之后介紹了目前IPTV質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)、標準和產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況，提出了在IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中部署端到端監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案。
1、引言
隨著近幾年在業(yè)務(wù)融合、技術(shù)、標準以及商業(yè)模式等方面的摸索，IPTV業(yè)務(wù)在中國開始逐步成熟并進入到規(guī)模商用階段。IPTV作為一種電信級業(yè)務(wù)，要達到大規(guī)模應(yīng)用需要有效的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障。由于IPTV是電視類的媒體業(yè)務(wù)，用戶希望得到如同有線電視的服務(wù)水平，包括頻道切換速度、節(jié)目的圖像質(zhì)量、播放的流暢性等。而傳統(tǒng)的寬帶業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測側(cè)重于數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的監(jiān)測，無法直接反映用戶對IPTV業(yè)務(wù)的主觀感受，因此不能滿足IPTV質(zhì)量監(jiān)測的需求。
本文針對現(xiàn)有監(jiān)測方案的不足，提出了一種采用分布式部署與集中管理相結(jié)合的監(jiān)測方案，該方案具有監(jiān)測功能豐富、可擴展性強等優(yōu)點，可滿足現(xiàn)階段IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測的需要。
2、業(yè)務(wù)質(zhì)量定義及模型
業(yè)務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）術(shù)語并不是針對IPTV的，在很多電信業(yè)務(wù)中都提出QoS要求及相關(guān)的QoS保障技術(shù)。在ITU-T E.800[1]標準中，QoS被定義為“反映用戶對業(yè)務(wù)使用滿意程度的服務(wù)性能的綜合效果”。對傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)而言，QoS通常指網(wǎng)絡(luò)性能，尤其是網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。而由于IPTV是一種上層應(yīng)用的業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的QoS無法滿足對終用戶感受的評估，因此目前業(yè)界往往采用體驗質(zhì)量（quality of experience，QoE）一詞來描述面向終用戶應(yīng)用的業(yè)務(wù)質(zhì)量。QoE在ITU-T P.10/G.100[2]中被定義為“終用戶對使用的應(yīng)用或業(yè)務(wù)的總體主觀可接受程度”，可見QoE相比QoS更強調(diào)終用戶的業(yè)務(wù)使用感受。
目前尚無國際規(guī)范對IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量進行完整定義，國際標準組織ITU正在進行IPTV GSI（global standard initial，全球主動標準）工作，以推動全球IPTV標準化進程。其中暫時還沒有對IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量進行定義，仍沿用了ITU-T P.10/G.100中對QoE的定義。IPTV GSI也指出，IPTV QoE應(yīng)該同時包含主觀評估質(zhì)量和客觀評估質(zhì)量兩部分內(nèi)容，前者主要根據(jù)人眼視覺系統(tǒng)來評估視頻質(zhì)量，通過主觀感受來評估體驗質(zhì)量；后者則可以定義各種客觀指標，并采用相應(yīng)的測試工具進行測量，具體如圖1所示。
圖1 目前ITU IPTV GSI規(guī)定的QoE定義范圍
作者比較贊同ITU IPTV GSI目前對IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量的定義，在本文中也采用IPTV QoE來表示IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量。當然，從運營商的角度來說不僅僅關(guān)心IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量定義，更具實際意義的是如何量化IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量，如何建立IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量的指標體系以指導(dǎo)現(xiàn)網(wǎng)的質(zhì)量運維。因此，需要根據(jù)IPTV所涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)，建立IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量的評估模型。
圖2參考OSI的7層模型，給出了一種可供參考的IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量的參數(shù)模型，并展示了與IPTV協(xié)議棧之間的對應(yīng)關(guān)系。
圖2 IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量模型與OSI 7層模型和IPTV協(xié)議棧的關(guān)系
