張琳

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司河北分公司，石家莊 050010）

1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及理念

1.1 U-vMOS視頻評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2012年10月，作為電信網(wǎng)絡(luò)QoS/QoE評(píng)測(cè)工具標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威組織，ITU-T(SG12)發(fā)布了業(yè)界第一套非侵入式無參考實(shí)時(shí)媒體主觀質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（P.NAMS/P.NBAMS）。

之后，隨著互聯(lián)網(wǎng)特別是視頻內(nèi)容的高速發(fā)展，人們對(duì)視頻的體驗(yàn)已經(jīng)從原來的單一的電視屏幕體驗(yàn)，轉(zhuǎn)向多屏幕，全方位的體驗(yàn)。視頻的分辨率和畫面質(zhì)量在不斷演進(jìn)和提升，屏幕技術(shù)和編解碼技術(shù)在不斷發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)都全面進(jìn)入超寬帶時(shí)代，視頻體驗(yàn)已經(jīng)呈現(xiàn)出多屏，多網(wǎng)絡(luò)，多業(yè)務(wù)的特點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)之上，提出了視頻體驗(yàn)衡量體系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（U-vMOS，User，Unified，Ubiquitous-Mean Opinion Score for Video)，將ToP3視頻體驗(yàn)影響因子進(jìn)行了量化評(píng)分[1]，得分為1-5分（5：優(yōu)秀； 4：良好；3：一般； 2：較差； 1：差）。屏幕越大、內(nèi)容分辨率越高、觀看流暢，得分就越高。U-vMOS分值表示1 s內(nèi)的視頻質(zhì)量好壞，可用率表示一段時(shí)間內(nèi)的視頻質(zhì)量好壞。

比如在5 min統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)用戶播放了200 s，其中有180 s U-vMOS大于2.5，則該5 min內(nèi)用戶的視頻質(zhì)量可用率為180/200=90%?？砂芽捎寐史譃?個(gè)檔次，98%～100%為好，用戶幾乎察覺不到花屏和卡頓；95%～98%為中，用戶偶爾察覺到花屏或卡頓，基本可以接受； 0%～95%為差，用戶察覺到頻繁的花屏或卡頓，難以接受。

基于以上可用率分檔，進(jìn)行如下定義：

1.2 端到端

“端到端”最初來自網(wǎng)絡(luò)術(shù)語，表示網(wǎng)絡(luò)上建立的邏輯鏈路，通常建立在傳輸層之上。但隨著社會(huì)信息化程度的不斷提高，“端到端”概念也得到了延伸和發(fā)展，即“端到端”全流程管理理念，“端到端”全流程管理是指為滿足特定客戶需求或業(yè)務(wù)目標(biāo)的全流程管理，從客戶需求出發(fā)，直到滿足客戶需求為止，提供端到端服務(wù)[2]。

用戶業(yè)務(wù)感知問題不是單一片面的問題，很難用簡(jiǎn)單統(tǒng)一的方法進(jìn)行處理。業(yè)務(wù)體驗(yàn)建立在完全動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，需要的優(yōu)化周期更長，優(yōu)化方式也更加復(fù)雜，因此需要對(duì)全流程的業(yè)務(wù)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，同時(shí)需要由被動(dòng)式解決問題優(yōu)化為主動(dòng)預(yù)防式優(yōu)化保障。在這種背景下，端到端理念與業(yè)務(wù)感知優(yōu)化的結(jié)合水到渠成。

基于“端到端”的優(yōu)化理念是提高業(yè)務(wù)質(zhì)量及終端用戶感知度的最好解決方案，它不僅僅考慮了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)于業(yè)務(wù)的影響，還將終端、業(yè)務(wù)平臺(tái)及內(nèi)容源這三點(diǎn)也納入了優(yōu)化的范疇，更加全面和科學(xué)地對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行評(píng)估和分析優(yōu)化。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及IPTV業(yè)務(wù)流程

典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

IPTV業(yè)務(wù)按實(shí)時(shí)性進(jìn)行分類，主要分為直播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)。

直播BTV（Broadcast TV）或Live TV通過IP網(wǎng)絡(luò)向用戶實(shí)時(shí)提供標(biāo)清或高清頻道節(jié)目的視頻直播業(yè)務(wù)。可以在實(shí)時(shí)直播的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)上發(fā)展出即時(shí)時(shí)移、菜單時(shí)移業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)，向用戶提供豐富的交互體驗(yàn)功能。

點(diǎn)播VoD (Video on Demand)是交互式視頻點(diǎn)播，是指用戶根據(jù)自己的需求從節(jié)目庫中瀏覽、訂購、觀看節(jié)目的視頻業(yè)務(wù)。在觀看節(jié)目時(shí)，用戶可以執(zhí)行暫停、播放、快進(jìn)、快退、音量控制等互動(dòng)操作。

