IPTV組網(wǎng)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

夏曉峰，李艷媚，楊鴻武

（1.韶關(guān)學(xué)院韶州師范分院 計(jì)算機(jī)系，廣東 韶關(guān) 512009；2.中國(guó)電信股份有限公司韶關(guān)分公司，廣東 韶關(guān) 512026；3.西北師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

由于IPTV電信運(yùn)營(yíng)商的帶寬限制、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、線路擁堵或丟包、機(jī)頂盒載入軟件出錯(cuò)、三網(wǎng)融合過(guò)程中的資源整合等原因，使得用戶感覺(jué)IPTV使用過(guò)程中有播放不流暢、畫面質(zhì)量差、頻道切換慢、內(nèi)容更新慢等問(wèn)題。針對(duì)目前IPTV存在的問(wèn)題，一部分運(yùn)營(yíng)商采用增加三重播放分析儀，縮短IPTV視頻應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和部署時(shí)間；另外一部分運(yùn)營(yíng)商采用增加設(shè)備、統(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)對(duì)物理資源進(jìn)行改造，并對(duì)存儲(chǔ)、點(diǎn)播、直播、組播能力等邏輯資源進(jìn)行管理，促使IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)一步提高。上述方法需要增加大量投資，某市電信運(yùn)營(yíng)商從投資和運(yùn)營(yíng)角度出發(fā)，基于本身的物理和邏輯架構(gòu)，選擇對(duì)現(xiàn)有的IPTV組網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)，提升了IPTV用戶體驗(yàn)質(zhì)量[1]。

1 IPTV系統(tǒng)組成

根據(jù)目前IPTV業(yè)務(wù)開(kāi)展情況結(jié)合目前運(yùn)營(yíng)商IP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，IPTV系統(tǒng)由業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐層、IPTV業(yè)務(wù)層、寬帶承載網(wǎng)絡(luò)層和IPTV用戶終端層組成[2]。IPTV系統(tǒng)主要包括：

1）業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)支撐層，作為IPTV運(yùn)營(yíng)支撐平臺(tái)，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)設(shè)備管理、數(shù)字版權(quán)與認(rèn)證授權(quán)管理、賬務(wù)管理、運(yùn)營(yíng)商管理等業(yè)務(wù)[3]。

2）IPTV業(yè)務(wù)層，主要由中心流媒體服務(wù)、內(nèi)容管理、視頻編碼解碼、增值服務(wù)、EPG（Electronic Program Guide）服務(wù)等業(yè)務(wù)組成。

3）寬帶承載網(wǎng)絡(luò)層，作為終端層到業(yè)務(wù)層的承載樞紐，它對(duì)帶寬、服務(wù)質(zhì)量、組播支持、安全防范、統(tǒng)一IP地址規(guī)劃有很高要求，包括骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)三層。

4）IPTV用戶終端層，目前用戶常用電視機(jī)加機(jī)頂盒、個(gè)人PC加軟件播放器或手機(jī)平臺(tái)終端這3種方式中的一種接入寬帶網(wǎng)絡(luò)[4]。某市電信運(yùn)營(yíng)商目前為用戶提供IPTV寬帶接入服務(wù)的方式是電視機(jī)加機(jī)頂盒。

2 IPTV組網(wǎng)的優(yōu)化方案

基于上述IPTV的系統(tǒng)組成，為了方便利用IPTV平臺(tái)拓展各類增值業(yè)務(wù)，提高IPTV高清度和用戶體驗(yàn)質(zhì)量，針對(duì)現(xiàn)有的IPTV系統(tǒng)架構(gòu)，從下面4個(gè)方面進(jìn)行總體優(yōu)化，下面具體介紹優(yōu)化部署。

