大規(guī)模IPTV系統(tǒng)中的測試與測量需求
2007/08/10
截至今日全球的IPTV家庭用戶還不足500萬，從而導致許多的網(wǎng)絡運營商不得不延緩業(yè)務提供計劃，或者抑制市場推廣，原因就是業(yè)務質(zhì)量和可靠性方面出現(xiàn)的種種挑戰(zhàn)。
IPTV由加拿大電信運營商NBTel當時的CEO- Gerry Pond于上世紀90年代中期提出，希望IPTV能夠成為該公司和該行業(yè)進入娛樂服務領域的一個平臺，并提升經(jīng)由衛(wèi)星、同軸電纜和陸地廣播提供的現(xiàn)有業(yè)務。
關(guān)于這一點，一開始在設計師中爭論非常激烈，因為采用最適于數(shù)據(jù)通信的技術(shù)來以恒定的比特率發(fā)送高質(zhì)量的視頻面臨著許多固有的挑戰(zhàn)。直到今天在某種程度上爭論還在繼續(xù)，但是，無論過去還是現(xiàn)在，一個引人注目的事實是，在研發(fā)和推出新產(chǎn)品和新功能時，IP為工程師和業(yè)務提供商提供了無與倫比的靈活度，其中有許多對于在競爭日益激烈的娛樂市場中贏取和維持客戶來說還是至關(guān)重要的。
在與一系列技術(shù)合作伙伴一道歷經(jīng)3年的研發(fā)后，NBTel公司推出了第一套IPTV系統(tǒng)，并與1999年投入商用。以Vibe Vision為品牌的該業(yè)務，很快便證明了從有線電視領域吸引客戶的能力，部分原因可能是由于客戶對IP所能提供的優(yōu)異功能感興趣，例如基于電視的互聯(lián)網(wǎng)訪問，電子郵件，強大的內(nèi)容導航和數(shù)字圖像質(zhì)量。在短短的幾個月里，其市場的5%的家庭采用了該業(yè)務，從而使其成為電信運營商所提供業(yè)務中前所未有的增長最快的業(yè)務之一。這一推廣速度更引人注目的原因在于，所有這些家庭用戶都必須從國家有線電視業(yè)務提供商手中奪得。
隨著更多的用戶切換到IPTV業(yè)務，作為核心的視頻質(zhì)量和可靠性的重要性不斷提升。但是， 大量的影響視頻質(zhì)量的故障模式無法利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡檢測工具檢測到，類似地，可利用的桌面故障檢測工具在處理影響客戶業(yè)務的關(guān)鍵網(wǎng)絡問題方面都存在嚴重的缺陷。
在過去三年中，更多的電信運營商宣布將引入 IPTV業(yè)務，作為增加收入并捍衛(wèi)核心電話業(yè)務的一個手段。但是，盡管運營商進行了許多高調(diào)的試驗，并在網(wǎng)絡基礎設施上投入大量的資金，截至今日全球的IPTV家庭用戶還不足500萬，從而導致許多的網(wǎng)絡運營商不得不延緩業(yè)務提供計劃，或者抑制市場推廣，原因就是業(yè)務質(zhì)量和可靠性方面出現(xiàn)的種種挑戰(zhàn)。
IPTV業(yè)務質(zhì)量問題
為了更好地理解IPTV業(yè)務的質(zhì)量問題，請回顧一下IPTV的網(wǎng)絡模型。下面的圖1所示的是一個典型的端到端系統(tǒng)架構(gòu)，包括信號獲取、視頻編碼和壓縮、中間件、傳輸、接入和包含一個或多個機頂盒的家庭網(wǎng)絡。
IPTV業(yè)務對視頻編碼、傳輸網(wǎng)絡、家庭網(wǎng)絡設備和更高層的應用，特別是中間件和VOD應用提出了許多嚴格的要求。下面將對每個子系統(tǒng)相關(guān)的挑戰(zhàn)進行詳細的介紹。
信號獲取和頭端
