CN101742358B - 网络电视质量的测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

为解决现有技术IPTV质量测试方法及装置存在的功能单一、测试效率不高和携带不方便等问题,本发明提出一种网络电视质量的测试方法及装置。本发明网络电视质量的测试方法采用主动发送测试数据到目标网络并接收返回的测试数据进行测试;并能够以三种不同方式实现网络连接。本发明网络电视质量的测试装置以大规模现场可编程逻辑阵列FPGA和多种特定用途集成电路ASIC为基础构建,集成度高,不仅可以实现目前业内公认IPTV测试标准,还能较容易的实现扩展,实为方便实用、功能完备、可操作性强的手持式IPTV测试仪。

Description

网络电视质量的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及到通信网络质量的测试技术,特别涉及到交互式网络电视质量的测试方法及装置。
背景技术
交互式网络电视(以下简称为IPTV)是一种利用宽带互联网的基础设施,集有线电视网、互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体,向授权用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。IPTV基于宽带IP传输网,利用宽带接入技术,是一种个性化、交互式的崭新的媒体服务形态。
随着IPTV用户容量的不断上升和用户服务需求的不断提升,IPTV的业务维护和服务质量问题接踵而至,而解决这些问题则需要对网路传输质量和传输性能等进行测试。目前,国内现有技术IPTV测试方法存在以下缺陷:1、测试功能单一,不能满足现场多种技术参数的测试需求;2、测试效率不高,基于纯软件的协议解析等测试方法在大数据量(如电信局端)测试时,不能满足要求;3、携带不方便,体积大,采用分离设备连接后才能完成测试,现场测试需要拼装,可操作性较差,很不方便。
发明内容
为解决现有技术IPTV质量测试方法及装置存在的功能单一、测试效率不高和携带不方便等问题,本发明提出一种网络电视质量的测试方法及装置。本发明网络电视质量的测试方法采用主动发送测试数据到目标网络并接收返回的测试数据进行测试;并能够以三种不同方式实现网络连接。本发明网络电视质量的测试装置以大规模现场可编程逻辑阵列FPGA和多种特定用途集成电路ASIC为基础构建,集成度高,不仅可以实现目前业内公认IPTV测试标准,还能较容易的实现扩展,实为方便实用、功能完备、可操作性强的手持式IPTV测试仪。
本发明网络电视质量的测试方法采用主动发送测试数据包到目标网络并接收返回的测试数据包进行测试;并且,能够以本地局域网、本地电话线接入网和光网络三种不同方式实现网络连接。
本发明网络电视质量的测试方法采用主动发送测试数据包到目标网络并接收返回的测试数据包进行测试,包括:系统根据不同的测试项目生成相应的测试数据包,发送到网络目的地址并接收返回的测试数据包,并对返回的测试数据包进行分析;并且,设置有保证测试时效性的超时机制;其中:所述测试数据包的内容包括命令和测试项目;所述网络目的地址可以是IPTV服务器的地址,或者是是本地局域网内的任何一台或多台主机的地址,或者是测试系统本身的地址。
进一步的,本发明网络电视质量的测试方法根据不同的测试项目生成相应的测试数据包,发送到网络目的地址并接收返回的测试数据包,并对返回的测试数据包进行分析,其测试项目包括:IP包质量参数测试、因特网包探索器Ping,即Packet InterNet Groper,连通性测试、路由跟踪Trace Route测试和网络拓扑图测试;其中:
(1)IP包质量参数测试:利用IP流量发生器自发自收IP包,分析相应的时间戳和包数量参数,由此计算IP包的时延、抖动和丢包率等;
(2)Ping连通性测试:测试装置发出标准最小长度,即64字节,的以太网帧后,接收并判断是否为发出的以太网帧,验证与远程计算机的连接;
