（通信与信息系统专业论文）手持式iptv测试仪驱动程序的研究与开发.pdf

摘要 摘要 近年来，中国宽带互联网络发展迅速，基于i p 的各种互联网应用层出不穷。 其中，以宽带交互的新媒体，尤其以i p t v ( 交互式网络电视) 的发展，最为引入注 目。伴随着相关政策的出台以及运营牌照的下发，使得i p t v 业务正式步入商业运 营阶段。向终端用户提供具有q o s 和q o e 保障的综合业务是i p t v 业务评估中的 最终目标，为了解决i p t v 业务运营网络中出现的故障，保障用户拥有较高质量的 服务体验( q o e ) 。为此，设计一款适合运营商使用的手持式i p t v 测试仪是一个非 常有市场预期的研究课题。 本论文结合实验室项目“手持式i p t v 测试仪的研发”，对w m d o w sc e6 0 操 作系统下的以太网接口模块驱动程序及其关键技术进行了详细的分析和研究。使 得该测试仪可以工作在1 0 1 0 0 t 1 0 0 0 m 的网络环境下，满足不同客户的测试需求。 文章首先从现有应用背景和技术背景着手，描述了国内外i p t v 业务的发展状 况，分析了国内市场上现有i p t v 测试仪的不足，论述了开发一款适合国内运营商 使用的手持式i p t v 测试仪的必要性。接着介绍了手持式i p t v 测试仪的测试原理 和测试指标，分析了以太网的相关技术，简单介绍了w i n d o w sc e6 0 操作系统的 特性、系统架构、开发工具以及相应的开发流程。然后结合测试仪的功能需求， 提出了测试仪的总体设计方案，方案从硬件、软件和驱动三个个角度来实现。硬 件设计方面，根据测试仪的功能需求，设计了系统硬件整体电路；软件方面主要 介绍了系统解析软件的功能和处理流程；驱动方面主要结合现有的技术，分析了 三种以太网接口模块的方案，论证了本文设计方案的可行性，在此基础之上，完 成了驱动模块的硬件电路设计、驱动模型选择，并对驱动程序涉及的中断处理和 电源管理作出简要介绍。而后在对a s i x 公司的a x 8 8 1 8 0m a c 芯片和m a r v e l l 公司8 8 e l l l lp h y 芯片结构与工作原理分析的基础上，开发了以太网接1 3 模块的 驱动程序，基于模块化的思想将整个网卡驱动划分为初始化模块、中断处理模块、 数据收发模块、信息查询与设置模块、电源管理模块和重启与停止模块等六个小 模块，编写配置文件，完成驱动的编译、安装。最后，优化系统的启动时延和电 源功耗，完成驱动程序的调试。 通过测试表明，该测试仪的系统稳定，以太网接口模块驱动程序运行正常， 达到了预期的目标，对同类产品的开发具有一定的指导意义。 关键词：i p t v ，测试仪，w m d o w sc e6 0 ，网卡驱动程序，以太网接口 重庆邮电大学硕士论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，c h i n e s eb r o a d b a n di n t e r n e td e v e l o p m e n ti sr a p i d t h e r ei sv a r i o u s i n t e r n e ta p p l i c a t i o n sb a s e do ni pi n t e r n e t a m o n gt h e m , t h en e wm e d i aw i t hb r o a d b a n d i n t e r a c t i o n , e s p e c i a l l y , i p t v ( i n t e r a c t i v en e t w o r kt v ) w a st h em o s tc o n s p i c u o u s w i t h t h ep r o m u l g a t i o no fr e l e v a n tp o l i c i e s ，a sw e l la so p e r a t i o nl i c e n s ei s s u e d ，w h i c hm a d e i p t vi n t ot h ec o m m e r c i a ls t a g e p r o v i d et h es e r v i c ew i mq o sa n dq o et ot h ee n du s e r i st h eu l t i m a t ec r i t e r i ai ni p t 、，s e r v i c ee v a l u a t i o n i no r d e rt os o l v et h ei p t vo p e r a t i o n p r o b l e m , a n de n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo fn e t w o r ke q u i p m e n t , a n de n s r r eu s e r sh a v e h i g h e rq u a l i t ys e r v i c ee x p e r i e n c e t h e r e f o r e ，t od e s i g nah a n d h e l df o ri p t vo p e r a t o r s t e s t e ri sav e r ye x p e c t e dm a r k e tr e s e a r c h t h i sp a p e rc o m e sf r o mt h el a b o r a t o r yp r o j e c to fh a n d h e l di p t vt e s t e rb a s e do n w - m d o w sc ed e v e l o p m e n t i ta n a l y s i s e da n dr e s e a r c h e dt h ee t h e m e ti n t e r f a c em o d u l e d r i v e ra n dk e yt e c h n o l o g i e su n d e rt h ew i n d o w sc e6 0o p e r a t i o ns y s t e m , a n dm a d et h e t e s t e rw o r k e da t10 10 0 10 0 0 mn e t w o r ke n v i r o n m e n tw h i c hc a ns a t i s f yc u s t o m e r s 、析t l l t e s t i n gr e q u i r e m e n t s t h ea r t i c l e b e g i n s f r o ma l l e x i s t i n ga p p l i c a t i o nb a c k g r o u n da n dt e c h n i c a l b a c k g r o u n d i td e s c r i b e st h ei p t vb u s i n e s sd e v e l o p m e n ts i t u a t i o na td o m e s t i ca n d a b r o a d , a n a l y z e st h ed o m e s t i cm a r k e te x i s t i n g i p t vt e s t e rh a ss o m ei n s u f f i c i e n t s ， d i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n to fas u i t a b l ed o m e s t i co p e r a t o r st ou s eh a n d h e l dt e s t e ri p t v n e c e s s i t y t h e np a p e ri n t r o d u c e s h a n d h e l di p t vt e s t e rt e s t i n g p r i n c i p l e sa n dt e s t i n d i c a t o r s ，a n a l y z e st h er e l e v a n tt e c h n o l o g yo f t h ee t h e m e ti n t e r f a c e a l s oi th a sab r i e f i n t r o d u c t i o no ft h ew i n d o w sc e6 0o p e r a t i n gs y s t e mf e a t u r e s ，s y s t e ma r c h i t e c t u r e ， d e v e l o p m e n tt o o l sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gd e v e l o p m e n tp r o c e s s t h e nt h ep a p e rp r o v i d e s t h eo v e r a l ld e s i g no ft e s t e r , i n c l u d i n gh a r d w a r e ，s o f t w a r ea n dd r i v e rs o l u t i o n s h a r d w a r e d e s i g n , a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h et e s ti n s t r u m e n t , d e s i g n e dt h e s y s t e mh