IPTV质量监测的研究与实现

魏 敏

IPTV质量监测的研究与实现

魏 敏

中国电信股份有限公司福州分公司

电信运营商由于缺乏有效的IPTV故障定位手段，导致难以及时发现IP网络中潜在的拥塞、阻断、冲突等故障，难以实现对IPTV业务的“实时监测、主动运维”。该文将分析电信运营商对IPTV服务质量监测的需求，在此基础上结合现有监控技术研究，提出一套IPTV服务质量监测系统的解决方案。

IPTV 服务质量 监测

IPTV业务是IP网络上发展出来的新兴业务，它提供组播、点播、时移电视等视频功能，而且结合通讯技术，使用户能够互动地参与视频节目。它具有大带宽、实时性强的特点，对IP网络的要求很高。过去IP网络被认为能够容忍的一些缺陷给IPTV业务带来了很大的负面影响。随着IPTV业务的日渐普及，丰富的内容不再是吸引用户的唯一重要手段，提升服务质量成为用户对IPTV业务的更高要求。`因此，IPTV的质量监控将是未来IPTV市场运营的主要工作。

1 电信IPTV监测需求

1.1 电信IPTV现状

电信运营商在IPTV的维护过程中面临以下问题：

1.1.1缺乏对IPTV业务的监控分析。现有的网管系统侧重于设备的监控，对服务质量的监测能力较弱。

1.1.2传统服务质量分析只停留在数据链路层和网络层，未能结合业务层面进行综合评测分析，无法准确反映提供用户的业务质量情况，如视频质量、频道切换速度。

1.1.3故障现象捕捉困难，定位、排除故障手段贫乏，排障历时较长。

因此，电信运营商迫切需要一套全面的IPTV服务质量监测解决方案，对IPTV网络的关键网元节点进行质量数据的采集、分析、统计，实时监控网络流量和设备性能，协助维护人员快速准确地定位故障、优化网络性能，从而改善和提高IPTV用户的体验质量和满意度。

1.2 IPTV监测系统需求分析

IPTV监测系统的目标主要是能够测量现有IPTV承载网各个层面的性能指标，能快速诊断造成IPTV业务质量下降的城域网问题，能关联网络QoE指标（如丢包、拥塞等情况）对视频质量的影响(如马赛克、视频停顿等问题)，从而指导现有IPTV网络的优化和改造。

2 IPTV质量监测系统的设计

考虑设计一个IPTV质量监测系统，实现基于网络及业务层面的端到端实时监控，具备主动的故障告警功能。该系统以MDI指标为测试参数标准，能够通过监测网络性能来评价视频质量；能够从IPTV网络中节目源端到终端用户之间任一段接入，监测指定的视频数据流，测试视频流的DF和MLR值，并进行实时分析，判断该段网络的视频质量情况。当用户质疑其观看节目的视频质量时，可以利用该监测系统测试网段的视频质量，判断问题原因。

2.1 硬件系统架构

IPTV质量监测系统采用“分布部署、集中采集”的系统架构，由一个控制中心和多个监测点组成。它是一个独立的分布式系统，叠加在现有IPTV业务网络中，通过部署监测点的方式来获得IPTV业务运行时各个网络节点的相关质量参数，并由控制中心进行集中分析和统计，以获得IPTV业务总体质量情况。

除特殊需求外，本系统只采集和分析数据包的包头，不采集视频流内容，这样，在保证分析覆盖范围的基础上大大减少了数据存储量。

2.2 数据采集方式

监测点可根据实际需求采用以下两种方式来采集数据：

采用分光器，其好处是成本低，几乎不影响交换机性能，但需要断开光纤，会导致业务中断，而且增加分光器会形成新的单点故障点。

端口镜像方式，操作简单且不会中断业务。虽然增加了交换机的压力，但目前交换机设备有足够的性能能够提供2～3口的端口镜像。因此，本系统监测点采用端口镜像的方式来采集数据。

2.3 软件系统结构

IPTV质量监测系统的内部软件架构如图1所示：

图1　 IPTV质量监测系统的软件系统架构

分布在网络不同位置的监测点可对IPTV视频流进行实时分析统计，并将各种IPTV统计数据，通过CSV文件格式输出，并上传给控制中心的数据库，然后由控制中心通过所定制的业务模型，将不同点的IPTV统计数据加以汇总显示和报告生成，从而达到集中监控的目的。当IPTV QoE测试指标不正常（如超过所定义的门限），监测点可产生告警并触发各种动作（如发送Email等）或通过SNMP Trap的方式把告警时间上传至控制中心。

2.3.1监测点

主要完成数据采集、服务质量参数的采集和上传。根据工作方式不同，监测点又可以分为主动监测点和被动监测点。监测点由七个模块组成：

数据采集模块：从视频流镜像端口的网卡上获取数据包。

数据入库模块：收到入库通知后将故障视频流存入数据库。

数据解码模块：对封装数据包的信息进行解码并提取指标计算所需要的字段信息。

质量分析模块：通过解码的字段信息计算出指标，并根据算出的指标对IPTV质量进行分析。

故障告警模块：采用主动告警方式，判断质量分析结果是否超出合理范围，在超出时告警，并将告警信息传送给控制中心。

命令响应模块：接收命令，根据命令通知相关模块，并发送命令响应。

数据交换模块：负责与控制中心之间的数据传输。

2.3.2控制中心

控制中心负责汇总监测点上传的监测数据，并执行统计和分析，是整个系统的核心组件，主要包含7个功能模块：

数据交换模块：负责与所有监测点之间的数据传输工作。

数据入库模块：将各种统计分析结果或来自监测点的视频流数据包入库。

统计分析模块：对来自监测点的分析结果进行统计分析。

告警处理模块：收集来自监测点的告警消息，消除重复告警，分析告警级别。

命令下发模块：将来自客户端的命令下发至指定监测点，并接收命令响应。

视频流重现模块：从数据库读出相关信息，发送视频流数据包到指定客户端播放。

终端用户操作模块：提供用户界面，完成系统的日常操作维护。

3 结束语

本文针对电信运营商现状，提出了一套IPTV服务质量监测系统的解决方案，实现了对IPTV网络关键网元节点的分布式监控。

[1] 罗斯青，段保通. IPTV端到端业务质量监测技术研究[J]. 电信科学，2008，(3)：37-41.

[2] Zapater M.N, Bressan G. A Proposed Approach for Quality of Experience Assurance of IPTV. Digital Society, 2007.

[3] 胡永传，唐宏. 基于分布式IPTV业务质量监测方案的研究[J]. 电脑与电信，2007，12(1)：21-24.

[4] 蒋力，罗斯青．IPTV业务质量保障的关键技术探讨[J]．电信技术，2008，(6)：16-18.