2.1 服務(wù)質(zhì)量QoS的部署

IPTV業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、抖動(dòng)、帶寬要求非常嚴(yán)格，全網(wǎng)QoS部署需要在承載網(wǎng)進(jìn)行，就是從當(dāng)?shù)豂PTV機(jī)頂盒到接入層、匯聚層、核心層，出口到骨干網(wǎng)，最后接入到部署在省級(jí)電信運(yùn)營(yíng)CMS和EMS之間全面部署QoS策略。

接入層和匯聚層：某市電信運(yùn)營(yíng)商是采取VLAN模式，多PVC方式被運(yùn)營(yíng)商的DSLAM和光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所支持，相關(guān)管理人員根據(jù)不同PVC的業(yè)務(wù)流設(shè)置不同的802.1P優(yōu)先級(jí)以保證映射到不同的業(yè)務(wù)VLAN。原來(lái)的DSLAM已在3年前完成所有8/86的PVC和VLAN（3001～3480）的映射關(guān)系改造，光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)按照IPTV業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)VLAN46、語(yǔ)音VLAN對(duì)應(yīng)VLAN45、上網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)VLAN（1001～2000）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)和驗(yàn)收。

核心層：主要是寬帶接入服務(wù)器BRAS實(shí)現(xiàn)QoS的功能，通過(guò)不同的業(yè)務(wù)類型對(duì)應(yīng)不同域名和用戶組，使其獲取到不同的地址池，通過(guò)向User-Group下添加QoS的策略，實(shí)現(xiàn)某市電信運(yùn)營(yíng)商所有BAS到出口層和骨干網(wǎng)之間QoS優(yōu)先級(jí)。

骨干網(wǎng)到CMS/EMS：主要通過(guò)BGP路由協(xié)議配置不同優(yōu)先級(jí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整和保障IPTV地址段的優(yōu)先級(jí)，來(lái)實(shí)現(xiàn)某市電信運(yùn)營(yíng)商的地址段到省級(jí)電信運(yùn)營(yíng)商平臺(tái)的帶寬、延時(shí)、抖動(dòng)的保證。

2.2 組播的部署

視頻業(yè)務(wù)是IPTV的基本業(yè)務(wù)，它的開(kāi)展需要通過(guò)組播方式來(lái)推送，由于視頻業(yè)務(wù)發(fā)生在用戶端，在靠近用戶側(cè)會(huì)產(chǎn)生大流量，這會(huì)直接影響用戶體驗(yàn)質(zhì)量。通過(guò)承載網(wǎng)絡(luò)組播的部署，可以解決流量不均衡的問(wèn)題，改善承載網(wǎng)的性能。

核心層到匯聚層設(shè)備間組播：某市電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)核心層之間、核心層和匯聚層之間的互聯(lián)電路進(jìn)行GE互聯(lián)改造，開(kāi)啟組播并配置PIM—SM組播路由協(xié)議，設(shè)置靜態(tài)組播組和組播過(guò)濾，進(jìn)行組播流量控制設(shè)置，同時(shí)在業(yè)務(wù)接入點(diǎn)有選擇地配置靜態(tài)組播響應(yīng)用戶對(duì)節(jié)目快速切換的請(qǐng)求。

接入層組播：針對(duì)支持IGMP Snooping/Proxy協(xié)議[5]的相關(guān)接入設(shè)備，開(kāi)啟組播，配置隊(duì)列策略控制接入層向上傳遞組播請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)可控組播。目前某市電信運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)DLSM設(shè)備不支持，新建的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全面支持，隨著光進(jìn)銅退項(xiàng)目結(jié)束，接入層組播部署全面完成。

2.3 承載網(wǎng)優(yōu)化部署

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化

某市電信運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)概況，由4臺(tái)華為的NE5000E作為邊緣路由器（BR），其中XH-NE5000E-1、SH-NE5000E-1構(gòu)成BR第一層面，簡(jiǎn)稱BR-1層面；XH-NE5000E-2、SH-NE5000E-2構(gòu)成BR第二層面，簡(jiǎn)稱BR-2層面。其他區(qū)縣的寬帶接入服務(wù)器（BRAS）共有16臺(tái)，均是華為的ME60，分別下掛在BR-1層面和BR-2層面；本地IPTV總共部署了5個(gè)POP點(diǎn)平臺(tái)，也是分別下掛在BR-1層面和BR-2層面。

