IPTV端到端业务质量监测技术研究

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  在IPTV业务的实际运营中,如何保证和监测端到端的业务质量是运营商关注的主要问题。本文首先介绍了IPTV业务质量的定义和业务质量模型,并从运营商角度提出了业务质量监测的需求。

  之后介绍了目前IPTV质量监测领域的技术、标准和产业发展状况,最后提出了在IPTV业务网络中部署端到端监测系统的技术方案。

  1、引言

  随着近几年在业务融合、技术、标准以及商业模式等方面的摸索,IPTV业务在中国开始逐步成熟并进入到规模商用阶段。IPTV作为一种电信级业务,要达到大规模应用需要有效的业务质量保障。由于IPTV是电视类的媒体业务,用户希望得到如同有线电视的服务水平,包括频道切换速度、节目的图像质量、播放的流畅性等。而传统的宽带业务质量监测侧重于数据链路层和网络层的监测,无法直接反映用户对IPTV业务的主观感受,因此不能满足IPTV质量监测的需求。

  本文针对现有监测方案的不足,提出了一种采用分布式部署与集中管理相结合的监测方案,该方案具有监测功能丰富、可扩展性强等优点,可满足现阶段IPTV业务质量监测的需要。

  2、业务质量定义及模型

  业务质量(quality of service,QoS)术语并不是针对IPTV的,在很多电信业务中都提出QoS要求及相关的QoS保障技术。在ITU-T E.800[1]标准中,QoS被定义为“反映用户对业务使用满意程度的服务性能的综合效果”。对传统电信业务而言,QoS通常指网络性能,尤其是网络传输性能。而由于IPTV是一种上层应用的业务,传统的QoS无法满足对最终用户感受的评估,因此目前业界往往采用体验质量(quality of experience,QoE)一词来描述面向最终用户应用的业务质量。QoE在ITU-T P.10/G.100[2]中被定义为“最终用户对使用的应用或业务的总体主观可接受程度”,可见QoE相比QoS更强调最终用户的业务使用感受。

  目前尚无国际规范对IPTV业务质量进行完整定义,国际标准组织ITU正在进行IPTV GSI(global standard initial,全球主动标准)工作,以推动全球IPTV标准化进程。其中暂时还没有对IPTV业务质量进行定义,仍沿用了ITU-T P.10/G.100中对QoE的定义。IPTV GSI也指出,IPTV QoE应该同时包含主观评估质量和客观评估质量两部分内容,前者主要根据人眼视觉系统来评估视频质量,通过主观感受来评估体验质量;后者则可以定义各种客观指标,并采用相应的测试工具进行测量,具体如图1所示。

目前ITU IPTV GSI规定的QoE定义范围

图1 目前ITU IPTV GSI规定的QoE定义范围

  作者比较赞同ITU IPTV GSI目前对IPTV业务质量的定义,在本文中也采用IPTV QoE来表示IPTV业务质量。当然,从运营商的角度来说不仅仅关心IPTV业务质量定义,更具实际意义的是如何量化IPTV业务质量,如何建立IPTV业务质量的指标体系以指导现网的质量运维。因此,需要根据IPTV所涉及的技术环节,建立IPTV业务质量的评估模型。

  图2参考OSI的7层模型,给出了一种可供参考的IPTV业务质量的参数模型,并展示了与IPTV协议栈之间的对应关系。

IPTV业务质量模型与OSI 7层模型和IPTV协议栈的关系

图2 IPTV业务质量模型与OSI 7层模型和IPTV协议栈的关系

  如图2所示,IPTV QoE的参数模型覆盖了OSI 7层模型的所有层次。其中,客观QoE相关的分层质量对应于IPTV的协议栈中各个协议,各层次的质量参数可以通过采集对应的协议及其字段获得。

  具体的,客观QoE包含以下几方面的内容。

  ●内容质量和业务控制质量:主要指直播频道、时移节目、VOD节目、图片、文字等内容的品质和业务控制的性能指标。例如对于直播频道质量,需要采集和分析媒体编码参数、分辨率参数等;对于业务控制质量,需要采集HTTP和RTSP请求的响应速度、页面数据呈现完整度、组播加入/退出的时延等。

