+380 44 323 88 88
03040, Ukraine
18, Marychanska Str., Kyiv
Write to us

Digital Television Modern Systems Monitoring

04 October 2011

Provision of full “triple-play” service has nearly becomeпарогполо a standard practice for broadband operators. Traditional broadcast networks of digital cable TV allow the arrangement of data transfer and telephony with use of DOCSIS technology. However, due to limited frequency resource, there exists a problem of ensuring the high exchange rate during extension of subscriber base. Further upgrade of such utilities – in particular, transition to new DOCSIS 3.0 standard – requires the substantial financial investments.

Digital Television Modern Systems Monitoring

At the same time, it has been a while since Ethernet technology was used in local data transmission networks only. Due to substantial improvement in performance of active equipment and reduction of its cost, Ethernet standard is actively utilized to build the modern broadband networks. Use of fiber-optic technology at backbone and distribution sectors enabled the significant increase of bandwidth for such networks. Transmission rate ensured by service providers for end users is essentially sufficient for such resource-intensive traffic as IPTV (Internet Protocol Television) streams of standard and high quality. IPTV service provision enables the competition between small Internet providers and traditional cable operators, while providing the user with the same packages of TV programs that are also added with extra range of services that are not available to clients of cable TV operators.

Except for enabling the optimization of users’ expenses for received content, TV services of the next generation also ensure the access to new potential video services ("video on demand", "time-shift ordering of program", "network VCR", etc.).

IPTV Network Building

 For IPTV technology implementation it is necessary to build up network (Fig. 1), comprising of the head-end IPTV station, data communication network itself, and subscriber terminals. Also in order to provide traditional TV services special IP/DVB-gates may be located on the network (Arris Edge-QAM D5, Appear TV etc.). These gates convert IPTV streams into signal of either digital video standard (DVB).

 

 

mon_html_7a73c691.png

 

Fig. 1  IPTV network structure

 

 

Organization of monitoring within IPTV networks


Let’s consider the generalized scheme of the signal passage from the source to the consumer and the stages of quality control (Fig. 2). At the first stage, the "ideal" non-compressed signal (270 Mbit/s in case of standard quality) goes to the encoder to convert it into a format suitable for transmission over the network. Naturally, reduction of the flow rate, for example, 100 times, causes an irreversible deterioration of the quality of video signal. Then this encoded channel enters the data transmission network, from which it reaches out to the end user, where the signal is decoded by the subscriber terminal - set-top box (STB).

.

mon_html_m3346b1ee.png

Fig. 2 Quality control scheme for IPTV network

 

 

Image quality can be affected only by operation of the coder on the transmitting side (it all depends on the degree of compression and quality of the used codes), and set-top box. These elements are checked only once at the initial stage before they are installed into the network. In order to recovery the signal correctly at the receiving side, it is necessary that all UDP (User Datagram Protocol) packets, formed by the source, received by the recipient on time and in proper sequence. Therefore, the network must be constantly monitored

 

Control jitter parameters in IPTV networks

All UDP packets arrive at the receiver one by one, after a certain period of time, Inter-arrival time (IAT, time interval between arrival of the packets). This time interval should ideally be constant. But in reality it is constantly changing positively or negatively (Fig. 3), and can reach unacceptable values.

 

 

mon_html_25b9da18.png

 

Fig. 3 Jitter of UDP packets

 

Change of the packets arrival time interval relative to the average value is called a jitter. According to standard ETSI TS 102 034, difference between the maximum deviations towards positive and negative side should not exceed 40 ms. Otherwise, buffer over- or overflow of the subscriber set-top box is possible, that can lead to visible image defects.

  • Increased jitter may be caused by different reasons, but the main of them are as follows:
  • ·                                 Misconfigured routers or switches (no priority by QoS, multicast flows programming, equipment overloading).
  • ·                                 Noise pollution of DSL lines, it results in formation of queues and buffer overflow on the station DSLAM multiplexers.
  • ·                                 Different time of passing between the routers, which may result from different routes of the packets of the same flow.
 