a r d w a r ec i r c u i t ；s o f t w a r em a i n l yi n t r o d u c e ss y s t e ma n a l y t i cs o f t w a r ef u n c t i o n s a n dp r o c e s s e s ；w i t ht h ee x i s t i n gt e c h n o l o g y , a n db a s e do nt h ea n a l y s i st ot h r e ep r o j e c t o fe t h e r n e ti n t e r f a c em o d u l e ，t h i sp a p e rd e m o n s t r a t e dt h ef e a s i b i l i t yo ft h i sd e s i g n , c o m p l e t e dt h ed e s i g no fh a r d w a r ea n dt h es e l e c t i o no fd r i v e rm o d e l ，a l s ot h ed r i v e r m a k eab r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ei n t e r r u p th a n d l e ra n dp o w e rm a n a g e m e n t t h e nb a s e d o nt h ea n a l y s i st h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fa s i xa x 8 818 0m a c c h i pa n d m a r v e l l8 8 el111p h yc h i p ，d e v e l o p e dt h ee t h e r n e ti n t e r f a c em o d u l ed r i v e r , t h e i i i 重庆邮电大学硕士论文 n e t w o r kc a r dd r i v e rm o d u l ei n c l u d i n gt h ei n i t i a l i z a t i o nm o d u l e ，i n t e r r u p tp r o c e s s i n g m o d u l e ，d a t at r a n s c e i v e rm o d u l e ，i n f o r m a t i o nq u e r ya n d s e tt h em o d u l e ，p o w e r m a n a g e m e n tm o d u l ea n dr e s e ta n ds t o pm o d u l eb a s e do nm o d u l a rt h o u g h t ；t h e nw r i t e t h ec o p l f i g u r a t i o nf i l e ，c o m p l e t et h ed r i v e rc o m p i l a t i o na n di n s t a l l a t i o n f i n a l l y , t h i s p a p e rm a k e st h ea p p r o p r i a t eo p t i m i z a t i o nt ot h es y s t e ms t a r t u pd e l a ya n dp o w e r c o n s u m p t i o n , c o m p l e t e st h ed r i v e rd e b u g g i n g t h r o u g ht h ed e b u g g i n gs h o wt h a tt h et e s t e rs y s t e mr a ns t a b i l i t y , e t h e m e ti n t e r f a c e m o d u l ed r i v e ro p e r a t e dn o r m a l l y i ta c h i e v e dt h ee x p e c t e dg o a lb a s i c a l l y , a n di th a s c e r t a i ns i g n i f i c a n c et ot h ed e v e l o p m e n to fs i m i l a rp r o d u c t s k e yw o r d s ：i p t v ，t e s t e r ，w i n d o w sc e 6 0 ，n i cd r i v e r ，e t h e m c ti n t e r f a c e i v 缩略语 英文缩写 b s