（计算机应用技术专业论文）iptv服务质量监控技术研究.pdf

摘要 国内i p t v 实现方式与传统实现方式的差异对i p t v 服务质量监控技术提出 了新的挑战，本文总结了国外主流解决方案与国内i p t v 监控需求的差距，深 入研究了i p t v 服务质量监控技术，针对上海电信i p t v 服务质量监控系统项目 的开发提出一套满足项目需求、适合在国内推广的i p t v 服务质量监控系统解 决方案。 整个系统采用分布式的架构，由一个监控中心和多个监测点构成。针对i p t v 网络关键网元节点流量大，协议种类多的特点，监测点的架构采用数据采集卡、 刀片服务器、磁盘阵列相结合的方式，使得系统在性能和功能上都满足了项目 的需求。 为了使i p l v 服务质量监控系统能够全面、真实、准确的反映出i p t v 服务 质量，本文对刚系统的基本结构进行了分析，从多个层面总结了i p t v 服务 质量的构成因素；根据国内i p t v 实现方式的特点为每种构成因素选择了适用 的衡量指标，形成了一个合理、可靠的i p t v 服务质量分析体系。 在使用i p t v 服务质量分析体系测试l p t v 点播业务的视频质量时，出现了 无法计算点播业务视频流d f 值的问题。为了解决这一问题，本文通过研究m d i 算法的实质和机顶盒的工作原理，提出了使用模拟协议栈调整视频流数据包到 达缓冲区时间的方法。该方法成功计算出以r t p i 玎s p t c p i p 为封装格式的点 播业务视频流的d f 值。 根据服务质量分析的结果，州服务质量监控系统可以逐层定位故障。为 了协助运维人员分析故障原因，感受故障视频流的真实播放效果，从主观上了 解用户体验质量，本文实现了故障视频流完全重现机制。该机制记录每个视频 流数据包到达测量点的时间，并将此时间连同视频流数据包存入数据库。在重 现时根据记录的时间发送故障视频流数据包到播放终端，进行实时播放，使得 重现的故障视频流与原始故障视频流的播放效果达到了完全一致。 在本文的最后，通过实验室的测试验证了点播业务视频质量测试方法与故 障视频流完全重现机制的有效性和正确性。 关键词：i p 监控技术，服务质量 a b s t r a c t t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd o m e s t i ci p t vc o n s t r u c t i n gw a y sa n dt r a d i t i o n a lw a y s c h a l l e n g e st h ei p t vs e r v i c eq u a l i t ys u r v e i l l a n c et e c h n o l o g y t h i st h e s i sa n a l y z e st h e d i s p a r i t y b e t w e e nt h ee x i s t i n gi p t vs e r v i c e q u a l i t y s u r v e i l l a n c e s y s t e ma n d d o m e s t i c 口t vs u r v e i l l a n c er e q u i r e m e n t ，a n de l a b o r a t e st h e 口t vs e r v i c eq u a l i t y s u r v e i l l a n c et e c h n o l o g i e s t h es o l u t i o n so fs u r v e i l l a n c es y s t e mf o ri p t vs e r v i c e q u a l i t yw h i c ha d a p t st ot h ei n c r e a s i n gd o m e s t i ci p t vm a r k e ta r ep r o p o s e dt om e e t t h e s h a n g h a it e l e c o ms u r v e i l l a n c es y s t e mf o r i t vs e r v i c e q u a l i t yp r o j e c t r e q u i r e m e n t s t h ed i s t r i b u t e ds y s t e mi nt h ep r o p o s e ds o l u t i o n si sc o m p o s e do fam o n i t o r c e n t e ra n ds e v e r a lt e s tp o i n t s e a c ht e s tp o i n tc o n s i s t so fd a t ac o l l e c t o r , b l a d es e r v e r , r a i d t h i sa r c h i t e c t u r ei ss u i t a b l ef o rt h em a s s i v ed a t a f l o wa n dt h ec o m p l e x