（通信与信息系统专业论文）iptv网络协议监测技术的研究与应用.pdf

摘要 摘要 以i n t e r n e t 网络为平台，以m 流媒体为传输模式的i p t v 系统，彻底改变了传 统的定式、单向的广播电视消费模式，实现了媒体提供者和媒体消费者之间实质 性的互动，其未来发展己成为业界的焦点话题。 为减少网络故障，保障网络性能，如何实时评估和分析i p t v 网络性能是组网、 建网、运营和维护中的关键问题。虽然目前国内外有相关机构针对i p t v 网络协议 监测技术已经进行了一定的研究，但他们当中有的仅停留在理论阶段，有的实现 无法满足国内多种制式的需求。随着i p t v 业务在国内的逐步推广和深入，为i p t v 网络协议监测技术的研发提出了更高的要求。 本文以i p t v 网络测试仪的研发为背景，在介绍i p t v 网络概况和协议监测基 本技术的同时，给出了重要测试参数的提取方案，并重点完成了基于w i n d o w s c e 平台的i p t v 网络测试仪软件架构的设计与实现。本文的工作包括如下几个方面： 第一，在精读和全面分析p t v 视频流监测相关协议的基础上，对比阐述了 i p t v 网络监测指标的选取方案，并分析了相应的算法及提取流程。 第二，深入研究w i n d o w s c e 嵌入式操作系统的功能结构、进程( 线程) 调度、 内存管理、文件系统、图形界面等相关内容，并搭建软件开发环境，包括定制所 需的s d k 开发包和操作系统的剪裁与移植。 第三，针对仪表的功能需求和嵌入式系统的软硬件资源，提出了适合i p t v 测 试仪硬件环境的软件总体设计方案，并对所用的重要开发方法进行了分析。 第四，基于面向对象与模块化的设计理念，对i p t v 测试仪上层软件中主要模 块的实现进行了详细设计。重点包括i p t v 性能测试和以太网测试的软件工程实现 流程、网络拓扑发现技术的改良、测试数据库的管理以及图形界面的呈现。 第五，提出一个简明的i p t v 网络监测数据的分析预测模型。该模型基于数理 统计和时间序列预测的思想，为将来婵t v 后台分析系统的搭建提供了算法参考。 最后，指出了下一步研究与应用的难点和方向。 经测试表明，本文提出的基于i p t v 网络协议监测技术的软件实现方案能够在 硬件平台上稳定可靠地运行，代码具有较好的健壮性、有效性和可扩展性。 关键词：m t v ，测试指标，w m d o w s c e ，功能模块，数学模型 重庆邮电大学硕士论文 n a b s t r a c t t h e 口t vs y s t e m w h i c hr e g a r d st h ei n t e r a c ta sap l a t f o r ma n du s e si ps t r e a m i n gm e d i a t e c h n o l o g y a si t st r a n s m i s s i o nm o d e ，h a st o t a l l y c h a n g e dt h et r a d i t i o n a l ，f o r m a l i z e d a n d m o n o d i r e e t i o n a lc o n s u m p t i o np a t t e mo fr a d i a t e dt e l e v i s i o n i th a sa c h i e v e dt h es u b s t a n t i v e i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h em e d i ap r o v i d e r sa n dt h em e d i ac o n s u l l e t s t h ed e v e l o p m e n to fi p t v t e c h n o l o g yi nt h ef u t u r eh a sb e c o m eaf o c u st o p i ci nc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y i no r d e rt or e d u c en e t w o r kf a i l u r e sa n de n s u r en e t w o r kp e r f o r m a n c e ，h o wt oa s s e s sa n da n a l y z e t h er e a l t i m ep e r f o r m a n c eo fi p t vn e t w o r ki sc r i t i c a li n p l a n n i n g ，d e p l o y i n g ，m a n a g i n ga n d m a i n t a i n i n gn e t w o r k s a