基于PowerPC的流媒體QoS監(jiān)測(cè)工具

1、基于PowerPC的流媒體QoS監(jiān)測(cè)工具 陳文波1白樹偉2周慶國(guó)2*李廉2 蘭州大學(xué)通信網(wǎng)絡(luò)中心，2蘭州大學(xué)信息學(xué)院DSLa實(shí)驗(yàn)室 甘肅蘭州730000） 摘要：文章提出和實(shí)現(xiàn)了一種新穎的基于PowerPC的網(wǎng)絡(luò)多媒體流QoS監(jiān)測(cè)工具：MDUMP該 系統(tǒng)通過實(shí)現(xiàn)內(nèi)核態(tài)流媒體數(shù)據(jù)分析，提高了QoS信息獲取的實(shí)時(shí)性。采用SoC設(shè)計(jì)方法，網(wǎng)絡(luò) 多媒體Qo隘控器與流媒體服務(wù)分離，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)多媒體QoS監(jiān)控工具的依賴性問題。另外, 該系統(tǒng)又充分利用了 PowerPC440EP和Linux在嵌入式和網(wǎng)絡(luò)處理方面的優(yōu)勢(shì)，降低了網(wǎng)絡(luò)延遲。 本文中，介紹了采用 SoC設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的嵌入式多媒體流Q

2、oS監(jiān)控器。 關(guān)鍵詞：服務(wù)質(zhì)量多媒體網(wǎng)絡(luò)嵌入式 中圖分類號(hào)：TP393.06文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B The MultiMedia QoS Mo nitor Based Power PC 1 2 2* 2 Chen Wenbo Bai Shuwei Zhou Qin gguo Li Lia n 1 2 （Network Center, Lanzhou University,DSLab School of QoSm on itor based PowerPC, mdump, is interp reted QoS mon itor into system kern el, which can meet S

3、oC method, sep arat ing the QoS mon itor from the characters of PowerPC 440EP and Linux, which In formatio n Scien ce-E ngin eeri ng,La nzhou Uni versity,La nzhou 730000,Ch ina） Abstract:A new embedded multimedia in the paper. MDUMmove the multimedia real-time request. And MDUMPadopts multimedia ser

4、ver. MDU MP makesuse of are adva ntage in the embedded area and n etwork area, which is low n etwork late ncy. In the paper, we will show how to impi eme nt embedded multimedia QoS mon itor. Keywords： QoS; Multi Media; Network; Embedded; Linux 0概述 伴隨著多媒體應(yīng)用的推廣，用戶對(duì)多媒體服務(wù)質(zhì)量（QoS）也提出了更為苛刻的要求。為此， 大量基于服務(wù)器的多

5、媒體服務(wù)質(zhì)量（QoS）監(jiān)控工具得到開發(fā)和使用。但是，這些監(jiān)控工具與流媒 體服務(wù)器綁定一起，監(jiān)控對(duì)象也局限于特定流媒體服務(wù)。因此，當(dāng)前QoS監(jiān)控工具具有高依賴性， 無擴(kuò)展功能等缺點(diǎn)。另外，傳統(tǒng)的多媒體監(jiān)控工具運(yùn)行在系統(tǒng)用戶態(tài)，數(shù)據(jù)為了獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析，首先了服務(wù)器的維護(hù)和運(yùn)行負(fù)擔(dān)。為了解決當(dāng)前流媒體QoS監(jiān)控工具的這些缺陷，我們?cè)O(shè) 計(jì)和實(shí)現(xiàn)了 MDUM系統(tǒng)。該系統(tǒng)才用SoC設(shè)計(jì)方法，由傳統(tǒng)的基于服務(wù)器型轉(zhuǎn)變成嵌入式型。 MDUMP統(tǒng)將軟件和硬件獨(dú)立出來，基于流媒體協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)流媒體數(shù)據(jù)報(bào)分析。使其既提供 了標(biāo)準(zhǔn)化，又具有通用性，還提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。硬件平臺(tái)采用具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)處理能力的 Powe

