LSI的嵌入式體驗質量監(jiān)控技術

確保 QoE：我們需要什么樣的體驗質量？哪些薄弱環(huán)節(jié)需要加強？如何提高體驗質量？

高級體驗質量將決定電信級互聯(lián)網視頻能否得到廣泛推廣?；ヂ?lián)網視頻的體驗質量包羅萬象，比如最后一英里的 IP 數(shù)據(jù)包交付保證解決方案；確保配置前達到服務級別協(xié)議 (SLA) 的智能策略管理等。此外，我們還要實時監(jiān)控網絡中的視頻，以確保符合質量要求。上述方案相互關聯(lián)，但當今的監(jiān)控技術比較落后、速度慢、成本高。本文將探討上述問題，并介紹如何優(yōu)化、嵌入互聯(lián)網視頻質量監(jiān)控技術，并降低其成本。

　　互聯(lián)網視頻的發(fā)展方式大大超出人們的預期。流行互聯(lián)網視頻內容不斷豐富，消費者對視頻內容的質量要求也越來越高，逐步從 YouTube® 家庭視頻轉向能播放自己喜歡的情景喜劇的互聯(lián)網視頻流。隨著針對互聯(lián)網視頻流應用專門開發(fā)的編程技術的推出，更高質量的互聯(lián)網視頻交付解決方案倍受歡迎。為確?？蛻魸M意度，并通過特色化產品和服務盈利，網絡供應商正在構建互聯(lián)網視頻服務感知型網絡。服務感知型網絡是在網絡基礎架構中部署了智能配置、交付保證以及互聯(lián)網視頻質量監(jiān)控等功能的網絡，可將故障隔離起來，并自動采取糾錯措施。服務供應商在上述三項功能的基礎上，可以創(chuàng)建支持端對端體驗質量 (QoE) 的網絡。

當前的技術

　　用以滿足互聯(lián)網視頻質量保證要求的不同技術均屬于通用術語 QoE 范疇。最常見的技術就是智能配置平臺和 IP 數(shù)據(jù)包交付保證機制。此外，互聯(lián)網視頻流質量監(jiān)控對故障隔離和自動糾錯措施也極為重要。就目前的互聯(lián)網視頻監(jiān)控技術來說，還不能實現(xiàn)低成本交付保證。

圖 1：IPTV 業(yè)務網絡

　　智能配置技術使用 Multicast CAC1 和 RSVP2等協(xié)議。（如果現(xiàn)有設備不能滿足上述協(xié)議要求的話，可以考慮采用專用設備。）上述協(xié)議旨在確保網絡基礎架構能在添加更多流量之前解決帶寬問題。請求／保留策略還允許網絡管理員監(jiān)控網絡容量，避免超額認購造成服務拒絕問題。一般說來，這種解決方案需要傳輸網絡、編碼器／內容服務器功能，以及寬帶接入／無線接入網絡共同發(fā)揮作用。盡管這種方法會在初始流量設置階段檢查帶寬的可用性，但這些協(xié)議一般都不會涉及終端設備。在內容交付期間，不能控制資源，因此也不能確?；ヂ?lián)網視頻的質量。

　　另一種 QoE 工具是最后一英里的 IP 數(shù)據(jù)包交付保證機制，這種機制涉及的協(xié)議包括丟失數(shù)據(jù)包重傳方案等，這對確保最后一英里的數(shù)據(jù)包交付非常有效。重傳延遲必須足夠低，這樣才能確保重傳數(shù)據(jù)包能在終端用戶設備需要該數(shù)據(jù)包之前抵達。正由于此，這種技術通常用于 DSLAM 設備或移動基站的業(yè)務邊緣設備上。不過，數(shù)據(jù)包丟失如果發(fā)生在最后一英里傳輸之前，那么上述技術將不能檢測到數(shù)據(jù)包丟失問題，也就不能采取糾錯措施了。

