IPTV視頻流量利用率提升方法研究

徐 勇

（新疆聯通網絡管理中心，新疆 烏魯木齊 830000）

1 技術背景

新疆聯通IPTV現有用戶已經超過20萬。然而，根據日常監測發現，機頂盒終端存在一定數量的7×24小時持續播放用戶（此情況往往是無人觀看電視的）。此種情況對新疆聯通的接入網絡資源、分平臺節點點播資源都造成較大的浪費。故需要調研出有效可行的解決方法，加強對此類機頂盒的監管能力，并實現對此類用戶的遠程無干擾管理，減少視頻網絡流量資源的浪費[1-2]。

經對現網所有終端管理系統的摸排，發現可以結合IPTV端到端監測系統中的機頂盒嵌入式軟探針對機頂盒進行待機和關機操作，從而達到機頂盒釋放對應占用資源的目標[3]。因此，通過機頂盒嵌入軟探針智能判斷出視頻流量資源占用用戶，就成為視頻流量利用率提升的關鍵技術要因。

2 新疆聯通IPTV端到端監測系統現狀

新疆聯通IPTV質量監測平臺的總體架構如圖1所示。

圖1 IPTV質量監測平臺總體架構

IPTV端到端質量監測平臺由集中監測平臺和IPTV質量監測工具構成。集中監測平臺對監測工具送來的指標進行統計、分析和關聯，實現端到端的質量監測、故障告警、故障診斷以及質量分析評估等應用功能。IPTV質量監測工具通過各個節點探針的部署，采集IPTV端到端各節點的關鍵指標，并上報給集中監測平臺。目前新疆聯通的端到端質量監測系統已監測機頂盒（STB）用戶20多萬戶。

3 無效視頻流量調研分析

通過端到端質量監測系統，技術人員統計了1個月的樣本數據，對電視機關機、機頂盒（STB）開機、機頂盒節目播放時長進行分析，認定持續性24小時開機播放節目的機頂盒為產生無效視頻流量的機頂盒（因為持續24小時多天這種基本為不關閉機頂盒電源導致，用戶并未觀看電視節目）[4]。無效視頻數據的流量統計如圖2所示。據統計，在樣本中，每天有近1 000～3 000戶機頂盒未關閉。開機不觀看節目的機頂盒特征有：日開機次數為1，日開機時長為1天。

圖2 端到端質量監測系統對無效視頻數據的流量統計

根據統計，IPTV視頻業務平均每天看單一節目超過23小時50分鐘的用戶共1 457戶（取樣于20萬機頂盒軟探針可管控的機頂盒）。每天最少可以降低無效視頻流量146 677 GB（取值于探針系統），每天最少可以減少視頻節目有效請求次數31 092次。

平均每天24小時開機頂盒同時播放節目的1 457個用戶的區域統計如圖3所示，只統計安卓智能機頂盒。

圖3 平均每天24小時未關機頂盒用戶的區域分布

根據調研，新疆聯通有華為、中興、杰賽、貝爾、百視通、創維及金運共七款終端，每款終端有不同的版本、型號，所有型號在現網均有存量，但是部分終端型號不支持長時間無人操作自動待機和關機功能，同時還有用戶未開啟支持自動待機和關機操作對應的機頂盒配置，從而造成機頂盒一直沒有關閉，24小時持續從平臺請求節目，使得接入網絡產生大量無效視頻流量，高峰期還會對網絡造成擁堵[5]。

根據IPTV端到端質量監測平臺統計分析，每天平均有1 000～3 000戶沒有關閉機頂盒，每臺機頂盒的開機的功率為20 W左右，因此開機一天耗電0.48 kWh，平均現網一年消耗的電能為172 800～518 400 kWh，電費在8.6～25.92萬元。

