趙偉

【摘要】在這個三網融合、多屏融合的時代，要想滿足未來業(yè)務的發(fā)展需要，廣電網絡IP化建設勢在必行，而廣電雙向接入網是承載各種IP業(yè)務的管道，直接影響廣電的投資方向和投資回報率，因此廣電雙向接入網必須具備對各類IP業(yè)務足夠的支撐能力。本文針對不同碼率的IP化視頻在江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司（下文簡稱“蘇州分公司”）雙向接入網段的應用展開分析，研究在CMTS和FTTH兩種主流的接入技術場景下的帶寬保證策略，提出了接入網在應對不同碼率IP化視頻時的合理解決方案。

【關鍵字】IP化視頻;接入網;帶寬保證;CMTS FTTH

1. IP化視頻帶寬控制的目標

當前OTT視頻泛濫，互聯網OTT視頻傳輸對通道能力考慮較少，在有限帶寬環(huán)境下經常出現畫面停滯、斷線重傳、降質傳輸等情況，只有無限制提升寬帶能力才能盡量避免上述情況的發(fā)生。而運營商由于對通道有絕對的掌控能力，視頻傳輸通道可以獨立于其他寬帶應用單獨設置，因此其推廣的IP化視頻業(yè)務質量不以高寬帶產品訂購為前提，并且可通過對帶寬的調度盡量降低傳輸通道對視頻傳輸質量的影響（如IPTV等）。

蘇州分公司自雙向網改造以來，堅持采用標準化程度高的“CMTS+CM”接入技術。近幾年在“寬帶中國”戰(zhàn)略下，各大網絡運營商加快光纖到戶網絡建設的步伐，自2018年起蘇州分公司已在新建網和農網中啟用光纖到戶建設，因此目前蘇州分公司接入網共有CMTS和FTTH兩種接入方式。

綜上所述，IP化視頻帶寬控制的目標是：一方面針對現有Docsis通道和FTTH通道的特性實現穩(wěn)定的視頻流量傳輸;另一方面通過合理規(guī)劃通道容量保證盡可能多的用戶享用與QAM傳輸同等視頻質量IP化視頻。

2. 保證IP化視頻傳輸的難點

當前蘇州分公司IP化視頻主要分為組播視頻業(yè)務和點播視頻業(yè)務，組播視頻通常為CBR（恒定碼率），傳輸通道呈現平緩穩(wěn)定持續(xù)的數據流量;點播視頻通常為VBR（可變碼率），按照碼率和播放器緩存大小的不同在傳輸通道呈現啟播階段集中傳輸流量和正常播放階段持續(xù)分片流量的特點。

圖1為機頂盒芒果專區(qū)點播IP視頻流截圖，圖中可看出在啟播階段約36秒時長中客戶端持續(xù)向服務器申請TS流文件填充播放器緩存，峰值流量30Mbps與芒果3Mbps碼率和約10秒分片文件傳輸大小基本一致。

圖2為機頂盒央視專區(qū)點播16M的IP視頻流截圖，圖中可看出在啟播階段約12秒時長中客戶端持續(xù)向服務器申請TS流文件填充播放器緩存，由于機頂盒百兆網口限制了通道最大帶寬為100Mbps，所以流量圖形顯示為類似削波狀流量圖。

啟播階段結束后HLS模式下各終端時間上呈現離散請求分片文件的特性，因此只要傳輸通道能夠承載啟播階段的視頻傳輸，在通道穩(wěn)定的基礎上也可以承載后續(xù)正常視頻分片文件傳輸的需求。

通過上述分析，IP化視頻內網傳輸控制的難點有：

（1） 啟播階段如何通過通道調度實現盡可能高的用戶并發(fā)承載？

（2） 如何制定合理的通道策略以保證IP化視頻流量不受其他IP應用的干擾？

（3） Docsis3.0模式下負載均衡策略。

3. 啟播階段的高用戶并發(fā)承載

蘇州市公司當前有FTTH和CMTS兩種接入網絡，其中FTTH采用EPON，單PON口有效帶寬950Mbps，按照1：32的接入方式，單PON口只接入32戶，帶寬較為充裕;CMTS單下行口通道容量與可用通道數有關，且覆蓋約1600戶，按入戶率0.5、滲透率1、并發(fā)率0.1計算至少需要支持80戶用戶并發(fā)點播。因此承載力分析的重點為CMTS網絡的承載。

（1） CMTS網絡高用戶并發(fā)承載通道容量分析

當前主要IP化視頻碼率如下表;

HLS系統(tǒng)實質是TS文件的HTTP請求和下載，一般OTT視頻按照10S進行分片，播放器一般要求至少收到3個分片文件開始播放，因此TS分片文件的大小、啟播時間要求、服務器和寬帶通道承載能力共同影響了IP化視頻的體驗。

