IPTV視頻流量利用率提升方法研究

徐 勇

（新疆聯(lián)通網(wǎng)絡管理中心，新疆 烏魯木齊 830000）

1 技術背景

新疆聯(lián)通IPTV現(xiàn)有用戶已經(jīng)超過20萬。然而，根據(jù)日常監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，機頂盒終端存在一定數(shù)量的7×24小時持續(xù)播放用戶（此情況往往是無人觀看電視的）。此種情況對新疆聯(lián)通的接入網(wǎng)絡資源、分平臺節(jié)點點播資源都造成較大的浪費。故需要調(diào)研出有效可行的解決方法，加強對此類機頂盒的監(jiān)管能力，并實現(xiàn)對此類用戶的遠程無干擾管理，減少視頻網(wǎng)絡流量資源的浪費[1-2]。

經(jīng)對現(xiàn)網(wǎng)所有終端管理系統(tǒng)的摸排，發(fā)現(xiàn)可以結(jié)合IPTV端到端監(jiān)測系統(tǒng)中的機頂盒嵌入式軟探針對機頂盒進行待機和關機操作，從而達到機頂盒釋放對應占用資源的目標[3]。因此，通過機頂盒嵌入軟探針智能判斷出視頻流量資源占用用戶，就成為視頻流量利用率提升的關鍵技術要因。

2 新疆聯(lián)通IPTV端到端監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

新疆聯(lián)通IPTV質(zhì)量監(jiān)測平臺的總體架構如圖1所示。

圖1 IPTV質(zhì)量監(jiān)測平臺總體架構

IPTV端到端質(zhì)量監(jiān)測平臺由集中監(jiān)測平臺和IPTV質(zhì)量監(jiān)測工具構成。集中監(jiān)測平臺對監(jiān)測工具送來的指標進行統(tǒng)計、分析和關聯(lián)，實現(xiàn)端到端的質(zhì)量監(jiān)測、故障告警、故障診斷以及質(zhì)量分析評估等應用功能。IPTV質(zhì)量監(jiān)測工具通過各個節(jié)點探針的部署，采集IPTV端到端各節(jié)點的關鍵指標，并上報給集中監(jiān)測平臺。目前新疆聯(lián)通的端到端質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)已監(jiān)測機頂盒（STB）用戶20多萬戶。

3 無效視頻流量調(diào)研分析

通過端到端質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，技術人員統(tǒng)計了1個月的樣本數(shù)據(jù)，對電視機關機、機頂盒（STB）開機、機頂盒節(jié)目播放時長進行分析，認定持續(xù)性24小時開機播放節(jié)目的機頂盒為產(chǎn)生無效視頻流量的機頂盒（因為持續(xù)24小時多天這種基本為不關閉機頂盒電源導致，用戶并未觀看電視節(jié)目）[4]。無效視頻數(shù)據(jù)的流量統(tǒng)計如圖2所示。據(jù)統(tǒng)計，在樣本中，每天有近1 000～3 000戶機頂盒未關閉。開機不觀看節(jié)目的機頂盒特征有：日開機次數(shù)為1，日開機時長為1天。

圖2 端到端質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對無效視頻數(shù)據(jù)的流量統(tǒng)計

根據(jù)統(tǒng)計，IPTV視頻業(yè)務平均每天看單一節(jié)目超過23小時50分鐘的用戶共1 457戶（取樣于20萬機頂盒軟探針可管控的機頂盒）。每天最少可以降低無效視頻流量146 677 GB（取值于探針系統(tǒng)），每天最少可以減少視頻節(jié)目有效請求次數(shù)31 092次。

平均每天24小時開機頂盒同時播放節(jié)目的1 457個用戶的區(qū)域統(tǒng)計如圖3所示，只統(tǒng)計安卓智能機頂盒。

圖3 平均每天24小時未關機頂盒用戶的區(qū)域分布

根據(jù)調(diào)研，新疆聯(lián)通有華為、中興、杰賽、貝爾、百視通、創(chuàng)維及金運共七款終端，每款終端有不同的版本、型號，所有型號在現(xiàn)網(wǎng)均有存量，但是部分終端型號不支持長時間無人操作自動待機和關機功能，同時還有用戶未開啟支持自動待機和關機操作對應的機頂盒配置，從而造成機頂盒一直沒有關閉，24小時持續(xù)從平臺請求節(jié)目，使得接入網(wǎng)絡產(chǎn)生大量無效視頻流量，高峰期還會對網(wǎng)絡造成擁堵[5]。

根據(jù)IPTV端到端質(zhì)量監(jiān)測平臺統(tǒng)計分析，每天平均有1 000～3 000戶沒有關閉機頂盒，每臺機頂盒的開機的功率為20 W左右，因此開機一天耗電0.48 kWh，平均現(xiàn)網(wǎng)一年消耗的電能為172 800～518 400 kWh，電費在8.6～25.92萬元。

