CN104469540A - 实现iptv单播业务端到端质量保障的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其中包括节点监测模块，节点监测模块包括对从边缘节点发送的点播节目源进行监测的边缘节点监测单元和对接入网的设备进行监测分析的设备节点监测单元；链路监测模块；故障定位分析模块，用以根据节点监测模块得到的告警数据、对链路信息的监测结果和用户的拓扑信息利用分支定界算法进行分析和故障定位；统计分析模块，用以根据故障定位分析模块的定位结果进行综合分析。采用该种结构的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，实现自动汇总单播链路监测并统计分析，使运营商更充分了解监测节点状态，对发生点播质量问题的点播流进行录制，快速解决单播类故障，具有更广泛的应用范围。

Description

实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统
技术领域
本发明涉及数字电视技术领域，尤其涉及IPTV技术领域，具体是指一种实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统。
背景技术
IPTV(Internet Protocol Television，互联网电视)改变了我们看电视的方式，从被动的等电视，转变为主动选择电视节目。自2006年起，IPTV业务飞速发展，迄今为止，全国IPTV用户数均已接近5000万。IPTV主要业务包括直播频道，点播节目和回看节目。随着人们对IPTV业务的熟悉，点播与回看业务的使用次数和时长逐渐增长，成为IPTV业务的主要构成部分。
相比传统的有线电视，IPTV发展初期，就是依靠丰富多样的点播和回看业务，成功发展了庞大的IPTV用户群。根据国内调研的用户业务行为数据来看，如图1所示。
从图1中可以得出，现在点播和直播业务基本各占用户观看行为的一半，点播与回看作为IPTV业务的主要构成部分，业务的使用次数和时长逐渐增长，保障点播及回看业务质量成为运维人员关注的重点，如何监测用户点播及回看业务的质量，如何提前发现边缘节点点播业务存在的问题，如何从节目的角度评价用户收视感知，成为目前IPTV业务支撑的重中之重。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现自动汇总单播链路监测并统计分析、使运营商更充分了解监测节点状态、对发生点播质量问题的重点用户的点播流进行录制、快速解决单播类故障、具有更广泛应用范围的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统。
为了实现上述目的，本发明的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统具有如下构成：
该实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
节点监测模块，所述的节点监测模块包括边缘节点监测单元和设备节点监测单元，所述的边缘节点监测单元用以对从边缘节点发送的点播节目源进行监测，所述的设备节点监测模块用以对接入网的设备进行监测分析；
链路监测模块，用以对从节点到终端用户之间的链路的链路信息进行监测；
故障定位分析模块，用以根据所述的节点监测模块得到的告警数据、对所述的链路信息的监测结果和用户的拓扑信息利用分支定界算法进行分析和故障定位；
统计分析模块，用以根据所述的故障定位分析模块的定位结果进行综合分析。
较佳地，所述的边缘节点监测单元包括点播流并发路数监测子单元、点播流并发吞吐量监测子单元和丢包率监测子单元，所述的丢包率监测子单元用以根据网络收到的视频流和机顶盒发起的重传请求进行建模并通过模型计算用户的丢包率。
较佳地，所述的系统还包括平台业务能力分析模块，所述的平台业务能力分析模块用以通过对单播链路出口流量进行分析统计检测压力走势并分析扩容需求。
较佳地，所述的系统还包括故障视频录制模块，所述的故障视频录制模块用以当视频流传输发生网络损伤时进行自动录制。
较佳地，所述的系统还包括节目信息及用户收视分析模块，所述的节目信息及用户收视分析模块用以对用户观看的节目ID、观看节目时长、节目观看排名和单用户节目收看排名进行统计分析。
较佳地，所述的节点监测模块还包括IP层质量监测单元、传输层质量监测单元、RTP/RTSP层质量监测单元、MPEG2-TS质量监测单元、主观感受MOS评分单元和管理和维护单元，所述的主观感受MOS评分单元用以根据主观和客观评价计算主观感受MOS值。
较佳地，所述的接入网的设备包括接入网的核心接入设备、汇聚交换设备和普通接入设备。
较佳地，所述的链路信息包括链路上各检测点的出口流量的质量分析、单播链路传输中的分组丢失和网络时延抖动信息。
采用了该发明中的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，具有如下有益效果：
本发明的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，符合运营商在IPTV维护和支撑工作中快速解决单播类故障、提高用户满意度的主要宗旨，为IPTV在视讯市场的进一步发展提供了更大的动力。