如圖2所示，IPTV QoE的參數(shù)模型覆蓋了OSI 7層模型的所有層次。其中，客觀QoE相關(guān)的分層質(zhì)量對應(yīng)于IPTV的協(xié)議棧中各個協(xié)議，各層次的質(zhì)量參數(shù)可以通過采集對應(yīng)的協(xié)議及其字段獲得。
具體的，客觀QoE包含以下幾方面的內(nèi)容。
●內(nèi)容質(zhì)量和業(yè)務(wù)控制質(zhì)量：主要指直播頻道、時移節(jié)目、VOD節(jié)目、圖片、文字等內(nèi)容的品質(zhì)和業(yè)務(wù)控制的性能指標。例如對于直播頻道質(zhì)量，需要采集和分析媒體編碼參數(shù)、分辨率參數(shù)等；對于業(yè)務(wù)控制質(zhì)量，需要采集HTTP和RTSP請求的響應(yīng)速度、頁面數(shù)據(jù)呈現(xiàn)完整度、組播加入/退出的時延等。
●流媒體質(zhì)量：主要指流媒體傳輸層的性能指標，以采用MPEG2 TS協(xié)議傳輸IPTV節(jié)目為例，DVB系統(tǒng)測試標準TR 101-290根據(jù)各參數(shù)對質(zhì)量影響的程度不同，定義了3個級別，每個級別分別對應(yīng)一組質(zhì)量參數(shù)，這些參數(shù)同樣可供采用MPEG2 TS協(xié)議的IPTV系統(tǒng)參考，例如需要采集級別中的同步錯誤字段（sync loss）、包識別丟失（PID missing），第二級別中的數(shù)據(jù)傳輸錯誤（transport error）、節(jié)目參考時鐘抖動錯誤（PCR，jitter error）等參數(shù)。如果采用RTSP作為VOD節(jié)目的流控制協(xié)議，則要采集RTSP信令參數(shù)。
●網(wǎng)絡(luò)傳輸層質(zhì)量：主要指網(wǎng)絡(luò)傳輸層相關(guān)協(xié)議的性能指標，包括TCP/UDP的重傳次數(shù)，在采用了RTP的情況下，需要監(jiān)測RTP丟包率、RTP抖動等。
●網(wǎng)絡(luò)層質(zhì)量：主要指傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)層的性能指標，根據(jù)ITU-T Y.1540[3]建議，主要為IP丟包率、IP包時延、IP包抖動及其相關(guān)參數(shù)。
●鏈路層質(zhì)量：根據(jù)不同的鏈路層類型，需要采集不同的性能指標。由于這個層次的質(zhì)量保障是面向全業(yè)務(wù)而不僅僅是IPTV業(yè)務(wù)，本文不做詳述。
主觀QoE主要是用戶對IPTV業(yè)務(wù)使用中的主觀感受，這些感受是對服務(wù)接入速度、內(nèi)容質(zhì)量、使用操作便利性等多方面的綜合，至少可以包含以下參數(shù)：
●開機進入IPTV主界面的速度；
●用戶鑒權(quán)頻道瀏覽（加入/離開時延）；
●視頻內(nèi)容的清晰度和流暢程度；
●直播頻道的切換速度；
●VOD節(jié)目進行快進、快退和暫停操作的響應(yīng)速度；
●業(yè)務(wù)請求的響應(yīng)速度、業(yè)務(wù)內(nèi)容的完整性等。
3、業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測需求
IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測應(yīng)包含兩部分，即監(jiān)控和測試，二者相互關(guān)聯(lián)但又相對獨立。其中監(jiān)控技術(shù)主要是面向IPTV運維部門使用，協(xié)助IPTV平臺及網(wǎng)絡(luò)運維部門監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運行中的質(zhì)量狀態(tài)，幫助定位故障和解決問題，因此要求監(jiān)控技術(shù)能夠覆蓋整個IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量領(lǐng)域。測試主要面向IPTV產(chǎn)品研發(fā)、性能評估和故障排查等應(yīng)用，因此測試技術(shù)往往針對與IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量相關(guān)的某一個領(lǐng)域或?qū)用妫攸c解決某一類問題。
如前所述，IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)控應(yīng)該覆蓋整個IPTV業(yè)務(wù)領(lǐng)域，是面向IPTV業(yè)務(wù)的端到端全網(wǎng)監(jiān)測，具體應(yīng)滿足以下需求。
●滿足IPTV業(yè)務(wù)的7×24 h不間斷監(jiān)測，同時不對正在運營的IPTV系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
●監(jiān)測范圍能夠覆蓋整個IPTV網(wǎng)絡(luò)的各個環(huán)節(jié)，并能根據(jù)各環(huán)節(jié)采集的參數(shù)進行對比分析。這些環(huán)節(jié)至少包括：內(nèi)容頭端系統(tǒng)、系統(tǒng)核心平臺出口、邊緣節(jié)點出口、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等。
●當IPTV質(zhì)量發(fā)生劣化時，系統(tǒng)能夠自動采集質(zhì)量劣化的技術(shù)參數(shù)，并作詳細記錄；能夠通過對比分析各節(jié)點參數(shù)，進行故障點分析和快速定位。
●能夠根據(jù)采集參數(shù)進行平臺及服務(wù)器的性能分析等。
●能夠完成圖2中質(zhì)量模型各層次的分析。
而IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量測試主要針對與IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量相關(guān)的某一個領(lǐng)域或?qū)用妫缭趯嶒炇疫M行質(zhì)量驗證或問題和故障發(fā)生后進行定位和排障，或針對IPTV某個網(wǎng)元設(shè)備進行測試。因此IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量測試往往可以借助原來各層面的相關(guān)測試工具進行，下面舉幾個例子。
●內(nèi)容質(zhì)量的測試：主要在實驗室或內(nèi)容上線前，采用專門的質(zhì)量檢測工具進行圖像質(zhì)量、伴音質(zhì)量、字幕質(zhì)量、元數(shù)據(jù)質(zhì)量等的測試，主要針對直播頻道、時移節(jié)目、VOD節(jié)目、圖片、文字等內(nèi)容的品質(zhì)和業(yè)務(wù)控制的性能指標。
●流媒體層的測試：主要在系統(tǒng)上線前對流協(xié)議的規(guī)范性進行測試和驗證。
●網(wǎng)絡(luò)傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層質(zhì)量測試：主要采用與應(yīng)用無關(guān)的專用測試軟件或儀表測試目前IPTV承載網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量狀況。
4、標準及產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀
如前所述，IPTV作為一個新興的融合性業(yè)務(wù)，目前還沒有非常完備的國際規(guī)范。雖然包括ITU IPTV GSI、ATIS（alliance for telecommunication industry solution，電信行業(yè)解決方案聯(lián)盟）、IPTV論壇、DSL論壇、DVB（digital video broadcasting，數(shù)字視頻廣播）等多家國際標準化組織已開始相關(guān)的標準化推進工作，但目前尚未正式發(fā)布。盡管如此，在IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測的系統(tǒng)架構(gòu)、參數(shù)建議等方面已取得了較大進展。
●ITU IPTV GSI：已經(jīng)初步完成了IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量相關(guān)的需求草案和IPTV業(yè)務(wù)性能監(jiān)測的草案，目前ITU的相關(guān)工作組正在進行后續(xù)的工作，計劃在2008年底能夠成為國際規(guī)范。
●ATIS：起步較早，在2006年就開始了IPTV QoS指標體系、IPTV QoE模型等相關(guān)的制定工作，計劃在2008年完成。
●DSL論壇：主要關(guān)注機頂盒側(cè)與業(yè)務(wù)質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)定義，目前已經(jīng)完成了機頂盒數(shù)據(jù)模型技術(shù)報告（DSL Forum TR135）、可應(yīng)用于機頂盒的終端廣域網(wǎng)管理協(xié)議技術(shù)報告（DSL Forum TR069）等。
在產(chǎn)業(yè)鏈支持方面，盡管還沒有完整的IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)標準可供參考，但由于IPTV業(yè)務(wù)的快速部署和運營商對質(zhì)量監(jiān)測需求的迫切，市場上已經(jīng)有多家測試儀表廠商能夠提供IPTV質(zhì)量監(jiān)測儀表。如前所述，IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測包含測試和監(jiān)控兩部分，因此這些儀表也可對應(yīng)地分為測試和監(jiān)控兩大類。
在測試儀表方面，主要是針對某個層面的專用測試工具，例如美國IneoQuest公司提供的Singulus G1-T系列測試儀表，其主要特征是支持RFC4445定義的MDI指標值，可應(yīng)用于IPTV數(shù)據(jù)的模擬、捕捉、數(shù)據(jù)流監(jiān)控以及視頻質(zhì)量的分析；思博倫公司提供的IPTV測試解決方案包括寬帶網(wǎng)絡(luò)測試、頻道切換測試、頻道內(nèi)容驗證等；泰克公司則提供了較為完備的視頻質(zhì)量測試和分析工具，如能夠分析H.264編解碼參數(shù)的MTS4EA，能夠測試視頻主觀質(zhì)量的PQA儀表等。
在監(jiān)控系統(tǒng)方面，目前還沒有很完備的、能完全滿足運營商需求的解決方案。美國JDSU公司提供的QT系列儀表可應(yīng)用于IPTV直播頻道的7×24 h質(zhì)量監(jiān)控，監(jiān)控的內(nèi)容包括了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、傳輸層質(zhì)量等。因此，目前國內(nèi)的IPTV運營商開始根據(jù)運維需求自主或與合作伙伴聯(lián)合開發(fā)IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。例如中國電信上海研究院就和國內(nèi)的中創(chuàng)信測合作開發(fā)了IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)已能夠支持現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的主流IPTV系統(tǒng)，支持從業(yè)務(wù)層到網(wǎng)絡(luò)層的端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測。