p r o t o c o l so ft h ei p t 、，n e t w o r k ，a n de n a b l e st h a tt h ee s t a b l i s h e ds y s t e mi ss c a l a b l e a n da d a p t i v e i no r d e rt og r a n t e et h er e l i a b i l i t ya n da c c u r a c yo ft h ep r o p o s e ds y s t e mr e s u l t s ， t h ea r c h i t e c t u r eo ft h ei p t vs y s t e mi sa n a l y z e da n dt h ec o m p o n e n tf a c t o r so fi p t v s e r v i c eq u a l i t ya r es u m m a r i z e df r o mm u l t i l a y e r s m o r e o v e r , a p p l i c a b l ei n d e x e sf o r e a c hc o m p o n e n tf a c t o r sa r ec h o s e nb a s e do nc o n s t r u c t i n gw a y so fd o m e s t i ci p ，r v t h r o u g ht h es t u d yo ft h ee s s e n c eo fm d ia l g o r i t h ma n dt h ep r i n c i p l e so fs t b ， t h em e t h o dw h i c hu s i n gt h es i m u l a t e dp r o t o c o l ss t a c k si sp r e s e n t e dt os o l v et h e c a l c u l a t i o np r o b l e mo ft h ed fo fv o dv i d e os t r e a md u r i n gt h et e s t t h es i m u l a t e d p r o t o c o l ss t a c k sa d j u s tt h ea r r i v a lt i m eo ft h ev i d e os t r e a mp a c k e t s t h ep r o p o s e ds u r v e i l l a n c es y s t e mf o rl p t vs e r v i c eq u a l i t yi sa b l et ol o c a t et h e f a u l tl a y e rb yl a y e ra c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h ea n a l y s i sm e t h o df o ri p t vs e r v i c e q u a l i t y f o rt h es a k eo fa s s i s t i n gt oa n a l y z e t h ec a u s e so ft h ef a u l ta n df e e lt h er e a l e f f e c to ft h ef a u l tv i d e os t r e a m ，am e c h a n i s mo fr e c u r r e n c ef o rf a u l tv i d e os t r e a mi s p r o p o s e di n t h i st h e s i s t h em e c h a n i s mr e c o r d st h et i m ew h e ne a c hv i d e op a c k e t a r r i v e sa tt h ep r e d e f i n e dt e s tp o i n t ，a n da d d st h et i m e s t a m pa n dt h ev i d e op a c k e ti n t o d a t a b a s e t h er e a l t i m ep l a yi si m p l e m e n t e db ys e n d i n gt h ef a u l tv i d e op a c k e tt o l l p l a y e rt e r m i n a l t h i se n s u r e st h a tt h er e c u r r e n c eh a st h es a m ee f f e c ta st h eo r i g i n a l v i d e os t r e a m f i n a l l y , t h ee f f e c t i v e n e s so ft h ec a l c u l a t i o nm e t h o df o rt h ed fo