l t h o u g hs e v e r a lr e l a t e do r g a n i z a t i o n sa th o m ea n da b r o a dh a v ed o n es o m e r e s e a r c h e so nt h em o n i t o r i n gt e c h n o l o g yf o ri p t vn e t w o r kp r o t o c o l ，m e ya r er e s t i n go nt h e o r e t i c a l l e v e lo rc o u l dn o tm e e tt h ed e m a n d so fn a t i v em u l t i - s t a n d a r d a st h ei p t vs e r v i c ei s g r a d u a l l y e x t e n d i n ga n ds t u d y i n gi nad e e p g o i n gw a y , i ts e t sh i g h e rr e q u i r e m e n t sf o rp r o t o c o la n a l y s i s t h i st h e s i si ss e ti nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fi p t vn e t w o r ka n a l y z e r i th a sg i v e na g e n e r a li n a o d u c t i o nt ot h ea r c h i t e c t u r ea n dm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yf o ri p t vs y s t e m p r o v i d i n gt h e e x t r a c t i o np r o g r a m sf o ri m p o r t a n tt e s t i n gi n d e x e s t h ep a p e rf o c u s e so nt h ed e s i g na n di m p l e m e n to f a p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，w h i c ha r eb a s e do nw i n d o w s c ee m b e d d e ds y s t e mo fi p t va n a l y z e r t h em a i n c o n t e n t s0 ft l l i st h e s i sa r el i s t e d 雒f o l l o w s ： f i r s t l y , t h r o u g hc o m p r e h e n s i v es t u d yo ni p t vn e t w o r kp r o t o c 0 1 t h es e l e c t i o no fi n d e x e si n i p t vn e t w o r km o n i t o r i n gi se l a b o r a t e di nac o n t r a s t i v ew a y r e l a t e da l g o r i t h m sa n dp r o c e d u r e s a b o u tt h ee x t r a c t i o no fi n d e x e sa l ea l s oa n a l y z e d s e c o n d l y , t h i st h e s i sh a sp r o b e di n t ot h ef u n c t i o n a lc o n f i g u r a t i o n 、p r o c e s s ( t h r e a d ) s c h e d u l i n g 、 m e m o r ym a n a g e m e n t 、f i l es y s t e m 、g r a p h i c a li n t e r f a c e sa b o u tw i n d o w s c es y s t e m ，e x p l o r i n gh o wt o b u i l dt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta n dh o wt oc u s t o m i z eo p e r a t i o ns y s t e ma n ds d k w h i c hi sn e e d e d t h i r d l y , i na l l u s i