視頻質量監(jiān)控——填補空缺

　　互聯(lián)網視頻質量監(jiān)控對建立互聯(lián)網視頻服務感知型網絡至關重要?；ヂ?lián)網視頻質量監(jiān)控的目的旨在及時將故障隔離，并經濟、快速地糾正，確保端對端 QoE。為了在服務感知型網絡中實現(xiàn)上述目標，我們必須確保每個互聯(lián)網視頻流都支持故障隔離，而且還應檢測出究竟故障發(fā)生在網絡的什么位置。及時故障隔離需要有效的告警匯聚與報告機制。

　　視頻質量通常采用運動圖像質量評價標準 (MPQM)3 來衡量。

　　MPQM 建立了視頻質量感知的標準，對視頻質量的打分從 5.0（無損）到1.0（徹底損壞）不等。我們可在 MPQM 標準分的基礎上設置高／中／低質量視頻的域值，并據(jù)此發(fā)出告警信息。通過及時報警，我們能迅速隔離支持視頻分發(fā)的接入網絡中的故障。

　　互聯(lián)網視頻質量監(jiān)控在視頻分發(fā)網絡的不同節(jié)點有著不同的要求。就視頻編碼器或轉碼器而言，要將輸入視頻與編碼轉碼后所得視頻進行比較，以確保數(shù)據(jù)丟失在可容許的限度范圍內。視頻網絡運營中心 (V-NOC) 中，視頻監(jiān)控設備與編碼器和轉碼器協(xié)同工作。V-NOC 通常部署容量極高的視頻服務器，因此可以滿足獨立機架式視頻監(jiān)控設備的更多空間與功耗要求。

　　視頻離開V-NOC之后，會通過實時網絡傳輸?shù)诌_用戶。該網絡可能受到，諸如故障轉移等瞬態(tài)事件，或超額認購及不當配置 QoS 策略等各種不定負載影響，很可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失和抖動的問題。不管是什么原因，最后都會導致互聯(lián)網視頻質量不佳，最終用戶的 QoE 下降。目前，我們還不能前瞻性地監(jiān)控上述問題，甚至直到用戶舉報，網絡供應商才能發(fā)現(xiàn)問題的存在。因此，這會讓用戶充當實際的服務供應商質量監(jiān)控員，很容易導致用戶不滿。即便用戶舉報了，由于缺乏自動故障隔離機制，服務供應商也很難找到發(fā)生問題的根本原因。服務供應商往往沒有別的辦法，只能讓現(xiàn)場技術人員上門服務，手動隔離問題，這樣做成本極高。

　　除了昂貴地動用人力手動進行故障隔離之外還有別的辦法嗎？辦法就是在接入節(jié)點采用視頻監(jiān)控機制實施自動故障隔離，將最后一英里的問題和客戶端設備(CPE)問題與上游網絡問題隔離開來。

接入網絡視頻質量監(jiān)控面臨的挑戰(zhàn)

　　互聯(lián)網視頻質量監(jiān)控設備已推出幾年了，但一些因素仍然制約著有關設備在接入節(jié)點發(fā)揮故障隔離的作用。接入設備部署不僅在數(shù)量上要求非常多，而且部署位置可能遠離網絡運營中心，經常位于環(huán)境不可控的小地方，比方說室外電信箱乃至大型建筑物的地下室等。目前的視頻監(jiān)控設備體積太大，價格太貴，而且在接入節(jié)點的大規(guī)模部署耗電量也非常大。只有解決了接入節(jié)點上視頻監(jiān)控面臨的上述問題，我們才能建設低成本的互聯(lián)網視頻服務感知型網絡。

突破技術障礙

　　唯一能夠應對上述挑戰(zhàn)的解決方案就是在接入節(jié)點本身嵌入相關功能。監(jiān)控功能嵌入接入節(jié)點之后，就能跟著接入節(jié)點部署到任何位置，運營商也避免了部署和維護專用監(jiān)控設備的成本，也省去了額外的支架空間費用。嵌入式監(jiān)控技術還能幫助服務供應商避免專用監(jiān)控硬件的成本及功耗釋放的碳足跡。

