IPTV视频质量端到端监测系统技术规范.doc

· IPTV视频质量端到端监测系统技术规范

一、IPTV发展
随着近几年在业务融合、技术、标准以及商业模式等方面的摸索，IPTV业务在中国开始逐步成熟并进入到规模商用阶段。IPTV作为一种电信级业务，要达到大规模应用需要有效的业务质量保障。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服务水平，包括频道切换速度、节目的图像质量、播放的流畅性等。而传统的宽带业务质量监测侧重于数据链路层和网络层的监测，无法直接反映用户对IPTV业务的主观感受，因此不能满足IPTV质量监测的需求。
本文针对现有监测方案的不足，提出了一种采用分布式部署与集中管理相结合的监测方案，该方案具有监测功能丰富、可扩展性强等优点，可满足现阶段IPTV业务质量监测的需要。
二、业务质量定义及模型
业务质量（qualityofservice，QoS）术语并不是针对IPTV的，在很多电信业务中都提出QoS要求及相关的QoS保障技术。在ITU-TE.800[1]标准中，QoS被定义为“反映用户对业务使用满意程度的服务性能的综合效果”。对传统电信业务而言，QoS通常指网络性能，尤其是网络传输性能。而由于IPTV是一种上层应用的业务，传统的QoS无法满足对最终用户感受的评估，因此目前业界往往采用体验质量（qualityofexperience，QoE）一词来描述面向最终用户应用的业务质量。QoE在ITU-TP.10/G.100[2]中被定义为“最终用户对使用的应用或业务的总体主观可接受程度”，可见QoE相比QoS更强调最终用户的业务使用感受。
目前尚无国际规范对IPTV业务质量进行完整定义，国际标准组织ITU正在进行IPTVGSI（globalstandardinitial，全球主动标准）工作，以推动全球IPTV标准化进程。其中暂时还没有对IPTV业务质量进行定义，仍沿用了ITU-TP.10/G.100中对QoE的定义。IPTVGSI也指出，IPTVQoE应该同时包含主观评估质量和客观评估质量两部分内容，前者主要根据人眼视觉系统来评估视频质量，通过主观感受来评估体验质量；后者则可以定义各种客观指标，并采用相应的测试工具进行测量，具体如图1所示。

图1目前ITUIPTVGSI规定的QoE定义范围
作者比较赞同ITUIPTVGSI目前对IPTV业务质量的定义，在本文中也采用IPTVQoE来表示IPTV业务质量。当然，从运营商的角度来说不仅仅关心IPTV业务质量定义，更具实际意义的是如何量化IPTV业务质量，如何建立IPTV业务质量的指标体系以指导现网的质量运维。因此，需要根据IPTV所涉及的技术环节，建立IPTV业务质量的评估模型。

