基于嵌入式Linux的IPTV測試儀軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

黃 建，雒江濤，李 勇

（重慶郵電大學(xué) 通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，重慶 400065）

責(zé)任編輯:孫 卓

0 引言

交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）是一種利用寬帶網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的技術(shù)[1]。伴隨著國家三網(wǎng)融合的推進(jìn)，經(jīng)過5年多的探索和發(fā)展，國內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)已經(jīng)日漸成熟，擁有了初具規(guī)模的用戶群，成為電信運(yùn)營商不可忽視的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)[2]。隨著IPTV產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，IPTV服務(wù)質(zhì)量成為運(yùn)營商面臨的突出問題，為了提高用戶對IPTV的認(rèn)同率，運(yùn)營商必須做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)并快速準(zhǔn)確解決問題，要做到這一點(diǎn)必須依賴于可靠而有效的監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

本文的研究目的在于設(shè)計(jì)一種基于嵌入式Linux的IPTV測試儀軟件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案。軟件應(yīng)能準(zhǔn)確測量IPTV的所有性能指標(biāo)，提供良好的圖形用戶界面，同時(shí)具有很強(qiáng)的兼容性和可擴(kuò)展性，并兼?zhèn)湎鄳?yīng)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和數(shù)據(jù)管理功能。該方案應(yīng)用于IPTV網(wǎng)絡(luò)最后1 km的維護(hù)，經(jīng)實(shí)際測試表明軟件具有很好的可靠性和實(shí)用性。

1 開發(fā)平臺(tái)簡介與軟件總體結(jié)構(gòu)

1.1 開發(fā)平臺(tái)簡介

Linux是一種自由和開放源碼的類Unix操作系統(tǒng)，作為一個(gè)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)型操作系統(tǒng)，其中所涉及的技術(shù)涵蓋了操作系統(tǒng)技術(shù)的最新成果。Linux是一個(gè)領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，世界上運(yùn)算最快的超級計(jì)算機(jī)都是運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)[2]。

Qt是諾基亞開發(fā)的一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，其宗旨是“一次編碼到處編譯”。Qt具有完全面向?qū)ο?，擁有豐富的API，支持2D/3D圖形渲染，支持OpenGL，容易擴(kuò)展，并且允許真正地組件編程等優(yōu)勢[3]。Qt開發(fā)員僅需要學(xué)會(huì)一種API來寫入應(yīng)用程序，該程序可在任何地方運(yùn)行。

本文采用Fedora 9嵌入式操作系統(tǒng)，以Qt4.6為主要編程工具，實(shí)現(xiàn)圖形界面和應(yīng)用程序的功能。

1.2 軟件總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能需求，IPTV測試儀應(yīng)具有IPTV測試、在線視頻播放、線纜測試、xDSL測試、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等功能。因此，從IPTV測試儀的功能角度出發(fā)，本文將測試儀的軟件平臺(tái)劃分為應(yīng)用層、控制層和功能層3層，如圖1所示。

圖1 從功能角度劃分軟件架構(gòu)

1）應(yīng)用層。用于封裝與具體測試項(xiàng)無關(guān)的呈現(xiàn)和管理模塊，如繪圖控制模塊負(fù)責(zé)將測試數(shù)據(jù)以曲線圖形式直觀呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)管理模塊用于測試結(jié)果的保存、刪除和導(dǎo)出到外設(shè)等管理，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用包括Ping，Traceroute等IP數(shù)據(jù)測試和PPPoE撥號等IP連接特性測試。應(yīng)用層的各個(gè)模塊均由控制層進(jìn)行調(diào)度和管理，各個(gè)模塊之間相對獨(dú)立。

2）控制層。管理各功能子界面之間的切換、隱藏、銷毀等操作，同時(shí)組織、控制和管理其他功能模塊，并與其他模塊協(xié)商接口細(xì)節(jié)。以xDSL測試為例，xDSL測試包括ADSL，VDSL，ADSL 2，ADSL 2+等測試，在進(jìn)行ADSL測試的同時(shí)不能進(jìn)行VDSL測試，此時(shí)控制層就必須進(jìn)行管理，防止系統(tǒng)崩潰。

3）功能層。封裝了與特定功能實(shí)現(xiàn)相關(guān)的后臺(tái)操作、庫文件調(diào)用和驅(qū)動(dòng)程序交互接口。從用戶的角度出發(fā)，其作用體現(xiàn)為用戶從選擇某項(xiàng)功能測試、配置相關(guān)測試參數(shù)、執(zhí)行測試到結(jié)束測試的整個(gè)過程。

2 主要模塊設(shè)計(jì)

如圖1中軟件總體架構(gòu)所示，系統(tǒng)的軟件部分主要分為主控模塊和測試數(shù)據(jù)管理模塊。其中主控模塊包括軟硬件交互和測試功能實(shí)現(xiàn)、異常處理、測試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及曲線圖繪制。測試數(shù)據(jù)管理模塊用于對測試結(jié)果的處理，包括存儲(chǔ)、查看、刪除、導(dǎo)出到外設(shè)等。