一般OTT視頻啟播時間在5～10s，較長的啟播時間影響用戶的觀看體驗，由于是內網IP視頻，因此我們將啟播時間設定為5s進行分析。

下表為10s切片和5s切片對帶寬的要求

按照不同視頻規(guī)格并發(fā)占比計算通道容量如下表;

根據上述分析10s切片需要59個通道才能滿足并發(fā)要求，5s切片只需要29個通道即可滿足要求。

綜上所述，IP化視頻啟播時間按5秒設定，視頻分片應不大于5秒，CMTS通道配置約29個，即可基本滿足IP化視頻傳輸需求。

（2） 2.0CM在2.0CMTS下的承載策略

蘇州分公司當前大量存在CM2.0終端，在CMTS3.0環(huán)境下2.0終端無法實現多通道數據流調度能力，降低了通道使用率。

根據上述分析，標清碼率需要不低于9Mbps，高清碼率需要不低于18Mbps，4K超高清碼率需要不低于48Mbps，其中4K點播業(yè)務2.0CM無法承載。根據終端能力不同，我們計算單通道50Mbps下最大并發(fā)承載如下表;

3.0終端使用能力 單通道50M并發(fā)承載終端數

可以看出如果高清點播業(yè)務限定3.0CM承載可有效提高單通道承載能力，3.0CM下行綁定通道數越多越能發(fā)揮通道調度優(yōu)勢。

泊松公式主要針對小概率、相互獨立、具有穩(wěn)定特性的事件進行概率分析。我們利用泊松分布公式計算在4通道、8通道、16通道、24通道和32通道下發(fā)生擁塞的概率（當前蘇州分公司的點播行為滿足泊松分布小概率、相互獨立和用戶點播行為具有慣性穩(wěn)定的三個特點），我們得到如下表數據：

從上表可看出若高清用3.0CM承載，只需要24通道;若高清用2.0CM承載，需要使用32通道，仍有18.56%發(fā)生擁塞。所以從網絡的角度建議2.0CM支撐在標清點播業(yè)務。

（3） FTTH網絡

蘇州分公司目前在FTTH建設中采用EPON技術，現網OLT設備的業(yè)務板卡既有1G EPON板卡，也有10G EPON業(yè)務板卡。1G EPON板卡單PON口帶寬為1.25Gbps，有效帶寬950Mbps。

按照蘇州分公司FTTH規(guī)劃，1G EPON板卡單PON口接入32戶。按IP點播互動并發(fā)率10%計算，即使全部按16Mbps的4K超高清點播，并發(fā)流量大約在640Mbps，因此FTTH網絡可以完全支撐IP化視頻點播。

4. 不受影響的IP化視頻通道

當前雙向接入網通道中流量主要包括：IP化視頻流量，互聯網寬帶流量、互動信令流量等，未來可能會有家庭智慧類業(yè)務流量加入，上述流量中互聯網寬帶流量具有數據量大、突發(fā)性強的特點，其他業(yè)務流量基本屬于低流量業(yè)務。

不論在在FTTH網中還是在Docsis網中，一是對IP化視頻通道不做限速處理;二是設置IP化視頻通道優(yōu)先級都高于普通寬帶業(yè)務的優(yōu)先級。如此可基本保證IP化視頻業(yè)務不受其他業(yè)務流量影響。

5. Docsis3.0的負載均衡策略

由于2.0CM在Docsis3.0頭端下呈現通道間流量不均衡，需要啟用均衡策略保證通道的最大承載能力，當前的均衡策略是CMTS每30秒進行負載均衡監(jiān)測，通道流量之間相差10%啟動信道搬移進行負載均衡，以盡量平衡通道流量。

綜上所述，針對采用FTTH和CMTS接入技術的雙向接入網，在承載不同碼率的IP化視頻時，建議注意以下幾點：

· IP化視頻分片限制在5s以內;

· 播放器啟播時間至少需要5秒;

· 高清IP點播業(yè)務限定用3.0CM承載;

· 應盡量規(guī)劃32以上通道用于Docsis3.0下行使用。

6. 總結

基于上述內容，主要對蘇州分公司雙向接入網中CMTS和FTTH兩種接入技術下在承載IP化視頻時帶寬保證策略做了研究，并提出解決方案。廣電雙向接入網除本文提出的兩種接入技術外，還有EOC、C-Docsis等多種接入技術，也可依據本文的測算方式進行保證帶寬測算。通過本文對接入網帶寬保證策略的研究，為其他廣電網絡公司在接入網段承載IP化視頻時提供了一定的借鑒。