姚琼 杨木伟 秦龙

（国家新闻出版广电总局广播电视规划院）

摘要：随着三网融合的不断推进，有线电视网络运营商已开始部署交互业务，急需分析各种交互业务的服务质量（QoS）需求，并提供相应的QoS保障。本文以有线电视网络交互业务发展现状、国内外交互业务QoS标准化进程为基础，提出多维度、多层次的有线电视网络交互业务QoS指标体系架构及需求建议。在此基础上，开展了有线电视网络交互业务端到端QoS测试分析试验。关键词：有线电视网络，交互业务，服务质量需求，QoS，体系架构，实验

0 引言

随着新技术的发展和三网融合的不断推进，各地有线电视网络运营商已部署、开展交互电视、数据、语音等各种交互业务。由于目前各网络运营商采用不同技术路线开展交互业务，各厂家提供的产品、终端难以兼容，导致交互业务技术实现方式和网络结构差异较大，开展交互业务的服务质量各不相同。而国内广播电视行业还没有针对服务质量（Quality of Service，QoS）的行业标准，对有线电视网络各种交互业务的QoS需求尚未明确，基于有线电视网络的交互业务QoS难以保证。国内外电信、广电行业QoS相关标准主要关注数据流传输的正确率、吞吐量和延迟等评价与控制。有线电视网络提供的交互业务以视频、音频为主，例如交互电视、视频点播、IP电话等，这些业务有着交互性、实时性、突发性、数据量大等特点，对服务质量有较高的要求。因此针对不同的有线电视网络交互业务分析QoS需求，是十分必要和迫切的。

1 QoS定义及标准发展现状

QoS（Quality of Service）即服务质量，有多种形式的定义。在ITU-T E.800中，QoS定义为用来决定业务用户满意度的所有性能影响因素。IETF（Internet工程任务组）对QoS的定义为，网络在传输数据流时要满足的一系列服务要求，具体可以量化为传输时延、抖动、丢失率、带宽要求、吞吐量的指标。国内外电信、广电行业多个研究组织均对交互业务的QoS开展了研究，并提出了一系列相关标准，包括国际电信联盟电信标准局（ITU-T）[1-2]、有线电视实验室（CableLabs）、美国有线电视工程师学会（SCTE）、IETF、ETSI、3GPP等。国内对QoS问题的研究主要处于跟踪、引进与消化吸收阶段。我国电信标准协会基于ITU-T、IETF标准制定了“IP网络技术要求、网络性能参数与指标”的行业标准，其中规定了IP网络性能和可用性参数的指标，是当前国内IP网络规划、工程设计和开发的技术依据。针对服务质量，目前没有已发布的广播电视行业标准。

2 有线电视网络交互业务类型

在三网融合趋势下，交互业务正在向融合的方向演进，有线电视运营商致力于向用户提供集合电视、语音、宽带为一体的融合服务。目前有线交互业务可以分为四大类：（1）交互电视业务：根据用户的需要播放相应的视频节目，可实现媒体服务提供者和消费者之间的互动。（2）语音业务：有线电视运营主要采取VoIP的技术，以数据封包的形式在IP数据网络上为用户提供语音的实时传递服务。（3）宽带数据业务：以个人或专线宽带接入业务为主，即通过同轴电缆或光纤为用户提供的高速访问互联网的接入业务。广义上还包括以互联网为承载的各类数据业务，如互联网电视（OTT）等新媒体业务。（4）融合通信业务：将视频、语音、数据任意两者或多者结合在一起的通信业务。例如远程协作视频会议等。本文主要以目前有线电视网络正在积极研究及开展的交互电视业务、语音业务、宽带数据业务作为主要研究对象，开展交互业务QoS需求分析。本文研究的交互业务采用的技术架构如下：（1）交互电视业务：基于国内广电NGB视频点播系统架构（NGB VOD，Video on Demand Architecture for NGB）[3]解决方案，采用IP技术结合IPQAM方式；（2）语音业务：根据广发86号文要求，采用IP封包的承载方式，信令控制采用SIP协议；（3）宽带接入业务：主要是个人宽带接入业务，采用光纤到楼、同轴入户（FTTB+EOC/Docsis等）的方式[4]。