(3)Trace Route测试:通过发送专用测试数据包到目的设备,直到其返回,测量测试数据包往返所需的时间;一条路径上每个设备的Trace Route测试要进行三次,输出结果中包括每次测试的时间和设备的名称及其IP地址;其中,所述专用测试数据包为每次发送3个40字节的数据包,内容包括源地址、目的地址和数据包发出的时间标签;
(4)网络拓扑图测试:指网络层的网络拓扑图测试,结合网间控制报文协议ICMP和地址解析协议ARP以及简单网络管理协议SNMP,对指定的网络进行活动设备的检查,得到所有的活动设备,然后,通过SNMP取得设备的基本信息,根据基本信息确定设备类型,再根据设备类型取得相应设备的详细信息,并以此获取和维护网络节点的存在信息和它们之间的连接关系信息,在此基础上绘制出整个网络拓扑图,以便于在拓扑图的基础上对故障节点进行快速定位。
本发明网络电视质量的测试方法能够以局域网、电话线接入网和光网络三种不同方式实现网络连接,包括:
(1)利用10/100/1000M以太网自适应媒体接入控制MAC功能,通过网络数据处理模块的RJ-45电接口与本地局域网连接;
(2)通过媒体无关接口MII与非对称数字用户环线ADSL模块连接,ADSL模块利用自身的调制解调功能通过RJ-11接口与本地电话线接入网连接;
(3)利用低功耗吉比特收发器GTP的对高速模拟信号的模数转换和逆转换功能,通过网络数据处理模块的小型可插拔SFP光纤接口实现100/1000M光网络的连接。
本发明网络电视质量的测试装置以大规模现场可编程逻辑阵列FPGA和多种特定用途集成电路ASIC为基础构建;其中,FPGA作为测试系统主要的硬件平台,其内部嵌入了以太网自适应媒体接入MAC控制、低功耗吉比特收发器GTP控制、协议数据解析过滤、数据转发、IP流量发生器、IPTV服务指标提取、高频脉冲发生器、动态随机存取存储器SDRAM控制器和总线接口功能模块;ASIC作为特定功能模块的基础,包括ADSL处理芯片、音视频解码芯片、微控制器芯片、网络数据处理芯片、充电芯片和电压转换芯片。
进一步的,本发明网络电视质量的测试装置中作为主要硬件平台的现场可编程逻辑阵列FPGA的内部嵌入了以太网自适应媒体接入MAC控制、低功耗吉比特收发器GTP控制、协议数据解析过滤、数据转发、IP流量发生器、IPTV服务指标提取、高频脉冲发生器、动态随机存取存储器SDRAM控制器和总线接口功能模块;其中:
MAC控制模块负责与MII接口通信,完成测试系统的数据接收和发送功能;
GTP控制模块通过差分数据线与外部的SFP模块联接,并将处理后的并行数据传送给MAC控制模块;
协议数据解析过虑模块解析各种与IPTV相关的网络协议并根据MAC帧的帧头部将测试数据分发至相关功能模块;
IP流量发生器模块根据测试项目的不同生成相应的测试数据包;
IPTV服务指标模块提取IPTV服务质量指标参数;
高频可控脉冲模块控制FPGA的内部锁相环PLL电路产生高频可控脉冲;
SDRAM控制器模块通过控制接口总线控制外部SDRAM芯片;
接口总线模块控制各功能模块之间和FPGA与外部特定功能模块之间的数据传输。
再进一步的,本发明网络电视质量的测试装置中协议数据解析过虑模块解析的各种与IPTV相关的网络协议,包括:因特网协议IP、用户数据报协议UDP、实时传输协议RTP、媒体传送流TS、实时传输流协议RTSP、传输控制协议TCP和因特网组管理协议IGMP。
再进一步的,本发明网络电视质量的测试装置中IPTV服务指标模块提取的IPTV服务质量指标参数,包括:媒体流传送指标MDI、视频传送流MPEG TS质量指标和频道切换性能指标;其中,媒体流传送指标MDI主要指延迟系数DF和媒体丢失率MLR;视频传送流MPEGTS质量指标主要指同步丢失错误、同步字节错误、包标识PID错误、连续计数器错误和节目时钟基准PCR;频道切换性能指标则主要指频道切换时间。
进一步的,本发明网络电视质量的测试装置以特定用途集成电路ASIC作为特定功能模块的基础,包括ADSL处理芯片、音视频解码芯片、微控制器芯片和网络数据处理芯片、充电芯片和电压转换芯片,其中:
ADSL测试模块以ADSL处理芯片为基础,主要进行ADSL网络性能指标的测试;