o nt ot h ei n s t r u m e n t s f u n c t i o nr e q u i r e m e n t sa n dt h ee m b e d d e ds y s t e m ss o f t a n dh a r d w a r er e s o u r c e s ，t h i sp a p e rh a sp u tf o r w a r da l lo v e r a l ls o l u t i o nt ot h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e w h i c hi sf i tf o rt h eh a r d w a r ee n v i r o n m e n to ft h i st e s t e r t h em a j o rd e v e l o p i n ga p p r o a c h e sw e r ea l s o m e n t i o n e di nt h i st h e s i s f o u r t h l y , i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e s i g nc o n c e p t i o n so fo b j e c t - o r i e n t e da n dm o d u l a d z a t i o n , t h e p a p e rf o c u s e so nt h ed e t a i l e dd e s i g no ft h ei m p o r t a n tm o d u l e si nu p p e rl a y e rs o f t w a r e t h ek e y p o i n t si n c l u d et h es o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fi p t vp e r f o r m a n c et e s t i n ga n de t h e m e tt e s t i n g 、 i m p r o v e m e n ti nt h et e c h n o l o g yo ft o p o l o g yd i s c o v e r y 、m a n a g e m e n to ft e s t i n gd a t a b a s e 、a n d i l l 重庆邮电大学硕士论文 p r e s e n c eo ft h eg r a p h i c a li n t e r f a c e s f i f t h l y , t h i sp a p e rh a sb r o u g h tf o r w a r dam a t h e m a t i c a lm o d e lo nt h ep r o c e s s i n ga n dp r e d i c t i n g o ft h ei p t vm o n i t o r i n gd a t a t h i sm o d e l w h i c hi sb a s e do nt h ec o n c e p to fm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s a n dt i m es e r i e sp r e d i c t i o n , c o u l dp r o v i d e 龃a l g o r i t h m i cr e f e r e n c et oi p t vb a c k g r o u n da n a l y t i c s y s t e mi nt h ef u t u r e f i n a l l y , t h ed i f f i c u l t i e sa sw e l la st h et r e n do ff u r t h e rr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o na r ep o i n t e d o u t i tc 锄b ei n d i c a t e df r o mt h et e s tt h a tt h em e n t i o n e ds o f t w a r ew h i c hi sas o l u t i o nt om o n i t o r i n g t e c h n o l o g yf o ri p t vn e t w o r kp r o t o c o lc o u l d r u nr e l i a b l yo nh a r d w a r ep l a t f o r m ，a n dt h ec o d e sa r eo f h i