  ●流媒体质量:主要指流媒体传输层的性能指标,以采用MPEG2 TS协议传输IPTV节目为例,DVB系统测试标准TR 101-290根据各参数对质量影响的程度不同,定义了3个级别,每个级别分别对应一组质量参数,这些参数同样可供采用MPEG2 TS协议的IPTV系统参考,例如需要采集第一级别中的同步错误字段(sync loss)、包识别丢失(PID missing),第二级别中的数据传输错误(transport error)、节目参考时钟抖动错误(PCR,jitter error)等参数。如果采用RTSP作为VOD节目的流控制协议,则要采集RTSP信令参数。

  ●网络传输层质量:主要指网络传输层相关协议的性能指标,包括TCP/UDP的重传次数,在采用了RTP的情况下,需要监测RTP丢包率、RTP抖动等。

  ●网络层质量:主要指传统IP网络层的性能指标,根据ITU-T Y.1540[3]建议,主要为IP丢包率、IP包时延、IP包抖动及其相关参数。

  ●链路层质量:根据不同的链路层类型,需要采集不同的性能指标。由于这个层次的质量保障是面向全业务而不仅仅是IPTV业务,本文不做详述。

  主观QoE主要是用户对IPTV业务使用中的主观感受,这些感受是对服务接入速度、内容质量、使用操作便利性等多方面的综合,至少可以包含以下参数:

  ●开机进入IPTV主界面的速度;

  ●用户鉴权频道浏览(加入/离开时延);

  ●视频内容的清晰度和流畅程度;

  ●直播频道的切换速度;

  ●VOD节目进行快进、快退和暂停操作的响应速度;

  ●业务请求的响应速度、业务内容的完整性等。

  3、业务质量监测需求

  IPTV业务质量监测应包含两部分,即监控和测试,二者相互关联但又相对独立。其中监控技术主要是面向IPTV运维部门使用,协助IPTV平台及网络运维部门监控网络运行中的质量状态,帮助定位故障和解决问题,因此要求监控技术能够覆盖整个IPTV业务质量领域。测试主要面向IPTV产品研发、性能评估和故障排查等应用,因此测试技术往往针对与IPTV业务质量相关的某一个领域或层面,重点解决某一类问题。

  如前所述,IPTV业务质量监控应该覆盖整个IPTV业务领域,是面向IPTV业务的端到端全网监测,具体应满足以下需求。

  ●满足IPTV业务的7×24 h不间断监测,同时不对正在运营的IPTV系统产生影响。

  ●监测范围能够覆盖整个IPTV网络的各个环节,并能根据各环节采集的参数进行对比分析。这些环节至少包括:内容头端系统、系统核心平台出口、边缘节点出口、关键网络节点等。

  ●当IPTV质量发生劣化时,系统能够自动采集质量劣化的技术参数,并作详细记录;能够通过对比分析各节点参数,进行故障点分析和快速定位。

  ●能够根据采集参数进行平台及服务器的性能分析等。

  ●能够完成图2中质量模型各层次的分析。

  而IPTV业务质量测试主要针对与IPTV业务质量相关的某一个领域或层面,如在实验室进行质量验证或问题和故障发生后进行定位和排障,或针对IPTV某个网元设备进行测试。因此IPTV业务质量测试往往可以借助原来各层面的相关测试工具进行,下面举几个例子。

  ●内容质量的测试:主要在实验室或内容上线前,采用专门的质量检测工具进行图像质量、伴音质量、字幕质量、元数据质量等的测试,主要针对直播频道、时移节目、VOD节目、图片、文字等内容的品质和业务控制的性能指标。

  ●流媒体层的测试:主要在系统上线前对流协议的规范性进行测试和验证。

  ●网络传输层、网络层和链路层质量测试:主要采用与应用无关的专用测试软件或仪表测试目前IPTV承载网络的质量状况。

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