IPTV测试应用场景介绍（上）

１　引言
　　
截至2007年6月，全球范围内已经有超过200个包括设备制造商、运营商在内的用户在使用IXIA所提供的业界领先的IPTV测试解决方案。　　

不同的用户对IPTV测试关注的重点也有所不同，IXIA整体的IPTV测试解决方案包括IPTV网络部署前的设备测试以及部署后的验收测试和日常维护测试。本文介绍的IXIA IPTV测试解决方案主要是针对部署前的测试，包括两个方面：设备制造商研究开发IPTV相关网络设备（VOD服务器，IPTV网关，DSLAM，IPTV组播交换机和路由器等）所需要进行的设备性能测试；运营商在实验室建立模拟环境，验证所规划的网络是否能够很好地承载IPTV业务的系统测试。

图1是一个典型的IPTV网络，IXIA可以提供整个系统端到端的业务测试以及系统的各个组成部分的设备性能测试。主要包括VOD视频服务器测试；组播视频流质量测试；频道切换时间测试；网络承载视频能力测试；边缘网络测试；接入网络测试；网络视频流被动监测与质量分析测试以及网络架构中DNS，DHCP，LDAP，RADIUS等各种服务器的性能测试。本文主要对最常见的测试应用场景做一介绍。

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。

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》。

（1）带宽波动：视频流一般有CBR和VBR两种。常见的MPEG-4和H.264就属于VBR类型。视频文件在播放过程中，由于画面的变化会造成媒体流的带宽变化。CBR节目码速率比较恒定，带宽波动相对较小；对于VBR类节目而言，连续的画面前后变化较大，故节目码速率变化也相应较大，带宽波动也随之较大。节目码速率波动的大小对视频服务器的吞吐量是个严峻的考验，如果过多的用户点播较高码速率的节目，则很有可能出现服务器所能支持的用户数减少的现象，或者视频服务器会降低节目流的输出带宽。
　　
（2）所使用的平均带宽：在用户观看节目过程中所有用户使用的带宽平均值。该值越大说明流媒体视频系统所能提供的带宽能力越强。
　　
（3）丢包率：用户在接收视频点播服务的时候需要从服务器获取视频文件，在视频文件传输过程中是否发生丢包的情况。丢包率的数值一般比较小，但是对用户的影响非常大，是影响视频质量的杀手，尤其是目前使用的压缩比率都比较高，即使丢失很少的视频包也会影响到用户的观赏甚至出现视频不清楚、马赛克或者断掉连接的现象。在没有机顶盒对视频流做数据包补偿的情况下，视频点播端到端的丢包率上限不应该超过0.001%。
　　
（4）平均响应时间：用户从发出点播请求到得到视频服务的时间总体分布情况。当然，平均响应时间是越短越好。一般而言，视频点播端到端平均时延不应超过2s。

从测试对象上来说，设备制造商主要用VOD业务评估视频服务器的性能，另外还用来验证接入和汇聚网络设备对VOD视频流的QoS保障能力。对于运营商来说，主要验证IPTV网络对VOD业务的承载能力。本文主要介绍视频服务器的测试。
　　
测试视频服务器，除了关心上面介绍的指标之外，还有下面指标：连接（Connection）一个采用3次TCP握手建立起来的TCP连接。并发连接数（Concurrent Connections），客户端和服务器端建立起来的多个TCP连接。吞吐量（Throughput），被测设备发送或者接收数据的速率，单位为bit/s。视频码流速率（Video Bitrate）评估视频流信息内容的速率，单位为bit/s或者Mbit/s，通常高码流速率有更好的视频质量。有效带宽（Effective Bandwidth）包括协议信息开销的数据速率，有效带宽总是大于视频码流速率，并且和数据链路层技术以及传输层所采用的协议有关。

IXIA视频测试方案可以很好地对VOD视频服务器进行支持，由于目前各个厂家对VOD业务所采用的RTSP控制协议进行了不同程度和不同方式的修改和定制，要和VOD服务器进行互通有一定的难度，IXIA根据这一特定的测试要求，可以对RTSP的流程进行灵活定制和调整，支持RTSP各个命令信息交互的定制，支持的命令包括Describe，Setup，Play，Pause，Get Parameter，Set Parameter，Teardown等，这些灵活的特性可以保证IXIA能够和业界几乎所有的VOD服务器进行互通并进行性能测试。这是IXIA在视频服务器测试方面非常重要的特性。目前，IXIA是Seachange公司视频服务器认证的测试工具。可以和Thompson，Bitband，Harmonic，Darwin以及Windows Media Server等业界常见的视频服务器互通并提供性能测试。图3是VOD服务器交换过程与IXIA进行性能测试示意。

　
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