圖1 典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

IPTV業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 IPTV業(yè)務(wù)流程

由以上可知，IPTV業(yè)務(wù)經(jīng)過的的設(shè)備有用戶終端、接入網(wǎng)、IP城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)以及IPTV業(yè)務(wù)平臺(tái)區(qū)域或邊緣節(jié)點(diǎn)。

3 業(yè)務(wù)感知提升案例

IPTV業(yè)務(wù)流程流經(jīng)的每一臺(tái)設(shè)備、每一個(gè)端口、每一條光纖都至關(guān)重要，都有可能對(duì)用戶業(yè)務(wù)感知產(chǎn)生影響，因IPTV業(yè)務(wù)全流程涉及內(nèi)容源、網(wǎng)絡(luò)、終端三個(gè)方面，故需要從以上三個(gè)方面對(duì)IPTV業(yè)務(wù)全流程進(jìn)行端到端管控，以提升用戶感知。

3.1 內(nèi)容源

3.1.1 內(nèi)容源優(yōu)化思路

在首先保證內(nèi)容源引入的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)設(shè)計(jì)合理性、可靠性及安全性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容源提供視頻內(nèi)容的質(zhì)量，如有無誤碼、分組丟失、時(shí)延抖動(dòng)等情況，此外，還需要關(guān)注業(yè)界主流的視頻編碼，IPTV視頻一般都采用UDP的實(shí)時(shí)流傳輸，為了防止突發(fā)造成網(wǎng)絡(luò)分組丟失，一般都采用CBR（Constant Bit Rate）編碼方式。

3.1.2 典型案例

直播及點(diǎn)播業(yè)務(wù)感知提升主要是提升直播源穩(wěn)定性、提高點(diǎn)播片源本身質(zhì)量，同時(shí)優(yōu)化IPTV平臺(tái)參數(shù)配置等。典型案例如下：

（1）IPTV業(yè)務(wù)直播信號(hào)不夠穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)斷流、分組丟失、延遲大等問題。特別是斷流、分組丟失等現(xiàn)象出現(xiàn)多次，嚴(yán)重影響用戶感知。

原因分析：直播節(jié)目源編碼器穩(wěn)定性問題、直播源提供方交換機(jī)容量問題、操作不規(guī)范問題等。

解決措施：加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)水平、購置直播信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探針，對(duì)直播信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處置。

（2）部分點(diǎn)播片源自用戶確定點(diǎn)播到顯示出畫面或用戶快進(jìn)快退后顯示出畫面加載時(shí)間過長，兩者最長時(shí)約為8s左右，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了用戶觀看影片的忍受極限。

原因分析：MP4格式的片源在機(jī)頂盒正式播放畫面前（快進(jìn)快退后也需要重新下載此文件進(jìn)行索引）需要下載一個(gè)名為MOOV的索引文件（即元數(shù)據(jù)文件），由于部分MP4視頻文件MOOV較大，需要較長時(shí)間機(jī)頂盒才能下載完畢，進(jìn)而導(dǎo)致加載影片時(shí)間過長。

解決措施：在點(diǎn)播片源提供方短期內(nèi)無法改變影片文件格式的情況下，通過平臺(tái)側(cè)采取措施來解決。具體措施為IPTV平臺(tái)在初試發(fā)送MP4格式的媒體流時(shí)，采取快發(fā)機(jī)制，即在影片初始加載時(shí)臨時(shí)將服務(wù)器側(cè)發(fā)流帶寬增大，后經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際測(cè)試，在增大到20 Mbit/s后部分高清及超高清影片提升效果不明顯，繼續(xù)將帶寬加大，至50 Mbit/s后幾乎所有MP4影片的加載時(shí)長可縮短至1 s左右，且對(duì)IPTV平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)無影響。

（3）因片源碼率與平臺(tái)配合問題導(dǎo)致影片播放卡頓。

原因分析：平臺(tái)在處理VBR或CBR片源時(shí)，會(huì)根據(jù)平均碼率預(yù)先分配一定的帶寬，如VBR下，平均碼率為3 Mbit/s，最高碼率為12 Mbit/s，則業(yè)務(wù)平臺(tái)在發(fā)媒體流時(shí)的預(yù)留帶寬=平均碼率×系數(shù)，目前，系數(shù)最大支持2，默認(rèn)設(shè)置為1.8，那么為以上VBR編碼方式的片源預(yù)留的帶寬為3 Mbit/s×2=6 Mbit/s，顯然6 Mbit/s＜12 Mbit/s，故在平臺(tái)服務(wù)器發(fā)送媒體流時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，從而導(dǎo)致用戶有卡頓、花屏等現(xiàn)象。

