IPTV质量监测系统技术(探针部署)

1、1 IPTV业务现状2021年“三网融合进入实质性推动阶段，运营商可以通过融合的根底设 施传输话音、视频和数据等综合业务。IPT V作为三网融合中重量级业务，要到 达大规模应用 需要有效的业务质量保障。消费者通常不会关注流量的优先级和 丧失的数据包，而在意IPTV节目流畅显示不出现视频障碍。从这个角度看，用 户体验质量才是真正的关键所在。由于IPTV是电视类的媒体业务，用户希望得 到如同有线电视的效劳水平，包 括频道切换速度、节目的图像质量、播放的流 畅性等。现有的宽带业务质量监测侧重于数据链路层和网络层的监测，无法提供从用户到媒体播放源之间端到端的监测，无法直接反映用户对IPTV业务的主观感

2、受，因此不能满足IPTV质量监测的需求。2 IPTV质量评价指标IPTV用户体验质量QoE是衡量IPTV业务满足用户期望程度的指标，它 包括IPTV系统端到端的影响因素客户端、终端、网络和业务架构等，也受 终端用户的期望和主观因素影响。客观因素即IPTV业务质量，它受业务因素、传输因素和应用因素的影响，主观因素是指人的因素，包括情感、背景、态度、 经验及收费等因素，如图1所示。IPTVJ'JS Ilir " ；IP"円户1_电园養图1 IPTV用户体验质量影响因素IPTV业务质量是指对IPTV用户主观感受产生影响的客观性能指标。DSL论坛TR-126报告的研究结果说

3、明，对IPTV用户主观感受视频MOS评分产 生影响的客观性能指标主要与视频保真度即视频音频质量和业务互动性相关。 IPTV业务由数据面和控制面共同完成，其中数据面影响视频音频质量，控制面 影响业务互动质量。视频音频质量主要有以下几个方面：马赛克、图像模糊、边 缘失真、颤 抖和视觉噪声，音视频不同步等。IPTV用户的数量增加、IPTV业 务网元负荷的增加以及其它业务流量同IPTV相互争夺有限的网络资源，都会对 IPTV数据包转发的及时性和准确性产生重大影响。由此导致的传输层错误包 括数据包丧失和序列错误、延迟和抖动等，会对视频质量造成各种有害的影响。业务互动质量包括以下几个方面：业务可用性，业务

4、交互速度等。用户互动 质量与IPTV应用的可靠性和传输网络的及时性密切相关。IPTV质量监测系统是对IPTV业务质量指标进行监测的系统，如图2所示。 图中虚线框所包含局部为IPTV质量监测系统所监测指标，主要对业务总体质量 评价指标和传输指标进行监测两个层面进行监测。IPTV业务总体质量是业务因 素、传输因素和应用因素综合影响的结果，其评价指标可分为业务可用性评价指标、业务互动性能评价指标和业务使用性能评价指标。传输质量指标主要是监 测网络传输时可能发生的丢包、时延和抖动等对用户主观感受的影响。媒体传输质量指标包括MPEG TS健康指标、媒体流传送指标 MDI和RTP IP传输相关 指标。審峭

5、订比niL忙汛怕应、 沖;it-用门畀面斛匸菊nr 2朮 舟羽剧应哦.m Itut务应用逛圧44h可13 4 盐出璽觇舸讦融rft" 、 |场辭之F瓯嗔氐- 电舞黃真.障抖和？Ht | 畛J钏务橹 休质协 评出柜:4评卉If K LTV星刨轨釦持 -原曲話f够亘訪性忻拼懵師JCh仁H *废恒鸟人监雀址世训于<y1艮门J：辺耶疔卜祸 IPk也卑也州抖利MPBG T暑伙况*數图2 IPTV质量监测指标2.1业务总体质量评价指标业务总体质量可测量的指标可分为三类： 业务可用性指标，业务互动性能指 标和业务使用性能指标。等其中业务可用性指标可由网络认证的成功失败率、 业务认证的成功失败

