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(wèn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒(STB)接入點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)，STB通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)認(rèn)證。認(rèn)證過(guò)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(guò)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(guò)，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(guò)增加功能測(cè)試模塊來(lái)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(guò)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(guò)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(lái)的交互過(guò)程中，若目前的UserToken過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)程?？梢钥闯觯褂迷摲桨改軌蛲ㄟ^(guò)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(guò)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(guò)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(yáng)，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.