g hr o b u s t n e s s v a l i d i t ya n ds c a l a b i l i t y k e yw o r d s ：i p t v t e s t i n gi n d e x , w i n d o w s c e ，f u n c t i o nm o d u l e ，m a t h e m a t i c a lm o d e l s i v 缩略字表 英文缩写 a d s l 嫩 b g p c a t c r c d f d n s e p g f p g a i c m 咿 i p t v i s m a m d i m l r o s p f p a t p c r p i d p m t p p p o e p s n r p t s q o e r t p i 盯s p s n m 咿 s t b x m l 中文译文 非对称数字用户环路 地址解析协议 边界网关协议 条件接收表 循环冗余码校验 延迟因素 域名系统 电子节目指南 现场可编程门阵列 互联网控制报文协议 交互式网络电视 缩略字表 互联网流媒体联盟 媒体传输质量指标 媒体丢包率 开放式最短路径优先 节目相关表 节目时钟参考 包标识符 节目映射表 基于以太网的点对点协议 峰值信噪比 播出时间标记 用户体验质量 实时传输协议 实时流传输协议 简单网络管理协议 机顶盒 可扩展标记语言 i x 英文全称 a s y m m e t r i cd i s t a ls u b s c r i b e rl i n e a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l c o n d i f i o n f la c c e s st a b l e c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k d e l a y f a c t o r d o m a i nn a m es y s t e m e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y i n t e r a c tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c o lt v i n t e r a c t i v ep e r s o n a lt v i n t e r a c ts t r e a m i n gm e d i aa l l i a n c e m e d i ad e l i v e r yi n d e x m e d i al o s s r a t e o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e p a c k e ti d e n t i f i e r p r o g r a mm a pt a b l e p o i n t t o p o i n tp r o t o c o lo v e re t h e m e t p e a ks i g n a lt on o i s er a t i o p r e s e n t a t i o nt i m es t a m p s q u a l i t yo fe x p e r i e n c e r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c o l s i m p l e n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l s e tt o pb o x e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 重庆邮电大学硕士论文 x 插图清单 插图清单 第一章 图1 1全球i p t v 相关的标准组织2 图1 2 数据分析过程1 0 图1 3 数据预测过程1 1 第二章 图2 1p t v 业务流程13 图2 2华为p t v 业务系统参考模型1 4 图2 3i s m a 的流传输过程16 图2 4i s m a 的流传输协议栈16 图2 5m p e g - 2t so v e ri p 方式的流传输过程17 图2 6 m p e g 2t so v e ri p 方式的流传输协议栈1 7 图2 7m p e g t s 模型和o s i 模型对比18 图2 8d t v 网络协议监测解决方案1 9 图2 9 m d i ：d f 的提取流程一2 3 图2 1 0m d i ：m l r 的提取流程j 2 4 图2 11 p c ra c 测试2 4 图2 1 2p c ro j 测试2 5 图2 13 p c r 字段构成2 6 图2 1 4p c r 参数提取流程2 6 图2 1 5 t s 数据包结构一：_ j 一2 7 第三章 图3 1测试仪的总体设计3 l 图3 2从仪表测试功能的角度划分软件结构。