3 有线电视网络交互业务端到端QoS需求体系研究

本节从有线电视网络交互业务前端到用户终端所组成系统的端到端QoS进行研究，分析各种交互业务的QoS需求，结合有线电视网络交互业务的特性，提出了多维度、多层次的有线电视网络交互业务QoS指标体系架构。3.1 有线电视网络交互业务QoS体系架构本文基于有线电视网络建立的QoS体系架构可以从功能和地域两个维度进行描述，如图1所示。从功能角度看，有线电视网络交互业务QoS需求指标分为：? 网络层；? 业务层；? 管控与安全层。从地域角度看，可以将有线电视网络QoS需求指标分为：? 骨干网；? 城域网；? 接入网；? 家庭网。

图1　有线电视网络交互业务端到端QoS体系架构

（1）纵向分层架构纵向是从功能角度进行分层的，共分为三层。网络层：完成信息的传送，通过提高共享网络资源的合理配置和管理，并为不同业务提供其所需的QoS保证。基于有线电视网络提供对业务的支撑，网络层在逻辑上可分为物理传输层和业务承载层。业务层：提供各种交互业务，并为用户提供个性化的业务服务，包括各种交互业务的应用程序、用户接口UI（User Interface）等。业务层QoS需求是指与具体应用相关的功能、性能需求。管控与安全层：涵盖内容、业务、网间结算、网络及系统运行、互联互通、终端行为等管控功能，并采取适应的安全策略，实现对特定区域、特定业务的控制，确保网络和业务运行安全。管控与安全层的QoS需求主要是与互联互通、安全性相关的指标。（2）横向分层架构横向是将网络端到端从地域角度进行分层的，共分为四个级别。骨干网由国家干线网（国干网）和省级干线网（省干网）组成，其中国干网负责各省网间的连接，省干网负责省内各城域网的连接。城域网由连接有线电视前端、分中心的网络组成，负责城市或地区内各接入网的连接。接入网解决“最后一公里”(从光节点到大楼、小区、校园等)的接入。家庭网则是家庭、公司内部等内连接终端用户的网络。3.2 交互业务QoS需求指标体系框架（纵向分层）从功能角度看，交互业务QoS需求指标体系框架（纵向分层）包括以下几个方面：（1）网络层QoS需求网络层的QoS需求指标主要是与IP包传输相关的指标，包括：传输时延、时延变化（抖动）、丢包率、包误差率、网络的流量参数等。除此之外，针对具体业务可能还有其他需求，例如对IPv6地址的需求等。本文选取了目前有线电视网络主要开展的典型的交互业务，包括视频业务（选取了互动电视业务、互联网视频业务）、语音业务（选取了基于SIP协议的IP语音业务）、宽带接入业务以及融合通信业务，根据这些业务各自的不同特点，提出业务具体的QoS需求。下表总结了上述几大类有线电视网络交互业务的网络层QoS需求指标建议。

表1　几种交互业务的网络层QoS需求指标建议

交互业务	QoS等级	延时	延时抖动	丢包率
互动视频业务	2	端到端延时≤4.25s	IP传输部分≤50ms	≤0.01%（标清0.05%）
互联网视频直播业务	2	端到端延时≤4.00s	≤50ms	--
IP语音业务	3	≤40ms	≤10ms	≤0.1%
	2	≤100ms	≤20ms	≤1%
	2（网络条件差时）	≤400ms	≤60ms	≤5%
宽带接入业务	0	--	--	≤5%