图2参考OSI的7层模型，给出了一种可供参考的IPTV业务质量的参数模型，并展示了与IPTV协议栈之间的对应关系。
图2IPTV业务质量模型与OSI7层模型和IPTV协议栈的关系
如图2所示，IPTVQoE的参数模型覆盖了OSI7层模型的所有层次。其中，客观QoE相关的分层质量对应于IPTV的协议栈中各个协议，各层次的质量参数可以通过采集对应的协议及其字段获得。
具体的，客观QoE包含以下几方面的内容。
●内容质量和业务控制质量：主要指直播频道、时移节目、VOD节目、图片、文字等内容的品质和业务控制的性能指标。例如对于直播频道质量，需要采集和分析媒体编码参数、分辨率参数等；对于业务控制质量，需要采集HTTP和RTSP请求的响应速度、页面数据呈现完整度、组播加入/退出的时延等.
●流媒体质量：主要指流媒体传输层的性能指标，以采用MPEG2TS协议传输IPTV节目为例，DVB系统测试标准TR101-290根据各参数对质量影响的程度不同，定义了3个级别，每个级别分别对应一组质量参数，这些参数同样可供采用MPEG2TS协议的IPTV系统参考，例如需要采集第一级别中的同步错误字段（syncloss）、包识别丢失（PIDmissing），第二级别中的数据传输错误（transporterror）、节目参考时钟抖动错误（PCR，jittererror）等参数。如果采用RTSP作为VOD节目的流控制协议，则要采集RTSP信令参数。
●网络传输层质量：主要指网络传输层相关协议的性能指标，包括TCP/UDP的重传次数，在采用了RTP的情况下，需要监测RTP丢包率、RTP抖动等。
●网络层质量：主要指传统IP网络层的性能指标，根据ITU-TY.1540[3]建议，主要为IP丢包率、IP包时延、IP包抖动及其相关参数。
●链路层质量：根据不同的链路层类型，需要采集不同的性能指标。由于这个层次的质量保障是面向全业务而不仅仅是IPTV业务，本文不做详述。
主观QoE主要是用户对IPTV业务使用中的主观感受，这些感受是对服务接入速度、内容质量、使用操作便利性等多方面的综合，至少可以包含以下参数：
●开机进入IPTV主界面的速度；
●用户鉴权频道浏览（加入/离开时延）；
●视频内容的清晰度和流畅程度；
●直播频道的切换速度；
●VOD节目进行快进、快退和暂停操作的响应速度；
●业务请求的响应速度、业务内容的完整性等。
三、业务质量监测需求
IPTV业务质量监测应包含两部分，即监控和测试，二者相互关联但又相对独立。其中监控技术主要是面向IPTV运维部门使用，协助IPTV平台及网络运维部门监控网络运行中的质量状态，帮助定位故障和解决问题，因此要求监控技术能够覆盖整个IPTV业务质量领域。测试主要面向IPTV产品研发、性能评估和故障排查等应用，因此测试技术往往针对与IPTV业务质量相关的某一个领域或层面，重点解决某一类问题。
如前所述，IPTV业务质量监控应该覆盖整个IPTV业务领域，是面向IPTV业务的端到端全网监测，具体应满足以下需求。
●满足IPTV业务的7×24h不间断监测，同时不对正在运营的IPTV系统产生影响。
●监测范围能够覆盖整个IPTV网络的各个环节，并能根据各环节采集的参数进行对比分析。这些环节至少包括：内容头端系统、系统核心平台出口、边缘节点出口、关键网络节点等。
●当IPTV质量发生劣化时，系统能够自动采集质量劣化的技术参数，并作详细记录；能够通过对比分析各节点参数，进行故障点分析和快速定位。
●能够根据采集参数进行平台及服务器的性能分析等。
●能够完成图2中质量模型各层次的分析。
而IPTV业务质量测试主要针对与IPTV业务质量相关的某一个领域或层面，如在实验室进行质量验证或问题和故障发生后进行定位和排障，或针对IPTV某个网元设备进行测试。因此IPTV业务质量测试往往可以借助原来各层面的相关测试工具进行，下面举几个例子。
●内容质量的测试：主要在实验室或内容上线前，采用专门的质量检测工具进行图像质量、伴音质量、字幕质量、元数据质量等的测试，主要针对直播频道、时移节目、VOD节目、图片、文字等内容的品质和业务控制的性能指标。
●流媒体层的测试：主要在系统上线前对流协议的规范性进行测试和验证
●网络传输层、网络层和链路层质量测试：主要采用与应用无关的专用测试软件或仪表测试目前IPTV承载网络的质量状况。
四、标准及产业链现状
如前所述，IPTV作为一个新兴的融合性业务，目前还没有非常完备的国际规范。虽然包括ITUIPTVGSI、ATIS（alliancefortelecommunicationindustrysolution，电信行业解决方案联盟）、IPTV论坛、DSL论坛、DVB（digitalvideobroadcasting，数字视频广播）等多家国际标准化组织已开始相关的标准化推进工作，但目前尚未正式发布。尽管如此，在IPTV业务质量监测的系统架构、参数建议等方面已取得了较大进展。
●ITUIPTVGSI：已经初步完成了IPTV业务质量相关的需求草案和IPTV业务性能监测的草案，目前ITU的相关工作组正在进行后续的工作，计划在2008年底能够成为国际规范。
●ATIS：起步较早，在2006年就开始了IPTVQoS指标体系、IPTVQoE模型等相关的制定工作，计划在2008年完成。
●DSL论坛：主要关注机顶盒侧与业务质量相关的参数定义，目前已经完成了机顶盒数据模型技术报告（DSLForumTR135）、可应用于机顶盒的终端广域网管理协议技术报告（DSLForumTR069）等。
在产业链支持方面，尽管还没有完整的IPTV业务质量监测技术标准可供参考，但由于IPTV业务的快速部署和运营商对质量监测需求的迫切，市场上已经有多家测试仪表厂商能够提供IPTV质量监测仪表。如前所述，IPTV业务质量监测包含测试和监控两部分，因此这些仪表也可对应地分为测试和监控两大类。
在测试仪表方面，主要是针对某个层面的专用测试工具，例如美国IneoQuest公司提供的SingulusG1-T系列测试仪表，其主要特征是支持RFC4445定义的MDI指标值，可应用于IPTV数据的模拟、捕捉、数据流监控以及视频质量的分析；思博伦公司提供的IPTV测试解决方案包括宽带网络测试、频道切换测试、频道内容验证等；泰克公司则提供了较为完备的视频质量测试和分析工具，如能够分析H.264编解码参数的MTS4EA，能够测试视频主观质量的PQA仪表等。
在监控系统方面，目前还没有很完备的、能完全满足运营商需求的解决方案。美国JDSU公司提供的QT系列仪表可应用于IPTV直播频道的7×24h质量监控，监控的内容包括了网络质量、传输层质量等。因此，目前国内的IPTV运营商开始根据运维需求自主或与合作伙伴联合开发IPTV业务质量监测系统。例如中国电信上海研究院就和国内的中创信测合作开发了IPTV业务质量监测系统，该系统已能够支持现网应用的主流IPTV系统，支持从业务层到网络层的端到端业务质量监测。
5、IPTV端到端业务质量监测方案
以下以中国电信上海研究院与中创信测合作开发的IPTV业务质量监测系统为例，介绍IPTV端到端的质量解决方案。该系统是一个独立的分布式系统，叠加在现有IPTV业务网络中，通过部署监测代理或测试探针的方式来获得IPTV业务运行时各个网络节点的相关质量参数数据，并由监测平台进行集中采集、分析和统计，以获得IPTV业务总体质量情况。
值得一提的是，该方案的系统架构与目前ITUIPTVGSI正在制定的IPTV性能监测标准一致，均采用了“分布部署、集中采集”的系统架构，如图3所示，其中PT指监测点

