IPTV組網優化方案的設計與實現

夏曉峰，李艷媚，楊鴻武

（1.韶關學院韶州師范分院 計算機系，廣東 韶關 512009；2.中國電信股份有限公司韶關分公司，廣東 韶關 512026；3.西北師范大學 物理與電子工程學院，甘肅 蘭州 730070）

由于IPTV電信運營商的帶寬限制、網絡時延、線路擁堵或丟包、機頂盒載入軟件出錯、三網融合過程中的資源整合等原因，使得用戶感覺IPTV使用過程中有播放不流暢、畫面質量差、頻道切換慢、內容更新慢等問題。針對目前IPTV存在的問題，一部分運營商采用增加三重播放分析儀，縮短IPTV視頻應用的開發和部署時間；另外一部分運營商采用增加設備、統一網管平臺對物理資源進行改造，并對存儲、點播、直播、組播能力等邏輯資源進行管理，促使IPTV業務質量進一步提高。上述方法需要增加大量投資，某市電信運營商從投資和運營角度出發，基于本身的物理和邏輯架構，選擇對現有的IPTV組網進行優化和實現，提升了IPTV用戶體驗質量[1]。

1 IPTV系統組成

根據目前IPTV業務開展情況結合目前運營商IP網絡現狀，IPTV系統由業務運營支撐層、IPTV業務層、寬帶承載網絡層和IPTV用戶終端層組成[2]。IPTV系統主要包括：

1）業務運營支撐層，作為IPTV運營支撐平臺，主要負責網絡管理、系統設備管理、數字版權與認證授權管理、賬務管理、運營商管理等業務[3]。

2）IPTV業務層，主要由中心流媒體服務、內容管理、視頻編碼解碼、增值服務、EPG（Electronic Program Guide）服務等業務組成。

3）寬帶承載網絡層，作為終端層到業務層的承載樞紐，它對帶寬、服務質量、組播支持、安全防范、統一IP地址規劃有很高要求，包括骨干網、城域網和寬帶接入網三層。

4）IPTV用戶終端層，目前用戶常用電視機加機頂盒、個人PC加軟件播放器或手機平臺終端這3種方式中的一種接入寬帶網絡[4]。某市電信運營商目前為用戶提供IPTV寬帶接入服務的方式是電視機加機頂盒。

2 IPTV組網的優化方案

基于上述IPTV的系統組成，為了方便利用IPTV平臺拓展各類增值業務，提高IPTV高清度和用戶體驗質量，針對現有的IPTV系統架構，從下面4個方面進行總體優化，下面具體介紹優化部署。

2.1 服務質量QoS的部署

IPTV業務對網絡的時延、抖動、帶寬要求非常嚴格，全網QoS部署需要在承載網進行，就是從當地IPTV機頂盒到接入層、匯聚層、核心層，出口到骨干網，最后接入到部署在省級電信運營CMS和EMS之間全面部署QoS策略。

接入層和匯聚層：某市電信運營商是采取VLAN模式，多PVC方式被運營商的DSLAM和光網絡設備所支持，相關管理人員根據不同PVC的業務流設置不同的802.1P優先級以保證映射到不同的業務VLAN。原來的DSLAM已在3年前完成所有8/86的PVC和VLAN（3001～3480）的映射關系改造，光網絡已經按照IPTV業務對應VLAN46、語音VLAN對應VLAN45、上網業務對應VLAN（1001～2000）的標準進行建設和驗收。

核心層：主要是寬帶接入服務器BRAS實現QoS的功能，通過不同的業務類型對應不同域名和用戶組，使其獲取到不同的地址池，通過向User-Group下添加QoS的策略，實現某市電信運營商所有BAS到出口層和骨干網之間QoS優先級。

骨干網到CMS/EMS：主要通過BGP路由協議配置不同優先級，動態調整和保障IPTV地址段的優先級，來實現某市電信運營商的地址段到省級電信運營商平臺的帶寬、延時、抖動的保證。

2.2 組播的部署

視頻業務是IPTV的基本業務，它的開展需要通過組播方式來推送，由于視頻業務發生在用戶端，在靠近用戶側會產生大流量，這會直接影響用戶體驗質量。通過承載網絡組播的部署，可以解決流量不均衡的問題，改善承載網的性能。

核心層到匯聚層設備間組播：某市電信運營商對核心層之間、核心層和匯聚層之間的互聯電路進行GE互聯改造，開啟組播并配置PIM—SM組播路由協議，設置靜態組播組和組播過濾，進行組播流量控制設置，同時在業務接入點有選擇地配置靜態組播響應用戶對節目快速切換的請求。

接入層組播：針對支持IGMP Snooping/Proxy協議[5]的相關接入設備，開啟組播，配置隊列策略控制接入層向上傳遞組播請求，實現可控組播。目前某市電信運營商傳統DLSM設備不支持，新建的光網絡設備全面支持，隨著光進銅退項目結束，接入層組播部署全面完成。

2.3 承載網優化部署

2.3.1 網絡架構的優化

某市電信運營商的現有網絡概況，由4臺華為的NE5000E作為邊緣路由器（BR），其中XH-NE5000E-1、SH-NE5000E-1構成BR第一層面，簡稱BR-1層面；XH-NE5000E-2、SH-NE5000E-2構成BR第二層面，簡稱BR-2層面。其他區縣的寬帶接入服務器（BRAS）共有16臺，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POP點平臺，也是分別下掛在BR-1層面和BR-2層面。

