IPTV视频流量利用率提升方法研究

徐 勇

（新疆联通网络管理中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 技术背景

新疆联通IPTV现有用户已经超过20万。然而，根据日常监测发现，机顶盒终端存在一定数量的7×24小时持续播放用户（此情况往往是无人观看电视的）。此种情况对新疆联通的接入网络资源、分平台节点点播资源都造成较大的浪费。故需要调研出有效可行的解决方法，加强对此类机顶盒的监管能力，并实现对此类用户的远程无干扰管理，减少视频网络流量资源的浪费[1-2]。

经对现网所有终端管理系统的摸排，发现可以结合IPTV端到端监测系统中的机顶盒嵌入式软探针对机顶盒进行待机和关机操作，从而达到机顶盒释放对应占用资源的目标[3]。因此，通过机顶盒嵌入软探针智能判断出视频流量资源占用用户，就成为视频流量利用率提升的关键技术要因。

2 新疆联通IPTV端到端监测系统现状

新疆联通IPTV质量监测平台的总体架构如图1所示。

图1 IPTV质量监测平台总体架构

IPTV端到端质量监测平台由集中监测平台和IPTV质量监测工具构成。集中监测平台对监测工具送来的指标进行统计、分析和关联，实现端到端的质量监测、故障告警、故障诊断以及质量分析评估等应用功能。IPTV质量监测工具通过各个节点探针的部署，采集IPTV端到端各节点的关键指标，并上报给集中监测平台。目前新疆联通的端到端质量监测系统已监测机顶盒（STB）用户20多万户。

3 无效视频流量调研分析

通过端到端质量监测系统，技术人员统计了1个月的样本数据，对电视机关机、机顶盒（STB）开机、机顶盒节目播放时长进行分析，认定持续性24小时开机播放节目的机顶盒为产生无效视频流量的机顶盒（因为持续24小时多天这种基本为不关闭机顶盒电源导致，用户并未观看电视节目）[4]。无效视频数据的流量统计如图2所示。据统计，在样本中，每天有近1 000～3 000户机顶盒未关闭。开机不观看节目的机顶盒特征有：日开机次数为1，日开机时长为1天。

图2 端到端质量监测系统对无效视频数据的流量统计

根据统计，IPTV视频业务平均每天看单一节目超过23小时50分钟的用户共1 457户（取样于20万机顶盒软探针可管控的机顶盒）。每天最少可以降低无效视频流量146 677 GB（取值于探针系统），每天最少可以减少视频节目有效请求次数31 092次。

平均每天24小时开机顶盒同时播放节目的1 457个用户的区域统计如图3所示，只统计安卓智能机顶盒。

图3 平均每天24小时未关机顶盒用户的区域分布

根据调研，新疆联通有华为、中兴、杰赛、贝尔、百视通、创维及金运共七款终端，每款终端有不同的版本、型号，所有型号在现网均有存量，但是部分终端型号不支持长时间无人操作自动待机和关机功能，同时还有用户未开启支持自动待机和关机操作对应的机顶盒配置，从而造成机顶盒一直没有关闭，24小时持续从平台请求节目，使得接入网络产生大量无效视频流量，高峰期还会对网络造成拥堵[5]。

根据IPTV端到端质量监测平台统计分析，每天平均有1 000～3 000户没有关闭机顶盒，每台机顶盒的开机的功率为20 W左右，因此开机一天耗电0.48 kWh，平均现网一年消耗的电能为172 800～518 400 kWh，电费在8.6～25.92万元。

以下对单一用户进行24小时观看节目和4小时观看节目做流量对比分析。主要进行以下试验。

（1）在试验环境模拟一个24小时不关机用户，试验观看点播直播节目。

（2）在试验环境模拟一个开机4小时机顶盒用户，试验观看标清、高清、4K节目。

（3）计算正常观看节目4小时用户与24小时不关机用户每天观看节目点播次数和流量的对比。

经过测试，得出以下结论：高清直播节目码率为4 Mb·s-1，一天24小时不关机观看单一节目（高清节目），占用42 GB流量；只开机4小时观看单一节目（高清节目），占用7 GB流量。无效流量为用户关闭电视而不关闭机顶盒产生的流量，平均单个用户可以节省大概35 GB的无效网络流量，按照现网3 000个未关闭机顶盒用户计算，一个月可节省无效流量为3 150 TB，一年就可以节省无效流量为37 800 TB。

由此看出，机顶盒在开机无人观看状态下产生的无效流量和耗电量是惊人的。如果能使机顶盒处在待机状态，不仅节省了流量，也可延长机顶盒的使用寿命。

在此次调研过程中，充分利用端到端IPTV机顶盒嵌入式软探针监测系统，能够找到24小时开机播放视频的用户。此外还需要调研出准确的远程关机方式，同时确定该用户是无人观看的状态。

针对用户是否观看的确定方法，经过多方面技术分析，目前最可行的办法是让端到端IPTV嵌入式软探针支持HDMI接口电压数据的采集（当HDMI不对电视机输出数据时电压为0，输出数据时有电压存在），能够感知HDMI口电压数据输出情况及电压大小，在电视机关机且机顶盒持续播放节目时，则发送关机或待机判断，进行远程关闭机顶盒管理控制。

