IPTV视频点播性能测试研究

汪永福，张治中，何 云

(重庆邮电大学通信与测试技术重点实验室，重庆 400065)

0 引言

三网融合在全国范围内的加速推进，作为突破口的IPTV业务近几年发展得如火如荼［1］。IPTV视频点播业务(VOD)的提出顺应了市场要求，不仅满足了用户实现互动点播的要求，还为运营商提供了新的增值空间［2］。

对IPTV系统业务性能进行测试是运营商在开展IPTV业务之前需要进行的一个关键步骤。目前在最后一公里范围内对VOD性能测试还只是局限于简单的侦听测试。在此基础上，笔者提出一种改进型的测试方案，实现VOD仿真测试。该方案能有效扩大VOD网络的测试范围，提高测试结果的准确性，弥补了现有测试方案的不足，因此具有重要意义。

1 IPTV系统VOD性能测试的现状分析

目前业界公认的IPTV业务包含两种，即TV直播和VOD点播。IPTV网络测试也主要针对TV直播性能测试和VOD点播性能测试两个方面。TV直播业务通常采用组播方式进行传输，业务开展地较早，测试技术较成熟，业内主要有侦听和仿真两种测试手段。视频点播在网络架构和数据交互上与TV直播存在明显的差异，因此测试重点和测试方案也不尽相同。

1.1 VOD网络的架构

视频点播通常采用单播传输。图1为VOD网络架构示意图。

图1 VOD网络架构

与组播数据传输的不同的是，点播要求服务器为每一个点播用户单独传输点播数据，即提供端到端的服务。IPTV视频点播网络采用CDN技术［3］，将内容从中心存储服务器分发到边缘服务器，这样既保证了点播数据传输流畅，达到快速响应用户访问请求，又避免了网络带宽有限，减轻了骨干网络和中心设备的压力。用户端通过网络机顶盒(STB)接入点播网络，STB通过发起HTTP和RTSP请求，申请点播数据。服务器响应请求，通过UDP协议或RTP协议将点播数据传输给用户端。图2为点播网络交互过程示意图。

图2 VOD网络交互示意图

1.2 VOD网络的测试现状

由于业务发展存在先后，目前业内对VOD网络性能测试只能进行简单的侦听测试。具体为:STB进行视频点播，利用集线器(Hub)对数据进行分流，提供一路数据给IPTV测试仪;IPTV测试仪通过侦听STB的点播数据，分析网络的传输性能。由于该测试方案必须依赖机顶盒的存在，主要存在如下3点弊端:

1)测试环境有限

目前的视频点播测试必须依赖STB和Hub的存在，当遇到不能提供该条件的环境时，例如外出现场测试等，目前的测试方案就显得无能为力，因此测试环境有限。

2)测试范围有限

IPTV测试仪主要对最后一公里的线路进行测试，由于目前视频点播测试方案必须依赖于STB的存在，因此不能排除STB自身的因素导致的VOD点播数据传输质量的下降，因此测试范围有限。

3)测试准确性有限

目前的视频点播测试依赖的外界设备太多，引入的外界干扰也就随之增加，这有悖于测试的宗旨。这样导致的结果是使测试准确性下降。

2 VOD仿真测试方案设计与实现

基于上文分析，解决目前VOD性能测试中存在的弊端的最根本方法就是摆脱对STB的依赖，尽量减少外部设备的引入，独立进行测试。一方面扩展IPTV测试仪的测试环境和测试范围;另一方面减少外界干扰的引入，提高测试精度。

本文提出一种新的测试方案，即IPTV测试仪主动发起请求获取点播数据，实现VOD仿真测试。

2.1 方案设计详细步骤

2.1.1 请求认证

IPTV测试仪与IPTV网络进行交互前先要经过认证。认证过程采用HTTP协议交互，其中用户名和密码等重要信息必须经过3DES加密才能上传［4］。认证成功，业务管理平台会分配一个临时身份证明用户令牌(UserToken)，表示为合法用户。

2.1.2 获取点播服务器入口地址

认证通过，IPTV测试仪主动发起HTTP请求，登陆IPTV业务管理服务器EPG服务平台并获得点播服务器入口地址。

2.1.3 与点播服务器交互

IPTV测试仪主动向业务管理服务器发起请求登录点播服务器请求响应，IPTV测试仪即转向与点播服务器交互。交互类型包括HTTP交互和RTSP交互。交互内容主要包括发送请求申请数据、获取节目参数、视频TS内容分发服务器IP以及TS内容的传输方式等。其中节目参数包括ProgramID、SessionID和节目详细地址信息等。