p c a g r c d n c p e d f d h c p d s s i f e c g i i p t v i r p k i t l l l c n l 蛇 d d m d i 皿i b i m 儿r n d i s c o i d p c s p d d p m a p m d q o e q o s r s 中文译文 板级支持包 复合年增长率 内容传递网络 用户终端 延时因子 动态主机设置协议 驱动服务提供接口 前向纠错编码 吉比特介质无关接口 互联网协议电视 i o 请求包 独立与内核的传输层 逻辑链路控制 介质访问控制 模型设备驱动 媒体传输质量指标 介质相关接口 管理信息库 介质无关接口 媒体丢失率 网络驱动接口规范 网络接口卡 对象标识符 物理编码子层 平台相关驱动 物理介质连接子层 物理介质相关子层 服务体验 服务质量 调和子层 缩略语 英文全称 b r o a ds y s t e mp a c k e t c o m p o u n d a n n u a lg r o w t hr a t e c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k c u s t o m e rp r e m i s ee q u i p m e n t d e l a yf a c t o r d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o e o l d n v e rs e r v i c ep r o v i d e ri n t e r f a c e f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o i l g i g a b i tm e d i ai n d e p e n d e mi n t e r f a c e i n t e m e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n i 0r e q u e s tp a c k e t k e r n e li n d e p e n d e mt r a n s m i tl a y e r l o g i c a ll i n kc o n t r o l m e d i aa c c e s sc o n t r o l m o d e ld e v i c ed r i v e r m e d i ad e l i v e r yi n d e x m e d i ad e p e n d a n ti m e f f a c e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e m e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e m e d i al o s s r a t e n e t w o r kd r i v e ri n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n n e t w o r ki n t e r f a c ec a r d o b j e c ti d e n t i f i e r p h y s i c sc o d i n gs u b l a y e r p l a t f o r md e p e n d e n c ed r i v e r p h y s i c sm e d i a a t t a c h m e m p h y s i c sm e d i ad e p e n d a n t q u a l i t yo fe x p e r i e n c e q u a l i t yo fs e r v i c e r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r 重庆邮电大学硕士论文 s e i e s s o f t d i t d r t s u t p 5 v c t 咖 串行接口 帧起始定界符字段 传输层驱动接口 虚拟电缆测试 传输视频流 5 类非屏蔽双绞线 虚拟电缆测试 w i n d o w s 管理设备 x s e r i a l i z e r d e s e r i a l i z e r s t a r t - o f - f r a m ed e l i m i t e r t r a n s p o r td r i v e ti n t e r f a c e t i m ed o m a i nr e f l e c t o m e t r y t r a n s p o r ts t r e a m u n s h i e l d e dt w i s t e dp a i r e d 。 