音视频处理模块以音视频解码芯片为基础,通过MII接口与FPGA连接,处理包含音视频信息的TS数据包,实现音视频解码并通过S端子输出视频;
微控制器模块以微控制器芯片为基础,通过总线接口FPGA连接,控制和调度系统各模块有序工作,承载测试平台的操作系统,运行应用程序响应用户请求;
网络数据处理模块以网络数据处理芯片为基础,实现以太网电信号的接入,并处理数据链路层中与传输媒体有关的媒体接入控制MAC协议;
电源管理模块以充电芯片和电压转换芯片为基础,控制系统的供电和电力补充。
再进一步的,本发明网络电视质量测试装置的网络数据处理模块处理数据链路层中与传输媒体有关的媒体接入控制MAC协议,包括:通过标准电接口或光接口与局域网或者骨干网网络连接,并实现网络数据编码格式的变换或者数据信号类型的转换;其中,所述网络数据编码格式的变换包括曼彻斯特码8B/10B的转换;所述数据信号类型的转换包括光电信号的转换。
附图说明
附图1是本发明网络电视质量的测试方法及装置实施例的原理框图;
附图2是本发明网络电视质量的测试方法及装置的FPGA内部功能原理框图。
下面结合附图及具体实施方式对本发明网络电视质量测试方法及装置作进一步的说明。
具体实施方式
附图1是本发明网络电视质量的测试方法及装置实施例的原理结构框图。
由图可知,本发明网络电视质量的测试方法及装置能够以本地局域网、本地电话线接入网和光网络三种不同方式实现网络连接,其中:
(1)利用10/100/1000M以太网自适应媒体接入控制MAC功能,通过网络数据处理模块的RJ-45电接口与本地局域网连接。网络数据处理模块以网络数据处理芯片为基础,它与测试系统的外部接口RJ-45相连,与测试系统的内部接口MII连接,实现以太网电信号的接入。
(2)通过媒体无关接口MII与ADSL模块连接,ADSL模块利用自身的调制解调功能通过RJ-11接口与本地电话线接入网连接。ADSL测试模块以ADSL处理芯片为基础,它提供ADSL参数指标的网络性能指标测试,并通过串口与微控制器模块的串口1连接。
(3)利用低功耗吉比特收发器GTP控制器对高速模拟信号的模数转换和逆转换功能,通过网络数据处理模块的小型可插拔SFP光纤接口实现100/1000M光网络的连接。SFP光纤接口为光电转换模块,其转换后的信号在SFP光纤接口与FPGA之间为高速模拟电信号,FPGA的GTP控制器具有高速模数转换功能,实现以太网光信号的连接。
现有技术网络电视质量的测试方法通常被动接收来自目标网络的数据进行测试,首先根据数据包的包头对收到的网络数据进行识别,过滤掉目的地址与本地地址不一致的数据包,将有效数据包交给上一层处理。这种测试方法是目前IPTV测试中较多采用的方式,也是完成IPTV测试不可缺少的方式。但是,这种被动接收测试的方法存在目的性差、全面性差和准确性差等缺陷。本发明网络电视质量的测试方法采用主动发送测试数据包到目标网络并接收返回的测试数据包进行测试,包括:系统根据测试不同的项目生成测试数据包,发送到网络目的地址并接收返回的测试数据包,并对返回的测试数据包进行分析;并且,设置有保证测试时效性的超时机制;其中:所述测试数据包的内容包括命令和测试项目;所述网络目的地址可以是IPTV服务器的地址,或者是是本地局域网内的任何一台或多台主机的地址,或者是测试系统本身的地址。
进一步的,本发明网络电视质量的测试方法系统根据测试不同的项目生成测试数据包,发送到网络目的地址并接收返回的测试数据包,并对返回的测试数据包进行分析,其测试项目包括:IP包质量参数测试、因特网包探索器Ping,即Packet InterNet Groper,连通性测试、路由跟踪Trace Route测试和网络拓扑图测试;其中:
(1)IP包质量参数测试:利用IP流量发生器自发自收IP包,分析相应的时间戳和包数量参数,由此计算IP包的时延、抖动和丢包率等;
(2)Ping连通性测试:测试装置发出标准最小长度,即64字节,的以太网帧后,接收并判断是否为发出的以太网帧,验证与远程计算机的连接;