6、率、参加组播组成功失败率、视频单播申请成功失 败率、HTTP请求成功失败率等指标衡量；业务互动性能指标可由单播业 务响应时间、频道切换时间、Web浏览反响速度等指标衡量；业务使用性能指标 包含视频播放断流次数等指标。2.2传输质量评价指标2.2.1 MPEG TS健康指标IPTV使用MPEG TS专输码流在IP网络上承载和传送视频根本流ES , TS码流中包含了各种用于视频流解码所必须的信息内容。由于MPEG T毓的损伤会直接影响机顶盒的正常解码和视频质量，因此TS流的健康状况监测对保障IPTV用户体验质量十分重要。 ETSITR101 290标准对MPEG T流的健康指标进 行了详细的定义，

7、需按 ETSI TR101 290标准对IPTV上的MPEG TS流进行的监 测。2.2.2 媒体交付指标 MDI为了反映IP传输网损伤对IPTV媒体质量的影响，IETFRFC4445标准定义 了媒体交付指标 MDI 也可叫做媒体流传输质量指标， MDI 直接面向媒体包 进行测量。在MDI标准中定义了两个参数，即延迟系数DF和媒体丢包速率MLR。 因此，通常 MDI 由两个数字显示， 并用冒号隔开。 例如：4.22:0.01DF:MLR代表时延系数为 4.22 毫秒，媒体丢包速率 0.01 包/ 秒。延迟因素 DF， 当 IP 数据包在网络中传输时，会被各种网络设备进行 排序、路由和转发， 以

8、及网络瞬时拥塞会导致数据通过网络的时延变化， 产生时 延抖动。由于到达的 IPTV 数据流的瞬时速率与机顶盒的处理速率不一致，那么 数据包必须先在机顶盒中进行适当的缓冲后， 然后在再以恒定的速率送至视频解 码引擎。抖动越严重，需要消除 抖动的缓冲器就越大。但是，采用较大缓冲器 的代价是引入较大的延迟。 另外， 由于缓冲器的大小有限， 过大的抖动会导致缓 冲器上溢或下溢，从而导致媒体数据包 的丧失，用户看到的视频就会时断时续， 并且图像出现失真。 而当网络设备和解码器的缓冲区容纳的视频内容时间不小于 被测视频流DF读数时，将不会出现视频播 放质量的下降。因为网络节点需要分 配不小于 DF 值的缓

9、冲用于平滑视频流抖动，所以 DF 的最大值为视频内容通过 该网络节点的最小延迟。MDI的DF是一个时间值，它表示缓冲器必须包含多少毫秒的数据才能消除 抖动。延迟系数可反映视频是否会出现图像失真， 从而在一定层面获得用户体验 质量。延迟系数还可 确定每个网元在视频流传输路径中的影响。通过比拟流入 设备的DF与流出设备的DF,可确定该设备是否注入过多的抖动以至于影响视频 传输。根据机顶盒缓冲区的大小，可接受的延迟系数DF 般在9毫秒50毫 秒。媒体丧失速率MLR可以简单定义为每秒钟丧失或非正常的媒体数据 包的数量。对非正常数据包的检测非常重要，因为许多设备往往不对接收到 的 数据包重新排序， 而直

10、接将其发送到解码器。 由于视频信息的封包丧失将直接影 响视频播放质量，并造成视觉失真或异常以及不均匀的视频回放，理想的 IP 视 频流传输要求MLR数值为零。因为具体的视频播放设备对丢包可以通过视频解码 中进行补偿或者丢包重传，在实际测试中 MLR的阈值可以相应调整。MDI 可用于定位和表征对媒体质量和用户的体验质量造成不利影响的网络 故障。如果在传输网络的中间点跟踪 MDI,那么DF和 MLR要素在连续网络元素之间的差值可以帮助迅速隔离潜在的问题或已经存在的损坏。如果在IPTV数据流路径中的前一跳Hop的MLR为零，而经过某路由器后引入了一个较大的 MLR 这就明显说明该路由器中存在性能问题

