IPTV系統VOD與TV性能測試

IPTV的未來(lái)發(fā)展正在成為業(yè)界的焦點(diǎn)話(huà)題。  據市場(chǎng)研究公司MRG的統計，全球IPTV用戶(hù)將由2004年的200萬(wàn)增加至2010年的2000萬(wàn)，預計全球IPTV市場(chǎng)2005～2010年的復合增長(cháng)率為102%。

在國內，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(kāi)展IPTV試驗。

目前已有很多設備廠(chǎng)家提供IPTV系統平臺和設備，業(yè)界公認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IPTV的發(fā)展如火如荼，對于IPTV系統的測試也亟需進(jìn)行規范，本文擬將對IPTV系統的這兩種基本業(yè)務(wù)的性能測試進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。本文僅僅考慮端到端的性能測試，測試的觀(guān)察點(diǎn)在于用戶(hù)側，不考慮服務(wù)器端的分級緩存性能。

由于VOD點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò )和TV直播網(wǎng)絡(luò )在網(wǎng)絡(luò )結構上的不同，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(zhù)重點(diǎn)也不盡相同。

一、VOD業(yè)務(wù)性能測試簡(jiǎn)介

VOD節目通常采用點(diǎn)播方式進(jìn)行傳送。點(diǎn)播用戶(hù)可自由控制節目的進(jìn)度，終止節目的播放，但每個(gè)點(diǎn)播用戶(hù)都需要占用一定的網(wǎng)絡(luò )帶寬，因此并發(fā)用戶(hù)數受到網(wǎng)絡(luò )帶寬、服務(wù)器性能的限制。 VOD業(yè)務(wù)性能的測試指標主要有最大并發(fā)流數目、帶寬波動(dòng)、所使用的平均帶寬、丟包率和平均響應時(shí)間。

最大并發(fā)流數目：流媒體系統在同一時(shí)間內所能夠支持的最大在線(xiàn)用戶(hù)數目，且要求每個(gè)用戶(hù)都可以正常收看完整的視頻節目。在用戶(hù)數目逐步增加到最大值之前，系統不會(huì )使已經(jīng)在線(xiàn)的用戶(hù)因為新增加了用戶(hù)而出現不能夠獲得服務(wù)的情況。有的視頻系統雖然能夠提供數目巨大的并發(fā)流，但是失敗的數量很多，由于用戶(hù)大都采用TCP，因此重傳以后并發(fā)流數目并沒(méi)有降低，但是對于原來(lái)已失敗的單個(gè)流而言，該用戶(hù)已經(jīng)無(wú)法繼續得到視頻服務(wù)。因此，最大并發(fā)流數目應該是視頻系統所能夠支持的有效的、能夠同時(shí)在線(xiàn)正常觀(guān)看節目的最大用戶(hù)數目。 帶寬波動(dòng)：視頻文件在播放過(guò)程中，由于畫(huà)面的變化會(huì )造成媒體流的帶寬變化。例如對于課堂教學(xué)類(lèi)節目而言，連續的畫(huà)面前后變化不大，故節目碼速率也比較恒定，帶寬波動(dòng)相對較??；對于運動(dòng)類(lèi)節目而言，連續的畫(huà)面前后變化較大，故節目碼速率變化也相應較大，帶寬波動(dòng)也隨之較大。節目碼速率波動(dòng)的大小對視頻服務(wù)器的吞吐量是個(gè)嚴峻的考驗，如果過(guò)多的用戶(hù)點(diǎn)播較高碼速率的節目，則很有可能出現服務(wù)器所能支持的用戶(hù)數減少的現象，或者視頻服務(wù)器會(huì )降低節目流的輸出帶寬。 所使用的平均帶寬：在用戶(hù)觀(guān)看節目過(guò)程中，所有用戶(hù)使用的帶寬的平均值，該值越大說(shuō)明流媒體視頻系統所能提供的帶寬能力越強。

丟包率：用戶(hù)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(guò)程中是否發(fā)生丟包的情況。丟包率的數值一般比較小，但是對用戶(hù)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(hù)的觀(guān)賞甚至出現斷掉連接的現象。視頻點(diǎn)播端到端的丟包率上限不應該超過(guò)0.1%。