表1中的QoS需求指标经过实验分析得到，业务场景及实验环境介绍详见第4章。表1中的性能建议说明如下：1）相比互动电视业务用户，互联网视频直播业务用户收视习惯主观上可容忍的网络丢包率更高，因此不对网络丢包率进行要求。2）宽带接入业务需要提供尽力而为型的服务质量，数据传送类的应用需要提供无差错的传输及合理的响应时间。（2）业务层QoS需求业务层通用的QoS需求指标包括功能和性能两大部分。其中业务层功能需求因各个具体业务而异。对于性能需求指标，以下总结了一些较为通用的业务层性能需求，此外针对具体业务，还可能有其他的QoS需求。1）通用业务层性能需求较为通用的业务层性能需求包括：延时敏感性、业务可用性、服务响应时间、服务器响应时间等。除了一般的业务层QoS需求参数外，针对特定的业务，还可以定义具体的业务层QoS需求参数。2）视音频业务的常用QoS性能需求视频业务的评价可由用户体验质量QoE来评判，包括主观评价及客观评价方法。实际测量常用客观测量的方法来估计。主观评价：通常通过主观方式来测试，通过用户按照一定的规则对其进行打分和评价得到平均主观值MOS分数。客观评价：目前常用的语音质量客观评价方法包括E模型（或R factor）、PESQ模型等方法。试验表明，在通过MOS测量得到的主观QoE与许多客观业务性能参数有一定的关联（例如：视频编码码率、丢包率、延时、可用性等）。（3）管控与安全层QoS需求管控与安全层的QoS需求包括：业务跨域、跨运营商运行的互通性需求，控制功能需求，运营支撑需求，安全性需求，计费需求，同步需求。此外，管控与安全层的QoS需求还涉及到服务价格、客户服务、竞争者状况等综合因素。上述的有线电视网络交互业务QoS需求架构是一个通用的体系，对于具体的业务，除此之外还有一些特定的指标。3.3 有线电视网络端到端QoS需求指标体系框架（横向分层）有线电视网络的端到端的QoS参考模型包含一个或多个相互连接的网络，每个网络又可以拥有多个节点。根据目前有线电视网络的技术架构，本项目采用骨干网络、汇聚/核心网络、接入网络及家庭网络的参考模型，参见图2。由于统计复用、交换和传输，每个网络都可能引入时延、丢失或差错，因此会影响端到端的QoS保证。

图2　网络参考模型

根据ITU-T Y.1541，结合上述业务需求和广电网络基础情况，采用IP技术方式承载互动电视业务、语音业务及宽带接入业务时，上述业务对有线电视网络的端到端QoS需求如下：

表2　有线电视网络端到端QoS需求指标建议

网络端到端QoS等级及需求	延时	延时抖动	丢包率
3级	≤100ms	≤20ms	0.1%
2级	≤200ms	≤50ms	1.0%
1级	≤1s	≤1s	1.0%
0级	不规定	不规定	不规定

4 有线电视网络交互业务端到端QoS测试分析试验

本文依托NGB业务研究实验室，搭建了三网融合交互业务仿真实验平台，对目前有线电视网络中交互业务对网络的QoS需求进行了测试和研究。4.1 互动点播业务本文研究的互动电视业务承载方式为采用IP技术结合IP-QAM（DVB-C）方式。由于视频内容基于IP分发通常采用CDN技术进行加速，故在实验评估中针对IP传输部分（包含CDN）进行QoS分析。仪表测试结果节选如下：

(1) MPEG-2高清片源，0.1%丢包率

(2) MPEG-2高清片源，0.5%丢包率

(3) H.264高清片源，0.1%丢包率

(4) H.264高清片源，0.5%丢包率

图3　音频、视频质量主观评分（MOS A、MOS V）结果

测试结果表明，丢包的对视频点播业务的影响表现为：音视频质量的劣化，导致用户观看体验的下降。从人工测试和仪表测试的结果均反应出不同清晰度的节目对丢包率的容忍程度是不同的。此外，通过对比MEPG-2和H.264两种视频编码在测试中的表现可以发现，相同的丢包率下H.264编码测得MOS V值变化比较平稳。4.2 IP语音业务本项目研究的IP语音业务承载方式为采用控制和业务平面分离的方式。业务的信令通常采用SIP、H.323协议进行承载，并配置较高的优先级；语音载荷采用RTP over IP的方式进行承载。在实验评估中针对基于SIP协议的IP语音业务承载进行QoS分析。实验结果分析如下：