Let’s consider the jitter mapping by measuring equipment by the example of analyzer flow interface BridgeTech VB120

  via network monitoring server VideoBridge Controller (Fig. 4). The most demonstrative method for jitter mapping is a histogram showing the number of packets. The normal pattern for jitter is a histogram is in the form of a normal Gaussian distribution of variance not exceeding 20 ms, i.e., half of the maximum jitter. As we can see in the illustrations for the first flow, the maximum jitter is less than 2 milliseconds, which is negligible compared with the threshold value.

  

mon_html_9a91802.png

 

Fig. 4. Jitter mapping by flow analyzerBridgeTech VB120

 

 

Fig. 5 illustrates a different situation for the same network. The difference is that the first diagram is constructed for the flow of constant rate (bit rate) and the second one – for the variable rate. Change of the flow rate at the encoderoutput results in a significant change in the UDP packets sending interval, and often exceeding of the 20 ms threshold. Such scheme cannot reflect the real situation. Since the provider does not always has the opportunity to equalize the flow rates, which are mostly broadcasted with a variable bit rate, a reference flows generator BridgeTech VB230 with a constant rate is used for control of variations introduced by the network .The generator is installed at the head end, and the jitter values are read at the control points by means of the analyzers of series VB12, VB120, VB20 or VB220.

 

 

mon_html_m56400123.png

 

Fig. 5 Jitter mapping in the network with a variable bit rate

 

 

 

Definition of error parameters in IPTV networks

Since on of the monitoring system objectives is control the packet delivery to the end subscriber, the second important parameter is the rate of packet loss or MLR (Media Loss Rate). When the transmitting equipment forms a UDP packet, it is usually encapsulated with up to seven 188-byte transport packets TS (Transport Stream), thus loss of at least one UDP packet will result in visible image defects. Standard ETSI TS 102 034 allows packet loss rate not more than one an hour.


Наиболее распространенными причинами появления MLR являются: 
  • Переполнение буферов сетевого оборудования.
  • Помехи в линиях связи, приводящие к ошибкам CRC.
  • Изменение порядка следования пакетов.
  • Несогласованность между маршрутизаторами, неправильные контрольные суммы (часто встречается в сетях, построенных на оборудовании разных поколений и разных производителей).
  • DoS атаки.
  • Выход за пороговые значения количества абонентов пользующихся ресурсоемкими услугами (например, 90% пользователей смотрят видео по запросу).
 
Важным параметром качества, производным от IAT является коэффициент распространения в среде передачи MDI-DF (Media-delivery index ― delivery factor). Он вычисляется как максимальное значение IAT за период измерения 1 с.
Если в течение секундного интервала измерения произошел выброс IAT за пределы порогового значения или же произошла потеря пакета (MLR), то такая секунда считается ошибочной (Errored Second, ES).
Поскольку параметры сети могут быть подвержены колебаниям с течением времени, для оператора важно оценить распределение параметров качества IPTV во времени. Примером такого удачного решения может быть технология быстрого отображения состояния потока BridgeTech MediaWindow (Рис. 6), реализованная во всем оборудовании линейки VB IP-PROBE и microVB. Суть данной технологии заключается в том, что горизонтальная ось является осью времени, а вертикальная − двунаправленная: по положительному направлению откладываются значения DF, или размер занимаемой полосы, по отрицательному − MLR. При превышении определенных порогов столбцы окрашиваются в соответствующий цвет  − желтый или красный, с учетом степени превышения порога.
 

mon_html_5058ebdd.png
Рис. 6 Интерфейс отображения состояния потока во времени (BridgeTech MediaWindow)

 

