IPTV测试应用场景介绍
2008/09/16
摘要图1 典型的IPTV网络组成
2.常见IPTV测试应用
2.1 VOD业务测试
VOD业务通常采用点播方式进行传送,各种编码的视频流,如H.264,MPEG-4,MPEG-2和VC-1等通常封装成传输流(Transport
Stream)通过RTP/UDP或者UDP协议直接承载并传送,并通过RTSP协议自由控制节目的进度,终止节目的播放。但每个点播用户都需要占用一定的网络带宽,因此并发用户数受到网络带宽、服务器性能的限制。
和VOD业务相关主要有3个协议,RTSP(Real Time Streaming Protocol)是一种会话控制协议,用于在IPTV网络中传送(如VOD业务的实时交互内容),该协议基于TCP以保证可靠的控制信令传送。RTP(Real
Time Protocol)是一种无状态的媒体流传送协议,用于传送多媒体内容,该协议基于UDP或者TCP。MPEG
TS(MPEG Transport Stream)包括多元的语音和视频流封装并承载在RTP/UDP或者直接在UDP上进行视频传送。并且通过PID进行语音和视频的同步。TS流分为单节目的TS流(SPTS,Single
Program TS)和多节目的TS流(MPTS,Multiple Program TS)两种(见图2)。通常情况下,一个UDP或者RTP/UDP数据包中,可以包括1~7个TS帧,一个TS帧长为188个字节。每个IP包里面包括整个或者部分视频图像信息。
图2 MPEG-2 TS流格式
VOD业务性能的测试指标主要有最大并发视频流数量、每个视频流的质量、带宽波动、所使用的平均带宽、丢包率和平均响应时间等。需要说明的是,下面定义的指标有的是被业界广泛认可和接受的指标,有的是和协议相关的术语。两者的有效结合,可以全面评估相关设备对VOD业务的承载能力。
最大并发视频流数量是指视频流系统在同一时间内所能够支持和处理的最大在线用户数目,且要求每个用户都可以在保证视频质量的情况下正常收看完整的视频节目。在用户数目逐步增加到最大值之前,系统不会使已经在线的用户因为新增加了用户而出现不能获得服务的情况。有的视频系统虽然能够提供数目巨大的并发流,但是失败的数量很多,由于用户大都采用TCP协议以保证可靠的控制信令传送,因此重传以后并发流数目并没有降低,但是对于原来已失败的视频流而言,这些用户已经无法继续得到视频服务。因此,最大并发视频流数量应该是视频系统所能支持的有效的、能够同时在线正常观看节目和保证视频质量的最大用户数目。这也就需要在网络的接入部分对VOD视频流提供相应的服务质量(QoS)保证。
视频流质量是指视频流在网络中传输由于网络的各种损伤对视频流造成的影响,评定视频流的质量一般有两种方法和指标:一种从网络层进行评定的MDI以及采用各种客观指标对视频质量主观评定的MOS_V,另一种是视频的全参考(Full
Reference)质量评定。几种评定方面的简单比较如表1所示,相应指标的介绍可以参考《电信网技术》2007年第12期的《IPTV
QoE测试指标概述》。
表1 各种视频质量评定指标比较
图3 VOD视频服务器测试过程示意图
2.2 视频组播测试
TV节目通常采用组播方式进行传送。组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)一次同时发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组,而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。在IPTV里,组播源往往仅有一个,即使用户数量成倍增长,主干带宽也不需随之增加,因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条主干链路上只传送单一视频流,即所谓“一次发送,组内广播”。组播提高了数据传送效率,减少了主干网出现拥塞的可能性。对于TV系统而言,其所能够支持的用户数目仅仅受到接入网络能力的限制,与前端推送系统的推送能力无关。因此,TV业务性能的主要测试指标包括所推送的最大频道数目、频道平均带宽、平均频道切换时间、I帧加入延时、平均频道离开延时、平均频道加入延时、频道重叠时间和频道间隔时间。
(1)所推送的最大频道数目:流媒体系统所能够提供的最多频道数量,用户能够在很短的时间内遍历所有的频道。
(2)频道平均带宽:每个频道节目所占用的带宽。标清节目(SDTV)和高清节目(HDTV)所占用的带宽不一样,HDTV节目所占用的带宽远远高于SDTV节目的带宽。表2列出了MPEG-2和MPEG-4典型的标清与高清码流速率与应用。
表2 典型MPEG-2 和MPEG-4码流速率与应用
图4 频道切换时间相关定义
频道切换时间的快慢直接影响用户对IPTV业务的体验质量(QoE)。所以对IPTV网络中处理IGMP请求报文的设备,比如边缘组播交换机、IP DSLAM或者组播路由器的组播复制与处理能力测试就显的尤其重要。IXIA在测试频道切换时间方面具有显著特点:
图5 宽带接入和汇聚设备的IPTV测试
IXIA在实际的宽带接入和汇聚设备测试中,特点和优势非常明显,可以仿真真实用户的行为,比如PPPoE接入方式上运行HTTP和VoIP的流量,同时在Q-in-Q接口上运行IPTV业务,这种测试方式完全以家庭用户为单位,非常真实地评估宽带接入设备的性能。
2.4 IPTV系统视频流质量被动监测
另外一种常见的应用场景是对网络中存在的IPTV组播流和单播流能够进行被动实时监测并能够评估相应视频流的视频质量。IXIA独特的视频流提取模块AFM支持该特性的测试(见图6)。
图6 网络中视频流被动监测
IXIA的以太网流提取模块AFM1000SP是一种以千兆线速进行数据和媒体流分析的理想解决方案。该模块从以太网中提取IP数据包,并可在监视器中显示所提取的数据包以进行深入的数据包分析。
流提取模块以串联的方式与以太网链路相连,而IP数据包则通过该以太网链路提取。两个双介质(铜缆和光纤)兼容以太网测试端口用于互相连接。串联的测试端口承载网络数据传输,而不改变以太网链路的网络特性。提取的数据包流都将经过镜像处理,然后被转发到第3个千兆以太网标准兼容的监视器端口,该端口可连接到外部设备以便进行数据包流分析。这种测试方式,真正实现了视频质量主观和客观评定的有效结合,在得到视频流各个用户体验质量客观指标的同时,还可以实时主观地观看视频节目质量。这是目前最为全面、最为有效的视频质量评定方式(见图7)。
图7 使用AFM模块实时监测视频流
2.5 MS IPTV系统测试
微软IPTV的实现特点结合了业界的一些技术特点并且增加了微软公司特有的一些协议。运行在微软公司平台上的一些高性能服务器在运营商的网络上,为用户提供内容存储和高效的视频分发服务。在MSTV系统中,主要有获取服务器和分发服务器两种类型(见图8)。
图8 MSTV 系统组成示意
获取服务器(A-Server,Acquisition Servers)是从本地或者远端的视频源实时获取内容并提供视频组播服务。分发服务器(Distribution
Servers)是用于从运营商网络中的多个采集点分发视频内容以保证视频的快速传送以及最快的频道切换时间。在用户侧的IP机顶盒则运行微软公司独有的软件和协议以保证最优的性能。
MS IPTV本身的私有性和复杂性给测试带来了挑战,为此,IXIA专门开发了针对MS IPTV的测试方案,主要特点包括:
电信网技术
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