備以便進(jìn)行數據包流分析。這種測試方式，真正實(shí)現了視頻質(zhì)量主觀(guān)和客觀(guān)評定的有效結合，在得到視頻流各個(gè)用戶(hù)體驗質(zhì)量客觀(guān)指標的同時(shí)，還可以實(shí)時(shí)主觀(guān)地觀(guān)看視頻節目質(zhì)量。這是目前最為全面、最為有效的視頻質(zhì)量評定方式（見(jiàn)圖7）。

圖7 使用AFM模塊實(shí)時(shí)監測視頻流

　　2.5 MS IPTV系統測試

　　微軟IPTV的實(shí)現特點(diǎn)結合了業(yè)界的一些技術(shù)特點(diǎn)并且增加了微軟公司特有的一些協(xié)議。運行在微軟公司平臺上的一些高性能服務(wù)器在運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )上，為用戶(hù)提供內容存儲和高效的視頻分發(fā)服務(wù)。在MSTV系統中，主要有獲取服務(wù)器和分發(fā)服務(wù)器兩種類(lèi)型（見(jiàn)圖8）。

圖8 MSTV 系統組成示意

　　獲取服務(wù)器（A-Server，Acquisition Servers）是從本地或者遠端的視頻源實(shí)時(shí)獲取內容并提供視頻組播服務(wù)。分發(fā)服務(wù)器（Distribution Servers）是用于從運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中的多個(gè)采集點(diǎn)分發(fā)視頻內容以保證視頻的快速傳送以及最快的頻道切換時(shí)間。在用戶(hù)側的IP機頂盒則運行微軟公司獨有的軟件和協(xié)議以保證最優(yōu)的性能。

　　MS IPTV本身的私有性和復雜性給測試帶來(lái)了挑戰，為此，IXIA專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了針對MS IPTV的測試方案，主要特點(diǎn)包括：

• 微軟機頂盒客戶(hù)端仿真，支持快速頻道切換行為和MS IPTV流量模式仿真。



• 獲取服務(wù)器仿真，可以從網(wǎng)絡(luò )中獲取組播視頻流。



• 分發(fā)服務(wù)器仿真，支持視頻內容的本地復制以及處理相應的頻道切換。

• 支持真實(shí)視頻流存在的頻道切換時(shí)間的測試，支持I幀加入延遲測試。



• 支持基于每條流的視頻質(zhì)量測試并得到MDI和MOS_V客觀(guān)視頻質(zhì)量指標。



• 視頻質(zhì)量的主觀(guān)與客觀(guān)結合的評定方式。



• 視頻質(zhì)量的Full-Reference 分析——PEVQ。



• 視頻流的監測和質(zhì)量分析（Passive Video Monitoring）。



• 支持MPEG I.B.P Frames的統計。



• 支持H.264，MPEG-4，MPEG-2，VC-1通過(guò)MPEG-2傳輸流封裝并承載在RTP/UDP上，或者直接承載在UDP之上的測試。



• 支持MPEG-2，MPEG-4，H.264或AVC-1碼流支持承載在RTP/UDP或者UDP之上的測試。



• 支持Microsoft IPTV（MSTV）系統測試。

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