優化前存在的問題，由于BRAS和BR的建設先于IPTV平臺的建設，且BR-2層面又是2011年建設的，為了支撐寬帶的業務發展，其他區縣的7臺BRAS下掛在BR-1層面，市區的9臺BRAS割接到BR-2層面，IPTV的POP點過于集中在BR-1層面，導致兩個BR層面的BRAS承載的IPTV用戶與平臺的容量不對等，BR-1層面與BR-2層面產生大量的BR側橫穿流量，嚴重影響承載網的性能和質量。優化前網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 IPTV承載網優化前網絡架構圖

網絡架構優化后，POP點全部采取雙向路由上聯，分別為20G或40G，解決單邊路由的隱患，增強網絡的穩健性；按照BRAS接入BR層面的用戶數與POP點容量的最優匹配原則，最大程度實現IPTV流量BR本層面轉發，盡可能減少BR橫穿流量，優化后網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 IPTV承載網優化后網絡架構圖

2.3.2 承載網中繼流量預測和優化

通過對核心、匯聚設備流量進行監控，發現有部分匯聚節點中繼流量峰值超過或接近80%，隨著用戶的快速發展，帶寬利用率仍持續增長。結合目前市場的放號規模預測業務的發展情況，有針對性地對部分中繼進行寬帶擴容及流量調整。2013年前3季度通過優化中繼，某市電信運營商成功實現城域網零擁塞，具體數據如表1所示。

表1 承載網各區域中繼調整數量

部分節點采取鏈路聚合技術，減少了分組損失和轉接延遲，減少擁塞并在必要時分配附加的資源[6]，以提高總吞吐量，某市電信運營商目前在匯聚交換機到BRAS、OLT到BRAS、DSLAM到匯聚交換機之間均不同程度采用鏈路聚合組網方案。

2.4 平臺優化部署

2.4.1 平臺調度策略優化

某市電信運營商共建設5個邊緣平臺（POP點），在現有的寬帶接入網與視頻源系統網絡之間增加一層新的網絡架構，它位于網絡邊緣最靠近用戶處，可以迅速快捷地就近完成視頻數據導入、存儲、分發等服務，提高網絡響應速度和服務質量。用戶體驗IPTV時這種網絡技術對相關網站響應速度慢的問題可以基本解決，使骨干網絡的傳輸壓力降低，保障IPTV業務開展，同時網絡伸縮性通過靈活配置邊緣流量媒體服務器得到有效改善。

2.4.2 平臺資源優化部署

由于歷史遺留問題，導致平臺資源分配不合理，IP?TV平臺共5個POP點，未按區縣分公司的用戶數進行平臺的最優分配，優化前平臺屬于粗糙式接入，按照設備分配的地址池，按照5個平臺容量比例平均分配，如XF-ME60配置32個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有在線用戶，造成某些平臺擁塞，某些平臺利用率過低，不便維護管理。

為了解決平臺利用率不均衡的問題，將平臺利用率控制在65%～75%之間（小于80%屬于平臺正常運行指標），某市電信運營商采取精確式比配模式，如QJ和RY的峰值用戶數約4 100，SH-POP1節點的平臺資源容量為5 500，則將QJ和RY的IPTV優先調度到POP1，平臺利用率控制最合理范圍75%，若POP1出現故障則再自動調度到第二選擇平臺承載，以此類推，完成所有局向的IPTV精確比配調度。平臺精確配比表如表2所示。

表2 IPTV平臺利用率均衡調整表

3 IPTV組網的優化方案效果

1）通過重新部署核心層、匯聚層組播的工作，峰值流量帶寬由原來的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的壓力，提升網絡性能和IPTV視頻質量。

2）通過網絡架構的優化，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%，提高網絡的健壯性，提升承載網絡質量和降低風險。

3）采用鏈路聚合組網方案和優化中繼方式，提高了網絡的吞吐量，實現城域網零擁塞。

4）通過優化平臺調度策略，就近提供服務，解決了伸縮性問題。

5）通過優化平臺資源，對平臺進行精確比配調度，通過平臺利用率均衡表，如表2可以看到，各個POP點平臺利用率基本控制在80%以下，并且比較均衡。

綜上所述，通過服務質量QoS的部署、網絡組播的部署、承載網的拓撲優化和流量調整、平臺資源的合理部署等步驟，某市電信運營商逐漸完善和優化了IPTV架構和業務質量，最終使得IPTV視頻質量優良率從原來的91.6%提升到現在的99.18%，獲得非常大的提升和改善，在滿足用戶體驗質量的同時，這本身也是技術理論和實踐應用的一種創新。

4 小結

本文針對現有IPTV承載網絡，結合某市電信運營商的實際情況和優化經驗，提出和分析了服務質量保證（QoS）、組播部署、承載網絡、平臺資源和策略等技術方案，希望對于廣大運營商的IPTV的網絡運營和平臺維護有一定的參考意義。

：

[1]高勇，劉國輝.IPTV中增強的QoE技術分析與研究[J].電視技術，2014，38（3）:86-89．

[2]蔡岳.IPTV網絡的組網和優化[J].科技資訊，2010（21）:17-19.

[3]陳偉，李荊生，童曉光.IPTV與IPQAM體系架構及其關鍵技術比較研究[J].電視技術，2012，36（16）:41-44．

[4]金偉，高秋紅.IPTV終端及機頂盒技術[J].通信世界，2005，44（11）:48-49．

[5]余辰東.PON網絡承載IPTV組播業務之挑戰和部署優化[J].通信與信息技術，2012（3）:61-63．

[6]金純.IPTV及其解決方案[M].北京：國防工業出版社，2011.