基于Chariot的视频网络性能测试分析_陈炯然

timing”项，选择 batch； 不要选择“poll endpoint”与“validate data upon receipt”． 见图 4．
图 4 测试选项的设置 Fig． 4 Test option
在自定义脚本之前，要求对所要测试的网络应用有非 常具体的了解，明确完全的需求，对脚本编辑有一定的经 验，才能设计出有针对性、高效率的测试脚本，否则建议使 用系统提供的脚本并使用其默认值．
Chariot 采用主动式的测量方法，通过 Endpoint 产生模 拟各种网络应用的真实流量，采用 EndtoEnd 的方法定量测 试和分析网络或网络设备在真实环境中的应用级别的性 能，在整个测试中，Endpoint 主要负责产生各种真实的网络 流量，其工作原理如图 2 所示．
图 2 Chariot 工作原理图 Fig． 2 Chariot operational principle
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广州大学学报（ 自然科学版）
第 12 卷
在 Chariot 中，为笔者内置了很多脚本，可以满足大部 分测试的需要，其中“throughput”脚本针对 10M 的网络，对 于 100M /1000M 的 网 络，选 择“Scrips”文 件 夹 中 的“High performance throughput”脚本．
基于 Chariot 的视频网络性能测试分析
陈炯然1 ，彭平2
（ 1． 东莞职业技术学院 计算机工程系，广东 东莞 523808； 2． POLYCOM，PGS，广东 广州 510623）
摘 要： 随着数字视频应用的日益增长，如何对网络的性能指标进行分析和测试，充分利用网络，实现高质量
且稳定的视频传输是摆在视频网络工程师面前的一个重要问题，文Байду номын сангаас尝试用专业的网络应用和功能测试软件
（ 3） QOS 服务的添加 如果 需 在 Endpoint 安 装 在 WINDOWS 终 端 以 测 试 QOS，则需要在每台安装了 endpoint 的机器上安装 QOS 服 务以标记 dscp 位． 对于视频通讯来说，当网络过载或拥塞 时，QOS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网 络的高效运行，在测试的过程中最好加上 QOS．
此外，Chariot 还提供了脚本编写的功能，如果对网络
协议及脚本编写比较熟悉的话，可以选择自己编写更加合 适的脚本进行测试． 由于内置脚本的数据包较小并且测试 的时间较短，因此针对视频流的传输测试需要定制参数， 可改为连续发送的模式，通过时间来控制测试，测试时间 最好设置为 10 ～ 20 min． 见图 3．
Chariot 是优秀的网络应用和性能测试软件之一，能够 较好地模拟众多的应用程序在网络中发起应用数据流而 进行测试，例如，常见的 HTTP、FTP、AD、Exchange、SQL、Oracle 和 SAP 等； 它 也 能 模 拟 各 种 视 频 以 及 语 音 码 流，如 StreamingScripts 仿 真 组 播 业 务，Microsoft 的 NetShow、NetMeeting，ＲealNetworks 的 ＲealAudio，Cisco 的 IP /TV 等，从应 用的角度测试网络或网络参数（ 吞吐量，反应时间，延时， 抖动，丢包等） ，对网络性能做出准确的评估［3］．
（ 3） 丢包率趋向于零： 丢包率较大，表明端到端的网络 吞吐率较低或者存在有网络设备故障或性能低下（ 如转发 率不足，缓冲溢出等） ，视频系统收到不连续的视音频码 流，即 使 有 丢 包 恢 复 等 技 术 也 只 能 是 有 所 改 善 但 不 能 根 治． 另外，只要有网络丢包，音视频质量就会受到影响，至 于影响的程度就要看系统的编解码器处理方式以及能力．
1 Chariot 网络仿真原理
Chariot 采用主动式测量监视及定量的测量，通过产生 模拟真实的流量，采用端到端的方法测试网络设备或网络 系统在真实环境中的性能，能够对测试设备以及网络系统 在运行业务系统时的性能进行定量分析．