通过本发明的系统发现的问题，对IPTV用户进行主动维护，有效降低申告率，提升用户感知，提升用户忠诚度和满意度，提升品牌影响力，取得了显著的社会效益，具有更广泛的应用范围。
主要体现在以下几个方面：
1、边缘节点大面积预警。系统能够及时地发现目前IPTV平台设备性能以及传输网络的问题在哪，由哪些因素造成，使维护工程师能较快的找出问题并提出整改方案；
2、端到端故障定位。系统通过监测从边缘节点到终端用户之间的完整链路，可以快速准确地发现传输网络中各个网元设备的故障和线路问题；
3、降低用户申告率。可根据终端用户产生的告警发现用户线路中的各种问题，从而可以在用户投诉之前进行主动整治以避免用户进行投诉申告；
4、减少客服的话务量。用户申告少了，客服需要受理的投诉电话量就减少了；同时，针对申告用户，客服人员也能通过系统快速定位问题，减少故障验证时间；
5、减少装维人员重复上门。通过系统可以准确地定位出用户视频质量劣化的原因，使装维人员上门时能够有的放矢，迅速有效地解决问题。
附图说明
图1为本发明的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统的结构示意图。
图2为IPTV直播、点播业务使用情况统计示意图。
图3为本发明的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统在实际应用中的结构示意图。
图4为丢包率和重传增长情况相关性的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明涉及IPTV单播业务质量保障领域，建立起一套IPTV单播业务质量保证体系，包括IPTV单播业务质量(QoS，Quality of Service，服务质量)和用户体验(QoE，Quality OfExperience，体验质量)测量技术、监测指标体系、单播故障诊断方法论、故障视频实时录制和端到端业务质量监测系统等，利用硬探针技术对IPTV单播流数据进行采集、分析，从而帮助用户直接有效的了解用户单播业务的收视质量，快速定位影响用户单播体验的问题，从而提高终端用户的业务满意度。
本发明建成了一套完整的单播链路质量监测系统，该系统分别在边缘节点、SR(ServiceRouter，业务路由器)、OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)三个不同层次各部署了一台视频监测设备VA8000，通过单播链路监测和分析，自动汇总统计分析，使运营商更充分了解IPTV监测节点状态，同时根据需要配置需要录制的重点用户，对这些重点用户发生点播质量问题时，对点播流进行录制，从而实现有效的对IPTV单播业务的质量保障。
该实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
节点监测模块，所述的节点监测模块包括边缘节点监测单元和设备节点监测单元，所述的边缘节点监测单元用以对从边缘节点发送的点播节目源进行监测，所述的设备节点监测模块用以对接入网的设备进行监测分析；
在一种较佳的实施例中，所述的边缘节点监测单元包括点播流并发路数监测子单元、点播流并发吞吐量监测子单元和丢包率监测子单元，所述的丢包率监测子单元用以根据网络收到的视频流和机顶盒发起的重传请求进行建模并通过模型计算用户的丢包率。
在一种较佳的实施例中，所述的节点监测模块还包括IP层质量监测单元、传输层质量监测单元、RTP/RTSP(实时传输协议/实时流传输协议)层质量监测单元、MPEG2-TS(MovingPicture Experts Group 2-Transport Stream，用于音效、图像、数据的通信协定)质量监测单元、主观感受MOS(Mean Opinion Score，平均意见得分)评分单元和管理和维护单元，所述的主观感受MOS评分单元用以根据主观和客观评价计算主观感受MOS值。
在一种较佳的实施例中，所述的接入网的设备包括接入网的核心接入设备、汇聚交换设备和普通接入设备。
链路监测模块，用以对从节点到终端用户之间的链路的链路信息进行监测；
在一种较佳的实施例中，所述的链路信息包括链路上各检测点的出口流量的质量分析、单播链路传输中的分组丢失和网络时延抖动信息。
故障定位分析模块，用以根据所述的节点监测模块得到的告警数据、对所述的链路信息的监测结果和用户的拓扑信息利用分支定界算法进行分析和故障定位；
统计分析模块，用以根据所述的故障定位分析模块的定位结果进行综合分析。
在一种较佳的实施例中，所述的系统还包括平台业务能力分析模块，所述的平台业务能力分析模块通过对单播链路出口流量进行分析统计检测压力走势并分析扩容需求。
在一种较佳的实施例中，所述的系统还包括故障视频录制模块，所述的故障视频录制模块用以当视频流传输发生网络损伤时进行自动录制。
在一种较佳的实施例中，所述的系统还包括节目信息及用户收视分析模块，所述的节目信息及用户收视分析模块用以对用户观看的节目ID、观看节目时长、节目观看排名和单用户节目收看排名进行统计分析。
下面以一具体实施例来进一步介绍本发明。