2.1 主控模塊

主控模塊是整個(gè)軟件架構(gòu)的核心。用于控制其他功能模塊的運(yùn)行和交互，實(shí)現(xiàn)軟硬件的交互和測試結(jié)果的實(shí)時(shí)處理等。如圖2所示，以IPTV測試為例，用戶首先對測試參數(shù)進(jìn)行配置（頻道選擇、測試模式選擇等），在對配置項(xiàng)進(jìn)行合法性檢驗(yàn)后主控模塊會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的測試線程，主要實(shí)現(xiàn)測試指標(biāo)的實(shí)時(shí)處理和曲線圖繪制。而主線程則管理各界面的切換控制、測試結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示以及測試線程的終止等操作。

Qt有很多自帶的類，其中QThread類就用于實(shí)現(xiàn)線程的相關(guān)操作[4]。本例中啟動(dòng)測試線程代碼為:

首先重載QThread類，然后創(chuàng)建線程類對象，之后調(diào)用類的成員函數(shù)即可啟動(dòng)線程。測試結(jié)束后主控模塊負(fù)責(zé)終止線程，并根據(jù)用戶的選擇保存測試結(jié)果。

2.2 測試數(shù)據(jù)管理模塊

在一次IPTV測試過程中，一部分參數(shù)是不會(huì)發(fā)生變化的，如IP地址、端口號等，一部分參數(shù)是在有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)才發(fā)生變化的，比如TR101290的測試指標(biāo)，而MDI等指標(biāo)卻是實(shí)時(shí)變化的[1，4-5]。為了節(jié)約資源，同時(shí)提高程序的執(zhí)行效率，設(shè)計(jì)了如圖3所示的存儲(chǔ)模式。

圖2 IPTV測試控制流程

以頻道為單位對測試結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，其中在測試過程中不發(fā)生變化的參數(shù)只存儲(chǔ)一次，由于TR101290指標(biāo)在有錯(cuò)誤時(shí)發(fā)生變化，因此只在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)刻記錄該值，而MDI等指標(biāo)則每秒鐘記錄一次。在測試過程中這些結(jié)果都保存在RAM內(nèi)存中，測試過程結(jié)束后根據(jù)用戶的選擇將RAM內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入Flash中永久保存。

對于保存在Flash中的文件，用戶可以對其進(jìn)行查看、刪除以及導(dǎo)出到外設(shè)等操作，這符合測試儀表的規(guī)范。

3 軟件測試

IPTV測試儀表應(yīng)用于IPTV網(wǎng)絡(luò)最后1 km的維護(hù)，如圖4所示，主要測試節(jié)點(diǎn)都在客戶家庭，如Modem前后端、STB前后端、TV前端等，可在這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試[6]。統(tǒng)計(jì)顯示，IPTV的主要故障點(diǎn)均為上述節(jié)點(diǎn)。通過本測試方案可以方便地測試接入線路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)狀況以及故障定位。

圖4 IPTV測試節(jié)點(diǎn)

1）測試環(huán)境包括1臺(tái)IPTV測試儀；1個(gè)電信IPTV賬號；1個(gè)Modem。

2）測試結(jié)果。圖5為MDI:DF參數(shù)實(shí)測結(jié)果，本文的軟件平臺(tái)能同時(shí)以數(shù)字形式實(shí)時(shí)呈現(xiàn)測試指標(biāo)值，以及以曲線圖形式直觀反應(yīng)測試指標(biāo)的變化趨勢。圖6為數(shù)據(jù)管理界面，通過本模塊可以實(shí)現(xiàn)測試文件的查看、刪除和導(dǎo)出到外設(shè)等操作。

圖5 MDI:DF實(shí)測結(jié)果（截圖）

圖6 測試數(shù)據(jù)管理界面（截圖）

4 小結(jié)

本文針對IPTV測試儀的功能需求，研究并設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式Linux系統(tǒng)的IPTV測試儀表軟件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案。通過實(shí)際IPTV業(yè)務(wù)環(huán)境下的測試結(jié)果表明，該軟件平臺(tái)不僅能準(zhǔn)確提取IPTV的各項(xiàng)測試指標(biāo)，而且具有良好的圖像用戶界面，同時(shí)具備一定的數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能。目前此方案已成功商用于某市的電信IP?TV服務(wù)提供商，市場反應(yīng)良好。

[1]趙湘陽，張治中，席兵.IPTV測試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2009，33（9）:115-117.

[2]方磊.IPTV視頻傳輸質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].重慶:重慶郵電大學(xué)，2007.

[3]BLANCHETTE J，SUMMERFIELD M.C++GUIprogramming with Qt 4[M].2nd ed.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[4]ETSITR101290，Measurementguide-lines for DVB systems[S].2001.

[5]易欣，張治中.基于WinCE的IPTV測試儀前臺(tái)軟件設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2009，33（12）:108-111.

[6]YD/T 1696-2007，機(jī)頂盒IPTV業(yè)務(wù)平臺(tái)接口技術(shù)要求[S].2007.