平均響應時(shí)間：用戶(hù)從發(fā)出點(diǎn)播請求到得到視頻服務(wù)的時(shí)間總體分布情況。當然，平均響應時(shí)間是越短越好。一般而言，視頻點(diǎn)播端到端平均時(shí)延不應超過(guò)2s（暫定）。

二、TV業(yè)務(wù)性能測試簡(jiǎn)介

TV節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)送單一的數據包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。組播源把數據包發(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據包。在IPTV里，組播源往往僅有一個(gè)，即使用戶(hù)數量成倍增長(cháng)，主干帶寬也不需隨之增加，因為無(wú)論有多少個(gè)目標地址，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，組內廣播"。組播提高了數據傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現擁塞的可能性。對于TV系統而言，其所能夠支持的用戶(hù)數目?jì)H僅受到接入網(wǎng)絡(luò )能力的限制，與前端推送系統的推送能力無(wú)關(guān)。

因此，TV業(yè)務(wù)性能的主要測試指標有所推送的最大頻道數目、頻道平均帶寬、平均頻道切換時(shí)間、平均頻道離開(kāi)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目：流媒體系統所能夠提供的最多頻道數目，用戶(hù)能夠在很短的時(shí)間內遍歷所有的頻道。

頻道平均帶寬：每個(gè)頻道節目所占用的帶寬。標清節目（SDTV）和高清節目（HDTV）所占用的帶寬不一樣，HDTV節目所占用的帶寬遠遠高于SDTV節目的帶寬。

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節目的頻道切換只能通過(guò)IGMP來(lái)實(shí)現，相比之下，傳統電視機的頻道切換則要快很多。因此，根據個(gè)人主觀(guān)感覺(jué)，通常IPTV頻道切換時(shí)間不應超過(guò)2s（暫定），否則用戶(hù)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(guò)慢也是急待解決的一個(gè)問(wèn)題。

平均頻道離開(kāi)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(kāi)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(shí)間即指接收到所請求頻道的第一個(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(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之外，還有一些實(shí)際因素需要考慮并加以測試。

系統的穩定性。由于IPTV視頻系統大部分任務(wù)是提供娛樂(lè )性節目，用戶(hù)在觀(guān)看娛樂(lè )節目的過(guò)程中更注重節目的整體性和連貫性,因此，穩定性對于視頻系統而言是十分關(guān)鍵的一點(diǎn)。用戶(hù)在觀(guān)看喜歡的視頻節目時(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(hù)的欣賞效果，例如在用戶(hù)觀(guān)看電視劇的時(shí)候出現黑屏等現象。IPTV視頻系統的穩定性包括：穩定的最大并發(fā)流數目/節目數目、穩定的節目帶寬、長(cháng)時(shí)間工作的穩定性。

網(wǎng)絡(luò )損傷因素。網(wǎng)絡(luò )中的各種損傷對視頻節目質(zhì)量影響極大，網(wǎng)絡(luò )中偶爾出現的損傷直接影響到用戶(hù)對該視頻節目的心理接受程度，其最直接的影響就是用戶(hù)對視頻圖像質(zhì)量的主觀(guān)評價(jià)降低，例如網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路誤碼率達到10E-6時(shí)，VOD節目可能出現明顯的馬賽克、畫(huà)面變色、畫(huà)面遲滯，在這種情況下，用戶(hù)很有可能會(huì )終止此次視頻點(diǎn)播。因此，應該仔細研究網(wǎng)絡(luò )中各種損傷（包括延時(shí)、抖動(dòng)、丟包、亂序、線(xiàn)路誤碼）對視頻節目質(zhì)量造成的破壞。在制定IPTV業(yè)務(wù)相關(guān)技術(shù)指標的時(shí)候，應該充分考慮到網(wǎng)絡(luò )損傷對業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS的影響。

四、結束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著(zhù)寬帶建設的高速發(fā)展，視頻流媒體服務(wù)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)的最主要應用之一，IPTV系統是提供視頻服務(wù)的一個(gè)最主要的切入點(diǎn)，目前，各大運營(yíng)商已開(kāi)始逐步向用戶(hù)提供IPTV業(yè)務(wù)，IPTV試驗網(wǎng)已經(jīng)在國內多個(gè)城市進(jìn)行試運行。對IPTV系統業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測試，是運營(yíng)商在開(kāi)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涉及的內容比較多，相關(guān)技術(shù)、業(yè)務(wù)仍處在研究過(guò)程之中。但隨著(zhù)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IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展。