fv o dv i d e o s t r e a ma n dt h em e c h a n i s mo ff a u l tv i d e os t r e a mr e c u r r e n c ea r ev a l i d a t e dt h r o u g h s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t k e yw o r d s ：i 帆s u r v e i l l a n c et e c h n o l o g y , q u a l i t yo fs e r v i c e i i i 独创性说明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或者其他教育机构的学 位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文 中做了明确的说明并表示了谢意。 签名：惭期：二出歹 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；经作者同意学校可以公布论文 的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ：幽7 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第1 章引言 i p t v 业务是在i p 网络上发展出来的新兴业务，它提供组播、点播、时移电 视等视频功能，而且结合通讯技术，使用户互动地参与视频【。i p t v 业务在全 球迅速发展，成为固定电信运营商新的收入增长点。而保障良好的用户体验质 量( q o e ，q u a l i t yo fe x p e r i e n c e ) 1 2 】是i p t v 业务得以成功发展和推广的关键所 在p j 。由于唧网络设施、协议和业务的复杂性，运营商在日常的网络开通、 维护工作中面临着许多新的问题： 1 缺乏对i p t v 业务的分析监控。与i p 城域网上现有的数据业务、语音业 务相比，i p t v 业务具有大带宽、实时性强的特点，对i p 网络的要求很高。过 去i p 网络被认为能够容忍的一些缺陷给i p l v 业务带来了很大的负面影响，丢 失一个承载了i p t v 视频信息的数据包就可能在i p t v 终端上出现马赛克、黑屏 等现象。i f f v 网络能够接受的丢包率为0 0 0 0 1 4 1 ，可接受的延迟抖动为 l o r e s 引。当前的_ i p t v 设备提供商的网管系统侧重于发现设备本身的问题，对 业务质量的监测能力较弱； 2 传统服务质量分析的局限性。传统的服务质量( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) f 2 】 分析只停留在数据链路层和网络层，如带宽利用率、丢包率、延时、抖动等网 络性能参数，未能结合业务层面进行综合评测分析【6 1 ，另外，基于网络性能方 面的监测无法准确反映提供用户的业务质量情况，如语音质量、视频质量、频 道切换速度，不同的业务对网络性能参数要求不一致，所以传统的服务质量分 析不能有效的了解i p t v 业务的服务质量，从而也难以保障良好的用户体验质 量； 3 故障排除方法被动、单一。运维人员在接到用户投诉后，需要携带诸多 仪表从机房到用户之间进行逐层排查，定位故障所处的位置，这样难以及时的 发现问题，更不可能主动的发现问题。即使发现故障点以后也只是简单的更换 设备，不能准确的了解故障发生的真实原因。 因此，i p t v 运营商急需要一套监控系统能够全面真实的反映i p t v 业务的 服务质量，协助运维人员快速准确的定位故障，分析故障产生的原因，使得i p t v 武汉理工大学硕士学位论文 网络可运营、可管理、可控制，以保障良好的用户体验质量。 截至2 0 0 7 年底，+ 上海电信i p t v 用户已突破2 2 力。在实际运营过程中， 上海电信i p t v 运营管理中心同样遇到了以上总结的各种问题。为了解决这些 问题，对i p t v 业务进行有效的监控，该运营管理中心提出了i p t v 服务质量监 控系统开发项目。由此可以看出随着国内i p t v 的发展，国内i p t v 运营商也急 需对i p ，服务质量监控的相关技术进行研究，开发适合自身的i p t v 服务质量 监控系统。 l p l v 服务质量监控技术主要包括i p t v 网络监控系统架构的设计、针对 i p t v 业务特点的服务质量分析方法、故障定位和分析的策略等，对于这些技术 的研究有助于解决当前i p t v 网络日常维护时出现的各种问题，保障良好的用 户体验质量，具有重要的现实意义。 1 2 国内外研究情况 近年来，国外几家知名的测试设备厂商根据传统的l p l v 实现方式提出了各 自的i p l v 服务质量监控系统解决方案，而国内尚没有提出成熟的解决方案。 下面简单介绍当前三种主流的解决方案。 1 2 1w a t c h i t vd i s t r i b u t e ds y s t e m 新加坡a n a c i s e 公司的w a t c h i t vd i s t r i b u t e ds y s t e m t 7 j 是一个分布式的i p t v 全网监控解决方案。