IPTV产品技术白皮书329.docx

1、IPTV产品技术白皮书329IPTV服务质量保障系统(iSA)白皮书文件状态： 草稿 正式发布 正在修改当前版本：1.2所属产品IPTV服务质量保障系统作 者：凌志辉完成日期：修订历史记录版本日期操作修订者说明1.001/08/2010A凌志辉文档建立1.102/01/2010M凌志辉增加端到端的网络体系架构1.205/31/2010A凌志辉增加EPG监控模块说明（A-添加，M-修改，D-删除）目 录1 引言 51.1. 目的 51.2. 背景 51.3. 术语缩写解释 62 产品概述 82.1 产品描述 82.2 产品技术方案 82.3 产品体系架构 102.4 端到端(End-To-End

2、)网络体系架构 123 功能模块 133.1 IPTV终端设备 133.1.1 STB-MA的QosMon监控模块 133.1.2 QosMon的引导升级模块 143.2 IPTV市级采集服务器 143.2.1 实时报警模块 153.2.1.1 介绍 153.2.1.2 功能描述 153.2.1.3 相关截图 153.2.2 终端监控模块 183.2.2.1 介绍 183.2.2.2 功能描述 183.2.2.3 相关截图 193.2.3 网络监控模块 223.2.3.1 介绍 223.2.3.2 功能描述 223.2.3.3 相关截图 233.2.4 直播视频源监测模块 233.2.4.1

3、介绍 233.2.4.2 功能描述 243.2.4.3 相关截图 243.2.5 EPG监控模块 273.2.5.1 介绍 273.2.5.2 功能描述 283.2.5.3 相关截图 283.2.6 故障监测定位模块 303.2.6.1 介绍 303.2.6.2 功能描述 313.2.7 专家故障分析库模块 323.2.7.1 介绍 323.2.7.2 功能描述 323.2.8 统计报表模块 323.2.8.1 介绍 323.2.8.2 功能描述 323.2.8.3 相关截图 333.3 IPTV管理服务器 343.3.1 采集服务器数据汇总统计模块 353.3.1.1 介绍 353.3.1.

4、2 功能描述 363.3.1.3 相关截图 364 系统配置 374.1 硬件配置 374.2 软件配置 371 引言1.1. 目的本文档主要是为客户提供IPTV服务质量保障系统的产品架构和应用场景, 以便于客户理解该产品体系以及工作原理, 使得客户在实际应用中更加有效地使用该产品的功能文档的阅读对象为项目经理、技术负责人、使用客户等。1.2. 背景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

5、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。业务质量（quality of service，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-T E.800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（qualit

6、y of experience，QoE）一词来描述面向最终用户应用的业务质量。QoE在ITU-T P.10/G.100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IPTV GSI（global standard initial，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-T P.10/G.100中对QoE的定义。IPTV GSI也指出，IPTV QoE应该同时包含主观评估质量和客观评估质量两

7、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1-1所示。图1-1 IPTV QoE定义范围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。该IPTV服务质量保障系统立足于IPTV业务质量的评估模型以提供对IPTV业务质量的实时监控, 故障报警定位以及IPTV视频源的媒体质量监测。1.3. 术语缩写解释术语缩写英文描述中文描述I

8、PTV-STBInternet Protocol Television Set-Top BoxIPTV机顶盒: 用来增强扩展网络电视功能的设备RTSPReal-Time Stream Protocol实时媒体流协议MulticastMulticast组播: 在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。UnicastUnicast单播: 在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。BRASBroadband Remote Access Server宽带接入服务器: 宽带接入网与骨干网之间的桥梁，提供基本的接入手段和宽带接入网的管理功能DSLAMDSL Access Multiplexer数字用

