3G网络承载流媒体业务性能评估系统和方法

摘要

本发明公开了一种评估3G网络承载流媒体业务性能的系统和方法。该系统包括流媒体发生装置和流媒体接收装置。流媒体业务发生装置接入在核心网分组域中，用于发送一路或多路流媒体，流媒体采用RTP over UDP封装；流媒体接收装置，用于在空口接收流媒体发生装置发送的流媒体，根据接收的流媒体来获得MDI指标以评估网络承载流媒体业务的性能。本发明根据3G网络的无限传输特性，评估在3G网络中点播流媒体业务的主观性能和客观指标，为3G网络质量对承载流媒体质量的影响情况进行定量分析。

说明书

技术领域

本发明涉及3G(3rd-generation，第三代)网络中流媒体承载技术，尤其涉及一种3G网络承载流媒体业务性能评估系统和方法。

背景技术

近些年来，流媒体技术应用正变得越来越普及。通过流媒体技术，用户不必等到整个视频文件全部下载完毕，只需经过几秒或十数秒的启动时延即可进行观看视频。随着3G时代的到来，以流媒体为代表的视讯业务更是令人关注。

流媒体业务与传统上网、下载业务不同，它对网络端到端的传输有特殊的要求，要满足一定得带宽、丢包率和时延抖动。随着流媒体在3G网络中应用推广，3G网络对承载流媒体的能力需要作出一个定量的评估。需要在不同无线环境下、固定状态下、移动状态下、网络空闲状态下、网络繁忙状态下，对3G网络承载流媒体的能力，以及网络对流媒体质量的影响情况进行定量分析。分析的结果对流媒体业务在3G网络中的发展，对3G网络的优化都有非常重要的意义。

通常网络优化过程并不对业务质量作评估，而是仅对接入带宽进行评估。但是，不同的业务，对网络承载的要求是不同的，不能只评估接入带宽。现在对3G网络质量的传统评估方法主要包括：

1)分析无线网络覆盖状况，用Ec/Io信噪比、无线链路带宽和空口误码率指标衡量。该评估方法仅表明无线部分的带宽是够的，但并不表明其是否能持续地提供足够的带宽，是否能够保证延时抖动，是否能保证基站切换的时候平滑。

2)通过FTP(File Transfer Protocol，文件传输协议)下载来衡量带宽。该评估方法仅针对FTP业务，FTP是基于TCP(TransmissionControl Protocol，传输控制协议)的业务，FTP带宽反应不出端到端的带宽是否恒定、IP(Internet Protocol，因特网互联协议)丢包有多少、端到端的抖动有多少。

因而，对于流媒体这种对网络有特殊需求的业务，需要一种新的系统和方法来评估3G网络性能。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种3G网络承载流媒体业务性能评估系统和方法。

本发明提供一种3G网络承载流媒体业务性能评估系统，包括：

流媒体发生装置，接入在3G网络的分组域核心网中，用于发送一路或多路流媒体，该流媒体采用RTP over UDP封装；

流媒体接收装置，用于在空口接收流媒体发生装置发送的流媒体，根据接收的流媒体来获得MDI(Media Delivery Index，媒体传输质量指标)指标以评估网络承载流媒体业务的性能。

进一步，该流媒体业务性能评估系统还包括网络损伤仪，位于流媒体发生装置和流媒体接收装置之间的链路上，对流媒体进行抖动、丢包、和/或时延操作。

进一步，流媒体接收装置还用于当发现MDI指标劣化时，获得无线链路的相关参数以判断无线网络状态。

进一步，该流媒体业务性能评估系统还包括路测用车，流媒体接收装置位于路测用车上，以获得移动状态下流媒体的MDI指标。

本发明提供一种3G网络承载流媒体业务性能评估方法，包括：

接入3G分组域的流媒体发生装置获得位于无线环境下的流媒体接收装置的IP地址；

流媒体发生装置根据IP地址向流媒体接收装置发送流媒体；

流媒体接收装置接收流媒体，获得MDI指标以评估网络承载流媒体业务的性能。

进一步，该方法还包括：通过网络损伤仪对流媒体进行抖动、丢包、和/或时延操作，其中，网络损伤仪位于流媒体发生装置和流媒体接收装置之间的链路上。

进一步，该方法还包括：当MDI指标劣化时，通过获得无线链路的相关参数判断无线网络状态。

本发明提供的3G网络承载流媒体业务性能评估系统和方法，能够在不同应用场景下，对于3G网络承载流媒体服务器的业务的能力进行定量分析，判断网络存在的问题，为流媒体业务在3G网络中的发展，对于3G网络的优化有着很重要的意义。

