IPTV系統(tǒng)VOD與TV性能測試

IPTV的未來發(fā)展正在成為業(yè)界的焦點話題。  據(jù)市場研究公司MRG的統(tǒng)計，全球IPTV用戶將由2004年的200萬增加至2010年的2000萬，預(yù)計全球IPTV市場2005～2010年的復(fù)合增長率為102%。

在國內(nèi)，IPTV產(chǎn)業(yè)尚處于試驗階段，中國電信、中國網(wǎng)通、中國鐵通正在積極開展IPTV試驗。

目前已有很多設(shè)備廠家提供IPTV系統(tǒng)平臺和設(shè)備，業(yè)界公認(rèn)IPTV業(yè)務(wù)包含兩種基本業(yè)務(wù)：VOD點播和TV直播。國內(nèi)IPTV的發(fā)展如火如荼，對于IPTV系統(tǒng)的測試也亟需進(jìn)行規(guī)范，本文擬將對IPTV系統(tǒng)的這兩種基本業(yè)務(wù)的性能測試進(jìn)行簡單的探討。本文僅僅考慮端到端的性能測試，測試的觀察點在于用戶側(cè)，不考慮服務(wù)器端的分級緩存性能。

由于VOD點播網(wǎng)絡(luò)和TV直播網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的不同，VOD分發(fā)需要依靠CDN網(wǎng)絡(luò)，而TV的分發(fā)則需要依靠組播網(wǎng)絡(luò)，不需要CDN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緩存，基于此，該兩種業(yè)務(wù)性能測試的著重點也不盡相同。

一、VOD業(yè)務(wù)性能測試簡介

VOD節(jié)目通常采用點播方式進(jìn)行傳送。點播用戶可自由控制節(jié)目的進(jìn)度，終止節(jié)目的播放，但每個點播用戶都需要占用一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬，因此并發(fā)用戶數(shù)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)器性能的限制。 VOD業(yè)務(wù)性能的測試指標(biāo)主要有最大并發(fā)流數(shù)目、帶寬波動、所使用的平均帶寬、丟包率和平均響應(yīng)時間。

最大并發(fā)流數(shù)目：流媒體系統(tǒng)在同一時間內(nèi)所能夠支持的最大在線用戶數(shù)目，且要求每個用戶都可以正常收看完整的視頻節(jié)目。在用戶數(shù)目逐步增加到最大值之前，系統(tǒng)不會使已經(jīng)在線的用戶因為新增加了用戶而出現(xiàn)不能夠獲得服務(wù)的情況。有的視頻系統(tǒng)雖然能夠提供數(shù)目巨大的并發(fā)流，但是失敗的數(shù)量很多，由于用戶大都采用TCP，因此重傳以后并發(fā)流數(shù)目并沒有降低，但是對于原來已失敗的單個流而言，該用戶已經(jīng)無法繼續(xù)得到視頻服務(wù)。因此，最大并發(fā)流數(shù)目應(yīng)該是視頻系統(tǒng)所能夠支持的有效的、能夠同時在線正常觀看節(jié)目的最大用戶數(shù)目。 帶寬波動：視頻文件在播放過程中，由于畫面的變化會造成媒體流的帶寬變化。例如對于課堂教學(xué)類節(jié)目而言，連續(xù)的畫面前后變化不大，故節(jié)目碼速率也比較恒定，帶寬波動相對較?。粚τ谶\動類節(jié)目而言，連續(xù)的畫面前后變化較大，故節(jié)目碼速率變化也相應(yīng)較大，帶寬波動也隨之較大。節(jié)目碼速率波動的大小對視頻服務(wù)器的吞吐量是個嚴(yán)峻的考驗，如果過多的用戶點播較高碼速率的節(jié)目，則很有可能出現(xiàn)服務(wù)器所能支持的用戶數(shù)減少的現(xiàn)象，或者視頻服務(wù)器會降低節(jié)目流的輸出帶寬。 所使用的平均帶寬：在用戶觀看節(jié)目過程中，所有用戶使用的帶寬的平均值，該值越大說明流媒體視頻系統(tǒng)所能提供的帶寬能力越強。

丟包率：用戶在接受視頻點播服務(wù)的時候需要從服務(wù)器獲取視頻文件，在視頻文件傳輸過程中是否發(fā)生丟包的情況。丟包率的數(shù)值一般比較小，但是對用戶的影響非常重要，尤其是目前使用的壓縮比率都比較高，即使丟失很少的視頻包也會影響到用戶的觀賞甚至出現(xiàn)斷掉連接的現(xiàn)象。視頻點播端到端的丟包率上限不應(yīng)該超過0.1%。

平均響應(yīng)時間：用戶從發(fā)出點播請求到得到視頻服務(wù)的時間總體分布情況。當(dāng)然，平均響應(yīng)時間是越短越好。一般而言，視頻點播端到端平均時延不應(yīng)超過2s（暫定）。

二、TV業(yè)務(wù)性能測試簡介

TV節(jié)目通常采用組播方式進(jìn)行傳送。組播是一種允許一個或多個發(fā)送者（組播源）一次、同時發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播源把數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包。在IPTV里，組播源往往僅有一個，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干帶寬也不需隨之增加，因為無論有多少個目標(biāo)地址，在整個網(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(nèi)廣播"。組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。對于TV系統(tǒng)而言，其所能夠支持的用戶數(shù)目僅僅受到接入網(wǎng)絡(luò)能力的限制，與前端推送系統(tǒng)的推送能力無關(guān)。

