IPTV質量監(jiān)控分析及網絡優(yōu)化探討

陳元謀，李盼星，周麗娜

（中國通信建設集團設計院有限公司第一分公司，保定 071000）

根據Sandvine的報告顯示，視頻流量仍然是互聯網流量的主導，其下行流量占比為58%，且直播視頻流量占比有所上升，尤其關鍵賽事時期，如世界杯、奧運會等時期。然而隨著視頻質量提升，以及侵入式用戶體驗的迫切需求，運營商網絡將面臨容量壓力，網絡能力變現也愈發(fā)困難。面對網絡投資與收入剪刀差的逐步加大，如何基于運營商網絡構建視頻生態(tài)體系成各個運營商的當務之急。毫無凝問，互聯網電視（IPTV，Internet Protocol Television）業(yè)務作為運營商從視頻生態(tài)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)者角色轉變?yōu)樯鷳B(tài)系統(tǒng)領導者的重要戰(zhàn)略。利用網絡所有者的身份，面向終端用戶，具有先天的優(yōu)勢。同時IPTV也作為各運營商寬帶接入業(yè)務的延伸和增值，已經成為電信運營商多線擴張戰(zhàn)略的中心支柱。然而，隨著IPTV用戶規(guī)模的快速發(fā)展，IPTV業(yè)務質量問題也逐步呈現，如質差率居高不下，用戶體驗差，故障難于快速定位，問題溯源難度大等問題層出不窮。為了進一步保障視頻業(yè)務服務質量，提升用戶體驗，視頻端到端監(jiān)測質量分析監(jiān)控成為解決上述問題的有效手段。

1 IPTV簡介

IPTV是集寬帶網，互聯網、多媒體、通訊等技術于一體，向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式服務的技術。其主要有IPTV業(yè)務平臺、承載網絡、終端用戶組成。目前各個運營商借助IPTV打造的視頻點直播業(yè)務，憑借自身的網絡資源優(yōu)勢，搭建統(tǒng)一的視頻平臺，實現內容源的單播、組播傳輸至終端用戶。IPTV的發(fā)展也經歷了由運營商的封閉模式逐步向開放的CDN網絡承載模式演進，未來運營商的內容平臺和CDN網絡也將更加開放，吸引更多的優(yōu)質內容源引入，構造以運營商為中心的視頻生態(tài)體系。

2 IPTV業(yè)務的關鍵指標

2.1 用戶體驗側

終端用戶作為IPTV業(yè)務的最終受眾，用戶的體驗感受對于運營商來說至關重要。根據調查顯示，體驗較差是致使客戶考慮更換服務供應商的主要原因。從用戶對視頻的體驗要求來看，主要有三個方面：體驗的流暢程度、交互體驗（換臺或快進/快退速度）、視頻源質量。從承載網的角度看，交互體驗、體驗的流暢程度都和承載網有關系；從用戶角度看，在體驗三個因素中，最關注的是視頻流暢度。因此，把兩者結合起來，承載網要重點保障好視頻能夠流暢播放，不出現花屏、卡頓。

2.2 承載網絡

目前主流的IPTV業(yè)務承載方式為基于運營商的IP網絡疊加CDN網絡的承載方式，為了保障高質量視頻業(yè)務尤其是高清、4K等業(yè)務的承載需求，承載網絡的建設和性能將成為業(yè)務承載的關鍵。BT.2020標準定義UHD（Ultra-high definition）超高清視頻顯示系統(tǒng)包括4K與8K兩個階段，其中4K視頻的物理分辨率為3840×2160，8K分辨率為7680×4320。4K視頻不僅僅在分辨率大幅提升，在色彩深度、刷新頻率等都有大幅提升，其4K性能指標及網絡承載要求如表1所示：

4K視頻的點播業(yè)務使用TCP或UDP方式進行傳輸。為了保障4K視頻平滑播放，需要保障TCP的下載速率大于用戶觀看視頻的流量消耗速率。點播時一般會發(fā)生數據包到達延遲而引起視頻卡頓現象，良好的觀看體驗要求沒有卡頓。直播業(yè)務會因丟包、錯包產生花屏現象，TR-126（DSL Forum）的標準要求4小時內花屏不超過16ms。ITU-T Rec E.800最初定義QoS為“決定用戶滿意程度的服務性能的綜合效果”，4K視頻最終給用戶的體驗指標，不能只是滿足某一個指標，而是多個維度的綜合評估。