系统由w a t c h i t vn m s 和w a t c h i t vp r o m a t r i x i i 两部分构 成。w a t c h i t vn m s 是整个i p l v 分布式管理系统的核心，它提供实时的视频 网络管理、缝合监测、报警及报告功能。w a t c h i t vp r o m a t r i x i i 是一个被动的， 非插入式的网络监测控针，能接入运营中的i p t v 网络，按照预先设置的门限， 监视视频流的质量。并将结果传送到w a t c h i t vn m s 。 该系统能集中的查看i p t v 网络中网络层及应用层数据，提供所监测视频 流的时延变化、丢包的曲线图，用m o s v 来评价视频质量，并可以将有故障 的视频流保存成文件。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2i n e o q u e s t 仪表 美国i n c o q u c s t 公司是目前广泛应用的视频质量评估标准r f c 4 4 4 5m d i ( s l 的提出者之一。其分析结果为国内外大部分口t v 运营商所认可。 该解决方案是使用实时监控仪表监控i p t v 网络关键网元结点的视频流，在 发现故障后，使用手持式仪表到故障发生的地点进行逐级排查。i n e o q u c s t 仪表 能够实时分析i p t v 网络上传输的所有数据流，智能辨认出不同的业务：视频， 语音，数据，用r f c 4 4 4 5m d i 标准实时分析视频流的质量1 9 i 。i n e o q u e s t 仪表的 主要功能为： ( 1 ) 提供对m p e g 2t s 封装【1 0 】的深入分析 ( 2 ) 对捕获的i p 视频样本进行离线分析 ( 3 ) 实时观看正在传输的视频内容 ( 4 ) 根据需要动态产生各种流量的视频流 ( 5 ) 在实验室重现捕捉的视频样本 1 2 3 三重播放业务分析仪j 6 9 0 0 a 美国安捷伦公司的j 6 9 0 0 a 三重播放业务分析仪 1 1 l 能在客户受到影响之前探 测并解决信令、传输和话音视频数据业务体验质- i ( q o e ) i h 题。能够独立解决 网络互操作性、话音和视频媒体传输、服务割接、体验质量和i p 网络性能等众 多相关问题。j 6 9 0 0 a 的主要功能为： ( 1 )对l p t v 、v o d 【1 2 j 、v o i p 信令和媒体的深入分析； ( 2 ) 对用户流量的实时被动分析和故障诊断； ( 3 ) 频道切换延迟【1 3 j 和v o d 命令响应时间分析； ( 4 ) 视频和话音平均意见得分( m o s ) 1 2 1 、用户体验质量( q o e ) 分析，包括 r f c 4 4 4 5 一m d i 和e t s it r l 0 1 2 9 0 1 1 4 1 分析； ( 5 ) i p t v 信道、v o d 程序和话音呼叫统计分析。 1 2 4 国外主流解决方案对于国内i p t v 监控需求的满足程度 i p t v 服务概念源于北美的运营商。由于设备供应商的实现方式不同，市 场上出现了多样的架构体系。尤其在我国国内，技术实现差异，视频内容来源， i p 网络状况等因素导致多种的l p t v 实现方式。 3 武汉理j l ：人学硕十学位论文 国内i p t v 设备供应商在实现上趋向于m p e g 2 i so v e ri p 【1 5 l 的封装格式， 但是在实现时仍然与传统的实现方式有很大的差异。传统的实现方式严格遵守 的一些规则如：p a t 节目关联表，p c r 同步时钟的传输间隔1 j 等。而国内的i p t v 设备供应商在实现时并没有按照这些规则实现，仅是将m p e g 2t s 作为媒体流 的方式发送。这种实现方式可能导致国外主流解决方案中价格昂贵的测试仪器 发生误判。 在国外主要以r t p u d p i p 作为i p ，r v 视频流数据包的封装格式【1 6 1 。而在 国内1 p t v 的部分业务采用的视频流数据包的封装格式为r t p 瓜t s p t c p i p ， 之前讨论的三种解决方案都不支持这种封装格式的视频流的服务质量分析。 由此可以看出国内l p t v 的实现方式使得国外一些主流的解决方案不完全 适用于国内i p t v 网络的监控。而且，对于在国内i p t v 网络背景下的上海电信 i p t v 服务质量监控系统开发项目提出的需求，这些硬件成本较高的主流解决方 案也不能充分满足。表1 中分析了三种主流解决方案对该项目中部分需求的满 足程度。 