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(diǎn)話題。  據(jù)市場研究公司MRG的統(tǒng)計(jì)，全球IPTV用戶將由2004年的200萬增加至2010年的2000萬，預(yù)計(jì)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(yàn)階段，中國電信、中國網(wǎng)通、中國鐵通正在積極開展IPTV試驗(yàn)。

目前已有很多設(shè)備廠家提供IPTV系統(tǒng)平臺(tái)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(diǎn)播和TV直播。國內(nèi)IPTV的發(fā)展如火如荼，對(duì)于IPTV系統(tǒng)的測試也亟需進(jìn)行規(guī)范，本文擬將對(duì)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(diǎn)在于用戶側(cè)，不考慮服務(wù)器端的分級(jí)緩存性能。

由于VOD點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)播方式進(jìn)行傳送。點(diǎn)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(gè)點(diǎn)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(dòng)、所使用的平均帶寬、丟包率和平均響應(yīng)時(shí)間。

最大并發(fā)流數(shù)目：流媒體系統(tǒng)在同一時(shí)間內(nèi)所能夠支持的最大在線用戶數(shù)目，且要求每個(gè)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(huì)使已經(jīng)在線的用戶因?yàn)樾略黾恿擞脩舳霈F(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(duì)于原來已失敗的單個(gè)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(shí)在線正常觀看節(jié)目的最大用戶數(shù)目。 帶寬波動(dòng)：視頻文件在播放過程中，由于畫面的變化會(huì)造成媒體流的帶寬變化。例如對(duì)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(dòng)相對(duì)較??；對(duì)于運(yùn)動(dòng)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(dòng)也隨之較大。節(jié)目碼速率波動(dòng)的大小對(duì)視頻服務(wù)器的吞吐量是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，如果過多的用戶點(diǎn)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(huì)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(qiáng)。

丟包率：用戶在接受視頻點(diǎn)播服務(wù)的時(shí)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(duì)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(huì)影響到用戶的觀賞甚至出現(xiàn)斷掉連接的現(xiàn)象。視頻點(diǎn)播端到端的丟包率上限不應(yīng)該超過0.1%。

平均響應(yīng)時(shí)間：用戶從發(fā)出點(diǎn)播請(qǐng)求到得到視頻服務(wù)的時(shí)間總體分布情況。當(dāng)然，平均響應(yīng)時(shí)間是越短越好。一般而言，視頻點(diǎn)播端到端平均時(shí)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(gè)或多個(gè)發(fā)送者（組播源）一次、同時(shí)發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個(gè)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(gè)，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干帶寬也不需隨之增加，因?yàn)闊o論有多少個(gè)目標(biāo)地址，在整個(gè)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(duì)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(shí)間、平均頻道離開延時(shí)、平均頻道加入延時(shí)、頻道重疊時(shí)間和頻道間隔時(shí)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(shí)間內(nèi)遍歷所有的頻道。

頻道平均帶寬：每個(gè)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(shí)間：從發(fā)出IGMPleave消息直到接收到所請(qǐng)求頻道的第一個(gè)組播包之間的時(shí)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(shí)現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)電視機(jī)的頻道切換則要快很多。因此，根據(jù)個(gè)人主觀感覺，通常IPTV頻道切換時(shí)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(shí)間。目前，IPTV頻道切換時(shí)間過慢也是急待解決的一個(gè)問題。

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

平均頻道加入延時(shí)：從發(fā)出IGMPjoin消息直到接收到該頻道的第一個(gè)組播包之間的時(shí)間。通常頻道加入延時(shí)越短越好。 頻道重疊時(shí)間：如果系統(tǒng)頻道切換采取接收到所請(qǐng)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(shí)間即指接收到所請(qǐng)求頻道的第一個(gè)組播包與接收到原頻道的最后一個(gè)組播包之間的時(shí)間間隔。

頻道間隔時(shí)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(qǐng)求頻道的組播包的方式，則頻道間隔時(shí)間即指接收到原頻道的最后一個(gè)組播包與接收到所請(qǐng)求頻道的第一個(gè)組播包之間的時(shí)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(shí)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(duì)于視頻系統(tǒng)而言是十分關(guān)鍵的一點(diǎn)。用戶在觀看喜歡的視頻節(jié)目時(shí)都帶有濃厚的感情色彩，任何斷流的情況都會(huì)極大地影響用戶的欣賞效果，例如在用戶觀看電視劇的時(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)視頻圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)降低，例如網(wǎng)絡(luò)線路誤碼率達(dá)到10E-6時(shí)，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(huì)終止此次視頻點(diǎn)播。因此，應(yīng)該仔細(xì)研究網(wǎng)絡(luò)中各種損傷（包括延時(shí)、抖動(dòng)、丟包、亂序、線路誤碼）對(duì)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(shí)候，應(yīng)該充分考慮到網(wǎng)絡(luò)損傷對(duì)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(gè)最主要的切入點(diǎn)，目前，各大運(yùn)營商已開始逐步向用戶提供IPTV業(yè)務(wù)，IPTV試驗(yàn)網(wǎng)已經(jīng)在國內(nèi)多個(gè)城市進(jìn)行試運(yùn)行。對(duì)IPTV系統(tǒng)業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測試，是運(yùn)營商在開展IPTV業(yè)務(wù)之前需要進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵步驟。目前，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。