Отображение информации в системе мониторинга BridgeTech

Очень важным является способ отображения статистической информации о потоках. Она должна быть наглядной, легко читаемой, такой, чтоб по ней с первого взгляда можно было оценить качество передачи потока, периодичность и величину ошибок. Удобно, когда информация выдается в графическом виде сразу для нескольких каналов (Рис. 7), что уменьшает необходимость многочисленных переключений в пользовательском интерфейсе.
При помощи технологии BridgeTech MediaWindow можно оценивать входной джиттер даже для потоков с переменным битрейтом путем сравнивания их значения DF сразу после источника и в точке контроля на сети.
 

mon_html_5af3056b.png

Рис.7 Распределение параметров джиттера во времени для различных потоков 

 

 

Оборудование мониторинга для различных участков сети

Идеология построения эффективной системы мониторинга подразумевает размещение оборудования контроля в следующих точках на сети.
 
1. Головная станция
 Здесь (Рис. 8) основными задачами системы являются:
  • Контроль качества источника сигнала (сюда входит мониторинг потоков с приемника/дескриптора, а также визуальный контроль изображения на предмет наличия замираний картинки и звука).
  • Контроль состояния подключения абонентов (часто случаются ситуации, когда о том, что не пролонгировалась карточка и соответственно, канал перестал открываться, провайдер узнает от звонящих в кол-центр абонентов, вместо того, чтобы раньше заметить данную ситуацию и предпринять меры по устранению проблемы до того, как ее заметит большое количество абонентов).
  • Контроль систем обработки потоков (скремблеры, трансрейтеры, мультиплексоры и пр.).
  • Генерирование контрольных потоков CBR для мониторинга джиттера, вносимого сетью на разных участках.
  • Сбор информации со всех устройств системы мониторинга на сети. Эту функцию, в частности, выполняет сервер Controller.

mon_html_7a73c691.png

Рис. 8 Сбор информации с головной станции системой мониторинга VideoBridge

 

2. Опорная сеть и сеть доступа

Основной целью размещения анализаторов здесь является контроль джиттера и потерь вносимого сетевым оборудованием в ядре сети, а также коммутаторами и маршрутизаторами уровня доступа. Как уже упоминалось, из-за помех в линиях связи на некоторых участках, в маршрутизаторах могут образовываться очереди пакетов, что может приводить к их задержке и потере. Также следует отметить, что оборудование, которое размещается в ядре сети, должно уметь работать с трафиком в разных виртуальных локальных сетях (VLAN), а также производить одновременный мониторинг большого количества потоков IPTV. Примером такого устройства может быть анализатор BridgeTech VB220, который способен анализировать до 260 потоков одновременно.
На другой стороне опорной сети (Рис. 9) может использоваться анализатор BridgeTech VB20, позволяющий контролировать качество потоков на коммутаторе доступа или DSLAM (мультиплексоре доступа цифровой абонентской линии xDSL).

mon_html_52f98ab1.png

Рис. 9 Сбор информации системой VideoBridge на опорной сети и сети доступа

 

3. Абонентское оборудование

Оборудование мониторинга, установленное в помещении пользователя, прежде всего, преследует цель решения проблем, возникающих или из-за неправильных действий самих абонентов или проблем, связанных с «последней милей». Таким образом, достигается экономия средств за счет уменьшения выездов специалистов на место установки абонентского оборудования. Установка устройств мониторинга такого типа не должна требовать высокой квалификации установщика, также должна быть предусмотрена возможность устанавливать его силами самого абонента. Примером такого решения является BridgeTech microVB ― анализатор, устанавливаемый на стороне абонента, в разрыв абонентской линии (Рис. 9), который при включении самостоятельно регистрируется в системе мониторинга сети.

 

Организация мониторинга в цифровых широковещательных сетях

Система мониторинга BridgeTech принципиально пригодна не только для использования на сетях IPTV. Возможно использование сети IP как транспортной сети для построения региональных и местных сетей цифрового кабельного телевидения (эфирного, кабельного). В отдельных сегментах таких сетей важно контролировать параметры сигналов, передаваемых в форматах DVB-C, DVB-T, DVB-S (Рис. 10).
Здесь необходимо осуществлять контроль параметров самого радиосигнала на выходе мультиплексора и модулятора (SNR, BER, MER, уровень сигнала), а также проверять содержание служебной информации, передаваемой в потоке, на соответствие стандарту ETSI ETR 101 290. Эти возможности реализованы в линейке приборов VB120/220 с применением дополнительных интерфейсных модулей для работы в широковещательных сетях стандартов DVB-S/S2 (VB270), DVB-T (VB250), DVB-C (VB260, VB262).