11、，例如缓冲器上溢或数据包遭到破坏。同样，如果延迟系数DF在两个连续跳跃Hop中的变化非常明显，表示由于数 据包拥塞而造成较长的队列延迟，这种情况还可预警即将发生的数据包丧失。223 RTP指标IPTV传输采用IETFRFC1889RTP协议实时传输协议 传输多媒体数据 流, RTP的抖动是由于传输延迟的不稳定而造成相邻数据包接收时刻间隔不稳定。 抖动会引起端到端时延的增加，时延是处理和传输导致数据不能按时到达的延迟， 是影响流 媒体数据传输的一个主要因素。时延抖动是指时延变化。语音、视频业务来说对时延抖动也很敏感。RTP丢包率是指一个连续假设干个 RTP包以一定的时间间隔在网络中传送 时，被丢

12、掉的包所占的百分比。数据包丧失一般是由网络拥塞引起的。丢包对 IPTV视频音频质量的影响较大。2.2.4 IP 指标IP传输质量指标见表1用于评价IP层传输质量，并可用于与媒体层传 输质量数据进行比拟，可缩小传输故障或质量下降原因的查找范围。表1 IP指标类别指标指标说明丢邑率网络中传输敛据包时忑弃竝 据包的暈高比耶.IP指标时延网给传愉包发起罐到接收洋 的时间间馬时延抖动网给传输发起MW 收端的 肘延抖动，指两个送绒的IP 包的耀到漏时延的差值*3 IPTV质量指标监测方法3.1业务总体质量指标监测方法业务质量评价的各项指标用于对IPTV业务的整体评价，因此，需要长期监 测所有用户的业务质量

13、数据，它们的值由IPTV终端机顶盒采集得到。指标 的采集和计算的根本方法是IPTV终端机顶盒在完成业务请求网络/业务 认证、参加组播组、单播申请、HTTP请求等之后写日志，对于业务可用性指 标，需记录发生时间与结果。对于业务互动性能指标，需记录发生时间和各种 请 求的响应时间，对业务使用性能视频播放断流次数，机顶盒在视频播放断流时写 日志并记录发生时间。以上各项指标的日志记录由机顶盒网管或质量监测系统按周期收集， 然后汇 总计算各个周期内的各项指标的成功失败率、平均响应时间、最大响应时长、 总断流次数及平均断流次数。3.2 传输质量指标监测方法传输质量指标与不同的网段和节点相关， 因此需要在

14、IPTV 网络关键节点 和网段部署质量监测探针。监测点的位置可以根据 IPTV 网络架构和 IPTV 运维 部门的分工来选取。一般来说，IPTV网络结构由视频头端网络、核心网络、IPTV 承载网和 IPTV 的用户端组成，以下位置可以作为监测的重点： 视频头端：视频源质量的监测点。任何视频头端出现的问题都是全网的 问题。 IPTV 传输网入口：这是 IPTV 业务与其他业务数据、语言等混合前 的入口。监测 IP 传输网前的视频质量，可以分辨是视频头端的问题或者是传输 过程中产生的问题。 宽带接入网入口：这是骨干传输网和接入网的分界点，可以区分是传输 网的问题还是接入网的问题。 局部用户家庭网络

15、入口：可以区分是传输网接入网的问题还是客户自身 家庭网络的问题。IPTV 流媒体数据可通过分布式探针取得，如图 3 所示。各个监测节点的探 针获取媒体数据的方法主要有两种， 一是对 IPTV 网络中实际播放的媒体流进行 捕获被动式测量方法，另外一种是模拟机顶盒行为对不同节目向 IPTV 业 务系统请求并进行播放得到媒体流主动式测量方法。传输质量指标基于得到 的流媒体数据分析计算得到。IX TVIIIi *；MIMIIIIiIiIi*ai图3传输质量监测方法一一部署质量监测探针4 IPTV质量监测系统架构4.1 IPTV质量监测系统功能要求IPTV质量监测系统主要功能要求是监测IPTV业务质量指标，并在用户保 障时提供诊断测试，快速定位故障发生点和 QoS瓶颈。具体需要实现的功能如 下：1对IPTV网络关键节点和网段业务质量指标进行长期监测。2对IPTV终端用户的业务质量进行准确的测量，假设关键的业务质量参 数发生劣化并超过设定门限时，系统能