優(yōu)化前存在的問(wèn)題，由于BRAS和BR的建設(shè)先于IPTV平臺(tái)的建設(shè)，且BR-2層面又是2011年建設(shè)的，為了支撐寬帶的業(yè)務(wù)發(fā)展，其他區(qū)縣的7臺(tái)BRAS下掛在BR-1層面，市區(qū)的9臺(tái)BRAS割接到BR-2層面，IPTV的POP點(diǎn)過(guò)于集中在BR-1層面，導(dǎo)致兩個(gè)BR層面的BRAS承載的IPTV用戶與平臺(tái)的容量不對(duì)等，BR-1層面與BR-2層面產(chǎn)生大量的BR側(cè)橫穿流量，嚴(yán)重影響承載網(wǎng)的性能和質(zhì)量。優(yōu)化前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 IPTV承載網(wǎng)優(yōu)化前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化后，POP點(diǎn)全部采取雙向路由上聯(lián)，分別為20G或40G，解決單邊路由的隱患，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性；按照BRAS接入BR層面的用戶數(shù)與POP點(diǎn)容量的最優(yōu)匹配原則，最大程度實(shí)現(xiàn)IPTV流量BR本層面轉(zhuǎn)發(fā)，盡可能減少BR橫穿流量，優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 IPTV承載網(wǎng)優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.3.2 承載網(wǎng)中繼流量預(yù)測(cè)和優(yōu)化

通過(guò)對(duì)核心、匯聚設(shè)備流量進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有部分匯聚節(jié)點(diǎn)中繼流量峰值超過(guò)或接近80%，隨著用戶的快速發(fā)展，帶寬利用率仍持續(xù)增長(zhǎng)。結(jié)合目前市場(chǎng)的放號(hào)規(guī)模預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，有針對(duì)性地對(duì)部分中繼進(jìn)行寬帶擴(kuò)容及流量調(diào)整。2013年前3季度通過(guò)優(yōu)化中繼，某市電信運(yùn)營(yíng)商成功實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)零擁塞，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 承載網(wǎng)各區(qū)域中繼調(diào)整數(shù)量

部分節(jié)點(diǎn)采取鏈路聚合技術(shù)，減少了分組損失和轉(zhuǎn)接延遲，減少擁塞并在必要時(shí)分配附加的資源[6]，以提高總吞吐量，某市電信運(yùn)營(yíng)商目前在匯聚交換機(jī)到BRAS、OLT到BRAS、DSLAM到匯聚交換機(jī)之間均不同程度采用鏈路聚合組網(wǎng)方案。

2.4 平臺(tái)優(yōu)化部署

2.4.1 平臺(tái)調(diào)度策略優(yōu)化

某市電信運(yùn)營(yíng)商共建設(shè)5個(gè)邊緣平臺(tái)（POP點(diǎn)），在現(xiàn)有的寬帶接入網(wǎng)與視頻源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它位于網(wǎng)絡(luò)邊緣最靠近用戶處，可以迅速快捷地就近完成視頻數(shù)據(jù)導(dǎo)入、存儲(chǔ)、分發(fā)等服務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度和服務(wù)質(zhì)量。用戶體驗(yàn)IPTV時(shí)這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)相關(guān)網(wǎng)站響應(yīng)速度慢的問(wèn)題可以基本解決，使骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力降低，保障IPTV業(yè)務(wù)開(kāi)展，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)伸縮性通過(guò)靈活配置邊緣流量媒體服務(wù)器得到有效改善。