v i r t u a lc a b l et e s t e r w m d o w sm a n a g e m e n ti n s t r u m e n t a t i o n 本文约定 本文约定 为方便书写与阅读，本文做出如下约定： 寄存器描述： 在论文中，使用r e g i s t e r _ p a g e b i t ：b i t , r e g i s t e r _ p a g e b i t , r e g i s t e r b i t ：b i t 或者r e g i s t e r b ! t 形式的缩略语。 例如： r e g i s t e r o p a g elb i t s5t 0 2 可以描述成01 5 ：2 r e g i s t e r0p a g e1b i t s5 可以描述成01 5 r e g i s t e r2b i t3t o0 可以描述成2 3 ：0 r e g i s t e r2b i t3 可以描述成2 3 注意：为了使这种页机制正确的工作，寄存器2 2 1 5 必须被设置为0 来禁止自动介 质选择。 引脚描述： 引脚类型 h i o i o p u p d d z m a 定义描述 带有滞后的输入 输入和输出 只输入 只输出 内部上拉 内部下推 打开流( d r a i n ) 输出 三态输出 d c 下沉容量( s i n kc a p a b i l i t y ) x i 重庆邮电大学硕士论文 i 插图清单 插图清单 第一章 图1 1 研究方法示意图。3 第二章 图2 1 i p t v 系统功能结构图5 图2 2 手持式i p t v 测试仪现场应用图6 图2 3 以太网m a c 帧的基本格式：8 图2 4i e e e 8 0 2 3 以太网参考模型1 0 图2 5w i n d o w sc e6 0 的系统架构1 2 图2 6w m d o w sc e 系统的开发流程一j 1 4 第三章 图3 1 整体设计方案图1 6 图3 2 系统硬件模块图1 7 图3 3 手持式i p t v 测试仪软件模块图19 图3 4 系统软件处理流程图2 0 图3 5 系统方案二2 2 图3 6 系统方案三2 2 图3 7 以太网接口模块框图( 铜缆接口) ：2 3 图3 8 以太网接1 2 1 模块框图( 光纤接口) 。2 3 图3 9 系统以太网接口电路图2 4 图3 1 0 单层和分层驱动程序。2 5 图3 1l 流接口驱动模型2 6 图3 1 2 内核模式驱动与用户模式驱动一2 7 图3 1 3w m d o w sc e 网络体系结构一2 8 图3 1 4w i n d o w sc e 的中断处理流程3 0 图3 1 5 电源管理架构示意图3 l 图3 1 6 系统电源状态的转换3 2 第四章 。 图4 1 以太网接口模块框图3 3 图4 2a x 8 8 18 0 的功能框图3 4 图4 3w m c e 网卡驱动原理图4 l 图4 4 网卡驱动接口实现流程4 2 图4 5 网卡驱动模块结构框图4 4 重庆邮电大学硕士论文 图4 6d r i v e r e n t r y 模块的流程图。4 5 图4 7 网卡驱动的工作流程。：4 6 图4 8 中断处理流程图4 8 图4 9 数据包发送流程图5 0 图4 10 数据包接收流程图5l 图4 1 1a x 8 818 0 驱动程序工程文件目录5 6 第五章 图5 1 交叉编译环境：6 0 图5 2 测试程序运行时t d 【3 ：0 】的对应电平6 l 图5 3 网卡驱动的加载过程。6 l 图5 4w 如c et e s tk i t 测试6 2 图5 5 系统电源管理监视器j 6 2 图5 6 网络工具测试界面图6 3 图5 7p i n g 测试结果图“ 图5 8t r a c e r t 路由跟踪测试( 主机) “ 图5 9t r a c e r t 路由跟踪测试( 红岩主页) 6 5 图5 1 0f t p 测试6 5 v 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，随着全球范围内通信基础建设和网络技术的飞速发展，宽带成本迅 速下降，宽带接入用户的数量急剧上升。目前，宽带用户绝大多数都是通过p c 机 接入宽带网络，而我国电视机的普及率却远远高于p c 机，为了使普通电视用户也 能享受到宽带带来的好处，i p t v 业务迅速发展起来。 为了能够让更多的人接受i p t v 确切的定义，同时，满足全球i p t v 国际标准 的需求。国际电信联盟i t u t 焦点组f f g i p t v ) 于2 0 0 6 年7 月的第一次会议上初步 确定了i p t v 的定义，即在p 网络上传送包含电视、视频、文本、图形和数据等， 并提供服务质量和服务感受( q o s q o e ) 保证、安全、交互性和可靠性的可管理的多 媒体业务i l 】。因此，i p t v 是一种可管理的、需要服务质量和安全保证的多媒体业 务。同时，也是一种明显有别于互联网上不可控不可管、质量和安全没有保证状 态的流媒体应用。 