(3)Trace Route测试:通过发送专用测试数据包到目的设备,直到其返回,测量测试数据包往返所需的时间;一条路径上每个设备的Trace Route测试要进行三次,输出结果中包括每次测试的时间和设备的名称及其IP地址;其中,所述专用测试数据包为每次发送3个40字节的数据包,内容包括源地址、目的地址和数据包发出的时间标签;
(4)网络拓扑图测试:指网络层的网络拓扑图测试,结合网间控制报文协议ICMP和地址解析协议ARP以及简单网络管理协议SNMP,对指定的网络进行活动设备的检查,得到所有的活动设备,然后,通过SNMP取得设备的基本信息,根据基本信息确定设备类型,再根据设备类型取得相应设备的详细信息,并以此获取和维护网络节点的存在信息和它们之间的连接关系信息,在此基础上绘制出整个网络拓扑图,以便于在拓扑图的基础上对故障节点进行快速定位。
显然,发明网络电视质量的测试方法采用主动发送数据测试的方法具有良好的灵活性和全面性的优点,能够根据测量环境控制测试数据包的各种参数,如特性、速率、包大小、类型等。主动测量能够按照测量者的意图进行,容易进行场景仿真。
由图可知,本发明网络电视质量的测试装置以大规模现场可编程逻辑阵列FPGA和多种特定用途集成电路ASIC为基础构建;其中,FPGA作为测试系统主要的硬件平台,其内部嵌入了以太网自适应媒体接入MAC控制、低功耗吉比特收发器GTP控制、协议数据过滤、数据转发、IP流量发生器、IPTV服务指标提取、高频脉冲发生器、动态随机存取存储器SDRAM控制器和总线接口功能模块;ASIC作为特定功能模块的基础,包括ADSL处理芯片、音视频解码芯片、微控制器芯片、网络数据处理芯片、充电芯片和电压转换芯片。大规模现场可编程逻辑阵列FPGA优秀的网络数据处理能力和可编程特性,不仅实现并行计算,而且实现一些控制功能。而特定用途集成电路ASIC的采用,不仅减少了大量的开发工作,并且,由于ASIC的专有特性大大提高系统运行的可靠性和效率。显然,FPGA和ASIC的有机结合,既能有效提高测试系统的性能,又较为容易实现未来的技术升级。
附图2是本发明网络电视质量的测试方法及装置的FPGA内部功能原理框图。由图可知,本发明网络电视质量的测试装置中作为主要硬件平台的现场可编程逻辑阵列FPGA的内部嵌入了以太网自适应媒体接入MAC控制、低功耗吉比特收发器GTP控制、协议数据过滤、数据转发、IP流量发生器、IPTV服务指标提取、高频脉冲发生器、动态随机存取存储器SDRAM控制器和总线接口功能模块。在本实施例中,MAC控制模块负责与MII接口通信,完成测试系统的数据接收和发送功能;GTP控制模块通过差分数据线与外部的小型可插拔SFP光纤接口联接,并将处理后的并行数据传送给MAC控制;协议数据解析过虑模块解析各种与IPTV相关的网络协议并根据MAC帧的帧头部将测试数据分发至相关功能模块,有用且不需要转发的数据,交给IPTV服务指标提取模块并由IPTV服务指标模块提取IPTV服务质量指标参数;有用且需要转发的数据,通知数据转发模块来读取数据,转发模块根据数据协议类型将数据发送到音视频处理模块或者是微控制器模块;无用或者损坏的数据则直接丢弃。IP流量发生器模块根据测试项目的不同生成主动测试需要的相应的测试数据包;SDRAM控制器模块通过控制接口总线控制外部SDRAM芯片;高频可控脉冲模块控制FPGA的内部锁相环PLL电路产生高频可控脉冲;接口总线模块控制各功能模块之间和FPGA与外部特定功能模块之间的数据传输。其中,协议数据解析过虑模块解析的各种与IPTV相关的网络协议包括:因特网协议IP、用户数据报协议UDP、实时传输协议RTP、媒体传送流TS、实时传输流协议RTSP、传输控制协议TCP和因特网组管理协议IGMP;IPTV服务指标模块提取的IPTV服务质量指标参数,包括:媒体流传送指标MDI、视频传送流MPEG TS质量指标和频道切换性能指标;其中,媒体流传送指标MDI主要指延迟系数DF和媒体丢失率MLR;视频传送流MPEG TS质量指标主要指同步丢失错误、同步字节错误、包标识PID错误、连续计数器错误和节目时钟基准PCR;频道切换性能指标则主要指频道切换时间。
由附图1还可知,本发明网络电视质量的测试装置以特定用途集成电路ASIC作为特定功能模块的基础,包括ADSL处理芯片、音视频解码芯片、微控制器芯片和网络数据处理芯片、充电芯片和电压转换芯片,其中:
ADSL测试模块以ADSL处理芯片为基础,主要进行ADSL网络性能指标的测试;
音视频处理模块以音视频解码芯片为基础,通过MII接口与FPGA连接,处理包含音视频信息的TS数据包,实现音视频解码并通过S端子输出视频;
微控制器模块以微控制器芯片为基础,通过总线接口FPGA连接,控制和调度系统各模块有序工作,承载测试平台的操作系统,运行应用程序响应用户请求;
网络数据处理模块以网络数据处理芯片为基础,实现以太网电信号的接入,并处理数据链路层中与传输媒体有关的媒体接入控制MAC协议;
电源管理模块以充电芯片和电压转换芯片为基础,控制系统的供电和电力补充。
其中,网络数据处理模块处理数据链路层中与传输媒体有关的媒体接入控制MAC协议,包括:通过标准电接口或光接口与局域网或者骨干网网络连接,并实现网络数据编码格式的变换或者数据信号类型的转换;其中,所述网络数据编码格式的变换包括曼彻斯特码8B/10B的转换;所述数据信号类型的转换包括光电信号的转换。

Claims (2)

1.一种网络电视质量的测试方法,其特征在于:采用主动发送测试数据包到目标网络并接收返回的测试数据包进行测试;并且,能够以本地局域网、本地电话线接入网和光网络三种不同方式实现网络连接;
所述采用主动发送测试数据包到目标网络并接收返回的测试数据包进行测试,包括:系统根据不同的测试项目生成相应的测试数据包,发送到网络目的地址并接收返回的测试数据包,并对返回的测试数据包进行分析;并且,设置有保证测试时效性的超时机制;其中:所述测试数据包的内容包括命令和测试项目;所述网络目的地址可以是IPTV服务器的地址,或者是本地局域网内的任何一台或多台主机的地址,或者是测试系统本身的地址;
所述根据不同的测试项目生成相应的测试数据包,发送到网络目的地址并接收返回的测试数据包,并对返回的测试数据包进行分析,其测试项目包括:IP包质量参数测试、因特网包探索器Ping,即Packet InterNet Groper,连通性测试、路由跟踪Trace Route测试和网络拓扑图测试;其中:
(1)IP包质量参数测试:利用IP流量发生器自发自收IP包,分析相应的时间戳和包数量参数,由此计算IP包的时延、抖动和丢包率;
(2)Ping连通性测试:测试装置发出标准最小长度,即64字节,的以太网帧后,接收并判断是否为发出的以太网帧,验证与远程计算机的连接;
(3)Trace Route测试:通过发送专用测试数据包到目的设备,直到其返回,测量测试数据包往返所需的时间;一条路径上每个设备的Trace Route测试要进行三次,输出结果中包括每次测试的时间和设备的名称及其IP地址;其中,所述专用测试数据包为每次发送3个40字节的数据包,内容包括源地址、目的地址和数据包发出的时间标签;
(4)网络拓扑图测试:指网络层的网络拓扑图测试,结合网间控制报文协议ICMP和地址解析协议ARP以及简单网络管理协议SNMP,对指定的网络进行活动设备的检查,得到所有的活动设备,然后,通过SNMP取得设备的基本信 息,根据基本信息确定设备类型,再根据设备类型取得相应设备的详细信息,并以此获取和维护网络节点的存在信息和它们之间的连接关系信息,在此基础上绘制出整个网络拓扑图,以便于在拓扑图的基础上对故障节点进行快速定位。
2.根据权利要求1所述网络电视质量的测试方法,其特征在于:该网络电视质量的测试方法能够以局域网、电话线接入网和光网络三种不同方式实现网络连接,包括:
(1)利用10/100/1000M以太网自适应媒体接入控制MAC功能,通过网络数据处理模块的RJ-45电接口与本地局域网连接;
(2)通过媒体无关接口MII与非对称数字用户环线ADSL模块连接,ADSL模块利用自身的调制解调功能通过RJ-11接口与本地电话线接入网连接;
(3)利用低功耗吉比特收发器GTP的对高速模拟信号的模数转换和逆转换功能,通过网络数据处理模块的小型可插拔SFP光纤接口实现100/1000M光网络的连接。 
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