 

mon_html_69371b09.png

Рис. 10 Контроль качества сигнала в сетях DVB-C/T/S

 

Формирование отчета о результатах мониторинга

Для предоставления информации о работе сети и о качестве предоставляемых услуг за конкретный период времени должна быть предусмотрена возможность формирования информативных отчетов. На рис. 11 показан пример страницы отчета, сформированного на сервере мониторинга VideoBridge Controller. Здесь отображена общая информация о сформированном отчете, показаны диаграммы, отражающие процент каналов, на которых появлялись ошибки («no signal», MLR и DF). График изменения во времени параметров IAT, MLR и «no signal» (с указанием количества ошибочных секунд). Также приведены пороговые значения ключевых параметров, установленные в соответствии с SLA (Service Level Agreement).

mon_html_5593f92.png

Рис. 11 Образец страницы отчета, сформированной VideoBridge Controller

 

Таким образом, построение эффективной системы мониторинга является комплексной задачей, каждый из факторов которой в той или иной мере влияет на ее эффективность, а, следовательно, и на качество предоставляемых услуг. Система мониторинга должна быть гибкой и масштабируемой, имеющей возможность адаптации под любые требования провайдера. Таким свойством обладают решения на базе оборудования компании BridgeTech, официальным представителем которой не территории Украины является компания DEPS.

 

Отдел системной интеграции

Компания DEPS.

on the transmitting side (it all depends on the degree of compression and quality of the used codes), and set-top box. These elements are checked only once at the initial stage before they are installed into the network. In order to recovery the signal correctly at the receiving side, it is necessary that all UDP (User Datagram Protocol) packets, formed by the source, received by the recipient on time and in proper sequence. Therefore, the network must be constantly monitored

Change of the packets arrival time interval relative to the average value is called a jitter. According to standard ETSI TS 102 034, difference between the maximum deviations towards positive and negative side should not exceed 40 ms. Otherwise, buffer over- or overflow of the subscriber set-top box is possible, that can lead to visible image defects.

Increased jitter may be caused by different reasons, but the main of them are as follows:

·                                 Misconfigured routers or switches (no priority by QoS, multicast flows programming, equipment overloading).

·                                 Noise pollution of DSL lines, it results in formation of queues and buffer overflow on the station DSLAM multiplexers.

·                                 Different time of passing between the routers, which may result from different routes of the packets of the same flow.

Let’s consider the jitter mapping by measuring equipment by the example of analyzer flow interface BridgeTech VB120 via network monitoring server VideoBridge Controller (Fig. 4). The most demonstrative method for jitter mapping is a histogram showing the number of packets. The normal pattern for jitter is a histogram is in the form of a normal Gaussian distribution of variance not exceeding 20 ms, i.e., half of the maximum jitter. As we can see in the illustrations for the first flow, the maximum jitter is less than 2 milliseconds, which is negligible compared with the threshold value.

Следите за последними новостями компании DEPS и телекоммуникационного рынка на нашем Telegram канале: Telegram

0 SELECT i.id iid, i.name, i.elements img, i.`publish_up` AS modified, c.id cid FROM `vjprf_zoo_item` i LEFT JOIN `vjprf_zoo_tag`t ON t.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category_item` ci ON ci.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category`c ON ci.`category_id`=c.`id` WHERE t.`name` IN ('энкодер') AND i.`id`<>20451 AND c.id >0 AND i.`type`='article' AND c.`parent` = 153 GROUP BY i.`id` ORDER BY `publish_up` DESC LIMIT 0,3