附图说明

图1示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估系统的一个实施例的结构图；

图2示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方法的一个实施例的流程图；

图3示出本发明的一个应用例的示意图；

图4示出本发明的另一个应用例的示意图；

图5示出本发明的又一个应用例的示意图；

图6示出本发明的又一个应用例的示意图；

图7示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

图1示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估系统的一个实施例的结构图。如图1所示，该流媒体业务性能评估系统包括流媒体发生装置11和流媒体接收装置12。其中，流媒体发生装置11，接入在3G网络的分组域核心网中，发送一路或多路流媒体，该流媒体采用RTP(Real-Time Transport Protocol，实时传输协议)over UDP(UserDatagram Protocol，用户数据包协议)封装。流媒体接收装置12用于在空口接收流媒体发生装置11发送的流媒体，根据接收的流媒体来获得MDI指标，以评估网络承载流媒体业务的性能。

根据本发明的流媒体业务性能评估系统的一个实施例，该系统还包括网络损伤仪13。网络损伤仪13位于流媒体发生装置11和流媒体接收装置12之间的链路上，对该流媒体模拟抖动、丢包、和/或时延操作。

根据本发明的一个实施例，流媒体接收装置位于按照预定路径移动的路测用车上以获得移动状态下流媒体的MDI指标。当流媒体接收装置还用于当发现MDI指标劣化时，获得无线链路的相关参数以判断无线网络状态。

图2示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方法的一个实施例的流程图。

如图2所示，在步骤202，接入3G分组域的流媒体发生装置获得位于无线环境下的流媒体接收装置的IP地址。

在步骤204，流媒体发生装置根据IP地址向流媒体接收装置发送流媒体。

在步骤206，流媒体接收装置接收该流媒体，获得MDI指标以评估网络承载流媒体业务的性能。当MDI指标劣化时，流媒体接收装置获得无线链路的相关参数以判断无线网络状态。

此外，还可以通过网络损伤仪对流媒体进行抖动、丢包、和/或时延操作。网络损伤仪位于流媒体发生装置和所述流媒体接收装置之间的链路上。

根据本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方法的一个实施例，将流媒体接收装置位于按照预定路径行驶的路测用车上，获得MDI指标结合无线链路参数以评估移动状态下网络承载流媒体业务的性能。

图3示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方案的一个应用例的示意图。该应用例的环境配置图如图3所示，包括流媒体服务器31、视频客户端32和网络损伤仪33。视频客户端32采用PC机上VLC或者quicktime等视频播放软件，通过上网卡连接以太网(ETHERNET)。流媒体发生装置和流媒体接收装置分别位于流媒体服务器31和视频客户端32，都采用IxChariot软件。采用网络损伤仪33模拟网络的丢包、抖动、延时情况，

应用上述测试环境分别进行流媒体平台测试、多用户接入业务测试、空口容量测试和网络传输特性测试。

其中，流媒体平台测试是针对目前流媒体服务器上的各种编码方式(例如，H.264和MPEG4)的视频流进行测试，分析各种视频流的不同编码格式对于视频质量的影响。通过流媒体服务器31上的流媒体发生装置发送各种编码格式的视频流，经过网络损伤仪33模拟网络的丢包、抖动和延时情况，在视频客户端32的流媒体接收装置获得接收的流媒体的MDI指标。通过各种编码格式的视频流的测试指标的对比，获得各种视频流的不同编码格式对于视频质量的影响。此外还包括流媒体平台输出视频流的质量。