表1 现有州服务质量监控解决方案的分析 服务质量分析故障分析 分析以r t p 解决方案 视频质量综频道切换音频质量嘧飞s p |故障视频 合评分时间 分析t c 聊p 为封流重现 装格式的视 频流的质量 w a t c h i t v用m o s v仅支持播 d i s t r i b u t e d来评价视频无此功能无此功能无此功能放故障视 s y s t e m 质量频流文件 i n e o q u e s t仅支持r t p 仅支持播 仪表无此功能无此功能无此功能u d p i p 封装放故障视 格式频流文件 三重播放业视频和话音仅支持播 务分析仪平均意见得 支持 支持无此功能放故障视 j 6 9 0 0 a 分( m o s ) 频流文件 4 武汉理， 大学硕士学位论文 由表1 可知，三种主流解决方案都不能完全满足项目中服务质量分析和故 障分析的需求，尤其是以r t p r t s p t c p i p 为封装格式的视频流的视频质量分 析和故障视频流重现这两项需求没有一个解决方案完全满足。 国内外研究情况表明，需要通过技术创新实现一套满足项目需求，适合在 国内推广的i p t v 服务质量监控系统解决方案。 1 3 本文所做的工作 本人作为上海电信i p l v 服务质量监控系统开发项目的技术主管，承担了该 项目概要设计和详细设计的工作。在工作过程中本人针对项目的需求和国内 l p t v 的实现方式，对l p t v 服务质量监控技术进行了深入研究，在现有i p t v 服务质量监控系统解决方案的基础上进行了技术创新，提出了一套完整的解决 方案。本文的主要工作和创新性成果为： 1 设计了能够充分满足当前项目需求的i p t v 服务质量监控系统的架构。 整个系统采用分布式架构，由一个监控中心和多个监测点构成。针对l p t v 网 络关键网元节点流量大，协议种类繁多的特点，监测点的架构采用采集卡+ 刀片 服务器+ 磁盘阵列的方式，使得监测点在性能和功能上都达到了项目的需求； 2 构造了多层面i p t v 业务服务质量分析体系，选择了适合国内i p t v 实 现方式的服务质量衡量指标。该体系结合适用的衡量指标从视频内容质量、视 频流质量、i p 网络传输质量、视频质量等多个层面进行分析，有利于准确定位 故障，深入分析故障原因，便于运维人员通过分析结果对i p t v 网络进行优化； 3 提出了针对上海电信i p l v 点播业务视频质量的测试方法。在分析了 m d i 算法的实质和机顶盒工作原理后，采用模拟协议栈调整视频流数据包时间 的方法，解决了以r t p r t s p t c 聊p 为封装格式的视频流视频质量测试问题， 计算出这种视频流的m d i ：d f 值，并通过实验证明了测试方法的有效性。 4 设计了故障视频流完全重现机制。该机制记录每个视频流数据包到达测 量点的时间，并将此时间连同视频流数据包存入数据库。在重现时根据记录的 时间发送故障视频流数据包到播放终端，进行实时播放。因为重现时的故障视 频流数据包之问的时间间隔与原始的时间问隔是相同的，以此保证了重现的故 障视频流与原始故障视频流的播放效果达到完全一致。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章i p t v 服务质量监控系统的解决方案 本章将分析i p t v 服务质量监控系统开发项目的需求，在此基础上结合我 从现有监控技术中总结的经验提出一套州服务质量监控系统的解决方案。 并将分析在实现这套解决方案时需要在现有监控技术的基础上有所突破盼方面。 2 1 项目的需求分析 项目需要建设一套i p l v 服务质量监控系统，系统需要对i p ，r v 网络的关键 网元节点进行关键质量数据的采集、分析、统计，并且实时监控网络的流量和 设备的性能。在此基础上，实现故障的快速定位，协助i p t v 运营管理部门及 时解决问题，处理用户投诉，并能够对故障视频流进行重现。同时，系统能够 分析i p t v 业务的服务质量( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 1 2 1 ，根据分析的结果判断 业务的质量，尽量做到在用户的业务体验变差前发现问题，解决问题。 另外，还需要利用这套i p t v 服务质量监控系统积累的丰富数据，使i p t v 运营部门可以更好地了解业务对网络的需求和影响，在尽可能减少网络设备投 资的前提下容纳更多的业务，并在复杂的融合环境中保证业务质量，实现网络 的合理规划和持续优化，并且开展i p t v 用户行为分析、i p t v 业务趋势分析、 非法业务拦截等增值服务【1 7 1 。 ， 系统监控的关键网元节点如图1 所示： 卜一一。南。 if 多一鬲= 鬲 1i p l v 网络关键网元节点 6 武汉理上大学硕士学位论文 需要监控的l p t v 网络关键网元节点为i p t v 核心平台的出口交换机 t 1 6 0 a 、t 1 6 0 b 和i p t v 边缘节点的出口交换机t 6 4 g a 、t 6 4 g b 。如图1 所示， i p l w 核心平台出口交换机t 1 6 0 a 、t 1 6 0 b 分别推送出四组点播流和四组组播 流，此处的点播流为增值业务( v a s ，v a l u ea d d e ds e r v i c e ) 的数据流，组播流为电 视直播业务( a a w , b r o a d c a s tt e l e v i s i o n ) 的数据流。p t v 边缘节点出口交换机 t 6 4 g a 、t 6 4 g b 共推送出十组点播流，每个交换机推送出五组点播流，此处的 点播流为v o d 业务( v i d e oo nd e m a n d ) 的数据流。 