以下對單一用戶進行24小時觀看節(jié)目和4小時觀看節(jié)目做流量對比分析。主要進行以下試驗。

（1）在試驗環(huán)境模擬一個24小時不關機用戶，試驗觀看點播直播節(jié)目。

（2）在試驗環(huán)境模擬一個開機4小時機頂盒用戶，試驗觀看標清、高清、4K節(jié)目。

（3）計算正常觀看節(jié)目4小時用戶與24小時不關機用戶每天觀看節(jié)目點播次數(shù)和流量的對比。

經(jīng)過測試，得出以下結(jié)論：高清直播節(jié)目碼率為4 Mb·s-1，一天24小時不關機觀看單一節(jié)目（高清節(jié)目），占用42 GB流量；只開機4小時觀看單一節(jié)目（高清節(jié)目），占用7 GB流量。無效流量為用戶關閉電視而不關閉機頂盒產(chǎn)生的流量，平均單個用戶可以節(jié)省大概35 GB的無效網(wǎng)絡流量，按照現(xiàn)網(wǎng)3 000個未關閉機頂盒用戶計算，一個月可節(jié)省無效流量為3 150 TB，一年就可以節(jié)省無效流量為37 800 TB。

由此看出，機頂盒在開機無人觀看狀態(tài)下產(chǎn)生的無效流量和耗電量是驚人的。如果能使機頂盒處在待機狀態(tài)，不僅節(jié)省了流量，也可延長機頂盒的使用壽命。

在此次調(diào)研過程中，充分利用端到端IPTV機頂盒嵌入式軟探針監(jiān)測系統(tǒng)，能夠找到24小時開機播放視頻的用戶。此外還需要調(diào)研出準確的遠程關機方式，同時確定該用戶是無人觀看的狀態(tài)。

針對用戶是否觀看的確定方法，經(jīng)過多方面技術分析，目前最可行的辦法是讓端到端IPTV嵌入式軟探針支持HDMI接口電壓數(shù)據(jù)的采集（當HDMI不對電視機輸出數(shù)據(jù)時電壓為0，輸出數(shù)據(jù)時有電壓存在），能夠感知HDMI口電壓數(shù)據(jù)輸出情況及電壓大小，在電視機關機且機頂盒持續(xù)播放節(jié)目時，則發(fā)送關機或待機判斷，進行遠程關閉機頂盒管理控制。

4 IPTV嵌入式軟探針系統(tǒng)遠程控制實現(xiàn)方式

4.1 確定實現(xiàn)過程中的重點關注內(nèi)容

具體實現(xiàn)過程中，需要重點關注以下內(nèi)容。

（1）機頂盒HDMI接口規(guī)格型號。監(jiān)測包含新規(guī)格HDMI2.1在內(nèi)的所有現(xiàn)網(wǎng)HDMI接口數(shù)據(jù)。HDMI2.1是目前所有新疆聯(lián)通傳輸4K、8K高清視頻的型號規(guī)格。

（2）HDMI接口監(jiān)測指標。支持監(jiān)測HMDI接口插拔、HDMI接口電視機待機、關機和開機狀態(tài)的監(jiān)測，同時支持HDMI接口電壓大小的監(jiān)測。

（3）實驗數(shù)據(jù)前后指標對比。支持對上線IPTV業(yè)務節(jié)能減負模塊機頂盒前后的數(shù)據(jù)對比。同時統(tǒng)計用戶真實體驗質(zhì)量（Quality of Experience，QoE），確保不影響用戶的QoE體驗。

在這些內(nèi)容基礎上，確定實驗開展對象為烏魯木齊天津路家客部用戶，在以新疆聯(lián)通華為平臺為基礎的機頂盒終端上實現(xiàn)，主要實驗對象為現(xiàn)網(wǎng)存在的華為、金運、杰賽、貝爾機頂盒，CPU主頻166 MHz，F(xiàn)lash容量4 MB，內(nèi)存64 MB.

4.2 具體對策實施

根據(jù)以上實驗對象和主要內(nèi)容，確定具體實施對策如表1所示。

表1 對策實施計劃表

4.3 對策實施一

針對機頂盒不關閉的情況，增加電視HDMI監(jiān)測能力，實現(xiàn)遠程控制關閉機頂盒。

小組成員在試驗環(huán)境下，在機頂盒高清HDMI接口增加監(jiān)測功能和遠程關閉機頂盒判斷執(zhí)行模塊，判斷數(shù)據(jù)HDMI輸出情況及電壓大小。在電視機無輸出數(shù)據(jù)確定用戶不觀看節(jié)目時關閉機頂盒。對策實施結(jié)果如圖4所示。

圖4 對策一實施效果驗證圖

小組成員通過探針服務器進行遠程部署，在試驗環(huán)境下對機頂盒的高清HDMI接口增加監(jiān)測功能，在機頂盒部署軟件，通過條件判斷，在電視關機5 min后實現(xiàn)遠程關閉機頂盒功能。