以下對單一用戶進行24小時觀看節目和4小時觀看節目做流量對比分析。主要進行以下試驗。

（1）在試驗環境模擬一個24小時不關機用戶，試驗觀看點播直播節目。

（2）在試驗環境模擬一個開機4小時機頂盒用戶，試驗觀看標清、高清、4K節目。

（3）計算正常觀看節目4小時用戶與24小時不關機用戶每天觀看節目點播次數和流量的對比。

經過測試，得出以下結論：高清直播節目碼率為4 Mb·s-1，一天24小時不關機觀看單一節目（高清節目），占用42 GB流量；只開機4小時觀看單一節目（高清節目），占用7 GB流量。無效流量為用戶關閉電視而不關閉機頂盒產生的流量，平均單個用戶可以節省大概35 GB的無效網絡流量，按照現網3 000個未關閉機頂盒用戶計算，一個月可節省無效流量為3 150 TB，一年就可以節省無效流量為37 800 TB。

由此看出，機頂盒在開機無人觀看狀態下產生的無效流量和耗電量是驚人的。如果能使機頂盒處在待機狀態，不僅節省了流量，也可延長機頂盒的使用壽命。

在此次調研過程中，充分利用端到端IPTV機頂盒嵌入式軟探針監測系統，能夠找到24小時開機播放視頻的用戶。此外還需要調研出準確的遠程關機方式，同時確定該用戶是無人觀看的狀態。

針對用戶是否觀看的確定方法，經過多方面技術分析，目前最可行的辦法是讓端到端IPTV嵌入式軟探針支持HDMI接口電壓數據的采集（當HDMI不對電視機輸出數據時電壓為0，輸出數據時有電壓存在），能夠感知HDMI口電壓數據輸出情況及電壓大小，在電視機關機且機頂盒持續播放節目時，則發送關機或待機判斷，進行遠程關閉機頂盒管理控制。

4 IPTV嵌入式軟探針系統遠程控制實現方式

4.1 確定實現過程中的重點關注內容

具體實現過程中，需要重點關注以下內容。

（1）機頂盒HDMI接口規格型號。監測包含新規格HDMI2.1在內的所有現網HDMI接口數據。HDMI2.1是目前所有新疆聯通傳輸4K、8K高清視頻的型號規格。

（2）HDMI接口監測指標。支持監測HMDI接口插拔、HDMI接口電視機待機、關機和開機狀態的監測，同時支持HDMI接口電壓大小的監測。

（3）實驗數據前后指標對比。支持對上線IPTV業務節能減負模塊機頂盒前后的數據對比。同時統計用戶真實體驗質量（Quality of Experience，QoE），確保不影響用戶的QoE體驗。

在這些內容基礎上，確定實驗開展對象為烏魯木齊天津路家客部用戶，在以新疆聯通華為平臺為基礎的機頂盒終端上實現，主要實驗對象為現網存在的華為、金運、杰賽、貝爾機頂盒，CPU主頻166 MHz，Flash容量4 MB，內存64 MB.

4.2 具體對策實施

根據以上實驗對象和主要內容，確定具體實施對策如表1所示。

表1 對策實施計劃表

4.3 對策實施一

針對機頂盒不關閉的情況，增加電視HDMI監測能力，實現遠程控制關閉機頂盒。

小組成員在試驗環境下，在機頂盒高清HDMI接口增加監測功能和遠程關閉機頂盒判斷執行模塊，判斷數據HDMI輸出情況及電壓大小。在電視機無輸出數據確定用戶不觀看節目時關閉機頂盒。對策實施結果如圖4所示。

圖4 對策一實施效果驗證圖

小組成員通過探針服務器進行遠程部署，在試驗環境下對機頂盒的高清HDMI接口增加監測功能，在機頂盒部署軟件，通過條件判斷，在電視關機5 min后實現遠程關閉機頂盒功能。