根据统计数据，每个出口交换机的出口流量如表2 所示： 表2 出口交换机流量统计 出口交换机 平均流量( m b p s )峰值流量( m b p s ) 核心平台t 1 6 0 a 1 9 1 5 34 3 4 核心平台t 1 6 0b2 8 5 1 14 5 5 边缘节点t 6 4 g a 2 7 5 7 9 7 2 9 边缘节点t 6 4 gb3 3 2 5 78 5 9 由表2 可以看出每个l p l w 网络关键网元节点的数据流量都很大，尤其是 边缘节点，这要求监控系统能够在大流量的数据压力下保证分析结果的正确性 和自身的稳定性。 2 2 系统解决方案 i p t v 服务质量监控系统开发项目的解决方案如图2 所示，本系统采用分布 式监控的方式，由多个监测点和一个监控中心组成。系统在上海电信的核心平 台出口交换机、边缘节点、b r a s 、d s l a m 处部署监测点，进行2 4 小时木7 天的 实时监控。监测点负责对通过i p l v 网络关键网元节点的数据进行采集和分析，将 分析结果传送到监控中心，并根据分析结果判断视频流的服务质量，若发现服务 质量变差，则向监控中心发送包含故障原因的告警消息，并存储故障视频流。 监控中心负责统计和存储所有关键网元节点的分析结果，将用户的各种命 令下发到监测点。根据来自监测点的告警消息，定位故障节点，显示故障原因。 7 武汉理t 人学硕士学位论文 用户可以通过w e b 页面访问监控中心，查看各种分析结果。 图2i p t v 服务质量监控系统开发项目解决方案 2 3 系统硬件部署方案 i p t v 服务质量监控系统开发项目的硬件部署方案如图3 ，该图显示的是项 目的一期部署图，项目的二期将把此硬件部署方案推广到所有关键网元节点。 如图3 所示，本系统在i p l v 核心平台出口交换机t 1 6 0 a 、t 1 6 0 b 处部署了 核心节点监测点，用于监控其出口处业务流的服务质量和设备的性能。在项目 一期需要监控出口交换机t 1 6 0 a 中的一路业务流和t 1 6 0 b 中的一路业务流，所 以在t 1 6 0 a 、t 1 6 0 b 处采用2 进2 出的镜像方式将业务流输出到数据采集卡， 数掘采集卡负责对业务流的所有数据包进行初步分析，在过滤部分数据包之后， 为每个数据包加入时间信息。刀片服务器( b l a d es e r v e r ) 的两块刀片接收到这 些数据包后对其进行数据分析，分析结果通过v p n ( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ) 传送 到监控中心，部分需要存储的分析结果和数据包存入数据库。两块刀片有各自 的数据库，但共用同一个磁盘阵列( r a i d ，r e d u n d a n ta r r a yo fi n e x p e n s i v e d i s k s ) 。 8 武汉理t 人学硕十学位论文 系统在i p ，边缘节点出口交换机t 6 4 g a 、t 6 4 g b 处部署了边缘节点监测 点，用于监控其出口处业务流的服务质量和设备的性能。由于系统需要对该处 所有业务流进行监控，所以在出口交换机t 6 4 g a 、t 6 4 g b 处分别采用5 进2 出的镜像方式将业务流输出到数据采集卡。边缘节点监测点的架构与核心节点 监测点的相同，分析结果也是通过v p n 传送到监控中心。 l p t v 服务质量监控系统的监控中心由监控中心服务器和磁盘阵列构成，监 控中心服务器用于接收来自监测点的分析结果，对这些结果再次进行统计分析 之后存入数据库。来自w e b 客户端的各种用户命令通过监控中心服务器下发 到每个监测点。 图3i p t v 服务质量监控系统部署方案 9 武汉理_ t 大学硕士学位论文 2 4 系统软件的实现 整个i p t v 服务质量监控系统软件由监测点和监控中心两部分构成，表3 、 表4 中列举了构成监测点和监控中心的所有模块及各模块的功能f 1 8 】： 表3 监测点的构成模块 模块名称 主要功能 数据接收模块接收来自数据采集卡的数据包 模拟协议栈模块调整需要重组和排序的数据包的时间戳 数据解码模块从数据包中解码出各种包头信息和时间戳 服务质量分析模块根据视频流数据包包头信息和时间戳进行视频质量分析 告警分析模块判断服务质量分析结果是否超出合理范围，在超出时发送 告警消息至监控中心，并通知数据入库模块 数据入库模块在收到入库通知后将故障视频流存入数据库 命令响应模块接收命令，根据命令通知相关模块，发送命令回复 数据交换模块负责与监控中心之间的数据传输工作 表4 监控中心的构成模块 模块名称主要功能 w e b 服务模块响应客户端的各种请求，将各种分析结果在客户端呈现 命令下发模块将来自客户端的命令下发到指定的监测点，接收命令回复 视频流重现模块从数据库读出相关信息，发送视频流数据包到指定客户端播放 数据入库模块将各种统计分析结果或来自监测点的视频流数据包入库 告警处理模块收集来自监测点的告警消息，消除重复告警，分析告警级别 统计分析模块对来自监测点的分析结果进行统计分析 数据交换模块负责与所有监测点之间的数据传输工作 该项目的需求决定了系统需要进行大量的i o 操作和计算操作，所以1 p 1 v 服务质量监控系统软件采用了多线程的技术使得每个模块能够并行的工作，提 高了软件的效率。