3 2 图3 3从软件实现模块的角度划分软件架构3 3 图3 4应用层的模块构成3 3 图3 5系统开发模式与流程3 4 图3 6操作系统移植与应用程序开发关联图3 6 图3 7 程序工程文件总体结构一3 8 第四章 图4 1仿真测试原理与方式4 1 图4 2侦听测试原理与方式4 2 图4 3 口t v 性能测试模块的软件实现流程4 4 x i 重庆邮电大学硕士论文 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 l 图4 1 2 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图4 1 7 图4 1 8 图4 1 9 图4 2 0 图4 2 l 图4 2 2 图4 2 3 图4 2 4 图4 2 5 图4 2 6 图4 2 7 图4 2 8 图4 2 9 i 玎p 包头的解析流程“ 以太网测试模块方案设计4 5 e t h e m e t i i 帧格式。4 6 目的m a c 地址获取流程4 7 w i n d o w s c e 基本通信模型4 8 i c m p 报文格式定义4 8 p i n g 的实现流程4 9 网络拓扑发现实现流程5 0 流式接口驱动工作原理5 1 串行通信流程模型。5 3 通过a p i 接口的交互流程5 5 测试数据的访问流程。5 9 a d s l 测试结果链表结构j 5 9 吞吐量测试数据存储结构定义：6 0 线程同步模式6 l 界面窗体结构6 2 i p t v 网络测试仪主界面6 6 线缆测试模块示意图。6 6 a d s l 测试模块示意图6 6 i p t v 性能测试“网络参数”示意图6 7 i p t v 性能测试“i p 速率”示意图6 7 以太网测试“时延测试”示意图。6 7 “p i n g ”功能示意图6 8 “拓扑发现”功能示意图6 8 m a c 信息统计的柱状图6 8 测试结果数据库示意图6 8 x i i 第一章绪论 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 i p t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt v i n t e r a c t i v ep e r s o n a lt v ) 也称交互式网络电视，是一 种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体以及通讯等多种技术于一体，向家庭 用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的新技术【l 捌。p t v 系统是一个相对 封闭的系统，其前端与有线电视节目、卫星电视的前端非常相似，即集成若干个 频道的电视直播节目，存储一定数量的视频点播节目，通常是在专门的网络上传 输。而终端则是电视机加机顶盒。与传统的电视业务相比，m t v 最大的特点在于 不仅可以开展具备个性化和实时交互特点的视频点播服务，还可以开展类似于传 统电信业务和互联网业务的其他增值服务。i p t v 的出现彻底改变了传统的定式、 单向的广播电视消费模式，实现了媒体提供者和媒体消费者之间实质性的互动 2 1 。 截止2 0 0 9 年1 2 月，全球i p t v 用户总数高达3 3 3 0 万，比2 0 0 8 年增长5 6 。之后几年 的全球i p t v 市场仍将保持高速增长，预计2 0 1 3 年i p t v 用户规模将达1 1 5 亿。 i p t v 技术的迅猛发展为基于i p 网络的流媒体业务服务质量提出了更高的要 求，因而针对i p t v 网络的性能监测显得尤为重要。成功现实i p t v 网络部署与运行， 就必须选择合理的视频质量监测指标，有效提高排查故障的效率，同时降低建设 监测系统的投入。对于i p t v 系统的监测，包括功能、性能和运维保障三个方面。 功能监测主要针对业务开展前期，对各个设备提供商进行i p t v 业务的功能测试； 性能监测则是在功能的基础上测试网络设备乃至整个运营网络的i p t v 业务运行能 力、吞吐量等；运维保障测试是在整个系统正常运营开始后，运营商开始放装用 户时，提供的系统保障监测。 到目前为止，国内大部分口t v 网络监测所需都来自于购买a g i l e n t 、i n e o q u e s t 等公司生产的设备，国内仅有一款信通s t 3 6 0i p t v 测试仪表，自主研发能力仍然 不足。由于标准制式的多样性，国外仪表往往难以满足中国现有的多种方案。而 s t 3 6 0 虽然支持多种架构，但其缺乏对千兆以太网测试以及对大规模数据处理的支 持，长远来看无法满足网络进一步发展的需要。因此迫切需要适合国内技术发展 形势、功能全面的i p t v 网络监测仪表，以供运营商进行坤t v 网络业务的日常维 护、故障诊断和业务开通测试。 