表3　各种网络损伤对IP语音业务的影响

损伤类型	影响
时延	未对话音质量（语音信号波形）产生影响； 时延增大导致R-Factor的下降，即通话体验下降，表现为对话双方响应时间增加。
时延变化	取决于语音解码器的缓冲区长度设置： 当缓冲区设置大于时延变化最大值时，对话音质量不会产生影响； 当缓冲区小于网络时延变化时，话音质量下降。
丢包	导致话音质量的下降； 过大时，会导致通话中断发生。
错包	导致话音质量的下降； 过大时，会导致通话中断发生。

4.3 宽带接入业务由于EoC（Ethernet over Coax）技术已被全国多个广电运营商所采纳用于双向化改造，因此实验基于低频段有源调制EoC技术的Homeplug AV方案 [5]，搭建了两种典型结构的电缆分配网络：无源树型和有源树型（跨接放大器）。实验结果分析如下：（1）网络层测试在树形网络中，吞吐量可达到300Mbps以上。但时延抖动较大，可能无法满足对延时和延时抖动敏感和要求严格的业务，如IP语音业务。（2）业务层测试可支持VOD视频点播、IP语音、PPPoE拨号接入、DHCP方式接入、FTP上传下载、Email收发等业务；支持上、下行带宽对称视频传输业务。低频调制EoC系统对有线电视信号影响不大。（3）管控与安全层测试a）支持基于业务分类配置优先级，可支持VLAN配置，支持VLAN优先级的设置和识别，并支持上、下行限速，以及含保证带宽设置的动态带宽分配（DBA）功能。b）可支持基于业务优先级的调度，从而保障QoS。

5 小结

在三网融合趋势下，交互业务正在向融合的方向演进。有线电视运营商都在致力于通过有线电视网络，向用户提供集合电视、语音、宽带为一体的融合服务，因此本文将有线交互业务至少可以分为交互电视业务、语音业务、宽带数据业务、融合通信业务等四大类。本文基于IP网络的QoS指标体系研究进展跟踪，结合有线电视网络交互业务的特性，提出了多维度、多层次的有线电视网络交互业务QoS指标体系架构。该QoS体系架构可以从功能和地域两个维度进行描述。在此基础上，本文提出了交互业务QoS需求的理论指标。考虑到各地运营商开展的交互业务类型不同，所采用的有线电视网络技术及实际运行情况的差别，可根据具体业务及网络的情况分阶段提出要求。随着三网融合的推进，有线电视网络交互业务正在向形态多样、内容更加丰富的方向发展，对于交互业务的研究、跟踪应持续开展，并进一步开展相应QoS保障技术研究及试验。 参考文献

[1] ITU-T, Quality of Experience Requirements for IPTV Services, FG IPTV-DOC-0184, ITU-T Y-Series Recommendations, 2007.

[2] ITU-T Y.1541, Network performance objectives for IP-based services, Focus Group on IPTV, 2011.[3] 杨木伟,李忠炤,肖红江, et al. NGB视频点播系统关键技术及其标准化研究[J]. 广播与电视技术,2012,(S1).[4] 陈志国,秦龙,姚瑞虹, et al.基于有线宽带网络面向数字家庭应用研究[J]. 广播与电视技术,2011,(S1).[5] 孙黎丽，宫良，秦龙. 基于Homeplug AV7400系列芯片的有线电视EoC系统测试评估分析[J]. 广播与电视技术, 2012,39(7). 编辑：中国新闻技术工作者联合会