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 5 解决方案中的技术难点 i p t v 服务质量监控系统需要分析统计i p t v 业务在关键网元节点的服务质 量。整个系统工作的有效性都取决于服务质量分析结果的正确性。而由于关于 i p t v 的服务质量评估方法并没有在业界形成统一的规范，需要自行研究适合项 目的服务质量分析体系，选择适用的衡量指标运用于当前各项业务的服务质量 分析。 系统需要监控组播和点播业务，其中以r t p 瓜t s p t c p i p 为封装格式的点 播业务视频质量的测试尚没有解决方案支持，需要自行研究测试方法。 系统需要及时的定位故障，并分析故障原因。定位故障的依据是服务质量 分析和设备性能分析的结果，通过分布式监控，集中管理的方式可以满足这一 需求。为了便于运维人员分析故障原因，系统还需要提供故障视频流重现的功 能，要求重现的视频流与原始故障流的播放效果一致。 2 6 本章小结 本章提出了一套i p t v 服务质量监控系统的解决方案，阐述了解决方案的 硬件架构和软件功能模块。该解决方案实现了对i p t v 网络所有关键网元节点 的分布式监控。另外，本章还对解决方案中的技术难点进行了分析，在下面的 章节中将讨论这些技术难点的解决方法。 武汉理- t 大学硕士学位论文 第3 章i p t v 服务质量分析技术 为了使i p l v 服务质量监控系统能够全面、真实、准确的反映出i p t v 服务 质量，我将对i p t v 系统的基本结构进行了分析，从多个层面总结i p t v 服务质 量构成因素。通过对各种i p t v 服务质量衡量方法进行比较和分析，为每种构 成因素选择适用的衡量指标。 3 1i p t v 服务质量构成因素的分析 对i p l v 系统的基本结构进行分析，有助于总结i p t v 服务质量的构成因素。 i p t v 系统基本结构如图4 ，原始视频源经过编码压缩后，形成合适的流格式媒 体文件存储在媒体服务器中。媒体服务器根据用户的请求把流媒体文件通过 l p t v 城域网传递到机顶盒，流媒体文件经过机顶盒的解码之后由电视机播放出 视频。 媒体采集器 一回 码器 i 媒体服务器 f 电视机 一匝虱 机顶盒 图4i p t v 系统基本结构 根据i p t v 系统基本结构中的几个环节总结出l p t v 服务质量由以下几个层 面构成。 首先是视频内容质量层面。视频内容质量主要取决于视频编码器提供的图 像质量优劣程度。如果视频内容经过编码压缩后就已经受到损伤，在其它环节 1 2 凰卜宁 武汉理工大学硕士学位论文 都未增加新的损伤时也将导致用户无法正常观看节目。 l p t v 服务质量的第二个层面是视频流的传输质量。由图4 可知在i p l v 城 域网上传输视频数据之前，需要形成合适的视频流格式。主流的视频流格式是 传输码流( t s ，t r a n s p o r ts t r e a m ) 1 0 l 。在进行视频流传输和复用过程中，对 t s 流可能会造成各种各样的损伤，这需要检查在传输流当中是否存在诸如p c r 抖动、p s i 表格错误等问题。 传输流封装在i p 、u d p 和r t p 之上，在其经过i p 网络时可能会造成各种 各样的损伤，包括丢包、抖动、延迟等等，这会对上层的图像造成影响，对这 些损伤的评估就构成了i p t v 服务质量的第三个层面犯网络的传输质量。 仅有以上几个层面的评价无法得知i p l 图像质量和音频质量的状况，需 要将传输质量与l p t v 图像质量和语音质量相关联，评估在i p 网络传输过程中 的损伤对i p t v 图像质量和音频质量的影响。这就构成了第四个层面业务 层质量。 另外，i p t v 频道切换时延也会影响i p t v 的服务质量，对i p t v 频道切换 时延的分析被称为用户互动质量的评估。 3 2 内容质量评估方法 由于网络带宽有限，i p t v 视频内容需要经过压缩才能在网络上传输，而压 缩会对视频内容造成一定的损伤，在内容质量评估时需要将这些损伤考虑在内。 常用的压缩算法有m p e g 2 1 1 9 1 、m p e g 4 t 删、h 2 6 4 t z lj 以及中国拥有自主知识产 权的a v s ( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r d ) 1 2 2 1 。目前上海电信i p t v 网络使用的压 缩算法为h 2 6 4 。 对视频内容的客观质量评估方法最常用的是峰值信噪比( p s n r ，p e a k s i g n a l t o n o i s er a t i o ) f 2 3 l 和h u rb t 5 0 0 1 1 的双刺激连续质量标度法( d s c q s ， d o u b l es t i m u l u sc o n t i n u o u sq u a l i t ys c a l e ) 1 2 4 1 ，这两种方法主要用来评价视频压 缩的质量，用恢复图像偏离原始图像的误差来衡量图像恢复的质量，采用对比 的方法得出结果。