本文面向确定的测试仪功能，针对i p t v 网络协议监测的理论基础、指标选取、 算法实现、结果呈现以及数据分析展开探索与实践。同时结合基于w i n d o w s c e 的 嵌入式应用程序开发，使得此m t v 网络协议监测的解决方案具备较强的通用性与 重庆邮电大学硕士论文 可移植性，能够广泛应用于高端手持终端系统的场合，并为将来国内的手持式通 信仪表的软件设计方面提供参考。 1 2i p t v 协议监测技术的发展现状 作为一个复杂的系统，i p t v 需要基于开放标准的技术来支撑。p t v 的标准 化在确保产品互联互通，降低产业整体发展成本的同时，往往还涉及许多知识产 权，因此对整个产业的发展至关重要，是竞争的制高点。全球各主要国家及各大 企业都高度关注p t v 的标准化工作，如欧洲( e t s i ) 、美国( a t i s ) 、日本( t t c ) 、韩 i 雪( t t a ) 和中i 雪( c c s a ) 等国家和地区的标准化组织都纷纷将i p t v 作为工作重点， 部分主要运营商和设备制造商还专门成立了旨在促进互操作的产业推进组织，譬 如开放p t v 论坛( o p e ni p t vf o r u m ) 、日本i p t v 论坛( i p t vf o r u mj a p a n ) 等。 与此同时，i t u t 作为信息通信行业标准化的官方组织，自2 0 0 6 年启动i p t v 标 准化相关工作以来，除了自身完成多项核心国际标准( 国际建议) 外，还在协调全球 i p t v 标准化活动方面发挥了重要作用【3 j 。 1 2 1 全球i p t v 标准化 目前全球范围内有多个国际和地区的标准化组织都在开展i p t v 相关标准和 技术规范的制定与推广工作，主要集中在欧洲、北美和亚洲( 中日韩，c j k ) 1 4 。各 主要组织及其相互关系如图1 1 所示。 c 圃一c 二二二j 垂二二 图1 1 全球i p t v 相关的标准组织 欧洲在m t v 标准研究和产业发展方面起步较早，因此具备较强的技术实力和 产业基础。在标准制定方面，欧洲数字电视广播标准组( d v b ) 早在2 0 0 3 年就着手 制定d v bo v a l i p 标准，其推广的m p e gt so v e ri p 标准被全球i p t v 系统广泛采 2 第一章绪论 用；其中间件标准m h p 也对i t u ti p t v 的中间件标准产生了重要影响。e t s i t i s p a n 小组近年来专注开发基于下一代网络n g n 的i p t v 标准，并正式将i p t v 纳入n g nr e l e a s e 2 中。t i s p a n 的n g ni p t v 标准有两个并行的方案，即n g n 集成口t v 和i m si p t v 。前者对应i t u ty 1 9 1 0 的n g n 非i m s 方案；后者基于 3 g p pc o m m o ni m s ，对应y 1 9 1 0 中的i m s 方案。t i s p a n 的技术路线与在n g n 中投入很大精力的欧洲设备商和运营商的路线一致，因而吸引了大批设备商和运 营商参与。此外，e t s i 还在2 0 0 8 年末成立了媒体分发( m c d ) t 作组，专门负责内 容分发体系的研究和标准化工作。 美国a t i s 的口t v 互操作论坛0 i f ) 成立于2 0 0 5 年，包括a t & t 、思科、北电、 b t 等在内的美国、加拿大和英国的i p t v 运营商和设备商都是a t i si i f 的参与者。 该组织主要关注i p t v 的体系架构、安全、接口、服务质量等方面，已经产生了体 系架构、d r m 互操作等很多重要成果，完成了面向直播业务的第一阶段标准，并 开始制定面向视频点播业务的第二阶段标准。2 0 0 9 年以来，又陆续发布了m t v 业务评估质量模型、设备远程管理和i p t v 组播应用等多项标准。同时，a t i si i f 也正致力于提高口t v 系统的开放性，引入更多互联网内容。 日本一直是i p t v 标准化研究最活跃的国家之一，在a r i b 、t t c 等国内标准 化组织开展i p t v 标准化研究的同时，还积极参与i t u t 的活动。特别是针对 i t u ti p t v 应用平台、终端和家庭网络等热点领域的研究都有比较集中的参与， n t t 、n e c 、o k i 和k d d i 等公司在i p l v 中间件、终端和家庭网络等方面也投入 了很大精力。此外，n t t 、索尼等日本1 5 家大型通信、家电、电视公司于2 0 0 8 年成立了日本i p t v 论坛，联手制定口t v 标准。 