9、户线路接入复用器: 接纳所有的DSL线路，汇聚流量，相当于一个二层交换机PIM-SMProtocol Independent Multicast Sparse Mode协议独立组播-稀疏模式: 将多点传送包发送给多点传送组RPRendezvous Point汇聚点: PIM-SM网络中的核心路由器MOSMean Opinion Score平均意见得分: 对IP语音质量量化测量评分IPTV-QMSIPTV Quality Management ServerIPTV质量管理服务器: 对管辖范围内各个区域的IPTV业务服务质量进行综合性监测和管理IPTV-QCSIPTV Quality Collec

10、tion ServerIPTV质量采集服务器: 针对特定区域内的IPTV业务服务质量的各种参数进行采集和配置管理EPGElectronic Program Guide电子节目菜单: 交互式节目安排表,用户通过操作遥控器进行浏览ACSAuto-Configuration Server自动配置服务器: 按照DSL Forum指定的TR069标准协议进行远程设备的自动配置服务2 产品概述2.1 产品描述IPTV服务质量保障系统是采用内嵌模式(Embedded Mode)在机顶盒内部嵌入监控模块(STB embedded monitor agent，STB-MA)，将机顶盒运行中的业务质量参数记录并上

11、传到IPTV业务质量采集管理平台(IPTV-QCS)。此模式无需在IPTV系统中添加新的监测设备，同时能将所有监测的机顶盒状态以及IPTV业务使用情况反映到IPTV-QCS平台，能够实时全面的反应用户使用状况，进行故障分析定位,跟踪以及IPTV用户行为分析统计。除此之外, IPTV-QCS还可以侦测出IPTV系统中的网络设备(包括DSLAM, BRAS, STB等)之间的拓扑结构而IPTV服务质量保障系统中的IPTV业务质量综合管理平台(IPTV-QMS)从IPTV-QCS对IPTV业务各个方面(比如EPG, 视频源, 节目频道等)的参数进行汇总分析, 并实时显示出当前管辖内的各个区域的IPT

12、V业务服务质量。 从宏观上和全局上显示管辖范围内的IPTV业务运行状况以及服务质量。IPTV服务质量保障系统无需在IPTV业务系统中增加新的监测设备，仅需对IPTV机顶盒进行软件升级，便于系统部署与实施，在市场中具有投入小、部署快的特点，具有广阔的市场前景。2.2 产品技术方案该IPTV业务服务质量保障系统在OSI的7层模型之上建立了一种可供参考的IPTV业务质量的参数模型。图2-1展示了该模型与IPTV协议栈之间的对应关系。图2-1 IPTV业务质量模型和IPTV协议栈的关系 如图2-1所示，IPTV QoE的参数模型覆盖了OSI 7层模型的所有层次。其中，客观QoE相关的分层质量对应于IP

13、TV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。本产品中客观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MPEG2 TS协议传输IPTV节目为例，DVB系统测试标准TR 101-290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，

14、这些参数同样可供采用MPEG2 TS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（sync loss）、包识别丢失（PID missing），第二级别中的数据传输错误（transport error）、节目参考时钟抖动错误（PCR，jitter error）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-T Y.1540建议，主要为IP丢包率、IP包

15、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，在现有网络中已有专门质量监测的系统来进行链路层的质量监控。本产品中主观QoE主要是指MOS：平均意见得分（Mean Opinion Score）。MOS是一种提供在线路终端（特别是以互联网为代表的语音通讯）的语音质量的量化测量的方法。此种机制采用算术平均处理以获取系统运行状况的量化指标的主观测试（意见分数）。本产品对MOS进行扩展，应用到视频质量的量化测试(模型如图2-2所示)，可作为QoE的量化指标，来对影响到视频质量的编码参数、分辨率参数、流媒

16、体传输层的性能指标等进行综合评价。图2-2 IPTV业务主观QoE评估模型2.3 产品体系架构IPTV服务质量保障系统由2大部分组成:IPTV服务质量采集服务器(IPTV-QCS)和IPTV服务质量管理服务器.由于IPTV业务体系包括IPTV业务服务,IPTV业务基础网络以及IPTV业务终端机顶盒三个层面, 因此IPTV服务质量保障系统的组成部分均为3层体系结构图2-3 IPTV业务服务质量系统系统体系架构 设备管理层(Device Management Layer)基于自动配置服务器(ACS)架构按照DSL Forum的TR069标准协议对远程终端设备进行管理。该层所能管理的设备覆盖各种终端