（1）在試驗環(huán)境模擬一個24小時不關電視的用戶，試驗觀看點播直播節(jié)目。

試驗結(jié)果：當電視不關機，HDMI能監(jiān)測到數(shù)據(jù)輸出，不關閉機頂盒。

（2）在試驗環(huán)境模擬一個關閉電視且機頂盒播放節(jié)目超過5 min的直播用戶。

試驗結(jié)果：軟件檢測出HDMI無數(shù)據(jù)輸出，電壓由大變小，5 min后，機頂盒被遠程關閉。對策實施一“對不關閉的機頂盒，增加電視HDMI監(jiān)測能力，實現(xiàn)遠程控制關閉機頂盒。”目標實現(xiàn)。

4.4 對策實施二

對用戶關機操作執(zhí)行失敗的情況，實現(xiàn)遠程控制關閉機頂盒。

小組成員在試驗環(huán)境下，在故障機頂盒高清HDMI接口增加監(jiān)測功能，判斷數(shù)據(jù)輸出情況及電壓大小。在電視機無輸出數(shù)據(jù)時進行關機監(jiān)測，實現(xiàn)在用戶不觀看節(jié)目時，機頂盒準確關機判斷，在機頂盒部署軟件，實現(xiàn)遠程關閉機頂盒能力。對策實施結(jié)果如圖5所示。

圖5 對策二實施效果驗證圖

小組成員通過IPTV嵌入式軟探針系統(tǒng)服務器進行遠程部署，在試驗環(huán)境下對故障機頂盒的高清HDMI接口增加監(jiān)測功能，在機頂盒部署軟件，通過條件判斷，在電視關機5 min后實現(xiàn)遠程關閉機頂盒功能。

（1）在試驗環(huán)境模擬一個24小時不關機的電視用戶，試驗觀看點播直播節(jié)目。

試驗結(jié)果：當電視不關機，HDMI能監(jiān)測到數(shù)據(jù)輸出，不關閉機頂盒。

（2）在試驗環(huán)境模擬一個關閉電視且機頂盒播放節(jié)目超過5 min的直播用戶。

試驗結(jié)果：軟件檢測出HDMI無數(shù)據(jù)輸出，電壓由大變0，5 min后，機頂盒遠程關閉，目標實現(xiàn)。

4.5 對策實施三

對于長期無人觀看、機頂盒不具備進入待機狀態(tài)的機頂盒，實現(xiàn)遠程控制關閉機頂盒。

小組成員在試驗環(huán)境下，對長期無人觀看、機頂盒不具備進入待機狀態(tài)的機頂盒，在HDMI接口增加監(jiān)測功能，判斷HDMI數(shù)據(jù)輸出情況及電壓大小。在電視機無輸出數(shù)據(jù)時進行關機監(jiān)測，實現(xiàn)用戶不觀看節(jié)目時無待機功能的機頂盒準確關機判斷，在機頂盒部署軟件，實現(xiàn)遠程關閉機頂盒能力。對策實施結(jié)果如圖6所示。

圖6 對策二實施效果驗證圖

小組成員通過探針服務器進行遠程部署，在試驗環(huán)境下對功能不全（無待機功能或有待機功能但未啟用）的機頂盒的高清HDMI接口增加監(jiān)測功能，在機頂盒部署軟件，通過條件判斷，在電視關機5 min后實現(xiàn)遠程關閉機頂盒功能。

（1）在試驗環(huán)境模擬一個24小時不關機的電視用戶，試驗觀看點播直播節(jié)目。

試驗結(jié)果：當電視不關機，HDMI接口能監(jiān)測到數(shù)據(jù)輸出，不關閉機頂盒。

（2）在試驗環(huán)境模擬一個關閉電視機且機頂盒播放節(jié)目超過5 min的直播用戶。

試驗結(jié)果：對于長期無人觀看、機頂盒不具備進入待機狀態(tài)的機頂盒，軟件檢測出HDMI接口無數(shù)據(jù)輸出，電壓由大變0，5 min后，功能不全的機頂盒被遠程關閉，目標實現(xiàn)。

5 實驗效果匯總

技術人員從現(xiàn)網(wǎng)抽取了100臺次設備進行功能性測試，實驗效果匯總?cè)绫?所示。由表2可知，新業(yè)務部署測試項目成功率達100%，節(jié)省總流量3 640 GB，平均單臺設備一天可以節(jié)省36 GB流量，說明在現(xiàn)網(wǎng)IPTV端到端質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)上部署此類功能是有效且可靠的。

表2 實驗效果匯總表

6 結(jié) 語

本文通過新疆聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)的監(jiān)測軟探針降低IPTV視頻業(yè)務無效流量，提升視頻流量利用率，通過在端到端質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)平臺增加相應功能，所有機頂盒部署對應遠程管控監(jiān)測能力，可實現(xiàn)HDMI接口監(jiān)測及遠程關閉機頂盒功能。本文的試驗結(jié)果說明，這種部署方案是行之有效的，具備一定的應用價值和實際意義。