韩国t 1 a 于2 0 0 6 年3 月成立i p t v 项目组，启动了与i p t v 相关的业务平台、 q o s q o e 、d r m c a 互操作以及机顶盒互联互通等标准化工作，已经形成了基于 i p 专网的i p t v 标准系列。2 0 0 9 年启动的第二阶段工作主要关注n g ni p t v 的标 准化。韩国也一直是礤t vg s i 最活跃的国家之一，提案数和与会人数均占很大比 例。来自韩国的e t r i 、i c u 等组织的专家关注多个方面的议题，包括网络控制、 业务控制、d r m 互操作、中间件、元数据等。 中国通信标准化协会( c c s a ) i p 与多媒体工作委员会i p t v 特别工作组成立于 2 0 0 5 年8 月，着力研究和制定p t v 标准化工作。参加该工作组的单位几乎包含 了目前从事i p t v 业务开发、研究和运营的国内外所有企业。目前已完成了3 4 项 标准，其中9 项已经正式发布，形成了较为完善的标准体系。中国i p t v 标准采用 非n g n 架构，终端中间件采用w e b 技术体系，并于2 0 0 8 年成功解决了机顶盒互 联互通问题。中国作为i t u - ti p t v 标准化工作的发起成员之一，全面参与到口t v 国际标准的制定，是i f r u t 在i p t v 标准制定方面的中坚力量。中国代表团对i t u t 重庆邮电大学硕士论文 的p t v 体系结构、安全体系架构、网络控制框架、终端中间件、终端设备等主 要标准都有重要影响，技术路线被广泛接受。我国企业广泛参与i t u t 的口t v 标准制定，积极地将我国的成果输出到国际标准。涉及的范围包括终端、终端中 间件( 特别是基于w e b 的中间件) 、应用平台中的j a v a s c r i p t 扩展、受众测量 ( h i p t v 6 峋以及口t v 网络控制。 i t u tp t v ( 国际电联i p t v 焦点组) 的研究工作始于2 0 0 6 年，旨在协调全 球范围的标准化活动，促进国际i p t v 的互联互通。一方面各地区组织积极将成果 以提案的形式提交i t u t ；另一方面，i t u t 也及时与各组织沟通最新进展，协调 标准制定的差异。在i t u t 需求和架构等标准发布后，e t s i 、a t i s 等组织都积极 引用和参考。i t u t 在引领全球i p t v 标准研究，协调各国家和地区标准化活动中 发挥了重要作用。 1 2 2i p t v 网络监测解决方案及产品 虽然i p t v 标准尚未统一，但业界一些知名公司已致力于i p 测试的研究，提 出了一些方案和研发出一系列产品。 目前主要的测试方案【5 】包括：i x i a 公司提出的三重播放测试解决方案、安捷伦 公司展示的a g i l e n t n 2 x 多业务测试解决方案、思博伦公司提出的p t v 测试方案等。 这些方案侧重于研究部署i p t v 网络时需要的测试项，以及如何进行单个功能测试 和整体性能测试，以期为i p t v 技术研究机构、网络设备制造商和运营商在研究开 发m t v 相关设备及部署i p t v 网络时提供参考。 与此同时，国内外公司纷纷推出了一系列i p t v 监测产品，主要包括： i n e o q u e s t 公司推出的视频流监控产品i n e o q u e s ts i n g u l u sg 1 t ( 硬件平台) ， 以及控错l j s i n g u l u sg 1 t 的软件应用程序c o n t r o l l e r 和i q m e d i a m o n i t o r ，主要进行i p 视频流的捕捉及监控分析，识别话音和视频流，继而提供话音或视频流的传输质 量信息，当监测到某个流出现可疑情况时，可以将其调出进行具体分析。 j d s u 公司推出的h s t 3 0 0 0i p t v 手持测试仪器能够验证i p t v 业务连接性、 业务有效性与业务质量。主要模拟客户端给节目源发送数据，然后分析视频流的 q o s ，测试出p c r 抖动、时延和连续错误这三个重要的参数。 认公司于2 0 0 7 年出推出的最新版本的i x c h a r i o t 6 4 0 ，通过模拟实际应用 来预测网络结构的性能。通过模拟应用数据流( 包括数据、语音和视频) 来测试端到 端的性能和质量。测试指标包括吞吐量、延迟、抖动、m o s 和m d i 等。 山东信通s t 3 6 0i p t v 测试仪是2 0 0 9 年推出的，国内第一款专业的印t v 测试 仪。该仪表可以同时测试视频流的网络传输质量( 包括抖动、丢包、速率、m d i ：d f 4 第一章绪论 延时因素等) 、码流质量( t r l 0 12 9 0 - - 级告警) 和网络配置，同时兼具x d s l 测试功能。 总的来说，上述这些方案和产品针对i p t v 设备和系统的监测提供了一些工具 和可供参考的方法，但是在对于视频质量全面有效地评估方面仍然有所欠缺，测 试指标的选取以及制式兼容性方面存在局限性，距离实现对口t v 全网络协议的仿 真、侦听监测以及数据分析还有一定距离。 