張琳

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司河北分公司，石家莊 050010）

1 評價標(biāo)準(zhǔn)及理念

1.1 U-vMOS視頻評價標(biāo)準(zhǔn)

2012年10月，作為電信網(wǎng)絡(luò)QoS/QoE評測工具標(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時媒體主觀質(zhì)量評估標(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，人們對視頻的體驗已經(jīng)從原來的單一的電視屏幕體驗，轉(zhuǎn)向多屏幕，全方位的體驗。視頻的分辨率和畫面質(zhì)量在不斷演進和提升，屏幕技術(shù)和編解碼技術(shù)在不斷發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)都全面進入超寬帶時代，視頻體驗已經(jīng)呈現(xiàn)出多屏，多網(wǎng)絡(luò)，多業(yè)務(wù)的特點。

在此基礎(chǔ)之上，提出了視頻體驗衡量體系評價標(biāo)準(zhǔn)（U-vMOS，User，Unified，Ubiquitous-Mean Opinion Score for Video)，將ToP3視頻體驗影響因子進行了量化評分[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，可用率表示一段時間內(nèi)的視頻質(zhì)量好壞。

比如在5 min統(tǒng)計周期內(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%。可把可用率分為3個檔次，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，很難用簡單統(tǒng)一的方法進行處理。業(yè)務(wù)體驗建立在完全動態(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，因此需要對全流程的業(yè)務(wù)性能進行實時管控，同時需要由被動式解決問題優(yōu)化為主動預(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)境對于業(yè)務(wù)的影響，還將終端、業(yè)務(wù)平臺及內(nèi)容源這三點也納入了優(yōu)化的范疇，更加全面和科學(xué)地對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行評估和分析優(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)按實時性進行分類，主要分為直播和點播業(yè)務(wù)。

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

點播VoD (Video on Demand)是交互式視頻點播，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，用戶可以執(zhí)行暫停、播放、快進、快退、音量控制等互動操作。

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)平臺區(qū)域或邊緣節(jié)點。

3 業(yè)務(wù)感知提升案例

IPTV業(yè)務(wù)流程流經(jīng)的每一臺設(shè)備、每一個端口、每一條光纖都至關(guān)重要，都有可能對用戶業(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)、終端三個方面，故需要從以上三個方面對IPTV業(yè)務(wù)全流程進行端到端管控，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)拓撲架構(gòu)設(shè)計合理性、可靠性及安全性的基礎(chǔ)上，重點關(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、時延抖動等情況，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的實時流傳輸，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

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

（1）IPTV業(yè)務(wù)直播信號不夠穩(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容量問題、操作不規(guī)范問題等。

解決措施：加強網(wǎng)絡(luò)維護水平、購置直播信號實時監(jiān)測探針，對直播信號進行實時檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時處置。

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

原因分析：MP4格式的片源在機頂盒正式播放畫面前（快進快退后也需要重新下載此文件進行索引）需要下載一個名為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，需要較長時間機頂盒才能下載完畢，進而導(dǎo)致加載影片時間過長。

解決措施：在點播片源提供方短期內(nèi)無法改變影片文件格式的情況下，通過平臺側(cè)采取措施來解決。具體措施為IPTV平臺在初試發(fā)送MP4格式的媒體流時，采取快發(fā)機制，即在影片初始加載時臨時將服務(wù)器側(cè)發(fā)流帶寬增大，后經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)實際測試，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影片的加載時長可縮短至1 s左右，且對IPTV平臺及網(wǎng)絡(luò)無影響。

（3）因片源碼率與平臺配合問題導(dǎo)致影片播放卡頓。

原因分析：平臺在處理VBR或CBR片源時，會根據(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)平臺在發(fā)媒體流時的預(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，故在平臺服務(wù)器發(fā)送媒體流時會導(dǎo)致部分數(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編碼時調(diào)整編碼格式，最大碼率不超過平均的2倍；

手動調(diào)整配置，上調(diào)平臺所支持的碼率系數(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)化工作可進一步細分為接入網(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GPON接口的下行帶寬按2.5 Gbit/s計算，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%即可是擴容，同時在OLT上啟用QoS，對IPTV業(yè)務(wù)進行高優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)[3]。

對于核心網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作，主要指在采用多冗余的可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)上，對全流程全網(wǎng)絡(luò)進行性能、告警等監(jiān)控，此外同時部署全網(wǎng)QoS，對IPTV業(yè)務(wù)進行重點保障[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）用戶在使用點播業(yè)務(wù)時，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。進一步檢查OLT的MAC地址老化時間，發(fā)現(xiàn)MAC老化時間過短為30 s，通過將此時間改為300 s后，質(zhì)差消失。

進一步分析觀看直播時，用戶機頂盒的MAC地址（多播）都加入到多播組里面，只要用戶不主動退出或超時退出，OLT都會認為用戶在線，不會主動把盒子的MAC地址（多播）消除，OLT設(shè)置的單播MAC地址老化時間不對多播起作用。

點播時，OLT就相當(dāng)于二層交換機，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，由于點播時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，此連接默認時長為120 s，當(dāng)機頂盒在OLT上設(shè)置的老化時間內(nèi)未向OLT發(fā)送上行數(shù)據(jù)時，OLT就會把該盒子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)時需重新學(xué)習(xí)MAC地址（泛洪實現(xiàn)），進而造成用戶觀看點播時卡頓。

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

解決措施：調(diào)整負載分擔(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]進行策略控制進行靈活的負載均衡配置，配置增強模式的負載分擔(dān)，問題解決。

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

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。

進一步推進城域網(wǎng)優(yōu)化工作，包括交換機、OLT的雙路由改造，上行鏈路擴容，尤其是推進OLT的10G擴容，匯聚交換機分裂等工作。

根據(jù)用戶發(fā)展趨勢，做好城域網(wǎng)能力評估，對設(shè)備、板卡、IP地址池、Licence、傳輸?shù)雀黝愘Y源進行提前規(guī)劃、購置。

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

原因分析：當(dāng)發(fā)生保護倒換的時候，從傳輸網(wǎng)絡(luò)的角度來看，理論上業(yè)務(wù)會有小于50ms的瞬斷，此時數(shù)據(jù)設(shè)備端口上報端口DOWN告警。雖然保護倒換在50ms內(nèi)已經(jīng)完成動作，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（Hold Off Time）設(shè)置應(yīng)保證路由器及時感知鏈路故障，如鏈路可以在50ms內(nèi)完成優(yōu)良切換，路由器不進行路由收斂對網(wǎng)絡(luò)層面影響最小，設(shè)置Hold off time為500 ms，規(guī)避端口抖動引入不必要的震蕩。

路由器端口UP延時（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之前，波分鏈路穩(wěn)定恢復(fù)，避免路由器端口的UP后檢測到誤碼影響業(yè)務(wù)或者再次進入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行高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗，同時鑒于終端是能夠最直接反映用戶真實體驗的部分，對于終端的操作界面、操作方式等需要進行優(yōu)化提升，便于從操作方面提升用戶感知。

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

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

（2）增加開機階段機頂盒報錯提示指導(dǎo)頁面，便于用戶自行排障。

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

3.4 提升效果

在未進行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)以天為單位進行統(tǒng)計，以月為單位進行綜合評定）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. 體驗驅(qū)動的4K承載網(wǎng)白皮書, 2016,04.

[2] 謝質(zhì)文, 楊滔. IPTV:產(chǎn)品、運營與案例[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)化策略與實踐[M]. 北京：人民郵電出版社，2002.