6、rPC 440EP1,2開發(fā)板，嵌入式操作系統(tǒng)采用Linux-2612 。 PowerPC440EPM有雙網(wǎng)口，從而為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)提供了可能。由于每個(gè)網(wǎng)口具有100M/S 的轉(zhuǎn)發(fā)處理能力，再加上 P owerPC440EP芯片在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理上的特性，保證了網(wǎng)絡(luò)流的傳輸速 度。Linux系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)物，這使其具有天生的網(wǎng)絡(luò)處理能力，這種能力不僅僅表現(xiàn)在具有網(wǎng) 絡(luò)通信能力，還表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咝阅?。通過Net PIP E4工具的測(cè)量，基于Linux和PowerPC 的網(wǎng)絡(luò)包轉(zhuǎn)發(fā)速度可以達(dá)到 89M/S。并且，Linux8將Netfilter3,7融入了內(nèi)核，這給網(wǎng)絡(luò)過 濾功能的擴(kuò)展帶來了很大方

7、便。最后，Linux系統(tǒng)遵循GP協(xié)議和可裁減性特性。這也是我們采 用Linux做為該嵌入式工具操作系統(tǒng)的重要原因。 1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件選擇 1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) Mdum是通過網(wǎng)絡(luò)過濾實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流媒體QoS勺監(jiān)控，因此它在傳統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)基礎(chǔ)上 添加了一層過濾層：filter 層。該層是以透明的方式處于流媒體服務(wù)器和客戶端之間。圖1-1 給出了 C/F/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。 服務(wù)器 日志顯不 圖1-1 C/F/S 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖 1.2 Po werPC 440E P 因此我們需要采用具有該方面優(yōu)勢(shì)的目標(biāo) 我們通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)VIA，PowerPC405和PowerPC PowerPC440EP具有最高 89

8、M/S 由于mdum系統(tǒng)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)， 板，為此，mdum系統(tǒng)采用了 PowerPC440EP開發(fā)板。 440EP三種不同開發(fā)板的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明， 的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力，分別高于 VIA和PowerPC 405的轉(zhuǎn)發(fā)速度54M/S和79M/S。另外PowerPC440EP 還支持雙數(shù)據(jù)速率(DDRR存儲(chǔ)器，有功能強(qiáng)大的浮點(diǎn)操作單元以及包括USB 1.1R和USB 2.0R在 內(nèi)的USR接口，并支持 SPI和NOFIash。PowerPC440EP勺速度能夠高達(dá) 533MHz具有PowerPCBE 結(jié)構(gòu)和豐富的外設(shè)，適合于mdum的應(yīng)用。 2軟件系統(tǒng) 作為一個(gè)獨(dú)立的

9、便攜式流媒體質(zhì)量監(jiān)控工具，硬件部分只是軟件系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)。在本段 中，我們?cè)敿?xì)介紹了 MDUM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 Mdum軟件部分由基本的Linux嵌入式內(nèi)核和文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)報(bào)分析器，以及提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 的Wet和TeInet服務(wù)器和相應(yīng)組件。系統(tǒng)的核心部分是數(shù)據(jù)報(bào)分析器，它由VPF, MMPASKFIFO, Pslisten 四部分組成組成。其中 VPF(Video Packets Filter), MMPA(MuIti-Media Packets Analyzer) , SKFIFO(Simpie Kernel FIFO device)工作于內(nèi)核態(tài)。 Mdum在 Linux轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議棧

10、的基礎(chǔ)上，增加了新的過濾模塊 VPF。VPf是mdum軟件系統(tǒng)的核心 部件。VPF通過在NF_IP_FORWARD處設(shè)置鉤子點(diǎn)來捕獲數(shù)據(jù)，并且完成數(shù)據(jù)的初步分析。判斷 數(shù)據(jù)報(bào)是否是多媒體數(shù)據(jù)包并且判斷該媒體類型是否已經(jīng)在VPF中注冊(cè)，如果不滿足條件，數(shù)據(jù) 包將會(huì)被放回到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流中，否則送入MMP模塊進(jìn)行詳細(xì)分析。 MMP提供真正的多媒體數(shù)據(jù)包分析功能。該模塊要獲取服務(wù)器和客戶端信息，網(wǎng)絡(luò)連接情 況，文件傳輸速度，客戶請(qǐng)求和服務(wù)器相應(yīng)統(tǒng)計(jì)，錯(cuò)誤信息等多種與多媒體 QoS相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。 分析后的多媒體數(shù)據(jù)報(bào)會(huì)被放回網(wǎng)絡(luò)流。 由于VPF和 MMP工作于內(nèi)核態(tài)，這雖然可以提高系統(tǒng)的性能，但是同時(shí)會(huì)