17、设备, 比如机顶盒, PC, 以及手持或无线设备.该层通过终端设备上的嵌入式模块(STB-MA)对IPTV终端设备的运行状态以及流媒体使用状况,特别是MPEG-TS层, 组播频道(IGMP)的使用行为进行全面监控. STB-MA将IPTV终端设备上系统信息(包括IP, 用户名, MAC, OUI, 制造商等)以及采集的视频质量信息按照TR069协议格式返回给远程服务器另外, 该层还负责对终端设备上监控模块版本升级管理, 以便根据需要调整STB-MA采集搜集策略。 IPTV业务管理层(Business Management Layer)用于管理IPTV业务网络里WAN连接所涉及各种网元设备, 比

18、如DSLAM, BRAS等, 其网络介质包括有线电缆, 光纤, 无线.该层通过发送ICMP报文和利用SNMP管理协议从IPTV承载网中逐步发现网络设备节点以及相应的网络接口, 并利用拓扑发现算法建立各个网络设备之间的网络拓扑以及逻辑关联. 此外, 通过SNMP协议获取网络设备的SNMAP MIB库以诊断网络设备的故障以及统计网络设备运行性能, 比如网络延迟, 带宽等。因此, 网络管理层包括以下的功能模块: WAN网络设备接口管理: 用于使用SNMP网络管理技术对DSL连接和广域承载网上的网元设备进行交互以得到各自的网络接口信息, 并加以存储管理 网络拓扑发现: 通过接口管理模块以及设备管理层获

19、得IPTV承载网内网元设备以及IPTV终端设备的IP/MAC列表. 利用SNMP/ICMP/ARP/LLDP以及拓扑发现算法建立他们之间的拓扑关系, 为服务管理层中故障定位提供网络基础设施拓扑关系图 带宽管理: 从各个网络设备的SNMP MIB库中读取带宽信息加以统计汇总 IPTV视频数据获取: 该模块对IPTV视频源流媒体进行网络捕捉, 并对封装MPEG的IP报文进行解析以便于服务管理层中IPTV视频质量模块进行分析. 该模块需要对多达200路IPTV音视频MPEG媒体流进行捕捉解析, 并用加权分析模型对各路音视频数据进行分析得到对应的质量信息, 比如MOS, MDI视频质量参数等。 服务管

20、理层(Service Management Layer)主要基于ITIL体系架构聚集各种面向运维和运营人员的与具体IPTV业务相关的服务模块. 这些服务管理模块融合了该服务相关联的具体业务操作流程, 比如,IPTV业务事件管理流程,IPTV系统变更管理流程, IPTV业务功能可用性管理流程等等. 此外,该层的服务模块可以根据运营商的具体业务需求进行具体流程定制并及时更新, 以下是服务管理层的核心服务模块: IPTV用户行为服务模块: 通过从IPTV终端设备汇总得到用户使用信息, 统计出用户行为习惯特征, 比如用户在线状况, 用户收看频道节目的统计等。 频道节目服务模块: 通过对IPTV终端设备

21、上EPG交互流程进行监听, 从而统计出EPG服务器的响应性能以及网络抖动, 终端收看的频道节目信息。在该模块提供对IPTV业务中的单播节目和组播频道进行7*24h不间断监测, 以便实时更新来自终端用户的频道节目报警状况。该模块的信息为IPTV业务服务监控部门以及运维部门提供有力依据。 视频质量服务模块: 对从网络服务层得到视频源的视频质量值以及设备服务层中得到的IPTV终端设备视频播放质量进行分析, 比对, 以及汇总。同时, 视频质量服务模块对视频质量报警信息进行实时搜集和更新, 以便系统使用者及时了解IPTV视频播放质量情况。该报警信息会触发视频质量相关的事件管理流程和变更流程以尽快解决相关

