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IPTV系统VOD与TV性能测试

2006/1/23/10:24 来源:《通信世界》

  IPTV的未来发展正在成为业界的焦点话题。据市场研究公司MRG的统计,全球IPTV用户将由2004年的200万增加至2010年的2000万,预计全球IPTV市场2005~2010年的复合增长率为102%。 在国内,IPTV产业尚处于试验阶段,中国电信、中国网通、中国铁通正在积极开展IPTV试验。

  目前已有很多设备厂家提供IPTV系统平台和设备,业界公认IPTV业务包含两种基本业务:VOD点播和TV直播。国内IPTV的发展如火如荼,对于IPTV系统的测试也亟需进行规范,本文拟将对IPTV系统的这两种基本业务的性能测试进行简单的探讨。本文仅仅考虑端到端的性能测试,测试的观察点在于用户侧,不考虑服务器端的分级缓存性能。

  由于VOD点播网络和TV直播网络在网络结构上的不同,VOD分发需要依靠CDN网络,而TV的分发则需要依靠组播网络,不需要CDN网络进行缓存,基于此,该两种业务性能测试的着重点也不尽相同。

  一、VOD业务性能测试简介

  VOD节目通常采用点播方式进行传送。点播用户可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。

  VOD业务性能的测试指标主要有最大并发流数目、带宽波动、所使用的平均带宽、丢包率和平均响应时间。

  最大并发流数目:流媒体系统在同一时间内所能够支持的最大在线用户数目,且要求每个用户都可以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够获得服务的情况。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,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单个流而言,该用户已经无法继续得到视频服务。因此,最大并发流数目应该是视频系统所能够支持的有效的、能够同时在线正常观看节目的最大用户数目。

  带宽波动: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。例如对于课堂教学类节目而言,连续的画面前后变化不大,故节目码速率也比较恒定,带宽波动相对较小;对于运动类节目而言,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。

  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的平均值,该值越大说明流媒体视频系统所能提供的带宽能力越强。

  丢包率:用户在接受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重要,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断掉连接的现象。视频点播端到端的丢包率上限不应该超过0.1%。

  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(暂定)。

  二、TV业务性能测试简介

  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者(组播源)一次、同时发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组,而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。在IPTV里,组播源往往仅有一个,即使用户数量成倍增长,主干带宽也不需随之增加,因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条主干链路上只传送单一视频流,即所谓“一次发送,组内广播”。组播提高了数据传送效率,减少了主干网出现拥塞的可能性。对于TV系统而言,其所能够支持的用户数目仅仅受到接入网络能力的限制,与前端推送系统的推送能力无关。

  因此,TV业务性能的主要测试指标有所推送的最大频道数目、频道平均带宽、平均频道切换时间、平均频道离开延时、平均频道加入延时、频道重叠时间和频道间隔时间。

  所推送的最大频道数目:流媒体系统所能够提供的最多频道数目,用户能够在很短的时间内遍历所有的频道。

  频道平均带宽:每个频道节目所占用的带宽。标清节目(SDTV)和高清节目(HDTV)所占用的带宽不一样,HDTV节目所占用的带宽远远高于SDTV节目的带宽。

  平均频道切换时间:从发出IGMPleave消息直到接收到所请求频道的第一个组播包之间的时间。由于在IP网络上TV节目的频道切换只能通过IGMP来实现,相比之下,传统电视机的频道切换则要快很多。因此,根据个人主观感觉,通常IPTV频道切换时间不应超过2s(暂定),否则用户难以忍受频道切换的等待时间。目前,IPTV频道切换时间过慢也是急待解决的一个问题。

  平均频道离开延时:从发出IGMPleave消息直到接收到该频道的最后一个组播包之间的时间。通常频道离开延时越短越好。

  平均频道加入延时:从发出IGMPjoin消息直到接收到该频道的第一个组播包之间的时间。通常频道加入延时越短越好。

  频道重叠时间:如果系统频道切换采取接收到所请求频道的组播包之后才停止原频道的组播包的方式,则频道重叠时间即指接收到所请求频道的第一个组播包与接收到原频道的最后一个组播包之间的时间间隔。

  频道间隔时间:如果系统频道切换采取先停止原频道的组播包再接收所请求频道的组播包的方式,则频道间隔时间即指接收到原频道的最后一个组播包与接收到所请求频道的第一个组播包之间的时间间隔。

  三、其他考虑

  除了以上所讨论的性能测试指标之外,还有一些实际因素需要考虑并加以测试。

  系统的稳定性。由于IPTV视频系统大部分任务是提供娱乐性节目,用户在观看娱乐节目的过程中更注重节目的整体性和连贯性,因此,稳定性对于视频系统而言是十分关键的一点。用户在观看喜欢的视频节目时都带有浓厚的感情色彩,任何断流的情况都会极大地影响用户的欣赏效果,例如在用户观看电视剧的时候出现黑屏等现象。IPTV视频系统的稳定性包括:稳定的最大并发流数目/节目数目、稳定的节目带宽、长时间工作的稳定性。

  网络损伤因素。网络中的各种损伤对视频节目质量影响极大,网络中偶尔出现的损伤直接影响到用户对该视频节目的心理接受程度,其最直接的影响就是用户对视频图像质量的主观评价降低,例如网络线路误码率达到10E-6时,VOD节目可能出现明显的马赛克、画面变色、画面迟滞,在这种情况下,用户很有可能会终止此次视频点播。因此,应该仔细研究网络中各种损伤(包括延时、抖动、丢包、乱序、线路误码)对视频节目质量造成的破坏。在制定IPTV业务相关技术指标的时候,应该充分考虑到网络损伤对业务质量QoS的影响。

  四、结束语

  近年来,随着宽带建设的高速发展,视频流媒体服务已经成为互联网的最主要应用之一,IPTV系统是提供视频服务的一个最主要的切入点,目前,各大运营商已开始逐步向用户提供IPTV业务,IPTV试验网已经在国内多个城市进行试运行。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,IPTV技术正处在发展初期阶段,由于IPTV涉及的内容比较多,相关技术、业务仍处在研究过程之中。但随着技术的不断发展,IPTV业务的测试技术也将不断的成熟与完善,这也必然推进国内IPTV业务的发展。

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