魏 敏

IPTV質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究與實(shí)現(xiàn)

魏 敏

中國(guó)電信股份有限公司福州分公司

電信運(yùn)營(yíng)商由于缺乏有效的IPTV故障定位手段，導(dǎo)致難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)中潛在的擁塞、阻斷、沖突等故障，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)IPTV業(yè)務(wù)的“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、主動(dòng)運(yùn)維”。該文將分析電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)IPTV服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)的需求，在此基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)控技術(shù)研究，提出一套IPTV服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的解決方案。

IPTV 服務(wù)質(zhì)量 監(jiān)測(cè)

IPTV業(yè)務(wù)是IP網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展出來的新興業(yè)務(wù)，它提供組播、點(diǎn)播、時(shí)移電視等視頻功能，而且結(jié)合通訊技術(shù)，使用戶能夠互動(dòng)地參與視頻節(jié)目。它具有大帶寬、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的要求很高。過去IP網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為能夠容忍的一些缺陷給IPTV業(yè)務(wù)帶來了很大的負(fù)面影響。隨著IPTV業(yè)務(wù)的日漸普及，豐富的內(nèi)容不再是吸引用戶的唯一重要手段，提升服務(wù)質(zhì)量成為用戶對(duì)IPTV業(yè)務(wù)的更高要求。`因此，IPTV的質(zhì)量監(jiān)控將是未來IPTV市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的主要工作。

1 電信IPTV監(jiān)測(cè)需求

1.1 電信IPTV現(xiàn)狀

電信運(yùn)營(yíng)商在IPTV的維護(hù)過程中面臨以下問題：

1.1.1缺乏對(duì)IPTV業(yè)務(wù)的監(jiān)控分析?，F(xiàn)有的網(wǎng)管系統(tǒng)側(cè)重于設(shè)備的監(jiān)控，對(duì)服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)能力較弱。

1.1.2傳統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量分析只停留在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，未能結(jié)合業(yè)務(wù)層面進(jìn)行綜合評(píng)測(cè)分析，無法準(zhǔn)確反映提供用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量情況，如視頻質(zhì)量、頻道切換速度。

1.1.3故障現(xiàn)象捕捉困難，定位、排除故障手段貧乏，排障歷時(shí)較長(zhǎng)。

因此，電信運(yùn)營(yíng)商迫切需要一套全面的IPTV服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)解決方案，對(duì)IPTV網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、分析、統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量和設(shè)備性能，協(xié)助維護(hù)人員快速準(zhǔn)確地定位故障、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，從而改善和提高IPTV用戶的體驗(yàn)質(zhì)量和滿意度。

1.2 IPTV監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求分析

IPTV監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)主要是能夠測(cè)量現(xiàn)有IPTV承載網(wǎng)各個(gè)層面的性能指標(biāo)，能快速診斷造成IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量下降的城域網(wǎng)問題，能關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)QoE指標(biāo)（如丟包、擁塞等情況）對(duì)視頻質(zhì)量的影響(如馬賽克、視頻停頓等問題)，從而指導(dǎo)現(xiàn)有IPTV網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和改造。

2 IPTV質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

考慮設(shè)計(jì)一個(gè)IPTV質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)層面的端到端實(shí)時(shí)監(jiān)控，具備主動(dòng)的故障告警功能。該系統(tǒng)以MDI指標(biāo)為測(cè)試參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠通過監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能來評(píng)價(jià)視頻質(zhì)量；能夠從IPTV網(wǎng)絡(luò)中節(jié)目源端到終端用戶之間任一段接入，監(jiān)測(cè)指定的視頻數(shù)據(jù)流，測(cè)試視頻流的DF和MLR值，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，判斷該段網(wǎng)絡(luò)的視頻質(zhì)量情況。當(dāng)用戶質(zhì)疑其觀看節(jié)目的視頻質(zhì)量時(shí)，可以利用該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試網(wǎng)段的視頻質(zhì)量，判斷問題原因。

2.1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

IPTV質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用“分布部署、集中采集”的系統(tǒng)架構(gòu)，由一個(gè)控制中心和多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。它是一個(gè)獨(dú)立的分布式系統(tǒng)，疊加在現(xiàn)有IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，通過部署監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式來獲得IPTV業(yè)務(wù)運(yùn)行時(shí)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)質(zhì)量參數(shù)，并由控制中心進(jìn)行集中分析和統(tǒng)計(jì)，以獲得IPTV業(yè)務(wù)總體質(zhì)量情況。

除特殊需求外，本系統(tǒng)只采集和分析數(shù)據(jù)包的包頭，不采集視頻流內(nèi)容，這樣，在保證分析覆蓋范圍的基礎(chǔ)上大大減少了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。