解決措施：可采取以下兩種措施：

片源方將部分VBR格式文件改為CBR格式；

片源提供方在VBR編碼時(shí)調(diào)整編碼格式，最大碼率不超過平均的2倍；

手動(dòng)調(diào)整配置，上調(diào)平臺(tái)所支持的碼率系數(shù)，以滿足VBR片源碼率。

3.2 網(wǎng)絡(luò)

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路

網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作可進(jìn)一步細(xì)分為接入網(wǎng)、城域網(wǎng)及傳輸網(wǎng)三部分。

接入網(wǎng)絡(luò)以采用GPON技術(shù)的FTTH為例，單個(gè)GPON接口的下行帶寬按2.5 Gbit/s計(jì)算，建議配置1：64分光比，上行口及下行口的帶寬利用率在超過60%即可是擴(kuò)容，同時(shí)在OLT上啟用QoS，對(duì)IPTV業(yè)務(wù)進(jìn)行高優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)[3]。

對(duì)于核心網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作，主要指在采用多冗余的可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)全流程全網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能、告警等監(jiān)控，此外同時(shí)部署全網(wǎng)QoS，對(duì)IPTV業(yè)務(wù)進(jìn)行重點(diǎn)保障[4]。

傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要是提升傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，通過環(huán)路、多路由等措施保障傳輸網(wǎng)絡(luò)不中斷；減少傳輸過程中產(chǎn)生的誤碼、時(shí)延等問題，提供優(yōu)質(zhì)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

3.2.2 典型案例

（1）用戶在使用點(diǎn)播業(yè)務(wù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)周期性出現(xiàn)卡頓，導(dǎo)致感知差。

原因分析：查詢BRAS上行口流量抑制信息，發(fā)現(xiàn)設(shè)備做了未知單播抑制。進(jìn)一步檢查OLT的MAC地址老化時(shí)間，發(fā)現(xiàn)MAC老化時(shí)間過短為30 s，通過將此時(shí)間改為300 s后，質(zhì)差消失。

進(jìn)一步分析觀看直播時(shí)，用戶機(jī)頂盒的MAC地址（多播）都加入到多播組里面，只要用戶不主動(dòng)退出或超時(shí)退出，OLT都會(huì)認(rèn)為用戶在線，不會(huì)主動(dòng)把盒子的MAC地址（多播）消除，OLT設(shè)置的單播MAC地址老化時(shí)間不對(duì)多播起作用。

點(diǎn)播時(shí)，OLT就相當(dāng)于二層交換機(jī)，第一次盒子上線后OLT通過MAC地址學(xué)習(xí)功能記錄下盒子的MAC地址，由于點(diǎn)播時(shí)OLT主要是下行數(shù)據(jù)給用戶，上行數(shù)據(jù)僅包含TCP心跳連接，此連接默認(rèn)時(shí)長為120 s，當(dāng)機(jī)頂盒在OLT上設(shè)置的老化時(shí)間內(nèi)未向OLT發(fā)送上行數(shù)據(jù)時(shí)，OLT就會(huì)把該盒子MAC從地址表里消除，從而導(dǎo)致下一次OLT給盒子下發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)需重新學(xué)習(xí)MAC地址（泛洪實(shí)現(xiàn)），進(jìn)而造成用戶觀看點(diǎn)播時(shí)卡頓。

（2）接入網(wǎng)匯聚交換機(jī)通過多條鏈路聚合上行到BRAS，查看匯聚交換機(jī)聚合后的端口流量發(fā)現(xiàn)出流非常不均衡，存在單鏈路流量負(fù)荷過重情況，會(huì)導(dǎo)致用戶感知差。

解決措施：調(diào)整負(fù)載分擔(dān)模式分別基于dip、dmac、sip、smac、smacxordmac后，查看端口流量均衡情況，效果不明顯?？紤]進(jìn)行策略控制進(jìn)行靈活的負(fù)載均衡配置，配置增強(qiáng)模式的負(fù)載分擔(dān)，問題解決。

（3）針對(duì)目前接入網(wǎng)通用常見網(wǎng)絡(luò)問題，建議進(jìn)行如下整改。

加大力度整改收光異常ONU（光貓），持續(xù)提高IPTV用戶感知，降低質(zhì)差率。

進(jìn)一步推進(jìn)城域網(wǎng)優(yōu)化工作，包括交換機(jī)、OLT的雙路由改造，上行鏈路擴(kuò)容，尤其是推進(jìn)OLT的10G擴(kuò)容，匯聚交換機(jī)分裂等工作。