从上述定义可以看出，保证良好的服务质量和用户体验是大规模推广i p t v 业 务的关键所在。由于i p t v 业务是一种基于i p 互联网络的业务，对i p 承载网络和 接入网络有一定的要求。当i p 网络出现较大数据流时，容易产生网络的时延、抖 动甚至丢包等现象，进而影响用户在频道切换速度、节目的图像质量、播放的流 畅性等方面的体验。由于各地的i p t v 网络在部署架构、技术规格和网络设置等方 面存在着不同，这些差异将直接导致运营商在日常的网络开通、维护工作中面临 许多新的挑战。因此，研究一款适合我国市场上现有技术规格手持式i p t v 测试仪 具有重大的现实意义。 1 2 国内外发展现状 1 2 1 国外发展现状 自1 9 9 9 年英国v i d e on e t w o r k s 公司推出i p t v 业务以来，i p t v 一直是市场关 注的新兴技术，国外的许多电信运营商相继进入i p r 、，市场。据m r g 的最新报告 显示，从现在到2 0 1 4 年，全球i p t v 用户的复合年增长率( c a g r ) 将达2 5 ，到 2 0 1 4 年底用户数量将达1 0 2 亿 2 1 。 重庆邮电大学硕士论文 目前国外已有的i p t v 测试仪包括安捷伦的n 2 x 仪表，主要测试i p t v 网络设 备进行性能，可模拟复杂的三重播放业务；思博伦公司的a x 4 0 0 0 主要衡量机项 盒和服务器之间网络架构的整体性能，可以模拟大量用户使用i p t v 业务的行为， 同时能够提供非常详细的用户可配置参数3 1 。此外，还有i n e o q u e s t 公司的s t 3 6 x 和美国i x i a 公司的i x c h a r i o t 等在市场上较为广泛使用的i p t v 测试仪。 1 2 2 国内发展现状 i p t v 作为三网融合的一种新兴业务，不仅在国外受到广泛关注，在国内也保 持着稳定快速增长态势。2 0 1 0 年6 月6 日，国务院副总理张德江召开国家三网融 合协调小组会议，通过了三网融合试点方案第五稿1 4 1 。这就预示着在政策环境逐步 明朗的环境下，i p t v 业务将会吸引越来越多的用户。截至2 0 1 0 年年底，根据流 媒体网统计，中国i p t v 市场用户规模约为8 0 0 万，预计2 0 1 1 年底的全国用户规 模将接近1 2 0 0 万t 5 l 。尽管如此，我国的i p t v 业务仍处于运营起步阶段，国内i p t v 的技术标准尚未确定，各设备提供商的产品缺乏严格的测试。测试和维护工作很 大程度上依赖于i p t v 测试仪。 目前国内已有的i p t v 测试仪主要由山东信通的s t 3 6 0l p t v 测试仪，兼备 x d s l 测试功能，可同时测试视频流的网络传输质量( 抖动、丢包、速率、m d i 、 d f 延时因素等) 、码流质量( i s ot r l 0 12 9 0 三级告警) 和网络配置 6 1 。重庆理念 i t - 5 6 9 0 系列i p t v 测试仪，兼具x d s l 测试功能，可同时支持a d s l 、a d s l 2 + 、 i p t v 、v o i p 和i s p 业务的测试。此外，还有重邮东电、重庆贝诺齐和北京中创信 测等公司的i p t v 测试仪都已在市场上开始了应用。 据统计，在国内的手持式i p t v 测试仪市场上，进口仪表仍然占据了大部分市 场份额。一方面，国外的i p t v 测试仪基本都是通用平台化设计加i p t v 测试中间 件，其中绝大部分资金投入到通用平台设备中，而且这些仪表多为英文界面，按 键操作，显示界面狭小，价格昂贵，难以满足国内需求量日渐增长的要求。另一 方面，国产i p t v 测试仪表刚刚起步，技术不够成熟，对部分测试指标的支持不够 全面，或者对我国制定中的行业标准后续跟进不够及时。因此，研制一款价格相 对低廉，使用方便，支持测试指标比较全面，适合国内运维人员使用的手持式i p ， 测试仪是十分必要的。 2 第一章绪论 1 3 研究内容和方法 1 3 1 研究内容 本文研究的手持式i p t v 测试仪主要是针对国内i p t v 业务进行实时监测。以 太网接口是i p t v 测试仪的一个重要接口，通过对以太网接口芯片驱动程序的设 计，可以有效的支持1 0 1 0 0 1 0 0 0 m b p s 以太网数据传输，配合f p g a 模块和a r m 主控模块，完成整个i p t v 网络的性能指标测试，因此该以太网接口驱动程序的研 究价值极高。 论文的主要研究内容包括： ( 1 ) 硬件平台的搭建和设计 硬件平台设计的主要工作是根据功能需求，选择合适的以太网m a c 芯片和 p h y 芯片，阅读芯片手册，并设计合理的电路原理图。 ( 2 ) 软件平台的分析和设计 本文设计的软件平台是基于w i n d o w sc e6 0 ( 简称w m c e6 0 ，下同) 嵌入式操 作系统基础上进行的，重点研究了w i i l c e6 0 操作系统下驱动程序模型、中断处 理以及电源功耗，最终完成了驱动程序的开发与测试。 