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大规模IPTV系统中的测试与测量需求

2007/08/10

　　截至今日全球的IPTV家庭用户还不足500万，从而导致许多的网络运营商不得不延缓业务提供计划，或者抑制市场推广，原因就是业务质量和可靠性方面出现的种种挑战。

　　IPTV由加拿大电信运营商NBTel当时的CEO- Gerry Pond于上世纪90年代中期提出，希望IPTV能够成为该公司和该行业进入娱乐服务领域的一个平台，并提升经由卫星、同轴电缆和陆地广播提供的现有业务。

　　关于这一点，一开始在设计师中争论非常激烈，因为采用最适于数据通信的技术来以恒定的比特率发送高质量的视频面临着许多固有的挑战。直到今天在某种程度上争论还在继续，但是，无论过去还是现在，一个引人注目的事实是，在研发和推出新产品和新功能时，IP为工程师和业务提供商提供了无与伦比的灵活度，其中有许多对于在竞争日益激烈的娱乐市场中赢取和维持客户来说还是至关重要的。

　　在与一系列技术合作伙伴一道历经3年的研发后，NBTel公司推出了第一套IPTV系统，并与1999年投入商用。以Vibe Vision为品牌的该业务，很快便证明了从有线电视领域吸引客户的能力，部分原因可能是由于客户对IP所能提供的优异功能感兴趣，例如基于电视的互联网访问，电子邮件，强大的内容导航和数字图像质量。在短短的几个月里，其市场的5%的家庭采用了该业务，从而使其成为电信运营商所提供业务中前所未有的增长最快的业务之一。这一推广速度更引人注目的原因在于，所有这些家庭用户都必须从国家有线电视业务提供商手中夺得。

　　随着更多的用户切换到IPTV业务，作为核心的视频质量和可靠性的重要性不断提升。但是，大量的影响视频质量的故障模式无法利用现有的网络检测工具检测到，类似地，可利用的桌面故障检测工具在处理影响客户业务的关键网络问题方面都存在严重的缺陷。

　　在过去三年中，更多的电信运营商宣布将引入 IPTV业务，作为增加收入并捍卫核心电话业务的一个手段。但是，尽管运营商进行了许多高调的试验，并在网络基础设施上投入大量的资金，截至今日全球的IPTV家庭用户还不足500万，从而导致许多的网络运营商不得不延缓业务提供计划，或者抑制市场推广，原因就是业务质量和可靠性方面出现的种种挑战。

　　IPTV业务质量问题

　　为了更好地理解IPTV业务的质量问题，请回顾一下IPTV的网络模型。下面的图1所示的是一个典型的端到端系统架构，包括信号获取、视频编码和压缩、中间件、传输、接入和包含一个或多个机顶盒的家庭网络。

　　IPTV业务对视频编码、传输网络、家庭网络设备和更高层的应用，特别是中间件和VOD应用提出了许多严格的要求。下面将对每个子系统相关的挑战进行详细的介绍。

　　信号获取和头端

　　首先，由于目前可提供的许多视频内容都是供在卫星或有线电视网络上分配使用的，由于带宽的波动可能超出IPTV可用容量，通常视频将作为可变比特率业务送到运营商的头端系统。该头端必须将变化的比特率转换成一个压缩的恒定比特率业务。一般来说，每路标清内容所占用的带宽在3 Mb/s以内，而高清节目所需的带宽为此带宽的5-6倍(不过，最新的压缩系统可以将带宽需求减少50 %)。

　　对于每一个编码器来说，上述的压缩比和处理要求仔细调整的离散参数多达20个左右，而通常IPTV系统中有多达几百个可用信道。一旦最佳的编码格式确定后，对于通信头端的视频通道上行码流中的任何变化，它都必须保持不变。

　　IP传输和分配网络

　　在目前的头端系统中，构成50-250个线性广播媒体流信道的视频承载被送到区域分配中心，然后再送到本地中心局。不包括开销的广播承载码流高达750 Mb/s，如果包括开销和VOD，汇聚分配带宽很容易超过1Gb/s。

　　支持IP的基础设施包括交换机、路由器、radius 、DNS和 DHCP服务器、防火墙、负载平衡器、cache服务器和目录服务器。

　　网络抖动目前是非常值得考虑的一个问题，因为它是造成视频损伤的一个原因。不过，随着设备供应商改进其产品来支持视频流，抖动性能得到稳定的改善。同时，机顶盒对网络抖动具有很强的恢复能力，这是因为机顶盒中视频缓冲器的不断增加。

　　IP基础设施方面的一个关键挑战是随着为了扩展服务区域而导致的网络升级，引入新功能和增加客户时如何确保足够的容量和性能。这就要求对网络的变化进行严格的控制，特别是当在产品中引入新技术或者现有技术的新版本的时候。

　　接入和家庭网络

　　在最后一英里中，家庭网络和机顶盒在IPTV系统中占据着最大的分量。在这些网络段中，具有最少的故障自动修复设备，而正是在最后一英里和家庭网络中最易遭受环境的不利影响，并且业务很容易遭受到消费者本身行为的影响，甚至是现场工程师的行为也是如此，这些工程师在对IPTV网络的电话网络进行维护时甚至根本意识不到他们正在对IPTV业务产生影响。

　　机顶盒和机内软件也是提供IPTV业务的关键部分。除了视频解码功能外，通常机顶盒还维护程序导引数据，管理中间件交互事务，信号通道改变并支持用户接口。

　　有许多问题将影响机顶盒的正常工作。数据包丢失，各种MPEG误码和常见的版本问题，都会引起为用户提供的视频信号产生问题。

　　测试和管理需求

　　表1总结了IPTV网络中每个子系统相关的测试和管理需求。

表1：各个子系统的测试和测量需求。

　　本文小结

　　为了满足IPTV的各种独特挑战，宽带IP网络技术和产品正在快速改进。结合各种严格的网络更改控制程序，人们期望利用现有的无源IPTV测试和监控技术以及新出现的端到端视频监控系统，来加速IPTV系统的部署和升级改造，同时确保所提供的视频信号的质量和可靠性。

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