1 3 关键技术 本节介绍了文中针对i p t v 网络监测技术的应用研究涉及到的关键技术，包括 嵌入式技术、基于t r l 0 12 9 0 和r f c 4 4 4 5 的i p t v 性能测试、局域网维护工具的 开发与改良，以及i p t v 测试数据的分析与预测模型。 1 3 1 嵌入式w i n d o w s c e 操作系统 本文以手持式口t v 网络协议监测仪表的软件开发为基础，以w i n d o w s c e5 0 操作系统【6 j 作为平台实现嵌入式软件开发。这主要基于以下几方面考虑： 兼容性：w m d o w s c e5 0 支持多种c p u 类型：a r m 系列、m i p s 系列、 s h x 系列、x 8 6 系列处理器。 实时性：支持2 5 6 个优先级别和嵌套中断，能够满足各种设备类型的苛刻 性能要求。它使用“硬”实时响应这些中断请求，并具有蛉级别超低的中断服务例 程和中断服务线程延迟。 内存管理：支持将应用程序虚拟地址空间扩展到6 4 m b ，同时还支持内存 映射文件。除了允许数据文件映射到内存当中并建立类似于内存指针的引用之外， 还可以分配能够在多个进程之间进行共享的内存。虚拟内存空间映射可确保设备 能对内存进行最佳管理，以便于应用程序能够有效和无缝地运行。 通信平台及其网络性能：支持t c p i p 、i p v 6 、n e t w o r kd r i v e ri n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n ( r c d i s ) 5 1 、w i n s o c k2 0 、蓝牙( b l u e t o o t h ) 协议栈；提供核心服务器、 文件传输协议( f t p ) 服务器、远程访问点对点隧道协议服务器、文件和打印服务器 支持。 采用w i n d o w s 传统界面，具备良好的人机交互窗口，易用性很高。此外其 具备出色的媒体播放能力、安全性能以及文档编辑和浏览的性能；支持的接口丰 富，包括u s b 驱动2 0 和c f 卡，硬盘等。 鉴于w i n d o w s c e5 0 对手持式通信测试仪表软硬件的的良好支持，本项目的 开发与应用平台采用w m d o w s c e5 0 的嵌入式操作系统。 重庆邮电大学硕士论文 1 3 2 基于t r l 0 12 9 0 、r f c 4 4 4 5 的i p t v 性能测试 t r l 0 12 9 0 t 7 - 1 0 l e t s it r l 0 12 9 0 标准可以跨越不同的传输媒体，在对数字电视码流信号的监 测中非常重要，目前国际国内绝大多数的运营商和设备提供商均遵照此规范。根 据d v b 的t r l0 1 2 9 0 测试标准将d v b m p e g - 2t s 流的测试错误指示分为3 个等 级，每层告警针对不同程度的视频传输问题： 第一等级是可正确解码所必须的几个参数。这是严重的网络传输问题告警， 对视频观看有明显的影响； 第二等级是达到同步后可连续工作必须的参数和需要周期监测的参数。这一 级别主要针对音视频解码问题，一定情况下会对视频观看效果有影响。如音视频 不同步，频道切换速度等； 第三等级是依赖于应用的几个参数。这是更严格的告警级别，主要针对高要 求的视频传输。 第一级包括6 种错误：同步丢失错误、同步字节错误、p a t 错误、连续计数 错误、p m t 错误及p i d 错误，如表1 1 所示。 表1 1t r1 0 12 9 0 第一级告警参数 等级参数解释 第连续检测剑连续5 个正常同步视为同步，连续检测到2 个以上 _ _ 同步丢失错误不正确同步则为同步丢失错误。传输流失去同步，标志着传输 优过释中会有一部分数据丢失，直接影响解码后的画面质量。 先 当t s 包中同步字节字段值不是0 x 4 7 时视为同步字节错误。同 级 步字节错误传输数据仍是1 8 8 或2 0 4 包长，但同步字头的0 x 4 7 同步字节错误 被其他数字代替。这表明传输的部分数据有错误，严重时会导 致解码器解不出信号。 标识节日相关表p a t 的p i d 为0 x 0 0 0 0 。p a t 错误包括：p i d 没有至少0 5 s 出现一次、p i d 为0 x 0 0 0 0 的包中无内容、p i d 为 p a t 错误0 x 0 0 0 0 的包的包头中加密控制字段不为0 。p a t 丢失或被加密， 则解码器无法搜索剑相应节目；p a t 超时，则解码器工作时间 延迟。 t s 包头中的连续计数器是为了随着每个具有相同p i d 的t s 包 数目的增加而增加，为解码器确定正确的解码顺序。t s 包头连 连续计数错误 续计数不正确，表明当前传输流有丢包、包重叠、包顺序错现 象会导致解码器不能正确解码。 6 第一章绪论 节目映射表p m t 标识并指示了组成每路