但是这两种方法的算法复杂，需要高端的视频测量仪器支持， 所以不适合在i p t v 服务质量监控系统中使用。 本系统将采用节目源品质( s o u r c ea r t i f a c t s ) 和错误指示器( e r r o ri n d i c a t o r c o u n t ) 两个参数作为内容质量衡量指标。 1 3 武汉理一l ：大学硕十学位论文 3 3 视频流质量评估方法 3 3 1i p t v 服务质量监控系统适用的视频流格式 在i p t v 系统中，流传输技术主要为i s m a 方式瞄l 和m p e g 2t so v e ri p 方 式。在上海市电信的i p t v 系统中采用的是m p e g 2 t so v e ri p 的方式，所以在 这里只讨论这种方式的视频流质量评估方法。 m p e g 2t so v e ri p 方式指的是视频媒体数据经过m p e g 2t s 格式封装后， 再通过t c p i p 协议栈封装成l p 数据包【1 6 1 。所以对这种方式的视频流也称为 m p e g 2t s 传送码流l l o l 。m p e g 一2t s 传送码流用于在各种不同的传输介质( 如 d v b 、a t m 、i p 网络) 上承载和传送视频基本流( p e s ) ，其中包含了各种用于 视频流解码所必须的信息内容，例如：节目相关表格( p a t ) 、节目映射表格 ( p m t ) 、节目标识( p i d ) 、节目参考时钟( p c r ) 1 4 1 等。另外，每个t s 包的 长度为固定的1 8 8 字节。 3 3 2 视频流质量评估参数的选择 由于m p e g 2t s 流1 1 0 l 的损伤会直接影响机顶盒的正常解码和视频质量，因 此t s 流的质量监测对保障i p t v 业务服务质量是非常重要的。e t s it r l 0 12 9 0 标准已对m p e g 2t s 流质量的指标进行了详细的定义，它包括三个优先等级的 事件：等级l 中定义了会对视频业务造成严重影响( 如业务完全中断) 的事件， 例如t s 流同步丢失、同步字节错误、脚m t 表格错误等；等级2 中定义了 会对一部分视频业务造成影响的事件，例如p c r 时钟偏离、c a t 表格错误等； 等级3 中所定义的事件不如前两个等级那么严重，它可能会对一些特定的业务 或应用造成影响【1 4 i 。因此，按e t s it r l 0 12 9 0 标准的等级1 和2 指标，对t s 流进行的监测是必不可少的。 在i p t v 服务质量监控系统中，对视频流质量的衡量指标采用了e t s it r l 0 1 2 9 0 标准等级1 和2 指标中的若干参数：连续性错误( t sc ce r r o r ，t r a n s p o r t s t r e a mc o n t i n u i t yc o u n t e re r r o r ) 、p c r 抖动( p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c ej i t t e r ) 、p s i 错误( p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o ne 玎o n ，这些参数都是评价视频流质量的关键 指标。 m p e g 2t s 包头部的c o n t i n u i t yc o u n t e r 是当每个t s 流中的包有相同的 1 4 武汉理工大学硕十学位论文 p i d 时，不断增加。当连续计数到最大值后，变为零。正常情况下，同一t s 流 中的t s 包，该字段是顺序递增的，当出现乱序或不连续时，会导致图像丢帧。 在i p t v 服务质量监控系统中，用t sc ce r r o r 来统计这一错误，当乱序或不连 续时t sc ce r r o r 都增加1 ，其单位为次。 m p e g - 2t s 包头部的p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e 指的是视频编码时的参考时 钟。p c r 抖动过大会导致接收解码器失序，影响视频播放 2 6 1 。 m p e g 一2t s 包头部的p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n 指的是程序专用信息中 包含的t s 流中有关p i d 的信息及各p i d 之间的关系，如果p s i 出现错误，将 导致接收解码器无法同步音频和视频田i 。i p t v 服务质量监控系统采用p s ie r r o r 来统计p s i 错误的次数。 3 4i p 网络传输质量评估方法 在i p t v 服务质量监控系统中i p 网络传输质量的衡量指标为i p s b r ( s t a t i s t i c a lb i tr a t e ) 、i p 带宽利用率、i p 丢包率、r t p 丢失距离、r t p 丢失 间距【2 引、t c p 重传率。 对i p 网络传输质量进行评估需要对m p e c 2t s 基于口网络的工作原理进 行分析。m p e g 2t so v e ri p 的流传输基本过程如图5 所示。 r t s p 流 媒l p 体 机 服