（1）在試驗環境模擬一個24小時不關電視的用戶，試驗觀看點播直播節目。

試驗結果：當電視不關機，HDMI能監測到數據輸出，不關閉機頂盒。

（2）在試驗環境模擬一個關閉電視且機頂盒播放節目超過5 min的直播用戶。

試驗結果：軟件檢測出HDMI無數據輸出，電壓由大變小，5 min后，機頂盒被遠程關閉。對策實施一“對不關閉的機頂盒，增加電視HDMI監測能力，實現遠程控制關閉機頂盒。”目標實現。

4.4 對策實施二

對用戶關機操作執行失敗的情況，實現遠程控制關閉機頂盒。

小組成員在試驗環境下，在故障機頂盒高清HDMI接口增加監測功能，判斷數據輸出情況及電壓大小。在電視機無輸出數據時進行關機監測，實現在用戶不觀看節目時，機頂盒準確關機判斷，在機頂盒部署軟件，實現遠程關閉機頂盒能力。對策實施結果如圖5所示。

圖5 對策二實施效果驗證圖

小組成員通過IPTV嵌入式軟探針系統服務器進行遠程部署，在試驗環境下對故障機頂盒的高清HDMI接口增加監測功能，在機頂盒部署軟件，通過條件判斷，在電視關機5 min后實現遠程關閉機頂盒功能。

（1）在試驗環境模擬一個24小時不關機的電視用戶，試驗觀看點播直播節目。

試驗結果：當電視不關機，HDMI能監測到數據輸出，不關閉機頂盒。

（2）在試驗環境模擬一個關閉電視且機頂盒播放節目超過5 min的直播用戶。

試驗結果：軟件檢測出HDMI無數據輸出，電壓由大變0，5 min后，機頂盒遠程關閉，目標實現。

4.5 對策實施三

對于長期無人觀看、機頂盒不具備進入待機狀態的機頂盒，實現遠程控制關閉機頂盒。

小組成員在試驗環境下，對長期無人觀看、機頂盒不具備進入待機狀態的機頂盒，在HDMI接口增加監測功能，判斷HDMI數據輸出情況及電壓大小。在電視機無輸出數據時進行關機監測，實現用戶不觀看節目時無待機功能的機頂盒準確關機判斷，在機頂盒部署軟件，實現遠程關閉機頂盒能力。對策實施結果如圖6所示。

圖6 對策二實施效果驗證圖

小組成員通過探針服務器進行遠程部署，在試驗環境下對功能不全（無待機功能或有待機功能但未啟用）的機頂盒的高清HDMI接口增加監測功能，在機頂盒部署軟件，通過條件判斷，在電視關機5 min后實現遠程關閉機頂盒功能。

（1）在試驗環境模擬一個24小時不關機的電視用戶，試驗觀看點播直播節目。

試驗結果：當電視不關機，HDMI接口能監測到數據輸出，不關閉機頂盒。

（2）在試驗環境模擬一個關閉電視機且機頂盒播放節目超過5 min的直播用戶。

試驗結果：對于長期無人觀看、機頂盒不具備進入待機狀態的機頂盒，軟件檢測出HDMI接口無數據輸出，電壓由大變0，5 min后，功能不全的機頂盒被遠程關閉，目標實現。

5 實驗效果匯總

技術人員從現網抽取了100臺次設備進行功能性測試，實驗效果匯總如表2所示。由表2可知，新業務部署測試項目成功率達100%，節省總流量3 640 GB，平均單臺設備一天可以節省36 GB流量，說明在現網IPTV端到端質量監測系統上部署此類功能是有效且可靠的。

表2 實驗效果匯總表

6 結 語

本文通過新疆聯通現網的監測軟探針降低IPTV視頻業務無效流量，提升視頻流量利用率，通過在端到端質量監測系統平臺增加相應功能，所有機頂盒部署對應遠程管控監測能力，可實現HDMI接口監測及遠程關閉機頂盒功能。本文的試驗結果說明，這種部署方案是行之有效的，具備一定的應用價值和實際意義。