一、技术总体思路
系统对IPTV单播链路的监测，主要包括对单播链路上各检测点的出口流量的质量分析和单播链路传输中的分组丢失和网络时延抖动等。
对IPTV单播链路的检测，可以把单播链路上的边缘节点、SR(Service Router，业务路由器)、OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)等设备作为检测点上，将流经的单播视频流镜像引入VA8000进行分析。
当用户收看单播时，在视频流传输过程中如果存在丢包时，机顶盒会主动发起重传请求(ARQ，Automatic Repeat Request，自动重发请求)，要求流媒体服务器对出错的报文进行重发，故可以通过用户重传的请求个数计算用户的丢包率。由于当网络丢包过大时，通过重传个数计算出来的丢包率与实际的不符(丢包率大于5％)。单播业务系统根据网络收到的视频流和机顶盒发起的重传请求进行建模，通过模型计算出来的结果能够最大限度接近用户的真实丢包率(重传率)。
VA8000监测指标如下表所示：
nodeMos/lineMos参考值如下表所示：
丢包/重传率 Nodemos/Linemos值
0.001 3.97
0.022 3.50
0.05 3.0
0.058 2.5
0.07 2.0
0.072 1.5
0.09 1.0
二、VA8000硬件关键技术指标
根据国内电信运营商IPTV业务的调研，一般情况下，边缘节点的单播并发量会超过3000路以上，据实际调研测试，江苏电信IPTV业务节点的并发数达到近万路。
VA8000是我司研发的专有视频流分析设备的型号，其专为电信运营商提供单播流质量的监测。VA8000是专门为此规模的并发量所研制，其通过对大规模单播并发的万兆流量进行同时分析，评测单播流质量的好坏。
目前市面上，有其他厂家的单播监测设备，但是其并发数只能达到数百路的标准，无法满足大规模的单播并发监测的要求，而且只能单播质量发生劣化后进行监测分析，无法做到全面覆盖以及进行提前监测且及时进行预警，从而无法给运维工作带来直接有效的实际效果。
而本发明采用的VA8000是高性能的视频流分析专属设备，可根据需要，单台设备配置最多可以同时对12000路标清点播视频流进行分析的能力。
VA8000获取视频流的方式主要有：分光器、镜像。
VA8000产品功能和监测指标描述如下：
(1)IP层质量检测
源目的地址分析：源IP和目的IP
IP报文丢失率
IP报文传输时延
IP报文到达抖动
点播流起始时间和结束时间：上报流起始和终止时间，用于统计用户对节目的观看时长
(2)传输层质量检测
源/目的端口分析
(3)RTP/RTSP层质量检测
RTP报文丢失率
RTP报文到达时延：参照RFC3550
RTP报文到达抖动：参照RFC3550
RTP报文乱序率：参照RFC3550
RTP报文重传率：参照RFC2890
RTP包头信息解析：seq，version
VSTQ：评定RTP通道支持可靠视频流质量能力
(4)MPEG2-TS层质量检测
MDI(DF,MLR)：MDI指标不关心上层编码类型，可以直接从网络层来评估媒体流的抖动和丢包
码率：根据相邻PCR计算得出
MLT_15:过去15分钟媒体丢失总数
MLT_24：过去24小时媒体丢失总数
媒体流码率
媒体流复用PID
TS包丢包率
TS包乱序率
TS包重传率
(5)主观感受MOS评分：结合主观和客观评价进行算法运算
(6)边缘节点性能检测
点播流并发路数：5秒统计周期，包括最大路数、平均路数、最小路数
点播流并发吞吐量：5秒统计周期，包括最大吞度量、平均吞度量、最小吞吐量
丢包率：5秒统计周期，统计边缘节点最大丢包率、平均丢包率、最小丢包率
(7)管理和维护功能
NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)网络时钟同步
软件升级：支持本地升级和远程自动升级功能
视频流引流：分光器和镜像两种方式
三、系统关键创新技术点
(1)ARQ丢包重传实时监测：
对单播链路上的ARQ(丢包自动请求重传)请求报文进行分析，配合单播链路网络拓扑，第一时间定位下行网络故障点，提高系统排障速度和准确性。
(2)节点和链路质量同步监测：
对单播链路上的节点和链路的请求报文进行分析，分析单播流发生问题的源头，准确定位是节点质量劣化还是链路质量劣化。
(3)平台业务能力分析：
通过对单播链路出口流量进行分析统计，检测系统压力走势，为系统是否要扩容提供指导意见。
(4)故障视频自动录制：
检测到视频流传输过程发生网络损伤时，进行自动录制，重现终端用户收视效果。
(5)节目信息以及用户收视分析：
所有用户观看的单播节目的ID(名称)，观看节目的时长；节目观看的TOP-N排名，单用户的节目收看排名等。
(6)故障分支定界：
根据系统监测出来的故障情况，结合用户的拓扑信息，利用分支定界算法，对用户的故障进行定位；根据全网部署的VA8000探针，可以准确的定位出单播流质量劣化的故障区间。
四、丢包、重传、用户感知关系
如图4所示，在少量丢包情况下(5％以下)，重传会随着网络丢包呈线性增长，基本上能够对网络丢包进行完整补偿不影响用户收看体验。