4 IPTV嵌入式软探针系统远程控制实现方式

4.1 确定实现过程中的重点关注内容

具体实现过程中，需要重点关注以下内容。

（1）机顶盒HDMI接口规格型号。监测包含新规格HDMI2.1在内的所有现网HDMI接口数据。HDMI2.1是目前所有新疆联通传输4K、8K高清视频的型号规格。

（2）HDMI接口监测指标。支持监测HMDI接口插拔、HDMI接口电视机待机、关机和开机状态的监测，同时支持HDMI接口电压大小的监测。

（3）实验数据前后指标对比。支持对上线IPTV业务节能减负模块机顶盒前后的数据对比。同时统计用户真实体验质量（Quality of Experience，QoE），确保不影响用户的QoE体验。

在这些内容基础上，确定实验开展对象为乌鲁木齐天津路家客部用户，在以新疆联通华为平台为基础的机顶盒终端上实现，主要实验对象为现网存在的华为、金运、杰赛、贝尔机顶盒，CPU主频166 MHz，Flash容量4 MB，内存64 MB.

4.2 具体对策实施

根据以上实验对象和主要内容，确定具体实施对策如表1所示。

表1 对策实施计划表

4.3 对策实施一

针对机顶盒不关闭的情况，增加电视HDMI监测能力，实现远程控制关闭机顶盒。

小组成员在试验环境下，在机顶盒高清HDMI接口增加监测功能和远程关闭机顶盒判断执行模块，判断数据HDMI输出情况及电压大小。在电视机无输出数据确定用户不观看节目时关闭机顶盒。对策实施结果如图4所示。

图4 对策一实施效果验证图

小组成员通过探针服务器进行远程部署，在试验环境下对机顶盒的高清HDMI接口增加监测功能，在机顶盒部署软件，通过条件判断，在电视关机5 min后实现远程关闭机顶盒功能。

（1）在试验环境模拟一个24小时不关电视的用户，试验观看点播直播节目。

试验结果：当电视不关机，HDMI能监测到数据输出，不关闭机顶盒。

（2）在试验环境模拟一个关闭电视且机顶盒播放节目超过5 min的直播用户。

试验结果：软件检测出HDMI无数据输出，电压由大变小，5 min后，机顶盒被远程关闭。对策实施一“对不关闭的机顶盒，增加电视HDMI监测能力，实现远程控制关闭机顶盒。”目标实现。

4.4 对策实施二

对用户关机操作执行失败的情况，实现远程控制关闭机顶盒。

小组成员在试验环境下，在故障机顶盒高清HDMI接口增加监测功能，判断数据输出情况及电压大小。在电视机无输出数据时进行关机监测，实现在用户不观看节目时，机顶盒准确关机判断，在机顶盒部署软件，实现远程关闭机顶盒能力。对策实施结果如图5所示。

图5 对策二实施效果验证图

小组成员通过IPTV嵌入式软探针系统服务器进行远程部署，在试验环境下对故障机顶盒的高清HDMI接口增加监测功能，在机顶盒部署软件，通过条件判断，在电视关机5 min后实现远程关闭机顶盒功能。

（1）在试验环境模拟一个24小时不关机的电视用户，试验观看点播直播节目。

试验结果：当电视不关机，HDMI能监测到数据输出，不关闭机顶盒。

（2）在试验环境模拟一个关闭电视且机顶盒播放节目超过5 min的直播用户。

试验结果：软件检测出HDMI无数据输出，电压由大变0，5 min后，机顶盒远程关闭，目标实现。

4.5 对策实施三

对于长期无人观看、机顶盒不具备进入待机状态的机顶盒，实现远程控制关闭机顶盒。

小组成员在试验环境下，对长期无人观看、机顶盒不具备进入待机状态的机顶盒，在HDMI接口增加监测功能，判断HDMI数据输出情况及电压大小。在电视机无输出数据时进行关机监测，实现用户不观看节目时无待机功能的机顶盒准确关机判断，在机顶盒部署软件，实现远程关闭机顶盒能力。对策实施结果如图6所示。

图6 对策二实施效果验证图

小组成员通过探针服务器进行远程部署，在试验环境下对功能不全（无待机功能或有待机功能但未启用）的机顶盒的高清HDMI接口增加监测功能，在机顶盒部署软件，通过条件判断，在电视关机5 min后实现远程关闭机顶盒功能。

（1）在试验环境模拟一个24小时不关机的电视用户，试验观看点播直播节目。

试验结果：当电视不关机，HDMI接口能监测到数据输出，不关闭机顶盒。

（2）在试验环境模拟一个关闭电视机且机顶盒播放节目超过5 min的直播用户。

试验结果：对于长期无人观看、机顶盒不具备进入待机状态的机顶盒，软件检测出HDMI接口无数据输出，电压由大变0，5 min后，功能不全的机顶盒被远程关闭，目标实现。

5 实验效果汇总

技术人员从现网抽取了100台次设备进行功能性测试，实验效果汇总如表2所示。由表2可知，新业务部署测试项目成功率达100%，节省总流量3 640 GB，平均单台设备一天可以节省36 GB流量，说明在现网IPTV端到端质量监测系统上部署此类功能是有效且可靠的。

表2 实验效果汇总表

6 结 语

本文通过新疆联通现网的监测软探针降低IPTV视频业务无效流量，提升视频流量利用率，通过在端到端质量监测系统平台增加相应功能，所有机顶盒部署对应远程管控监测能力，可实现HDMI接口监测及远程关闭机顶盒功能。本文的试验结果说明，这种部署方案是行之有效的，具备一定的应用价值和实际意义。