因此，TV業(yè)務(wù)性能的主要測試指標(biāo)有所推送的最大頻道數(shù)目、頻道平均帶寬、平均頻道切換時間、平均頻道離開延時、平均頻道加入延時、頻道重疊時間和頻道間隔時間。

所推送的最大頻道數(shù)目：流媒體系統(tǒng)所能夠提供的最多頻道數(shù)目，用戶能夠在很短的時間內(nèi)遍歷所有的頻道。

頻道平均帶寬：每個頻道節(jié)目所占用的帶寬。標(biāo)清節(jié)目（SDTV）和高清節(jié)目（HDTV）所占用的帶寬不一樣，HDTV節(jié)目所占用的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SDTV節(jié)目的帶寬。

平均頻道切換時間：從發(fā)出IGMPleave消息直到接收到所請求頻道的第一個組播包之間的時間。由于在IP網(wǎng)絡(luò)上TV節(jié)目的頻道切換只能通過IGMP來實現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)電視機的頻道切換則要快很多。因此，根據(jù)個人主觀感覺，通常IPTV頻道切換時間不應(yīng)超過2s（暫定），否則用戶難以忍受頻道切換的等待時間。目前，IPTV頻道切換時間過慢也是急待解決的一個問題。

平均頻道離開延時：從發(fā)出IGMPleave消息直到接收到該頻道的最后一個組播包之間的時間。通常頻道離開延時越短越好。

平均頻道加入延時：從發(fā)出IGMPjoin消息直到接收到該頻道的第一個組播包之間的時間。通常頻道加入延時越短越好。 頻道重疊時間：如果系統(tǒng)頻道切換采取接收到所請求頻道的組播包之后才停止原頻道的組播包的方式，則頻道重疊時間即指接收到所請求頻道的第一個組播包與接收到原頻道的最后一個組播包之間的時間間隔。

頻道間隔時間：如果系統(tǒng)頻道切換采取先停止原頻道的組播包再接收所請求頻道的組播包的方式，則頻道間隔時間即指接收到原頻道的最后一個組播包與接收到所請求頻道的第一個組播包之間的時間間隔。

三、其他考慮

除了以上所討論的性能測試指標(biāo)之外，還有一些實際因素需要考慮并加以測試。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于IPTV視頻系統(tǒng)大部分任務(wù)是提供娛樂性節(jié)目，用戶在觀看娛樂節(jié)目的過程中更注重節(jié)目的整體性和連貫性,因此，穩(wěn)定性對于視頻系統(tǒng)而言是十分關(guān)鍵的一點。用戶在觀看喜歡的視頻節(jié)目時都帶有濃厚的感情色彩，任何斷流的情況都會極大地影響用戶的欣賞效果，例如在用戶觀看電視劇的時候出現(xiàn)黑屏等現(xiàn)象。IPTV視頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括：穩(wěn)定的最大并發(fā)流數(shù)目/節(jié)目數(shù)目、穩(wěn)定的節(jié)目帶寬、長時間工作的穩(wěn)定性。

網(wǎng)絡(luò)損傷因素。網(wǎng)絡(luò)中的各種損傷對視頻節(jié)目質(zhì)量影響極大，網(wǎng)絡(luò)中偶爾出現(xiàn)的損傷直接影響到用戶對該視頻節(jié)目的心理接受程度，其最直接的影響就是用戶對視頻圖像質(zhì)量的主觀評價降低，例如網(wǎng)絡(luò)線路誤碼率達(dá)到10E-6時，VOD節(jié)目可能出現(xiàn)明顯的馬賽克、畫面變色、畫面遲滯，在這種情況下，用戶很有可能會終止此次視頻點播。因此，應(yīng)該仔細(xì)研究網(wǎng)絡(luò)中各種損傷（包括延時、抖動、丟包、亂序、線路誤碼）對視頻節(jié)目質(zhì)量造成的破壞。在制定IPTV業(yè)務(wù)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的時候，應(yīng)該充分考慮到網(wǎng)絡(luò)損傷對業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS的影響。

四、結(jié)束語

近年來，隨著寬帶建設(shè)的高速發(fā)展，視頻流媒體服務(wù)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)的最主要應(yīng)用之一，IPTV系統(tǒng)是提供視頻服務(wù)的一個最主要的切入點，目前，各大運營商已開始逐步向用戶提供IPTV業(yè)務(wù)，IPTV試驗網(wǎng)已經(jīng)在國內(nèi)多個城市進(jìn)行試運行。對IPTV系統(tǒng)業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測試，是運營商在開展IPTV業(yè)務(wù)之前需要進(jìn)行的一個關(guān)鍵步驟。目前，IPTV技術(shù)正處在發(fā)展初期階段，由于IPTV涉及的內(nèi)容比較多，相關(guān)技術(shù)、業(yè)務(wù)仍處在研究過程之中。但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，IPTV業(yè)務(wù)的測試技術(shù)也將不斷的成熟與完善，這也必然推進(jìn)國內(nèi)IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展。