首先，由于目前可提供的許多視頻內(nèi)容都是供在衛(wèi)星或有線電視網(wǎng)絡上分配使用的，由于帶寬的波動可能超出IPTV可用容量，通常視頻將作為可變比特率業(yè)務送到運營商的頭端系統(tǒng)。該頭端必須將變化的比特率轉(zhuǎn)換成一個壓縮的恒定比特率業(yè)務。一般來說，每路標清內(nèi)容所占用的帶寬在3 Mb/s以內(nèi)，而高清節(jié)目所需的帶寬為此帶寬的5-6倍(不過，最新的壓縮系統(tǒng)可以將帶寬需求減少50 %)。
對于每一個編碼器來說，上述的壓縮比和處理要求仔細調(diào)整的離散參數(shù)多達20個左右，而通常IPTV系統(tǒng)中有多達幾百個可用信道。一旦最佳的編碼格式確定后，對于通信頭端的視頻通道上行碼流中的任何變化，它都必須保持不變。
IP傳輸和分配網(wǎng)絡
在目前的頭端系統(tǒng)中，構(gòu)成50-250個線性廣播媒體流信道的視頻承載被送到區(qū)域分配中心，然后再送到本地中心局。不包括開銷的廣播承載碼流高達750 Mb/s，如果包括開銷和VOD，匯聚分配帶寬很容易超過1Gb/s。
支持IP的基礎設施包括交換機、路由器、radius 、DNS和 DHCP服務器、防火墻、負載平衡器、cache服務器和目錄服務器。
網(wǎng)絡抖動目前是非常值得考慮的一個問題，因為它是造成視頻損傷的一個原因。不過，隨著設備供應商改進其產(chǎn)品來支持視頻流，抖動性能得到穩(wěn)定的改善。同時，機頂盒對網(wǎng)絡抖動具有很強的恢復能力，這是因為機頂盒中視頻緩沖器的不斷增加。
IP基礎設施方面的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是隨著為了擴展服務區(qū)域而導致的網(wǎng)絡升級，引入新功能和增加客戶時如何確保足夠的容量和性能。這就要求對網(wǎng)絡的變化進行嚴格的控制，特別是當在產(chǎn)品中引入新技術(shù)或者現(xiàn)有技術(shù)的新版本的時候。
接入和家庭網(wǎng)絡
在最后一英里中，家庭網(wǎng)絡和機頂盒在IPTV系統(tǒng)中占據(jù)著最大的分量。在這些網(wǎng)絡段中，具有最少的故障自動修復設備，而正是在最后一英里和家庭網(wǎng)絡中最易遭受環(huán)境的不利影響，并且業(yè)務很容易遭受到消費者本身行為的影響，甚至是現(xiàn)場工程師的行為也是如此，這些工程師在對IPTV網(wǎng)絡的電話網(wǎng)絡進行維護時甚至根本意識不到他們正在對IPTV業(yè)務產(chǎn)生影響。
機頂盒和機內(nèi)軟件也是提供IPTV業(yè)務的關(guān)鍵部分。除了視頻解碼功能外，通常機頂盒還維護程序?qū)б龜?shù)據(jù)，管理中間件交互事務，信號通道改變并支持用戶接口。
有許多問題將影響機頂盒的正常工作。數(shù)據(jù)包丟失，各種MPEG誤碼和常見的版本問題，都會引起為用戶提供的視頻信號產(chǎn)生問題。
測試和管理需求
表1總結(jié)了IPTV網(wǎng)絡中每個子系統(tǒng)相關(guān)的測試和管理需求。
表1：各個子系統(tǒng)的測試和測量需求。
本文小結(jié)
為了滿足IPTV的各種獨特挑戰(zhàn)，寬帶IP網(wǎng)絡技術(shù)和產(chǎn)品正在快速改進。結(jié)合各種嚴格的網(wǎng)絡更改控制程序，人們期望利用現(xiàn)有的無源IPTV測試和監(jiān)控技術(shù)以及新出現(xiàn)的端到端視頻監(jiān)控系統(tǒng)，來加速IPTV系統(tǒng)的部署和升級改造，同時確保所提供的視頻信號的質(zhì)量和可靠性。
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