多用户接入业务测试是检验采用3G网络中接入多台客户端点播流媒体服务器的视频流，观看各个客户端视频流的质量，也是用户对于视频流的主观感知。

空口容量测试是客户端采用3G网络接入，在单个用户接入时，流媒体接收装置检测出用户所占的带宽，以及在极限情况下多用户在保障视频无丢包情况下接入3G网络点播流媒体服务器视频所占用的带宽。

3G网络传输特性，是在3G网络中承载恒定码率的视频(由流媒体发生装置模拟产生)，在固定位置的流媒体接收装置检测出3G网络传输的MDI指标。

图4示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方案的另一个应用例的示意图。该实施例主要用于无线空口拥塞后验证用户间带宽挤占机制。该应用例的环境配置如图4所示，流媒体发生装置41位于C网分组域，一个或者多个流媒体接收装置42通过3G无线上网卡和网络相连。流媒体发生装置41和流媒体接收装置42都采用IxChariot软件。客户端采用PC机上VLC或者quicktime的视频播放软件，和流媒体接收装置位于相同的PC机上。

该应用例可以用于测试在单用户情况下的最大视频流量、一个扇区多用户情况下的最大视频流量、以及在这些情况下的MDI的指标。客户端分别向流媒体发生装置请求视频流，按照时间接入的先后顺序，在客户端分别接收视频流，在总流量超过限定流量后，验证后接入的用户是否会挤占之前的用户的带宽，在流媒体接收装置处获取MDI指标，查看这些用户端的丢包、抖动、延时情况。

图5示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方案的又一个应用例的示意图。该应用例主要测试客户端采用手机终端点播流媒体业务。该应用例的环境配置如图5所示，流媒体服务平台51通过以太网连接到内网；网络损伤仪53位于流媒体服务器平台51和内网之间的链路上，用于模拟网络的丢包、抖动、延时情况；手机终端52作为客户端连接到C网分组域。流媒体发生装置和流媒体接收装置分别位于流媒体服务平台51和手机终端52上，流媒体发生装置和流媒体接收装置采用IxChariot软件。流媒体接收装置记录点播流媒体视频流的MDI指标，客户端采用手机终端进行点播视频流(手机型号涵盖了高端、终端、低端型号)进行主观评价。测试流程包括：

1)手机拨号，分别点击各种被测流(不同带宽、点播和直播等)；

2)网络损伤仪选择被测流，分别作抖动、丢包和时延操作；

3)观察手机影视质量变化和流媒体接收装置的MDI指标。

图6示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方案的又一个应用例的示意图。该应用例主要用于测试移动情况下用户端点播流媒体业务的质量。如图6所示，该测试环境包括流媒体服务平台61、流媒体发生装置62、流媒体接收装置63、视频客户端64和路测用车65。其中，流媒体接收装置63和视频客户端64位于路测用车65上。本应用例采用QPST、QXDM无线信道测试工具(软件+上网卡+笔记本)，并提供路测用车65，以及推荐测试路径。视频客户端64用上网卡+笔记本点播现网视频流，观察实际业务质量。流媒体发生装置62采用IxChariot软件，接入在分组域核心网模拟流媒体服务器的视频流，在移动的情况下观察模拟流媒体服务器视频流的质量状况，并采用流媒体接收装置63获取视频流的MDI指标。

判别3G的无线信道有以下三个重要参数：

1)Best Asp SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)

SINR是该接入点接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号(噪声和干扰)的强度。是判定该点网络状况的主要依据。通常SINR越大，就代表该信道质量好，传输差错低。一般为正值以上，代表网络基本良好。反之，负值越大，代表网络环境越差。

2)Pilot PN

EDVO网络移动导频信息。它显示在该接入点的3G网络中能接收到的各基站发出的不同导频PN号及相应强度(dB)。

3)导频及DRC数率

表示该接入点在3G网络中目前占用的导频码和预需占用带宽。是跟踪该接入点移动中导频切换、预占带宽和SINR强度的重要依据。

在测试过程中主要记录分析如下问题：

1)SINR变化

在移动路测过程中，对SINR实时变化进行跟踪，当接入点相对静止时(即固定位置时)，SINR变化网线相对平缓，当接入点开始移动时，SINR会发生明显抖动，有时衰减非常大，观察在SINR的变化过程中，从流媒体接收装置中获取流媒体服务器视频数据流传输发生抖动和丢包情况，在终端观测视频播放流畅度。当网络状况十分恶劣，即SINR数值小于-18以上一段时间后，会产生较为严重丢包，视频播放停顿，直到断网。