2.2 數(shù)據(jù)采集方式

監(jiān)測(cè)點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際需求采用以下兩種方式來采集數(shù)據(jù)：

采用分光器，其好處是成本低，幾乎不影響交換機(jī)性能，但需要斷開光纖，會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，而且增加分光器會(huì)形成新的單點(diǎn)故障點(diǎn)。

端口鏡像方式，操作簡(jiǎn)單且不會(huì)中斷業(yè)務(wù)。雖然增加了交換機(jī)的壓力，但目前交換機(jī)設(shè)備有足夠的性能能夠提供2～3口的端口鏡像。因此，本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用端口鏡像的方式來采集數(shù)據(jù)。

2.3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IPTV質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)部軟件架構(gòu)如圖1所示：

圖1　 IPTV質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)

分布在網(wǎng)絡(luò)不同位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可對(duì)IPTV視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析統(tǒng)計(jì)，并將各種IPTV統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過CSV文件格式輸出，并上傳給控制中心的數(shù)據(jù)庫，然后由控制中心通過所定制的業(yè)務(wù)模型，將不同點(diǎn)的IPTV統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)加以匯總顯示和報(bào)告生成，從而達(dá)到集中監(jiān)控的目的。當(dāng)IPTV QoE測(cè)試指標(biāo)不正常（如超過所定義的門限），監(jiān)測(cè)點(diǎn)可產(chǎn)生告警并觸發(fā)各種動(dòng)作（如發(fā)送Email等）或通過SNMP Trap的方式把告警時(shí)間上傳至控制中心。

2.3.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)

主要完成數(shù)據(jù)采集、服務(wù)質(zhì)量參數(shù)的采集和上傳。根據(jù)工作方式不同，監(jiān)測(cè)點(diǎn)又可以分為主動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和被動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)由七個(gè)模塊組成：

數(shù)據(jù)采集模塊：從視頻流鏡像端口的網(wǎng)卡上獲取數(shù)據(jù)包。

數(shù)據(jù)入庫模塊：收到入庫通知后將故障視頻流存入數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)解碼模塊：對(duì)封裝數(shù)據(jù)包的信息進(jìn)行解碼并提取指標(biāo)計(jì)算所需要的字段信息。

質(zhì)量分析模塊：通過解碼的字段信息計(jì)算出指標(biāo)，并根據(jù)算出的指標(biāo)對(duì)IPTV質(zhì)量進(jìn)行分析。

故障告警模塊：采用主動(dòng)告警方式，判斷質(zhì)量分析結(jié)果是否超出合理范圍，在超出時(shí)告警，并將告警信息傳送給控制中心。

命令響應(yīng)模塊：接收命令，根據(jù)命令通知相關(guān)模塊，并發(fā)送命令響應(yīng)。

數(shù)據(jù)交換模塊：負(fù)責(zé)與控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3.2控制中心

控制中心負(fù)責(zé)匯總監(jiān)測(cè)點(diǎn)上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行統(tǒng)計(jì)和分析，是整個(gè)系統(tǒng)的核心組件，主要包含7個(gè)功能模塊：

數(shù)據(jù)交換模塊：負(fù)責(zé)與所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸工作。

數(shù)據(jù)入庫模塊：將各種統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果或來自監(jiān)測(cè)點(diǎn)的視頻流數(shù)據(jù)包入庫。

統(tǒng)計(jì)分析模塊：對(duì)來自監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

告警處理模塊：收集來自監(jiān)測(cè)點(diǎn)的告警消息，消除重復(fù)告警，分析告警級(jí)別。

命令下發(fā)模塊：將來自客戶端的命令下發(fā)至指定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并接收命令響應(yīng)。

視頻流重現(xiàn)模塊：從數(shù)據(jù)庫讀出相關(guān)信息，發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)包到指定客戶端播放。

終端用戶操作模塊：提供用戶界面，完成系統(tǒng)的日常操作維護(hù)。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)狀，提出了一套IPTV服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的解決方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IPTV網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的分布式監(jiān)控。

[1] 羅斯青，段保通. IPTV端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J]. 電信科學(xué)，2008，(3)：37-41.

[2] Zapater M.N, Bressan G. A Proposed Approach for Quality of Experience Assurance of IPTV. Digital Society, 2007.

[3] 胡永傳，唐宏. 基于分布式IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案的研究[J]. 電腦與電信，2007，12(1)：21-24.

[4] 蔣力，羅斯青．IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量保障的關(guān)鍵技術(shù)探討[J]．電信技術(shù)，2008，(6)：16-18.