菇 秽 1 3 2 研究方法 本文研究的方法路线是先进行软硬件方案设计，然后建立开发环境，进行驱 动程序的开发和操作系统的定制，最后完成系统的编译和调试。如图1 1 所示。 图1 1 研究方法示意图 3 重庆邮电大学硕士论文 1 4 论文结构安排 全文共分六章进行阐述。其中： 第一章：绪论。介绍了手持式i p t v 测试仪的研究背景和国内外发展现状，重 点分析了现有市场上i p t v 测试仪的不足，阐述了开发一款支持1 0 1 0 0 1 0 0 0 m b p s 以太网手持式i p t v 测试仪的必要性。 第二章：i p t v 测试仪相关技术简述。在介绍i p t v 系统架构的基础上，全面 分析了手持式i p t v 测试仪的应用场景和需要完成的测试指标，并对以太网技术和 w i n c e6 0 操作系统进行了较为细致的研究。 第三章：i p t v 测试仪系统方案设计。包括系统总体方案设计、系统硬件平台 设计、系统软件平台设计以及驱动程序模块设计。其中，在驱动模块设计中，通 过详细对比三种以太网接口硬件电路设计方案和w m c e6 0 系统下的不同驱动模 型，完成了以太网接口模块的硬件电路设计，并选取了适合该方案的驱动程序设 计模型，最后较为深入的研究了驱动程序中的中断处理和电源管理。 第四章：驱动程序的设计与实现。本章为论文的重点，在介绍a x 8 8 1 8 0 芯片 和8 8 e 1 1 1 l 芯片特点和工作原理的基础上，详细设计了各个功能模块，完成了以 太网接口模块驱动程序的开发，并实现了驱动的安装。 第五章：系统优化与驱动测试。首先对系统启动速度过慢和功耗过大的缺点 进行了适当的优化。然后搭建测试环境，在实验室环境下，使用w m d o w sc e6 0 系统自带的驱动程序测试工具t e s tk i t 对驱动程序进行测试，验证驱动模块开发的 正确性和稳定性。 第六章：对全文所做的工作进行总结，并对未来手持式i p t v 测试仪表的发展 方向提出了改进意见，为下一步的完善提供技术参考。 4 第二章i p t v 系统技术简述 第二章i p t v 测试仪相关技术简述 手持式i p t v 测试仪的研究是建立在对i p t v 系统架构和以太网传输知识的了 解之上，本章兼顾手持式测试仪表的嵌入式操作系统，并对测试仪开发所需要的 相关知识做简要介绍，为后文驱动程序的开发打下理论基础。 2 1i p t v 系统 i p t v 也可称为交互式网络电视，它是利用以太网或者有线电视网等宽带网络 基础设施，以多媒体计算机或家用电视机加上网络机顶盒作为主要终端设备，集 互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，基于互联网络协议( i p ) 向家庭用户提供 包括数字电视节目在内的多种交互式数字媒体服务的崭新技术。这种技术不仅可 以向用户提供数字广播电视、v o d 点播、视频录像等宽带业务，还可以将互联网 浏览、电子邮件的收发以及多种在线信息咨询、娱乐、教育功能结合在一起，实 现真正意义上的互动【_ 7 。 2 1 1p t v 体系架构 根据中国通信标准化协会和i t u t 的已有成果，i p t v 系统主要由内容发布平 台、业务质量监控平台、业务提供平台、本地接入网、传输处理、以及鉴权和计 费等部分组成。从网络运维人员的角度来划分，i p t v 包括内容提供者，业务提供 者，网络提供者和终端用户四个基本功能框架，如图2 1 所示。 l 内容提供者| 业务提供者 网络提供者 l 终端用户 习 i l 一 。籀缢琵凌兹渤缢磁澎缸趁盔盔珑么幽翻澎毖毖缢缢蕴幽。：盆。山池。让。越。；幺翅 厂 厂 圈 图2 1i p t v 系统功能结构图 1 ) 节目制作系统：该系统将原始的节目源转换成适合网络传输的流媒体节目源。 2 ) 业务提供系统：该系统由业务支撑、业务管理、业务导航、内容分发和其他增 5 圈田圈 重庆邮电大学硕士论文 值业务子系统构成。业务支撑和业务管理子系统用于实现关于业务控制、用户 管理、媒体资产管理、认证计费以及网络管理等功能；业务导航子系统是i p t v 业务的门户，为最终用户的节目消费提供导航；内容分发子系统由若干流媒体 服务器组成，是i p t v 系统的核心组件，主要负责i p t v 系统媒体内容的存储、 分发和管理。 3 ) 网络承载系统：主要包括i p 骨干网络、城域网络和宽带接入网络等，它是承 载i p t v 业务的物理介质，提供内容的传递。i p t v 系统可以支持各种网络承 载形式，也可以支持各种接入方式，如x d s l 接入、l a n 接入、e p o n g p o n 接入【3 】。此外，还支持p p p o e 或者d h c p 的上网方式。 4 ) 用户终端系统：用户终端系统负责接收、存储和播放i p t v 节目流媒体数据、 电子节目指南( e p g ) 等信息。