2)导频数和网络环境

接入点在不同地点会接收到附近各基站发出的导频信号，导频信号PN值和强度不等。根据算法，该接入点的收到的可使用或待定的导频数量随时变化出现(1-5个不等)，通常系统会选择相对强度较大，较稳定的作为自身使用的服务导频PN。

网络环境很好的条件：SINR数值大(大于10)；搜索导频PN数量小于2或唯一(2个导频时，彼此强度差距很大)，导频强度较大(大于-2)；DRC速率处于1024-3027KB之间。此时，网络状况最好，手机视频播放流畅。

3)导频切换机制与网络传输影响

在接入点移动过程中，终端会根据待定导频PN随时进行切换。导频PN切换会部分影响网络数据传输的性能。

较平滑的导频PN切换发生在基站导频PN强度分界较为明显的地区，即原PN强度衰弱明显，待切换的导频PN强度加强很快时，系统可迅速实现平滑切换。相应DRC速率值在可持续维持在600KB以上，对手机视频数据传输无影响，不产生明显丢包，手机视频播放流畅。

非平滑的导频PN切换会在一定程度上影响视频数据传输性能。

切换迟缓。这种情况发生在当原服务导频PN值强度已经很弱(小于-15)，系统仍无法切换到较强PN导频上来。从而使SINR负值较大，网络传输性能下降，DRC速率降至100以下。此时会产生数据抖动，丢包，视频播放有时延。当切换到较强PN后，此现象会开始缓解，当SINR和PN强度稳定转好后，视频播放变为正常。

相近PN反复切换。当该地区接收到的导频PN强度相对接近，系统无法明确选择出相应的服务导频PN时，会发生系统在很短时间(无论接入点在移动或静止)频繁切换导频。频繁的切换会使用数据传输稳定性变差，易产生数据丢包，传输抖动率增大，影响视频数据流正常接收，产生一定的延迟。

在测试路径范围，导频切换除个别区域，基本不会影响手机视频数据流的传输。由于流媒体服务器视频150K码流本身不大，导频正常切换时DRC速率预期都大于此速率，并基于网络流媒体加BUFF缓存技术，整体路测过程中，对于视频观看程度基本影响不大。

图7示出本发明的3G网络承载流媒体业务性能评估方法的另一个实施例的流程图。

如图7所示，在步骤702，将流媒体发生装置接入3G网络分组域(有线网络)。

在步骤704，将流媒体接收装置放在无线环境下的被测位置。被测位置可以是固定或移动位置，可考虑放置多台流媒体接收装置，同时对多路流媒体进行测试。

在步骤706，流媒体接收装置接入网络，获取ip地址，并处于等待接收状态。

在步骤708，流媒体发生装置根据流媒体接收装置的ip地址，发送标准视频流。

在步骤710，流媒体接收装置分析接收到的视频流，获得MDI指标，分析视频流的抖动因素和丢包因素。MDI指标的抖动因素单位是ms，一般抖动＜100ms，如果超过1000ms，那么就容易会造成终端缓存的溢出或清空，引起视频停顿；MDI指标的丢包因素，分析的是RTP封包的丢包率，手机视频丢包率＜1/300是可接受的，超过了这个丢包率，对视频质量有比较大的影响；

在步骤712，当流媒体接收装置发现MDI指标劣化时，获得无线链路的相关参数，通过无线链路的相关参数判断无线覆盖是否有问题。无线链路的相关参数可以是Best Asp SINR、Pilot PN、和导频及DRC数率。

基于上述测试方案，本专利提出的评估系统分别在不同测试环境(例如固定状态下、移动状态下、网络空闲状态下、网络繁忙状态)下对3G网络承载流媒体的能力，通过MDI的指标了解在不同环境中3G网络质量指标的变化，结合用户侧对于流媒体业务的主观感知体验，能够为网络质量对流媒体质量的影响情况进行定量分析。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。