Chariot 的基本组成包括 Chariot 控制台和 Endpoint． 在 各个参加测试的节点安装 Endpoint 软件，通过 Chariot 控制 台定义各种可能的测试拓扑结构和测试业务类型． Chariot Endpoint 能够充分利用运行主机的资源，执行 Chariot 控制 台发布的 Script 命令，从而完成需要的测试，见图 1．
2 面向视频网络测试的 Chariot 实验 设计
2． 1 实验测试的主要指标 2． 1． 1 网络可用带宽与吞吐率
对视频网络而言笔者关注的是端到端的实际可用带 宽，虽然与链路的物理带宽有较大关系，但因受各种因素 的影响很大，往往低于物理带宽． 因此通常视频网络传输 的 速 率 是 指 视 音 频 数 据 传 输 净 载 荷 的 带 宽 速 率，没 有 把 ＲTP 包头和或 UDP 包头计入，也不是其在 IP 网络上所传 输的数据速率，通常对 IP 网络的而言是需要乘以 1. 5 倍方 能较好地满足视频传输的需要，如果物理可用带宽在 2 倍 以内则可以较好地传输实时性敏感的数据［5］． 2． 1． 2 丢包
Chariot 模拟实际的网络环境和数据流，提供了一个在实验环境下测试视频网络性能的测试范例，最后对测试结
果加以统计分析．
关键词： Chariot; 视频网络; 性能测试
中图分类号： TP 393
文献标志码： A
随着 Internet 带宽的不断拓宽，网络视频技术日趋完 善，视频会议、视频点播、视频监控等数字视频应用日益增 长． 网络技术发展的同时，网络拓扑结构也愈发复杂，用户 群、网络应用的倍增等因素也增加了视频信息稳定传输的 难度，对于视频网络工程师而言，需要对网络的性能指标 进行分析和测试，准确评估网络性能，才能充分利用网络， 实现高质量且稳定的视频传输［1］．
网络时延抖动取决于网络设备的性能、网络的逻辑拓 扑结构，以及网络设备由于拥塞造成的时延等因素．
一般的视音频解码器主要针对稳定的码流，如果经过 线路传输后码流抖动较大，超过解码器的承受范围时，解 码器进行丢弃，最终表现为丢包． 2． 1． 5 行业标准中 IP 网络性能等级的划分
根据中华人民共和国通信行业标准 YD-T 1171-2001 （ IP 网络技术要求 － 网络性能参数与指标） 的规定，网络性 能等级参数见表 1．
Chariot 6． 7 版本以上开始支持对视频流的专项测试， 引入了 Video 测试对象，可以就不同的视频流进行定量的 测试，如可以统计在某个恒定速率下的 ＲTP 流端到端的错 序统计、包重复统计等重要的数据，此外对 ＲFC4445 的媒 体质量测试也做了完整的支持，可以定量测试得到 MD， MLＲ 等数据供参考［4］，用它来模拟视频网络环境是绝佳的 选择．
（ 1） 延迟小： 网络延迟大，实时交互性得不到满足，各 端会感觉对方反应不灵敏．
（ 2） 抖动尽量小： 网络抖动大，视音频编解码器对视音 频 包 到 达 的 时 序 实 时 性 得 不 到 满 足，就 会 引 起 隐 性 的 丢 包［2］（ 即编解码器会对过晚到达的包作丢弃处理） ，ＲTP 包 的错乱序也类似，最终影响视音频质量．
第4 期
陈炯然等： 基于 Chariot 的视频网络性能测试分析
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图 5 网络拓扑结构 Fig． 5 Network topology
3． 2 实验目的 通过科学的 测 试 方 法，测 量 端 到 端 的 网 络 链 路 质 量，
收稿日期： 2013 － 03 － 01； 修回日期： 2013 － 03 － 20 作者简介： 陈炯然（ 1976 － ） ，男，高级讲师，硕士． E-mail： paladincjr@ qq． com
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陈炯然等： 基于 Chariot 的视频网络性能测试分析
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图 1 Chariot 测试流程 Fig． 1 Chariot test process