目前i p t v 业务支持的典型终端设备包括个人电 脑、电视加上机顶盒以及3 g 智能手机三种形式。其中，最主要的一种观看i p t v 方式是电视机加上机项盒。 2 1 2 口t v 测试原理 手持式i p t v 测试仪主要应用于i p t v 业务最后一公里的线路开通和故障排 查。在国内，运营商集中发展的i p t v 用户主要分两类：普通用户( 家庭用户) 和大 客户( 比如酒店、政企用户) 。对于普通用户，i p t v 业务的接入主要以x d s l 为主， 有少量的f t t x 方式；对于大客户，i p t v 业务的接入主要以光纤接入到用户终端， 然后通过以太网交换机分发到各个楼层1 9 1 。因此，本文研究开发的测试仪主要支持 这两种的i p t v 业务的测试和维护。 i p t v 测试仪 图2 2 手持式i p t v 测试仪现场应用图 图2 2 是一种常见的手持式i p t v 测试仪的测试应用情景。图中的黑点表示 i p t v 测试仪的监测点，此监测点为家庭网络监测点。当发生故障或者接收到客户 的q o e 投诉时，在排除i p t v 业务网络中的常规错误之后，故障依旧没有解决或 6 第二章i p t v 系统技术简述 者无法确定错误的根源，这就需要运维人员配备手持式i p t v 测试仪到用户终端进 行故障诊断和排除。 在图2 2 所示的i p t v 测试仪应用的网络环境中，可以将i p t v 业务数据的处 理流程可以概括为：首先是视频前端对节目内容的制作和采集，通过编码器将节 目压缩成具有广播级质量的m p e g 2 、m p e g - 4 、a v s 或h 2 6 4 等格式的数字码流， 经过语法的预分析，被分割成固定长度的段，每个段被数字加密后打成r t p 包以 单播或组播的方式播放出去或者存储到流媒体服务器中，然后加密服务器对流数 据进行加密，授权管理服务器提供密钥，e p g 服务器显示新发布的节目，c d n 管 理服务器通过核心网将节目从中心节点流媒体服务器按策略分发到边缘节点上， 由网络边缘上的服务器向终端用户提供服务，并通过接入网络将流媒体引入用户 终端显示。 2 1 3p t v 测试指标 根据客户的访问调查，不同的用户对i p t v 测试关注的重点也不尽相同。本课 题研究的手持式i p t v 测试仪主要应用于i p t v 网络开通阶段和运维阶段。其作用 体现在：在开通阶段，可以在用户端进行i p t v 业务连通性测试，也可以进行i p t v 承载网端到端的q o s 性能测试，验证i p t v 承载网性能是否能够达到i p t v 业务的 瓣 要求。在运维阶段，主要在用户终端对i p t v 网络的q o e 指标进行测试，针对投 诉问题进行故障排查，解决在运营网络中无法确定的故障。 合理的测试指标能够帮助运维人员准确的判断故障类型和提高基层维护人员 的工作效率。由于i p t v 是基于i p 宽带网络接入的，为了正确评估手持式i p t v 测 试仪的性能，因此，提出以下主要测试指标： ( 1 ) 满足r f c 2 5 4 4 基本测试要求【1 0 】。指标包括：吞吐量、时延和抖动、丢包 率和背靠背帧数等。 ( 2 1 满足r f c 4 4 4 5 媒体传输质量指标m d i 基本测试要求【l 。m d i 主要由两 个参数组成：延时因子d f 和媒体丢失率m l r 。 ( 3 ) 针对m p e g 2t s 封装的视频流，提供t r1 0 l2 9 0 三级告警评价指标【1 2 1 。 依据告警的重要性，将t s 传输视频流的错误测试分为三个等级。第一优先级为 t s 流被解码的必备条件，主要用于t s 流的基本测量。如果出现t s 同步丢失的错 误，则其他测量结果无效。第二优先级主要用于对t s 流进行连续或者周期性的监 测。第三优先级主要用于与应用相关的监测。该级的参数对图像的质量影响较小。 ( 4 ) 满足i p 连接性基本测试要求。指标包括：p i n g 、路由跟踪、支持d n s 的 应答响应等。 7 重庆邮电大学硕士论文 2 2 以太网技术 测试仪主要负责以太网接口的维护，包括以太网、快速以太网和千兆以太网接 口的维护。因此，本节重点介绍以太网的相关技术知识。 2 2 1 以太网技术概述 以太网技术是在i e e e8 0 2 3 系列标准中定义的，目前主要有四类( 但主流应用的 是前三类) ：1 0 m b p s 标准以太网、1 0 0 m b p s 快速以太网、1 0 0 0 m b p s 千兆以太网和 1 0 g b p s 万兆以太网i l 引。 测试仪以1 0 1 0 0 m b p s 以太网接1 2 维护为主，对少量千兆以太网主要考虑两种接 口：基于1 0 0 0 b a s e t 物理层标准的普通4 对5 类以上双绞线和1 0 0 0 b a s e x 物理层标准 的光纤接口。其中，1 0 0 0 b a s e t 是专门为在5 类双绞线上进行千兆数据传输而设计 的。它采用双绞线的全部四对芯线作