2.4.2 平臺(tái)資源優(yōu)化部署

由于歷史遺留問(wèn)題，導(dǎo)致平臺(tái)資源分配不合理，IP?TV平臺(tái)共5個(gè)POP點(diǎn)，未按區(qū)縣分公司的用戶數(shù)進(jìn)行平臺(tái)的最優(yōu)分配，優(yōu)化前平臺(tái)屬于粗糙式接入，按照設(shè)備分配的地址池，按照5個(gè)平臺(tái)容量比例平均分配，如XF-ME60配置32個(gè)C的地址，按照1∶2∶1∶2∶3比例分配到SH-POP1，SH-POP2，XH-POP1，XH-POP2和XH-POP3，靠后的地址池基本沒(méi)有在線用戶，造成某些平臺(tái)擁塞，某些平臺(tái)利用率過(guò)低，不便維護(hù)管理。

為了解決平臺(tái)利用率不均衡的問(wèn)題，將平臺(tái)利用率控制在65%～75%之間（小于80%屬于平臺(tái)正常運(yùn)行指標(biāo)），某市電信運(yùn)營(yíng)商采取精確式比配模式，如QJ和RY的峰值用戶數(shù)約4 100，SH-POP1節(jié)點(diǎn)的平臺(tái)資源容量為5 500，則將QJ和RY的IPTV優(yōu)先調(diào)度到POP1，平臺(tái)利用率控制最合理范圍75%，若POP1出現(xiàn)故障則再自動(dòng)調(diào)度到第二選擇平臺(tái)承載，以此類推，完成所有局向的IPTV精確比配調(diào)度。平臺(tái)精確配比表如表2所示。

表2 IPTV平臺(tái)利用率均衡調(diào)整表

3 IPTV組網(wǎng)的優(yōu)化方案效果

1）通過(guò)重新部署核心層、匯聚層組播的工作，峰值流量帶寬由原來(lái)的155 Gbit/s下降到101 Gbit/s，下降幅度非常大，大大減輕本地承載網(wǎng)的壓力，提升網(wǎng)絡(luò)性能和IPTV視頻質(zhì)量。

2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，BR-1層面與BR-2的橫穿流量由之前的16 Gbit/s下降到2 Gbit/s，橫穿流量下降了87.5%，提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性，提升承載網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和降低風(fēng)險(xiǎn)。

3）采用鏈路聚合組網(wǎng)方案和優(yōu)化中繼方式，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)零擁塞。

4）通過(guò)優(yōu)化平臺(tái)調(diào)度策略，就近提供服務(wù)，解決了伸縮性問(wèn)題。

5）通過(guò)優(yōu)化平臺(tái)資源，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行精確比配調(diào)度，通過(guò)平臺(tái)利用率均衡表，如表2可以看到，各個(gè)POP點(diǎn)平臺(tái)利用率基本控制在80%以下，并且比較均衡。

綜上所述，通過(guò)服務(wù)質(zhì)量QoS的部署、網(wǎng)絡(luò)組播的部署、承載網(wǎng)的拓?fù)鋬?yōu)化和流量調(diào)整、平臺(tái)資源的合理部署等步驟，某市電信運(yùn)營(yíng)商逐漸完善和優(yōu)化了IPTV架構(gòu)和業(yè)務(wù)質(zhì)量，最終使得IPTV視頻質(zhì)量?jī)?yōu)良率從原來(lái)的91.6%提升到現(xiàn)在的99.18%，獲得非常大的提升和改善，在滿足用戶體驗(yàn)質(zhì)量的同時(shí)，這本身也是技術(shù)理論和實(shí)踐應(yīng)用的一種創(chuàng)新。

4 小結(jié)

本文針對(duì)現(xiàn)有IPTV承載網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合某市電信運(yùn)營(yíng)商的實(shí)際情況和優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，提出和分析了服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）、組播部署、承載網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)資源和策略等技術(shù)方案，希望對(duì)于廣大運(yùn)營(yíng)商的IPTV的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和平臺(tái)維護(hù)有一定的參考意義。

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