LSI 推出嵌入式體驗質量監(jiān)控技術 (eQoE™)

　　LSI 推出了一款高效能、成本優(yōu)化、低功耗的互聯(lián)網視頻監(jiān)控解決方案，能廣泛部署高質量的互聯(lián)網視頻服務。eQoE 解決方案可與 LSI APP3300 Advanced PayloadPlus® 網絡處理器配套使用，該處理器采用現(xiàn)有 APP3300 網絡處理器系列中嵌入的視頻質量監(jiān)控技術，廣泛部署于無線接入、寬帶接入和企業(yè)應用中。

　　APP3300 網絡處理器系列支持多種性能以及廣泛的功耗范圍。它采用 90 納米的工藝技術制造而成，功耗僅為 5W。APP 網絡處理器目前廣泛用于眾多室外和空間受限的部署中，比方說遠程DSLAM、Node-B 和中小型企業(yè) (SMB) 網關應用等。在上述部署情況下，APP 實施傳輸和控制層操作，包括 TR-101 DSLAM、LTE 和 W-CDMA Node-B，以及 SMB 網關等。在同一處理器上實施 eQoE 可確保在不增加額外芯片或設備成本、功耗和支架空間的情況下實現(xiàn)視頻質量監(jiān)控。此外，為了進一步縮短設計周期，LSI 提供了應用優(yōu)化軟件包，可支持控制和數(shù)據(jù)層功能，滿足多種接入應用的要求。通過在同一網絡處理器上實施 eQoE 并提供相應的軟件，LSI 能幫助實現(xiàn)接入網絡中互聯(lián)網視頻監(jiān)控功能的快速部署。

eQoE 將支持哪些功能？

　　由于 eQoE 在成本、空間占用和功耗方面都有很大的優(yōu)勢，因此互聯(lián)網視頻監(jiān)控幾乎能在接入網絡中實現(xiàn)無所不在的部署，這有助于加強故障隔離、自動糾錯措施、智能網絡部署和前瞻性高級服務向上銷售工作。這些優(yōu)勢有助于降低運營開支，促進客戶保有率，并為服務供應商帶來新的增收機遇。

故障隔離
　　利用 eQoE，服務供應商能監(jiān)控接入設備的視頻質量。如果用戶舉報視頻交付出了問題，那么網絡運營商能在視頻提交給用戶前檢查接入設備和接入視頻質量。如果視頻質量在接入節(jié)點本身已經比較差了，那么根本問題不是出在最后一英里的設備上，而是應該在網絡上更深入地查找問題。網絡運營商可向用戶指出，這個問題即便派技術人員上門維修也解決不了，這樣省去了服務供應商成本高昂的上門服務費。如果視頻質量在接入設備處沒問題，但用戶卻表示視頻質量很差，那么就需要上門維護了。在上述兩種情況下，運營商都能告訴客戶，智能設備監(jiān)控著相關問題，而這在目前還不能實現(xiàn)。由于僅在必需時才派技術人員上門服務，這樣服務供應商不僅降低了無謂的上門服務次數(shù)，也直接縮減了運營開支。

自動糾錯措施
　　故障隔離后接下來就應采取糾正措施。最快的糾錯行動應該是自動糾錯。嵌入式體驗質量監(jiān)控技術可根據(jù) MPQM 打分為視頻質量創(chuàng)建服務級別告警。然后通過視頻質量告警隔離問題并采取自動糾錯措施。在告警體系中，視頻質量告警是服務級別告警，屬于系統(tǒng)化的各種低層告警之列。在對互聯(lián)網視頻服務采取行動之前，應先清除低層告警。一旦檢測到互聯(lián)網視頻服務告警后，V-NOC 中的運營支持系統(tǒng) (OSS) 設備可自動檢查上游設備。如果該視頻流在上游設備網絡端沒有出現(xiàn)互聯(lián)網視頻告警，那么說明問題肯定發(fā)生在上游設備中。