22、报警, 提高用户满意度。 故障分析定位模块: 该模块将所有的报警信息输入内嵌的专家知识分析库, 包括网络设备报警, EPG频道节目报警, 视频质量报警等, 进行故障分析, 从而便于定位产生报警的故障原因。此外, 借助网络服务层的网络拓扑关系图, 定位出报警产生的网络拓扑位置, 以便于IPTV业务服务人员进行及时的维修。该模块会启动IPTV业务问题管理流程以通过专家会诊, 专家咨询等方式提高专家知识库的智能性并为解决大部分的疑难问题提供解决方案。 配置管理模块: 通过该模块, 用户可以对各种监测的数据类型，监测周期, 监测参数等进行个性化定制。同样, 该模块也会触发配置管理流程, 为配置管理操作

23、提供符合规范且合理的操作流程步骤, 而避免因为随意的配置而导致的系统故障。2.4 端到端(End-To-End)网络体系架构图2-4 IPTV业务服务质量系统端到端网络体系架构图2-4展示该产品的端到端IPTV业务质量保障的网络体系结构。在该体系架构中, 对端到端的IPTV业务体系在不同层面进行监测管理: 业务层: 视频源发送端的视频质量: 包括音视频编码格式,视频帧的构成(I/P/B/SI/SP等), 视频流抖动,音视频质量综合评分MOS值, 音视频参考时钟, 传输质量参数等 EPG电子节目交互性能以及用户习惯: 频道切换时长, EPG交互时长, 频道用户观看统计, 频道观看时间统计 终端接

24、受端的视频质量以及系统性能: 音视频质量综合评分MOS值, 网络传输质量, 丢包率, Codec编码影响因子, MDI延迟因子, MDI丢包率, CPU使用率, 上行/下行带宽 传输层: 自动拓扑发现: 通过SNMP/ICMP/ARP/LLDP主动发现IPTV业务所涉及的网元设备, 并获取这些网元的网络拓扑关系 对IPTV业务承载网的网络设备进行监控, 提供出入接口的流量信息，丢包，延时以及使用率等信息。可根据用户的需求进行设置，对出现异常的接口和相应的网络链路进行报警提示。 总的来说, 该架构可简称之为”D-B-S远程监控管理”体系架构。随着体系层次从底层设备层到上层的基于ITIL的服务管理

25、层, 系统的智能化将会体现的越来越明显. 众多的智能化服务对故障, 警报, 用户行为等进行智能化的分析、学习和汇总, 为IPTV业务服务质量的提高改善提供准确的依据和指导。同时, 对于三重播放(Triple-Play)业务(即话音、数据和视频业务的捆绑业务模式),该体系架构也提供了切实可行的解决方案以支持扩展至基于IP的多媒体综合业务的商务需求。下面将详细展示各个核心功能模块/层的功能细节及外观。3 功能模块3.1 IPTV终端设备3.1.1 STB-MA的QosMon监控模块该模块主要运行在IPTV机顶盒中作为STB-MA去监测以下信息: EPG相关信息 顶盒STB与EPG服务器的交互信息，

26、当出现错误信息的时候记录错误类型并发送到服务器ACS处。 整个EPG交互的时间，这个过程从STB向EPG服务器发送频道请求开始，到STB收到期望的视频流结束，这一时间表现为收看某一频道的等待时间，对IPTV用户的主观感受影响比较大。 分析EPG交互内容得到当前机顶盒连接的视频代理服务器Agent的地址信息，并对与该代理交互的数据包进行监控，当出现报错报文时记录错误类型并发送到服务器处。 得到与EPG服务器交互的时间和与Agent交互的时间，从而进一步定位网络质量问题的位置 监测机顶盒在进行切换频道等操作的响应时间 机顶盒在进行切换频道等操作时EPG服务器响应异常出错分析 故障监测相关 开机上报