根據(jù)用戶發(fā)展趨勢(shì)，做好城域網(wǎng)能力評(píng)估，對(duì)設(shè)備、板卡、IP地址池、Licence、傳輸?shù)雀黝愘Y源進(jìn)行提前規(guī)劃、購置。

（4）因斷纜、傳輸割接導(dǎo)致產(chǎn)生保護(hù)倒換時(shí)，直播業(yè)務(wù)感知會(huì)收到短暫影響。

原因分析：當(dāng)發(fā)生保護(hù)倒換的時(shí)候，從傳輸網(wǎng)絡(luò)的角度來看，理論上業(yè)務(wù)會(huì)有小于50ms的瞬斷，此時(shí)數(shù)據(jù)設(shè)備端口上報(bào)端口DOWN告警。雖然保護(hù)倒換在50ms內(nèi)已經(jīng)完成動(dòng)作，鏈路恢復(fù)正常，但數(shù)據(jù)設(shè)備端口需要重新協(xié)商，協(xié)商過程中又出現(xiàn)數(shù)次DOWN/UP，短時(shí)間內(nèi)數(shù)次閃斷，造成路由的頻繁收斂，造成視頻業(yè)務(wù)受到影響。

解決措施：路由器端口DOWN延時(shí)（Hold Off Time）設(shè)置應(yīng)保證路由器及時(shí)感知鏈路故障，如鏈路可以在50ms內(nèi)完成優(yōu)良切換，路由器不進(jìn)行路由收斂對(duì)網(wǎng)絡(luò)層面影響最小，設(shè)置Hold off time為500 ms，規(guī)避端口抖動(dòng)引入不必要的震蕩。

路由器端口UP延時(shí)（Hold on Time）設(shè)置：Hold On Time設(shè)置為5 000 ms（5 s），保證路由器端口的在啟動(dòng)之前，波分鏈路穩(wěn)定恢復(fù)，避免路由器端口的UP后檢測(cè)到誤碼影響業(yè)務(wù)或者再次進(jìn)入DOWN。

優(yōu)化協(xié)議的收斂性能，提高BRAS收斂速度。

通過調(diào)整IPTV出口路由器設(shè)備和各地市城域網(wǎng)出口路由器的互聯(lián)IP地址，使多播業(yè)務(wù)承載到傳輸路由較短的鏈路上。

3.3 終端

為用戶提供高可靠能滿足業(yè)務(wù)需求的終端，從終端性能上保證用戶可進(jìn)行高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)，同時(shí)鑒于終端是能夠最直接反映用戶真實(shí)體驗(yàn)的部分，對(duì)于終端的操作界面、操作方式等需要進(jìn)行優(yōu)化提升，便于從操作方面提升用戶感知。

機(jī)頂盒在滿足硬件性能及軟件穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

（1）優(yōu)化機(jī)頂盒設(shè)置頁面布局，以便減少因用戶誤操作導(dǎo)致的投訴。

（2）增加開機(jī)階段機(jī)頂盒報(bào)錯(cuò)提示指導(dǎo)頁面，便于用戶自行排障。

（3）增加自動(dòng)待機(jī)功能，默認(rèn)4 h機(jī)頂盒無操作自動(dòng)待機(jī)，且7：00-22：00機(jī)頂盒自動(dòng)待機(jī)功能不生效，以便提升用戶感知。

3.4 提升效果

在未進(jìn)行IPTV端到端業(yè)務(wù)感知提升工作前，平均質(zhì)差率指標(biāo)（該指標(biāo)以天為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以月為單位進(jìn)行綜合評(píng)定）長期居于1.3%左右，各地市某月的質(zhì)差率如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前質(zhì)差率

在進(jìn)行以上提升優(yōu)化后，平均質(zhì)差率指標(biāo)從優(yōu)化前的1.33%降低至0.28%，提升幅度明顯，優(yōu)化后各地市質(zhì)差率如如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后質(zhì)差率

4 結(jié)論

現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證結(jié)果表明，本文提出的業(yè)務(wù)感知提升方案優(yōu)化效果明顯，可使得IPTV業(yè)務(wù)感知得到明顯提升。

[1] 華為技術(shù)有限公司. 體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的4K承載網(wǎng)白皮書, 2016,04.

[2] 謝質(zhì)文, 楊滔. IPTV:產(chǎn)品、運(yùn)營與案例[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 余智豪, 顧艷春, 范靈. 接入網(wǎng)技術(shù)(第2版)[M]. 北京：人民郵電出版社，2002.

[4] 李學(xué)軍，李洪，朱英軍, 等. 寬帶IP城域網(wǎng)的優(yōu)化策略與實(shí)踐[M]. 北京：人民郵電出版社，2002.