第 12 卷 第 4 期 2013 年 8 月
广州大学学报（ 自然科学版）
Journal of Guangzhou University（ Natural Science Edition）
文章编号： 1671-4229（ 2013） 04-0074-08
Vol． 12 No． 4 Aug． 2013
包误差率上限 1 /10 000 默认 默认 默认 默认
对于视频会议等高实时性的应用应达到 0 级． 2． 2 实验流程
一般来说，网络环境的 Chariot 实验流程主要包括： 配 置 Chariot 环境参数、模拟网络拓扑、设置 ENDPOINT、选择 测试脚本和协议、测试、分析测试结果等环节． 根据流媒体 传输对网络环境的要求，测试过程中要注意下面几个关键 问题：
广域网传输有时为由于线路误码会导致帧错误，这样 即使是有一个比特的误码也会被丢弃造成丢包． 常见的是 网络设备处理性能不足导致拥塞而丢包［6］． 丢包是导致视 音频效果差的最本质的原因． 2． 1． 3 网络时延
网络时延主要取决于网络的拓朴复杂性，及网络设备 的处理时延等因素． 当前视频系统由于需要进行编解码以 及同步等过程，产生的时延是一个主要原因，由于现在的
表 1 网络性能等级参数 Table 1 Network level performance parameter
Qos 等级
默认值
1级 2级
0级
3级
（ 交互式） （ 非交互式）
网络时延上限 未规定 150 ms 400 ms 1 s
U
时延抖动上限 未规定 50 ms 50 ms 1 s
U
丢包率上限
未规定 1 /1 000 1 /1 000 1 /1 000 U
（ 1） 双向传输的模拟 两个 EndPoint 之间通过 IP 地址建立一个连接，则称之 为一个 Pair 或一个 Connection，在这个 Pair 中，一般系统以 EndPoint1 作为流量的发起方，EndPoint2 作为流量的接收 方，通过 IP 地址来指定流量的方向． 每一地址对是单向的 数据流传输模型，然而，在实际的网络应用中往往是双向 传输的，特别是视频会议通讯更是如此，因此测试相同的 业务应该建立两个不同方向的数据流模型或者多对模型 以取得更加接近实际应用的精确数据． 如建立了 A-B 的某 业务测试模型，再建立从 B-A 的相同业务测试模型． （ 2） 测试脚本的选择
图 3 自定义测试脚本 Fig． 3 Script editer
在对“Ｒun”菜单中的“Set run options”选项进行选择 时，对于“how to end a test run”项，建议选择 Ｒun for a fixed duration 或 run until any pair completes； 对于“how to report
系统其处理能力较高，应用了大量的 disp，故可以忽略不计 这点时延． 通常在网络传输过程中的各种时延更加客观， 也更加麻烦．
在进行非交 互 的 多 媒 体 传 输 时，比 如 流 服 务，在 用 户 侧感觉不到影响，但是在交互式应用中，比如视频会议中， 如果时延较大，则用户就会感觉对方反应慢． 如典型的唇 音不同步等． 2． 1． 4 网络时延抖动
3 实验过程
现有 A 公司需要在其现有的 2M ADSL 链路上通过 SSL VPN 部署视频会议系统，现需要笔者提供网络性能评 估以及建议． 3． 1 实验拓扑结构
根据要模拟的网络情况，在网络模拟界面确定网络拓 扑 结 构，通 过 该 链 路 笔 者 模 拟 左 边 的 终 端 通 过 广 域 网 对 MCU 进行访问，见图 5．
一般来说，规 划 设 计 视 频 网 络 时，网 络 工 程 师 可 先 通 过专业的网络应用和功能测试软件模拟实际的网络环境 和数据流，在影响因素可控的实验环境下测试是否能满足 用户的需求，为网络的设计提供必要的佐证． 对时间敏感 的视频等媒体流对 IP 网络的要求需要有 Qos 保障，需要客 观地通过测试了解各种不同的丢包、抖动、错序等网络状 况对音视频的影响干扰方能做出有效的决策． 关键在于以 下 3 点：