我們可在該設備上采取糾錯措施，比方說確保適當?shù)?QoS 策略配置，或查找可疑的數(shù)據(jù)包丟失等?？稍谟脩襞e報問題之前，甚至用戶意識問題存在之前進行自動糾錯措施。由于減少了用戶舉報、意識出現(xiàn)問題的情況，因此可提高客戶滿意度，進而提高客戶保有率。

智能網絡部署
　　建立低成本的嵌入式互聯(lián)網視頻質量監(jiān)控機制將在整個網絡的更多節(jié)點上支持 eQoE 功能。這種可視化程度對外部設備來說是不可能實現(xiàn)的，因為外部設備面臨著巨大的成本、空間占用和功耗壓力。V-NOC 中的運營商會了解整個網絡所有接入節(jié)點上的當前視頻質量。如果新增了新的視頻流，eQoE 會匯報該視頻流對其他視頻流的影響；在新增內容服務器時區(qū)域會如何響應，以及網絡在新增用戶或新的接入設備時會有何變化等。如果網絡供應商掌握了上述數(shù)據(jù)，那么就能對新網絡的部署、新增客戶以及在哪里部署新的內容服務器等制定智能的計劃。

高端服務的前瞻性向上銷售

　　只要我們能確?；ヂ?lián)網視頻質量，就能在服務供應商網絡中創(chuàng)建更高端的服務。服務供應商可通過推出高度監(jiān)控的付費欣賞或 VOD 服務，或每月提供一定時限的、嚴格監(jiān)控的高質量視頻會議服務，來實現(xiàn)特色化服務。如果沒有互聯(lián)網視頻監(jiān)控技術的廣泛部署的話，上述增收服務是不可能實現(xiàn)的。

結論

　　互聯(lián)網視頻向專業(yè)制作的高帶寬內容方向發(fā)展?；ヂ?lián)網視頻已在傳輸和接入網絡上得到部署，使上述網絡成為了視頻發(fā)布網絡。針對互聯(lián)網視頻面臨的種種挑戰(zhàn)，人們正在積極研發(fā)相關技術，不過現(xiàn)有的技術還有很大的局限性。請求／預留協(xié)議只能對流量設置發(fā)揮作用，而最后一英里的 IP 數(shù)據(jù)包交付保證技術也僅能滿足最后一英里的傳輸要求。各自獨立的監(jiān)控設備不能部署在接入設備環(huán)境中。

　　嵌入式體驗質量技術則為接入設備提供了成本更低、更加節(jié)能的嵌入式視頻監(jiān)控機制，有助于降低運營成本，改善客戶保有率，并為服務供應商帶來新的增收機遇。

參考文獻：
1. 摘自 Seng Kyoun Jo Guha、D. Jun Kyun Choi、Seong Gon Choi 以及 Jae Hum Lee 在第八屆國際會議 ICACT 2006（2006 年先進通信技術）上發(fā)表的題為“適用于多播環(huán)境的閾值接入控制法”的文章。ISBN: 89-5519-129-4
2. 摘自 R. Braden、L. Zhang、S. Berson、S. Herzog 以及 S. Jamin 共同編著的 “資源預留協(xié)議 (RSVP)——版本1：功能規(guī)范”, RFC 2205, 1997 年 9月。
3. 摘自 Andrea Basso、Ismail Dalgic、Fouad A. Tobagi 以及 Christian J. van den Branden Lambrecht 在 1996 年 3 月 13 至 15 于澳大利亞墨爾本舉辦的圖像編碼處理技術的學術報告會上發(fā)布的 “基于感知質量標準的 MPEG-2 編碼性能分析”一文。