图3目前ITUIPTVGSI定义的业务质量系统架构
如图3所示，整个系统主要包括监测管理平台、监测代理。
监测管理平台：负责管理监测代理和采集所有代理上传的监测数据，并执行统计和分析，是整个系统的核心组件。
监测代理：主要完成业务质量参数的采集和上传，根据部署的监测点不同，又可以分为3种工作模式。
●仿真模式：即主动模式，仿真用户的IPTV业务登录、认证及基本业务流程，能够通过预定义的脚本文件，自动进行相关的测试，记录并形成业务质量参数记录文件，上传给监测管理平台所有的性能参数。在图3中，该模式可以部署在PT4和PT5的位置。
●监测模式：即被动模式，通过数据镜像或备份的方式获得用户业务数据，分析质量参数，并记录和上传给监测管理平台所有参数。在图3中，该模式可以部署在PT1、PT2和PT3的位置。
●机顶盒内嵌模式（STBembeddedtestagent，STB-TA）：在机顶盒内部嵌入测试客户端软件，能够将机顶盒运行中的业务质量参数记录并上传到监测管理平台。在图3中，该模式可以部署在PT1、PT2和PT3的位置。
当然，从系统角度来看，IPTV监测系统在不同的节点所关注的质量是不同的，因此当监测代理工作在不同的模式下或部署在不同的节点时，所采集的质量参数也不尽相同，这里就不详述了。
从整个系统的架构可以看出，上述系统基本覆盖了IPTV端到端各个环节，所采集的参数能够帮助完成图2中质量模型客观QoE各个层面的分析，能够协助IPTV平台及网络运维部门监控网络运行中的质量状态，从而帮助定位故障和解决问题。
6、结束语
IPTV是一个跨广电网、IP网、电信网的复杂应用，其业务质量监测需要综合考虑视音频内容质量、网络质量、用户最终感受等多重因素。本文对IPTV业务质量监测相关技术进行了研究，并提出了IPTV业务质量模型及性能监测的系统框架。
但是对于IPTV运维部门来说，需要一整套IPTV业务质量指标体系，希望能够通过类似主观评测分的等级划分来衡量整个IPTV系统质量，并提供可操作的监测手段。因此，后续还需要研究IPTV业务质量指标体系，量化和评估每个指标对最终用户感受的影响，并研究各业务质量指标的采集方法，从而构建完整的IPTV业务质量监测体系，保证IPTV业务的顺利运营.