11、在內(nèi)核中產(chǎn)生大量 P sliste n HTTFW務(wù) 訪問查看 的數(shù)據(jù)，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了 SKFIFC設(shè)備9。SKFIFC是簡(jiǎn)單的字符設(shè)備，用戶在內(nèi)核態(tài)指定設(shè)備 大小，可以將數(shù)據(jù)從內(nèi)核態(tài)傳輸?shù)挠脩魬B(tài)，數(shù)據(jù)經(jīng)用戶態(tài)進(jìn)程獲取后，可以將其轉(zhuǎn)存與數(shù)據(jù)庫 中或進(jìn)行其它處理。 HTTFW務(wù)程序。 為了增加mdum工具的易用性，mdum系統(tǒng)集成了 pslisten服務(wù)程序和HTTP艮務(wù)器。 服務(wù)程序有兩個(gè)功能，從 SKFIFO設(shè)備里面讀取數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)發(fā)送到 器是集成到mdum系統(tǒng)中的，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，HTTP服務(wù)開始運(yùn)行，用戶可以通過遠(yuǎn)程http日志信息。在下一節(jié)中我們會(huì)演示日志查看功能。 為了實(shí)現(xiàn)用戶與該

12、QoST具的交互性和靈活性，mdum系統(tǒng)還集成了 Telnet服務(wù)。管理員可 以通過遠(yuǎn)程Telnet服務(wù)訪問系統(tǒng)，對(duì) mdum進(jìn)行配置。 3使用演示 在本節(jié)中，我們以監(jiān)控基于 Hellix的RTSP流媒體服務(wù)為例，講解如何使用Mdum系統(tǒng)。在使 用mdum工具前，用戶必須將其聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，連接方法可以參考圖2-1。開啟電源之后，用戶就 可以通過httP訪問web服務(wù)，從而查看 QoS相關(guān)信息。mdum系統(tǒng)默認(rèn)IP地址是 和 ，因此，在不同網(wǎng)段中，用戶還要修改該默認(rèn)IP。修改方式通過Tel net服務(wù)或者 串口服務(wù)。圖3-1是用戶通過HTTF服艮務(wù)獲取的

13、日志結(jié)果。 服務(wù)器相應(yīng)信息，錯(cuò) 用戶還可以查看服務(wù) 并且給出了失敗原因。除了圖3-1中的信息之外, 服務(wù)器數(shù)據(jù)流量，單用戶數(shù)據(jù)流量等信息。 圖3-1給出了部分日志記錄。在日志記錄中包含遠(yuǎn)程客戶請(qǐng)求信息， 誤響應(yīng)由著重色標(biāo)出， 器的實(shí)時(shí)連接情況， Lo 曲打 iftrnwtdnn Server IF rim. - w . 1 UH- n卜I c；胎 rtiir.Fort 2-1.1 UU. 1 . wA 2 stale Code 亠w i;late Code Interpretina _H、 Tiriie Notes 104 lisp 13J 160 1.10S 1S813 200 OK Non

14、nsi 1月2.、內(nèi)PD4 r1p 1 9.1 eT39e2 1 SeT PARftMRT. 了104 il9P 1 旳 1EB 1 W C5 1 吊越 1 羽 RQdCiei Worm al riep re2.i6?.i e 大河 山舞銀蛇, 比高。 原馳蠟象， 欲與天公試 須晴日, 看紅裝素裹，分外妖嬈。 江山如此多嬌, 引無數(shù)英雄競(jìng)折腰。 惜秦皇漢武，略輸文米 遜風(fēng)騷。 唐宗宋祖，稍 一代天驕，成吉思汗, 雕。 只識(shí)彎弓射大 俱往矣，數(shù)風(fēng)流人物， 克 還看今朝。 出師表 兩漢：諸葛亮 先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不 懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外

15、者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開張圣聽，以光先帝 遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。 宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑 賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。 侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以 為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。 能”，是以眾議舉寵為督：愚 將軍向?qū)櫍孕惺缇?，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰 以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。 親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí), 每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長(zhǎng)史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣, 愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也 臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈, 三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之 際，奉命于危難之間，爾來二十有