27、开机消息、机顶盒的基本信息 周期性上报KeepAlive消息，通报机顶盒状态 实时监测机顶盒接受的视频质量，在视频质量差时（视频质量低于预设门限值）上报告警通知 响应监测定位系统对视频质量的查询 响应监测定位系统发起的组播路径查询 在视频质量继续差时，进行告警通知抑制（设定时间内不再重复上报告警）3.1.2 QosMon的引导升级模块该模块(QosMonLoader)通过内嵌方式注入STB的image，以完成如下功能: 作为QosMon的引导模块, 负责在机顶盒启动以后运行QosMon, 如果不存在QosMon则下载QosMon并启动之 作为QosMon的升级模块, 在每次启动QosMon之前

28、, 都会检查是否有更新, 一旦有更新, 则按照如下方法升级更新QosMon图3-1 QosMon升级下载流程3.2 IPTV市级采集服务器IPTV市级采集服务器通过在IPTV系统中每个机顶盒上部署服务质量监控模块，对IPTV业务进行不间断监测，同时根据需要对直播频道的视频质量进行实时监控，在用户收看IPTV业务出现异常时进行告警并从机顶盒侧、网络侧等个方面进行故障定位。同时，在机顶盒用户进行EPG页面操作及频道切换时，对EPG服务器响应状况等进行监测，异常时进行汇总分析，来发现业务平台的异常。此外，系统从用户端及业务平台侧进行各种汇总统计并自动生成各种报表，帮助更充分的了解IPTV网络现状，包

29、括用户侧的体验感受及业务平台的运行状况。IPTV市级服务器WEB主页如下图3-2 IPTV市级采集服务器WEB主页3.2.1 实时报警模块3.2.1.1 介绍该模块主要展示终端质量, EPG，直播视频源，网络性能几个方面的实时报警状况, 并将报警汇总成故障展示3.2.1.2 功能描述 根据系统设置的门限值，当终端收看的视频质量下降达到门限值以下时主动发起终端质量告警 当终端发往EPG服务器的请求时延超过设定的阈值, 系统发出EPG请求告警 当终端无EPG请求时间超过设定的阈值, 系统发出EPG无操作告警 当直播频道视频源监控模块发现视频流中出现异常, 系统发出频道故障告警 当网络设备和应用服务

30、出现异常时，及时发出网络设备告警信息。 通过声光告警实时提醒最近出现的各种报警3.2.1.3 相关截图声光告警页面终端质量告警列表图3-10 EPG请求报警图3-16 IPTV终端上EPG无操作报警直播视频源频道质量报警图3-8 IPTV承载网内网络设备报警事件记录3.2.2 终端监控模块3.2.2.1 介绍该模块主要从IPTV机顶盒中通过TR-069统计出所有相关信息进行分类汇总显示3.2.2.2 功能描述 集中质量监控 - 集中监控所有监控节点包括机顶盒和视频源的视频流播放状况。用户能通过WEB的方式一目了然的查看到所有受监控节点的视频流的详细信息，编号、频道名称、IP地址、端口、MOS-

31、VQ质量、Packet Loss、Throughput，此外还有MDI 媒体传输质量指标(该指标显示某一视频的抖动和封包丢失率), 视频流速率, 封包丢失, 网络带宽利用率等一百六十多个参数，以便用户能非常方便的查看该位置IPTV业务运行情况，方便管理及维护。 定期上报 - 根据用户设定，对机顶盒进行定期、采样方式获取视频质量信息 提供完整的网络层质量分析 该模块除了提供应用层的详细解码分析之外，还提供了网络层详细解码分析，并以图形化的方式显示出来，帮助用户分层的进行故障排查，迅速解决问题，提高效率。 完整的监测报告及历史监控记录查询 该模块提供了完整的报表功能，帮助用户进行IPTV网络质量统计，了解整个IPTV网络业务质量的整体趋向，并可作为评判网络质量及