2.1.4 与视频TS内容分发服务器交互

IPTV测试仪利用已获取的地址信息，与视频TS内容分发服务器交互，获得IPTV点播数据流。

2.1.5 视频数据的接收处理

IPTV测试仪接收视频数据到缓冲区，并实时将数据传输给后台硬件设备。硬件设备对数据进行同步分析，其中包括FPGA对测试指标的提取，如MDI测试指标、PCR精度、PCR间隔、媒体丢包率等;STB测试板对视频流进行实时回放，实现QoS指标测试［4］。

2.2 方案实现

本方案通过增加功能测试模块来实现。具体为利用Linux Socket网络编程技术实现该模块［5］，将该模块加入IPTV测试仪系统中，结合系统现有设备共同实现VOD仿真测试。方案实现过程如图3所示。

图3 视频点播仿真测试的实现流程

步骤1，IPTV测试仪接入IPTV网络。目前接入方式有3种，即XDSL接入、LAN接入和WLAN接入。

步骤2，IPTV测试仪与业务管理服务器交互，发起认证请求，完成认证。交互过程中需调用加密函数对需要上传的用户信息进行加密处理。主要实现程序如下:

1)发起GET请求，相应程序为

2)加密并上传用户信息，相应程序为

3)获取UserToken，表示该终端为合法终端。在接下来的交互过程中，若目前的UserToken过期，则必须返回重新认证，重新获取用户令牌。

步骤3，认证完成之后，IPTV测试仪继续与业务管理服务器交互并登陆EPG服务系统，获得点播服务器入口地址，登录点播服务。主要实现程序如

步骤4，IPTV测试仪与点播服务器进行交互。交互内容包括发送HTTP请求，申请点播节目数据;获取相关节目参数，主要有ProgramID、SessionID和节目详细地址信息等;获取视频TS内容分发服务器IP以及TS内容的传输方式等。该交互过程为后面的RTSP交互作准备。节目详细地址信息如

步骤5，IPTV测试仪利用前面获得信息与主管理服务器进一步进行RTSP交互［6］，主要实现程序如下:

1)发送DESCRIBE请求，程序段为

2)发送SETUP请求，程序段为

3)发送PLAY请求，程序段为

步骤6，IPTV测试仪与TS内容分发服务器交互，接收点播数据流。接收过程中测试仪只需发送PAUSE命令暂停数据的接收;停止测试只需发送TEARDOWN命令，如

步骤7，IPTV测试仪接收点播数据流的同时，后台的设备对数据进行分析处理，包括FPGA对MDI测试指标、PCR精度、PCR间隔、媒体丢包率等测试指标的提取，STB测试板对视频流进行实时回放。上层软件则完成数据的后期处理并实现界面显示。

3 VOD仿真测试方案结果验证

本方案已应用到IPTV测试仪中。图4为使用该测试方案进行IPTV视频点播仿真测试的场景示意图。如图4所示，IPTV测试仪经xDSL MODEM接入IPTV视频点播网络，独立进行点播仿真测试，无需STB的帮助。图4为IPTV测试仪使用该方案测试的认证交互过程。可以看出，使用该方案能够通过认证。图5为IPTV测试仪完成与主控制服务器之间的RTSP交互并获得的点播数据的网络交互过程。图6中深色阴影部分即为点播数据流，由TS内容分发服务器发往IPTV测试仪。图6为IPTV测试仪中STB测试板对接收到的视频数据进行实时回放。综上可知，使用该方案可以实现IPTV测试仪独立进行视频点播仿真测试，达到设计要求。

图4 点播仿真测试场景示意图

图5 认证交互过程(截图)

图6 点播数据流的获得(截图)

图7 IPTV测试仪视频回放

4 小结

视频点播业务是IPTV业务中的一个重要部分，VOD网络测试对VOD网络的建设和后期维护起着重要作用。本文介绍了IPTV视频点播网络的整体架构，分析了目前VOD性能测试的不足，最后提出了一种VOD仿真测试方案并对方案进行了验证。验证结果表明本方案稳定可靠。本方案已应用到重邮东电IPTV测试仪中，效果良好。

［1］王莹程.IPTV的发展和挑战［J］.电信科学，2010(6):129－131.

［2］贺铁龙.基于IP技术的三网融合［J］.中国有线电视，2010(7):795－798.

［3］冯建新，高益寰，王光兴.IPTV－CDN网络的构建［C］//中国通信学会第五届学术年会论文集.南京:中国通信学会，2008:213－217.

［4］赵湘阳，张自忠，席兵.IPTV测试仪系统设计与实现［J］.电视技术，2009，33(9):115 －117.

［5］YD/T 1696－2007，机顶盒与 IPTV业务平台接口技术要求［S］.2007.

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