表1 4K視頻對承載網絡帶寬和網絡性能指標的要求

為了滿足IPTV用戶良好的視頻業(yè)務體驗，傳統(tǒng)的網絡架構層級多，內容源遠離用戶終端，網絡設備能力有限，造成視頻業(yè)務的高時延、高丟包率。為了提升端到端視頻業(yè)務的承載，運營商在網絡的建設中試圖打造端到端的網絡承載，其中接入端采用GPON/10G PON技術，城域網設備采用大容量400G/1T平臺，網絡架構趨向扁平化，組播復制點下移至接入端，合理部署CDN節(jié)點提供就近服務。同時部署網絡端到端QoS，實現IPTV業(yè)務差異化承載。

3 IPTV質量監(jiān)測分析及網絡優(yōu)化方案

3.1 IPTV質量監(jiān)測分析

為了實時掌握IPTV業(yè)務的性能，借助系統(tǒng)探針等多種手段進行實時監(jiān)測，通過數據采集構建IPTV業(yè)務KPI（Key Perform-ance Indicator，關鍵績效指標），針對發(fā)現的問題采取相應的措施實施優(yōu)化。要達到這個目標，對照IPTV端到端架構，分析IPTV業(yè)務體驗感知強相關的KPI，探討了符合實際的KPI監(jiān)測體系，用于主動監(jiān)測IPTV系統(tǒng)運行情況和用戶的業(yè)務體驗質量。

圖1 IPTV端到端質量監(jiān)測分析

如圖1所示，在整個系統(tǒng)架構中，任一環(huán)節(jié)不足都有可能使得用戶體驗質量下降。結合4K視頻業(yè)務關鍵性能指標要求，為保證4K業(yè)務的高效承載，將關鍵指標逐級分解至各類網元，具體至各級網絡擴容門限的取定。通過視頻質量監(jiān)測分析系統(tǒng)，可以精確監(jiān)控全網KPI，實現故障快速分責定界，提高故障分析準確度。同時可以借助質量監(jiān)測分析系統(tǒng)，結合4K視頻的性能參數要求，實現各級網絡擴容門限的取定，為網絡建設和優(yōu)化提供依據和參考。

同時依據日常KPI監(jiān)測指標數據，結合大數據平臺分析和挖掘能力，實現IPTV視頻業(yè)務的用戶行為習慣分析，建立視頻質量關鍵指標庫，為后期8K、16K視頻類以及AR/VR等業(yè)務的承載提供現實依據。同時可借助大數據實現廣告等業(yè)務的精確客戶營銷，為運營商創(chuàng)造更多商業(yè)價值。

3.2 網絡優(yōu)化方案

借助3.1節(jié)的視頻質量監(jiān)測分析，依據網絡進行逐級的關鍵指標參數分解。結合實際網絡測試，時延將不是城域網承載4K業(yè)務的主要瓶頸，可滿足4K視頻業(yè)務承載需求；因此丟包率指標將是城域網承載4K視頻業(yè)務的關鍵指標。通過設置各網絡層次的擴容門限、適度網絡輕載可以降低丟包率，很大程度上改善用戶體驗。因此后續(xù)再網絡優(yōu)化中，將丟包率指標作為4K業(yè)務承載的關鍵指標進行逐級分解，基于IPTV業(yè)務的網絡承載能力測試，在保障4K視頻業(yè)務的高效承載的前提下，其端到端網絡設備擴容門限取定如下：

表2 端到端網絡能力擴容門限

通過上表IPTV業(yè)務承載擴容門限分析指標，基于IPTV業(yè)務的網絡承載安全門限可以很好的保障用戶的良好視頻體驗。同時由于現有網絡同步承載IPTV和寬帶業(yè)務，寬帶業(yè)務與用戶行為習慣、事件等密切相關，業(yè)務流量波動較大，流量“峰谷”特征明顯，易擴容門限產生影響較大。因此在實際網絡中可以結合用戶行為習慣，適當降低網絡擴容門限。

綜上所述，借助IPTV質量監(jiān)測分析系統(tǒng)的網絡優(yōu)化方案，實現了業(yè)務和網絡質量的“雙主動”感知，提升了故障定位效率，實現了被動式運維向主動式運維轉型，同時給網絡規(guī)劃和建設提供數據依據，為未來網絡建設提供很好的借鑒和參考。

4 結束語

互聯網人口紅利日漸殆盡，存量之爭勢在必行。各大運營商的競爭也由搶奪用戶轉向提升服務質量，注重用戶體驗。而視頻流量作為互聯網流量的主導，關系著運營商的長遠戰(zhàn)略發(fā)展。未來隨著高質量視頻如8K、16K等以及侵入式視頻體驗業(yè)務的推廣，運營商將面臨網絡容量、服務質量提升的雙重壓力，而基于軟件定義的網絡和平臺毫無疑問將更好的滿足靈活定義、按需擴展、按需配置，部署靈活、維護便利等眾多優(yōu)勢，將成為各大運營商的新寵。