基于嵌入式Linux的IPTV ADSL測(cè)試模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

李 新，雒江濤，趙紅柏，趙林闖

（1.重慶郵電大學(xué) 通信網(wǎng)與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室，重慶 400065；2.華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014；3.信息工程大學(xué) 電子技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450004）

0 引言

IPTV基于寬帶IP傳輸網(wǎng)，利用寬帶接入技術(shù)，是一種個(gè)性化、交互式服務(wù)的嶄新媒體形態(tài)[1]。寬帶接入作為IPTV業(yè)務(wù)最后1 km的技術(shù)，其性能優(yōu)劣直接影響著IPTV業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)質(zhì)量（QoE）。光纖到家庭（FTTH）雖然是用戶接入網(wǎng)今后發(fā)展的必然方向，但由于目前光纖到戶成本仍然過(guò)高。因此，采用現(xiàn)有銅線環(huán)路的非對(duì)稱數(shù)字用戶線（ADSL）技術(shù)依然是現(xiàn)階段IPTV寬帶接入技術(shù)的主要技術(shù)之一。本文的研究目的在于設(shè)計(jì)一種基于嵌入式Linux的IPTV ADSL測(cè)試模塊的實(shí)現(xiàn)方案。該測(cè)試模塊可以集成到IPTV測(cè)試儀中完成對(duì)ADSL相關(guān)指標(biāo)的測(cè)試工作，同時(shí)具有豐富的配置功能，用戶界面簡(jiǎn)單，易于操作。

1 測(cè)試模塊概述

該測(cè)試模塊主要包括兩個(gè)部分:1）提供參數(shù)顯示功能的顯示界面，提取串口數(shù)據(jù)并呈現(xiàn)給上層界面；2）提供參數(shù)配置功能的部分，用于根據(jù)用戶需求對(duì)ADSL相關(guān)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行配置，完成與ADSL模塊的交互工作。

1.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介

ADSL測(cè)試模塊屬于IPTV測(cè)試儀的子模塊，完成對(duì)IPTV接入方式中ADSL接入的相關(guān)指標(biāo)測(cè)試工作。本文針對(duì)基于嵌入式Linux的ADSL測(cè)試模塊特點(diǎn)及要求，采用基于Linux的Qt開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成上層界面的開(kāi)發(fā)工作。

Linux作為一款開(kāi)源免費(fèi)的操作系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，用戶可根據(jù)自己的需要對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁剪，以滿足嵌入式開(kāi)發(fā)的特殊要求。目前，Linux已廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中。Qt是諾基亞開(kāi)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，并且該平臺(tái)完全面向?qū)ο?，可擴(kuò)展性強(qiáng)，允許真正的組件編程[2]。同時(shí)，Qt還具有優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、豐富的API、大量的開(kāi)發(fā)文檔等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 功能分析

ADSL故障一般分為局端故障、用戶端故障、線路故障3種[3]。本測(cè)試模塊主要用于完成用戶端及線路故障的排查工作。ADSL模塊的本質(zhì)就是調(diào)制解調(diào)器，是IP?TV測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)橋接或路由功能的必備組件。該測(cè)試模塊通過(guò)在用戶端接入測(cè)試的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析得出ADSL的故障來(lái)源，為排除相關(guān)故障提供依據(jù)，其測(cè)試節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

1.3 測(cè)試指標(biāo)分析

進(jìn)行ADSL測(cè)試的最終目的就是為了降低接入部分對(duì)QoE的影響。接入部分的影響主要表現(xiàn)為圖像斑點(diǎn)、馬賽克、圖片模糊、邊緣失真、音頻中斷等。這些現(xiàn)象都有相應(yīng)的測(cè)試指標(biāo)與之相對(duì)應(yīng)。主要包括當(dāng)前狀態(tài)、連接模式、噪聲裕量、線路衰減、輸出功率、當(dāng)前速率等。當(dāng)前狀態(tài)主要是指ADSL線路的當(dāng)前連接狀態(tài)，一般而言Showtime表示已經(jīng)連接，idle表示線路空閑；連接模式是指當(dāng)ADSL線路連接成功之后，當(dāng)前的調(diào)制模式一般包括ADSL2，ADSL2+，G.dmt，G.lite等模式；噪聲裕量是用來(lái)衡量ADSL線路對(duì)環(huán)境的抗干擾能力，即線路對(duì)環(huán)境溫度、濕度、噪聲等敏感程度，一般而言噪聲裕量越大，抗干擾能力越強(qiáng)；線路衰減是表征線路質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，線路衰減越大，接收端收到的信號(hào)強(qiáng)度越低；輸出功率是指分為上下行兩個(gè)方向，上行是指用戶端到局端輸出功率，下行是指局端到用戶端的輸出功率；當(dāng)前速率是交織和快速方式下下行能夠激活的最大速率，由于開(kāi)銷和算法的不同，當(dāng)前速率也存在著差異。

2 測(cè)試模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

基于ADSL測(cè)試的實(shí)際需求，討論ADSL測(cè)試模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。

2.1 設(shè)計(jì)思想

該測(cè)試模塊不但要滿足顯示并保存測(cè)試參數(shù)的要求，而且更重要的是能根據(jù)實(shí)際需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置并完成ADSL的測(cè)試工作?；谝陨弦?，該模塊可以分為軟件部分和軟硬件交互部分，通過(guò)這兩個(gè)部分分別完成不同的功能，最終達(dá)到ADSL測(cè)試的要求。

