IPTV质量监控分析及网络优化探讨

陈元谋，李盼星，周丽娜

（中国通信建设集团设计院有限公司第一分公司，保定 071000）

根据Sandvine的报告显示，视频流量仍然是互联网流量的主导，其下行流量占比为58%，且直播视频流量占比有所上升，尤其关键赛事时期，如世界杯、奥运会等时期。然而随着视频质量提升，以及侵入式用户体验的迫切需求，运营商网络将面临容量压力，网络能力变现也愈发困难。面对网络投资与收入剪刀差的逐步加大，如何基于运营商网络构建视频生态体系成各个运营商的当务之急。毫无凝问，互联网电视（IPTV，Internet Protocol Television）业务作为运营商从视频生态系统的挑战者角色转变为生态系统领导者的重要战略。利用网络所有者的身份，面向终端用户，具有先天的优势。同时IPTV也作为各运营商宽带接入业务的延伸和增值，已经成为电信运营商多线扩张战略的中心支柱。然而，随着IPTV用户规模的快速发展，IPTV业务质量问题也逐步呈现，如质差率居高不下，用户体验差，故障难于快速定位，问题溯源难度大等问题层出不穷。为了进一步保障视频业务服务质量，提升用户体验，视频端到端监测质量分析监控成为解决上述问题的有效手段。

1 IPTV简介

IPTV是集宽带网，互联网、多媒体、通讯等技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的技术。其主要有IPTV业务平台、承载网络、终端用户组成。目前各个运营商借助IPTV打造的视频点直播业务，凭借自身的网络资源优势，搭建统一的视频平台，实现内容源的单播、组播传输至终端用户。IPTV的发展也经历了由运营商的封闭模式逐步向开放的CDN网络承载模式演进，未来运营商的内容平台和CDN网络也将更加开放，吸引更多的优质内容源引入，构造以运营商为中心的视频生态体系。

2 IPTV业务的关键指标

2.1 用户体验侧

终端用户作为IPTV业务的最终受众，用户的体验感受对于运营商来说至关重要。根据调查显示，体验较差是致使客户考虑更换服务供应商的主要原因。从用户对视频的体验要求来看，主要有三个方面：体验的流畅程度、交互体验（换台或快进/快退速度）、视频源质量。从承载网的角度看，交互体验、体验的流畅程度都和承载网有关系；从用户角度看，在体验三个因素中，最关注的是视频流畅度。因此，把两者结合起来，承载网要重点保障好视频能够流畅播放，不出现花屏、卡顿。

2.2 承载网络

目前主流的IPTV业务承载方式为基于运营商的IP网络叠加CDN网络的承载方式，为了保障高质量视频业务尤其是高清、4K等业务的承载需求，承载网络的建设和性能将成为业务承载的关键。BT.2020标准定义UHD（Ultra-high definition）超高清视频显示系统包括4K与8K两个阶段，其中4K视频的物理分辨率为3840×2160，8K分辨率为7680×4320。4K视频不仅仅在分辨率大幅提升，在色彩深度、刷新频率等都有大幅提升，其4K性能指标及网络承载要求如表1所示：

4K视频的点播业务使用TCP或UDP方式进行传输。为了保障4K视频平滑播放，需要保障TCP的下载速率大于用户观看视频的流量消耗速率。点播时一般会发生数据包到达延迟而引起视频卡顿现象，良好的观看体验要求没有卡顿。直播业务会因丢包、错包产生花屏现象，TR-126（DSL Forum）的标准要求4小时内花屏不超过16ms。ITU-T Rec E.800最初定义QoS为“决定用户满意程度的服务性能的综合效果”，4K视频最终给用户的体验指标，不能只是满足某一个指标，而是多个维度的综合评估。

表1 4K视频对承载网络带宽和网络性能指标的要求

为了满足IPTV用户良好的视频业务体验，传统的网络架构层级多，内容源远离用户终端，网络设备能力有限，造成视频业务的高时延、高丢包率。为了提升端到端视频业务的承载，运营商在网络的建设中试图打造端到端的网络承载，其中接入端采用GPON/10G PON技术，城域网设备采用大容量400G/1T平台，网络架构趋向扁平化，组播复制点下移至接入端，合理部署CDN节点提供就近服务。同时部署网络端到端QoS，实现IPTV业务差异化承载。

3 IPTV质量监测分析及网络优化方案

3.1 IPTV质量监测分析

为了实时掌握IPTV业务的性能，借助系统探针等多种手段进行实时监测，通过数据采集构建IPTV业务KPI（Key Perform-ance Indicator，关键绩效指标），针对发现的问题采取相应的措施实施优化。要达到这个目标，对照IPTV端到端架构，分析IPTV业务体验感知强相关的KPI，探讨了符合实际的KPI监测体系，用于主动监测IPTV系统运行情况和用户的业务体验质量。

图1 IPTV端到端质量监测分析

如图1所示，在整个系统架构中，任一环节不足都有可能使得用户体验质量下降。结合4K视频业务关键性能指标要求，为保证4K业务的高效承载，将关键指标逐级分解至各类网元，具体至各级网络扩容门限的取定。通过视频质量监测分析系统，可以精确监控全网KPI，实现故障快速分责定界，提高故障分析准确度。同时可以借助质量监测分析系统，结合4K视频的性能参数要求，实现各级网络扩容门限的取定，为网络建设和优化提供依据和参考。

同时依据日常KPI监测指标数据，结合大数据平台分析和挖掘能力，实现IPTV视频业务的用户行为习惯分析，建立视频质量关键指标库，为后期8K、16K视频类以及AR/VR等业务的承载提供现实依据。同时可借助大数据实现广告等业务的精确客户营销，为运营商创造更多商业价值。

3.2 网络优化方案

借助3.1节的视频质量监测分析，依据网络进行逐级的关键指标参数分解。结合实际网络测试，时延将不是城域网承载4K业务的主要瓶颈，可满足4K视频业务承载需求；因此丢包率指标将是城域网承载4K视频业务的关键指标。通过设置各网络层次的扩容门限、适度网络轻载可以降低丢包率，很大程度上改善用户体验。因此后续再网络优化中，将丢包率指标作为4K业务承载的关键指标进行逐级分解，基于IPTV业务的网络承载能力测试，在保障4K视频业务的高效承载的前提下，其端到端网络设备扩容门限取定如下：

表2 端到端网络能力扩容门限

通过上表IPTV业务承载扩容门限分析指标，基于IPTV业务的网络承载安全门限可以很好的保障用户的良好视频体验。同时由于现有网络同步承载IPTV和宽带业务，宽带业务与用户行为习惯、事件等密切相关，业务流量波动较大，流量“峰谷”特征明显，易扩容门限产生影响较大。因此在实际网络中可以结合用户行为习惯，适当降低网络扩容门限。

综上所述，借助IPTV质量监测分析系统的网络优化方案，实现了业务和网络质量的“双主动”感知，提升了故障定位效率，实现了被动式运维向主动式运维转型，同时给网络规划和建设提供数据依据，为未来网络建设提供很好的借鉴和参考。

4 结束语

互联网人口红利日渐殆尽，存量之争势在必行。各大运营商的竞争也由抢夺用户转向提升服务质量，注重用户体验。而视频流量作为互联网流量的主导，关系着运营商的长远战略发展。未来随着高质量视频如8K、16K等以及侵入式视频体验业务的推广，运营商将面临网络容量、服务质量提升的双重压力，而基于软件定义的网络和平台毫无疑问将更好的满足灵活定义、按需扩展、按需配置，部署灵活、维护便利等众多优势，将成为各大运营商的新宠。