当丢包率大于5％时，重传会随着网络丢包增大呈现非线性递减，在该情况下，会出现花屏、马赛克现象，影响到用户收看体验；同时，丢包率越大，用户体验越差。
当丢包率大于等于20％时基本上不会再有重传，画面也卡住不动。
五、在IPTV视频业务质量保证体系下，对IPTV业务的单播业务质量监测主要考虑从源端到终端之间整条链路的端到端监测，示意图如图3所示。
(1)能力平台之边缘节点监测
在边缘节点处部署VA8000，对从节点出来的点播节目源进行检测。
(2)核心接入、汇聚交换、普通接入设备
对接入网的三层设备节点进行监测分析，对点播流经过的每一层都纳入监测分析。
(3)故障定位分析
系统通过VA8000监测上报的数据以及产生的告警进行分析，同时也可以结合用户的拓扑信息进行分支定界分析，帮助用户进行故障定位。
(4)统计分析
对于VA8000在不同监测点上报的数据，系统进行综合的统计分析。
采用了该发明中的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，具有如下有益效果：
本发明的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，符合运营商在IPTV维护和支撑工作中快速解决单播类故障、提高用户满意度的主要宗旨，为IPTV在视讯市场的进一步发展提供了更大的动力。
通过本发明的系统发现的问题，对IPTV用户进行主动维护，有效降低申告率，提升用户感知，提升用户忠诚度和满意度，提升品牌影响力，取得了显著的社会效益，具有更广泛的应用范围。
主要体现在以下几个方面：
1、边缘节点大面积预警。系统能够及时地发现目前IPTV平台设备性能以及传输网络的问题在哪，由哪些因素造成，使维护工程师能较快的找出问题并提出整改方案；
2、端到端故障定位。系统通过监测从边缘节点到终端用户之间的完整链路，可以快速准确地发现传输网络中各个网元设备的故障和线路问题；
3、降低用户申告率。可根据终端用户产生的告警发现用户线路中的各种问题，从而可以在用户投诉之前进行主动整治以避免用户进行投诉申告；
4、减少客服的话务量。用户申告少了，客服需要受理的投诉电话量就减少了；同时，针对申告用户，客服人员也能通过系统快速定位问题，减少故障验证时间；
5、减少装维人员重复上门。通过系统可以准确地定位出用户视频质量劣化的原因，使装维人员上门时能够有的放矢，迅速有效地解决问题。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的系统包括：
节点监测模块，所述的节点监测模块包括边缘节点监测单元和设备节点监测单元，所述的边缘节点监测单元用以对从边缘节点发送的点播节目源进行监测，所述的设备节点监测模块用以对接入网的设备进行监测分析；
链路监测模块，用以对从节点到终端用户之间的链路的链路信息进行监测；
故障定位分析模块，用以根据所述的节点监测模块得到的告警数据、对所述的链路信息的监测结果和用户的拓扑信息利用分支定界算法进行分析和故障定位；
统计分析模块，用以根据所述的故障定位分析模块的定位结果进行综合分析。
2.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的边缘节点监测单元包括点播流并发路数监测子单元、点播流并发吞吐量监测子单元和丢包率监测子单元，所述的丢包率监测子单元用以根据网络收到的视频流和机顶盒发起的重传请求进行建模并通过模型计算用户的丢包率。
3.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的系统还包括平台业务能力分析模块，所述的平台业务能力分析模块用以通过对单播链路出口流量进行分析统计检测压力走势并分析扩容需求。
4.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的系统还包括故障视频录制模块，所述的故障视频录制模块用以当视频流传输发生网络损伤时进行自动录制。
5.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的系统还包括节目信息及用户收视分析模块，所述的节目信息及用户收视分析模块用以对用户观看的节目ID、观看节目时长、节目观看排名和单用户节目收看排名进行统计分析。
6.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的节点监测模块还包括IP层质量监测单元、传输层质量监测单元、RTP/RTSP层质量监测单元、MPEG2-TS质量监测单元、主观感受MOS评分单元和管理和维护单元，所述的主观感受MOS评分单元用以根据主观和客观评价计算主观感受MOS值。
7.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的接入网的设备包括接入网的核心接入设备、汇聚交换设备和普通接入设备。
8.根据权利要求1所述的实现IPTV单播业务端到端质量保障的系统，其特征在于，所述的链路信息包括链路上各检测点的出口流量的质量分析、单播链路传输中的分组丢失和网络时延抖动信息。
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