5、IPTV端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測方案
以下以中國電信上海研究院與中創(chuàng)信測合作開發(fā)的IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)為例，介紹IPTV端到端的質(zhì)量解決方案。該系統(tǒng)是一個獨立的分布式系統(tǒng)，疊加在現(xiàn)有IPTV業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，通過部署監(jiān)測代理或測試探針的方式來獲得IPTV業(yè)務(wù)運行時各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的相關(guān)質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)，并由監(jiān)測平臺進行集中采集、分析和統(tǒng)計，以獲得IPTV業(yè)務(wù)總體質(zhì)量情況。
值得一提的是，該方案的系統(tǒng)架構(gòu)與目前ITU IPTV GSI正在制定的IPTV性能監(jiān)測標準一致，均采用了“分布部署、集中采集”的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3所示，其中PT指監(jiān)測點。
圖3 目前ITU IPTV GSI定義的業(yè)務(wù)質(zhì)量系統(tǒng)架構(gòu)
如圖3所示，整個系統(tǒng)主要包括監(jiān)測管理平臺、監(jiān)測代理。
監(jiān)測管理平臺：負責管理監(jiān)測代理和采集所有代理上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并執(zhí)行統(tǒng)計和分析，是整個系統(tǒng)的核心組件。
監(jiān)測代理：主要完成業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)的采集和上傳，根據(jù)部署的監(jiān)測點不同，又可以分為3種工作模式。
●仿真模式：即主動模式，仿真用戶的IPTV業(yè)務(wù)登錄、認證及基本業(yè)務(wù)流程，能夠通過預(yù)定義的腳本文件，自動進行相關(guān)的測試，記錄并形成業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)記錄文件，上傳給監(jiān)測管理平臺所有的性能參數(shù)。在圖3中，該模式可以部署在PT4和PT5的位置。
●監(jiān)測模式：即被動模式，通過數(shù)據(jù)鏡像或備份的方式獲得用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，分析質(zhì)量參數(shù)，并記錄和上傳給監(jiān)測管理平臺所有參數(shù)。在圖3中，該模式可以部署在PT1、PT2和PT3的位置。
●機頂盒內(nèi)嵌模式（STB embedded test agent，STB-TA）：在機頂盒內(nèi)部嵌入測試客戶端軟件，能夠?qū)C頂盒運行中的業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)記錄并上傳到監(jiān)測管理平臺。在圖3中，該模式可以部署在PT1、PT2和PT3的位置。
當然，從系統(tǒng)角度來看，IPTV監(jiān)測系統(tǒng)在不同的節(jié)點所關(guān)注的質(zhì)量是不同的，因此當監(jiān)測代理工作在不同的模式下或部署在不同的節(jié)點時，所采集的質(zhì)量參數(shù)也不盡相同，這里就不詳述了。
從整個系統(tǒng)的架構(gòu)可以看出，上述系統(tǒng)基本覆蓋了IPTV端到端各個環(huán)節(jié)，所采集的參數(shù)能夠幫助完成圖2中質(zhì)量模型客觀QoE各個層面的分析，能夠協(xié)助IPTV平臺及網(wǎng)絡(luò)運維部門監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運行中的質(zhì)量狀態(tài)，從而幫助定位故障和解決問題。
6、結(jié)束語
IPTV是一個跨廣電網(wǎng)、IP網(wǎng)、電信網(wǎng)的復(fù)雜應(yīng)用，其業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測需要綜合考慮視音頻內(nèi)容質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、用戶終感受等多重因素。本文對IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測相關(guān)技術(shù)進行了研究，并提出了IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量模型及性能監(jiān)測的系統(tǒng)框架。
但是對于IPTV運維部門來說，需要一整套IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量指標體系，希望能夠通過類似主觀評測分的等級劃分來衡量整個IPTV系統(tǒng)質(zhì)量，并提供可操作的監(jiān)測手段。因此，后續(xù)還需要研究IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量指標體系，量化和評估每個指標對終用戶感受的影響，并研究各業(yè)務(wù)質(zhì)量指標的采集方法，從而構(gòu)建完整的IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測體系，保證IPTV業(yè)務(wù)的順利運營。