+380 44 323 88 88
ул. Маричанская, 18,
г. Киев, Украина, 03040
Написать нам

Мониторинг современных систем цифрового телевидения

13 октября 2010

Предоставление полноценной услуги triple-play стало практически нормой для операторов широкополосного доступа. Традиционные широковещательные сети цифрового кабельного телевидения позволяют организовать передачу данных и телефонии с использованием технологии  DOCSIS. Однако, вследствие ограниченности частотного ресурса, возникает проблема обеспечения высокой скорости обмена при наращивании абонентской базы. Дальнейшая модернизация таких сетей, в частности переход на новый стандарт DOCSIS 3.0, требует существенных материальных вложений.

Мониторинг современных систем цифрового телевидения

В то же время, технология Ethernet давно перестала использоваться только в локальных сетях передачи данных. Вследствие существенного увеличения производительности активного оборудования и снижения его стоимости, на стандарте Ethernet активно строятся современные сети широкополосного доступа. Применение волоконно-оптических технологий на магистральном и распределительном участках позволило существенно увеличить широкополосность таких сетей. Скорости передачи, предоставляемые провайдерами для конечных абонентов, вполне позволяют передавать такой ресурсоемкий трафик, как телевизионные потоки IPTV (Internet Protocol Television) стандартного и высокого качества. Предоставление услуги IPTV позволяет небольшим интернет-провайдерам конкурировать с традиционными кабельными операторами, предоставляя пользователю те же пакеты телепрограмм, но еще и с дополнительным перечнем услуг, недоступных клиентам операторов кабельного ТВ.
Телевизионные услуги нового поколения не только позволяют пользователям оптимизировать затраты на получаемый контент, но и получить доступ к новым возможным видео-услугам («видео по заказу», «заказ программы со сдвигом», «сетевой видеомагнитофон» и т.д.).

Построение сети IPTV

 Для реализации технологии IPTV необходимо построение сети (Рис. 1), состоящей из головной станции IPTV, собственно сети передачи данных, и абонентских терминалов. Также для предоставления услуг традиционного телевидения на сети могут быть размещены специальные IP/DVB-шлюзы (Arris Edge-QAM D5, Appear TV и пр.), которые преобразуют потоки IPTV в сигнал одного из стандартов цифрового телевидения (DVB).

mon_html_7a73c691.png

  Рис. 1 Структура сети IPTV

Однако не любая сеть Ethernet пригодна для предоставления возможных услуг IPTV. При внедрении видео-услуг сеть также должна соответствовать следующим требованиям:

  • поддержка всеми узлами сети протокола групповой передачи IGMP (Internet Group Management Protocol) версии не ниже 2.

  • поддержка функции IGMP query (запрос о составе группы) на маршрутизаторе или коммутаторе, на который приходят мультикастовые потоки со всех источников.

  • если предполагается маршрутизация мультикастовых потоков, то необходима также поддержка протокола PIM (Protocol Independent Multicast).

Тем не менее, даже в современных широкополосных сетях Ethernet могут возникать сложности с обеспечением качественного телевизионного сигнала, связанные со спецификой работы пакетной сети передачи данных. Неверный расчет сети, неправильная настройка сетевого оборудования, временные задержки пакетов, зашумленность медных линий и другие  проблемы приводят к видимому ухудшению «картинки», зависаниям, «рассыпанию» кадров и т.д.

Система IPTV, как и любая другая система передачи данных, работает правильно только тогда, когда:

  • пакеты с данными доходят до получателя;
  • когда они приходят своевременно и в правильном порядке. 

Поэтому оператору IPTV принципиально важно объективно и своевременно определить причину ухудшения параметров видео-сигнала, посмотреть изменение параметров качества во времени. Как показывает практика эксплуатации сетей IPTV, поиск решения некоторых проблем, может занять много времени, а порой и вовсе невозможен без использования специализированных средств диагностики.

Организация мониторинга в сетях IPTV

Рассмотрим обобщенную схему прохождения сигнала от источника к потребителю  и этапы контроля показателей качества (Рис. 2). На первом этапе «идеальный» несжатый сигнал (270 Мбит/с для стандартного качества) поступает на устройство кодирования для преобразования его в формат, удобный для передачи по сети. Естественно, что при уменьшении скорости потока, например, в 100 раз, происходит необратимое ухудшение качества видеосигнала. Дальше этот кодированный канал поступает в сеть передачи данных, из которой попадает к конечному абоненту, где декодируется при помощи абонентского терминала – сет-топ бокса (STB).

mon_html_m3346b1ee.png

Рис. 2 Схема контроля качества работы сети IPTV

 

На качество изображения могут повлиять только работа кодера на передающей стороне (здесь все зависит от степени сжатия и качества применяемых кодеков) и сет-топ бокса. Эти элементы проверяются единожды на начальном этапе перед установкой их в сеть. Для корректного восстановления сигнала на приемной стороне, необходимо, чтобы все UDP пакеты (User Datagram Protocol), формируемые источником, поступили к получателю вовремя и в правильной последовательности. Поэтому сеть должна быть объектом постоянного наблюдения.