2.2 測(cè)試模塊實(shí)現(xiàn)

軟件部分實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)Qt自帶的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)串口與ARM交互獲得相關(guān)測(cè)試參數(shù)并最終顯示到界面上。圖 顯示了軟件部分的通信流程。

軟硬件交互部分的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)串口與ARM交互來(lái)完成，通過(guò)與硬件的交互，根據(jù)需求完成相關(guān)參數(shù)的配置工作。圖3顯示了交互部分的通信流程。

以上兩部分具體描述了ADSL測(cè)試模塊的實(shí)現(xiàn)，其中主線程負(fù)責(zé)將所有串口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示，同時(shí)也對(duì)讀與寫兩個(gè)子線程進(jìn)行調(diào)度和管理[4]。讀線程負(fù)責(zé)從串口讀取數(shù)據(jù)，寫線程向串口發(fā)送配置信息。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)串口的寫操作并不頻繁，可以在檢測(cè)到需要參數(shù)配置時(shí)再創(chuàng)建寫線程，不必一開(kāi)始就創(chuàng)建寫線程，這樣可以提高程序的執(zhí)行效率。

此外，Qt自帶的函數(shù)類也為實(shí)現(xiàn)線程操作提供了便利條件，其中QThread類就可以很方便地用于實(shí)現(xiàn)線程的相關(guān)操作[5]。該測(cè)試模塊中，啟動(dòng)測(cè)試線程代碼為:

2.3 測(cè)試操作流程

依據(jù)ADSL測(cè)試模塊的設(shè)計(jì)思想，該模塊的測(cè)試操作流程也可分為兩個(gè)情況:

1）不進(jìn)行參數(shù)配置直接進(jìn)行ADSL參數(shù)測(cè)試；

2）配置參數(shù)完成ADSL測(cè)試。

不進(jìn)行參數(shù)配置直接測(cè)試時(shí)，具體操作步驟為:

1）點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，開(kāi)始ADSL測(cè)試；

2）查看界面是否有參數(shù)顯示；

3）有參數(shù)顯示則觀察參數(shù)是否有異常情況；

4）如果沒(méi)有參數(shù)顯示，檢測(cè)ADSL物理連接是否完好，是否已經(jīng)完成撥號(hào)連接；

5）停止ADSL測(cè)試，根據(jù)需要選擇是否對(duì)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行保存。

需要進(jìn)行參數(shù)配置時(shí)，具體操作步驟為:

1）點(diǎn)擊參數(shù)配置按鈕，進(jìn)入?yún)?shù)配置界面；

2）根據(jù)需求進(jìn)行參數(shù)配置；

3）配置完成后點(diǎn)擊確定按鈕，返回顯示界面；

4）點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕進(jìn)行ADSL參數(shù)測(cè)試。

下面步驟與不需要參數(shù)配置時(shí)類似，無(wú)須贅述?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的方便性，界面實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，分為顯示界面與參數(shù)配置界面，通過(guò)不同按鍵的切換，呈現(xiàn)給用戶不同的界面，最終完成ADSL的測(cè)試工作。

2.4 測(cè)試條件及結(jié)果

ADSL測(cè)試模塊通過(guò)RJ-11接口與電話線網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的寬帶特性、傳輸特性進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)也可以對(duì)線路質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確定位ADSL故障，提高IPTV業(yè)務(wù)的QoE指標(biāo)。

測(cè)試環(huán)境包括一臺(tái)集成ADSL測(cè)試模塊的IPTV測(cè)試儀，一個(gè)電信IPTV賬號(hào)，一個(gè)ADSL Modem。ADSL測(cè)試參數(shù)配置主要包括VPI/VCI參數(shù)以及Modem參數(shù)這兩部分。圖4和圖5為ADSL測(cè)試參數(shù)顯示界面，圖4主要顯示了ADSL測(cè)試的參數(shù)。圖5為ADSL參數(shù)配置界面，顯示了ADSL測(cè)試所有需要配置的參數(shù)。

3 小結(jié)

對(duì)于基于IP網(wǎng)承載的IPTV而言，更高的帶寬、更高的傳輸連續(xù)性和穩(wěn)定性才能更好地滿足IPTV業(yè)務(wù)的需求。本文針對(duì)這一需求提出并設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式Linux系統(tǒng)的IPTV ADSL測(cè)試模塊的實(shí)現(xiàn)方案。經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明，該測(cè)試模塊不僅能很好地滿足ADSL測(cè)試的要求，同時(shí)也易于操作。目前該測(cè)試模塊已經(jīng)成功集成到IPTV測(cè)試儀中，并經(jīng)過(guò)商用檢驗(yàn)，完全滿足現(xiàn)階段的實(shí)際需求。

[1]趙湘陽(yáng)，張治中，席兵.IPTV測(cè)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]BLANCHETTE J，SUMMERFIELD M.C++GUI programming with Qt 4[M].2nd ed.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[3]王崇民，畢厚杰，羅東文.高速銅線接入技術(shù)的回顧與展望[J].電信科學(xué)，1999（8）:57-59.

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

[5]ETSI TR101290 ，Measurement guide-lines for DVB systems[S].2001.