Контроль параметров джиттера в сетях IPTV

Все пакеты UDP приходят к получателю один за другим через некоторый интервал времени, Inter-arrival time (IAT, интервал времени между прибытиями пакетов). Этот промежуток времени в идеальном случае должен быть постоянным. Но в реальности он постоянно изменяется как в положительную, так и в отрицательную сторону (Рис. 3), и может достигать недопустимых значений.

mon_html_25b9da18.png

Рис. 3 Джиттер пакетов UDP

 

Изменение интервала времени прибытия пакетов относительно среднего значения называется джиттером. Согласно стандарту ETSI TS 102 034, расхождение между максимальными отклонениями в положительную и отрицательную сторону не должно превышать 40 мс. В противном случае, возможно переполнение или опустошение буфера абонентского сет-топ бокса, что может привести к видимым дефектам изображения.

Причины возникновения повышенного джиттера могут быть различными, но к основным можно отнести:

  • Неправильно сконфигурированные маршрутизаторы или коммутаторы (отсутствие приоритетов по QoS, программная обработка мультикастовых потоков, перегрузки оборудования).
  • Зашумленность линий DSL, что приводит к образованию очередей и переполнению буферов на станционных мультиплексорах DSLAM.
  • Различное время пересылки между маршрутизаторами, что может быть следствием различных маршрутов прохождения пакетов одного потока.

Рассмотрим отображение джиттера измерительным оборудованием на примере интерфейса анализатора потоков BridgeTech VB120 через сервер мониторинга сети VideoBridge Controller (Рис. 4). Наиболее наглядным способом отображения джиттера является гистограмма, отражающая количество пакетов. Нормальной картиной для джиттера является гистограмма в виде нормального Гауссового распределения с дисперсией, не превышающей 20 мс, т.е. половины максимального джиттера. Как видно из иллюстрации для первого потока, максимальный джиттер составляет меньше 2 миллисекунд, что является пренебрежимо малым по сравнению с пороговым значением.

mon_html_9a91802.png

Рис. 4 Отображение джиттера анализатором потока BridgeTech VB120

 

На рис. 5 проиллюстрирована другая ситуация для той же сети. Разница заключается в том, что первая диаграмма построена для потока с постоянной скоростью (битрейтом), а вторая – с переменным. Изменение скорости потока на выходе кодера влечет за собой существенное изменение интервала отправки пакетов UDP и частое превышение порога в 20 мс. Такой график не может отражать реальное положение вещей. Так как далеко не всегда у провайдера есть возможность выравнивать скорости потоков, которые в основном вещаются с переменным битрейтом, то для целей контроля вносимого сетью разброса используется генератор эталонных потоков BridgeTech VB230 с постоянной скоростью, который устанавливается на головной станции, а значения джиттера снимаются в точках контроля при помощи анализаторов серий VB12, VB120, VB20 или VB220.

mon_html_m56400123.png

Рис. 5 Отображение джиттера в сети с переменным битрейтом

Определение параметров ошибок в сетях IPTV

Поскольку одной из задач системы мониторинга является контроль доставки пакетов конечному абоненту, то вторым важным параметром является интенсивность потерь пакетов или MLR (Media Loss Rate). Поскольку при формировании передающим оборудованием посылки UDP в нее, как правило, инкапсулируется до семи 188-байтовых транспортного пакета TS (Transport Stream), то потеря хотя бы одной UDP посылки приведет к появлению видимых дефектов изображения. Стандартом ETSI TS 102 034 допускается интенсивность потерь пакетов не более одного в час.

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 microVBанализатор, 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 на территории Украины является компания DEPS.

Отдел системной интеграции

Компания DEPS.

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

1 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`<>20140 AND c.id >0 AND i.`type`='article' AND c.`parent` = 152 GROUP BY i.`id` ORDER BY `publish_up` DESC LIMIT 0,3
Похожие материалы
  • Каталог товаров
  • Системная интеграция
  • Сервис-центр
  • Услуги
  • Акции