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      家庭網絡圍繞U-vMOS視頻體驗
      [ 通信界 | 張愛軍 | www.sdgj0817.com | 2022/10/30 22:42:01 ]
       

      1 簡介

      隨著智能手機帶動的移動互聯網的快速發展,人們對帶寬的要求與時俱進,提速呼聲不斷,這推動了百兆帶寬快速普及,同時越來越多的運營商為了能在激烈的市場競爭中占得先機,開始從提供基礎類帶寬服務轉變成聚焦用戶體驗的經營,借助業務體驗提升網絡經營能力。為了能提供更好的視頻體驗,出現了多種對視頻質量評價的方法,U-vMOS 便是華為提出的一種主動評價視頻給用戶帶來主觀體驗的技術手段。作為停留時間最長的家,家庭內部的網絡直接影響到用戶體驗。

      一般來說,家庭網絡指的是從寬帶進入家庭的ONT或者MODEM開始,到用戶最終用來上網的終端設備的這一段連接網絡。主要通過Wi-Fi來連接各種設備,少量通過以太接口連接,智能設備如手機、PAD和機頂盒等多樣化的家庭終端要求有一個家庭Wi-Fi路由器來聯接這些設備,并且保證高性能高可靠,因為數據流量不僅是內外網間的縱向流量,家庭網絡終端間的橫向流量也越來越大。以往功能單一的Wi-Fi路由器也開始進入更新換代期,Wi-Fi標準從802.11bg升級到11n到11ac,從單頻到雙頻等等。家庭內部網絡開始受到重視,快速發展。本文主要介紹通過基于U-vMOS 的監測,為了達到令人滿意的視頻體驗,家庭網絡應該達到的標準,其中有哪些關鍵點等問題。

      2 U-vMOS視頻體驗標準

      2.1 視頻基礎知識

      視頻壓縮中的I幀、B幀和P幀

      ◆MPEG-2視頻壓縮編碼定義視頻流主要由I、P、B三個幀組成

      ◆I幀含有所在圖像所有的信息,采用幀內編碼恢復自身圖像;P幀是前向預測幀,根據前一個I幀或者P幀結合算法恢復自身圖像;B幀是雙向預測幀,根據前一個I幀或者P幀和后一個I幀或者P幀恢復自身圖像

      ◆GoP長度(相鄰兩個I幀之間的長度)決定了壓縮比,GoP長度越長,壓縮比越高,視頻流需要的帶寬也越小。

      Frame幀內容包括:I/B/P幀標記、圖像分辨率、幀率等。

      碼率一般可以通過接收到的視頻流數據量和時間計算出來。

      每個Frame一般采用一個PES頭封裝,在PES頭中會記錄該幀在視頻播放時呈現的時間。

      每個PES包按照TS幀來切割和封裝,一個TS幀為188字節(包括4字節幀頭),TS頭中包括TS序列號,基于TS序列號可以計算媒體幀丟包率。

      IPTV視頻流采用UDP承載,一般都采用RTP封裝協議,RTP頭中包括RTP序列號,基于RTP序列號,可以計算IP丟包率。

      2.2  華為U-vMOS視頻體驗評價標準介紹

      華為提出了以用戶體驗為中心的視頻體驗指標體系標準U-vMOS,用來評價不同網絡、不同屏幕、不同場景應用下的視頻體驗的好壞。U-vMOS視頻體驗標準從視頻質量、互動體驗、播放體驗三要素來得出一個統一的OTT視頻評估指標來衡量OTT視頻的質量。

      U-vMOS值用于不同的業務體驗結果對應的用戶主觀感知量化成統一的客觀取值。 U-vMOS值將視頻業務體驗的主觀感受分為5個層次,對應分值如下表。  通常情況下,U-vMOS大于4分,認為體驗質量非常好。

      基于U-vMOS標準,對其中的各項KQI進一步分解,可以得出某一目標U-vMOS得分的條件下,網絡需要提供的KPI:

      基于U-vMOS 5分標準,分解出的網絡要求已經大大超出當前網絡的能力,我們認為,5分的標準需要依賴云/管/管革新的技術&方案才能達成。

      中短期內,U-vMOS達到4分已經代表了較好的體驗,我們將U-vMOS 4分設置為家庭網絡優化達成的目標:帶寬>100M、時延<20ms、丟包率<10-6

      3 家庭網絡標準建議

      家庭網絡首要關注的就是Wi-Fi組網,但是絕大多數家庭Wi-Fi覆蓋是依賴于單點的覆蓋,提供的是一種盡力而為的體驗,其網絡質量的優劣依賴家里的地形、格局,甚至墻的厚度,比如下圖所示,這是一個目前典型的家庭Wi-Fi 網絡的示意圖。

      當前絕大多數家庭Wi-Fi 網絡都是通過Wi-Fi 網關來進行單點覆蓋,距離Wi-Fi 網關近的地方信號強,連接速率高,距離遠或者有墻壁隔離的地方信號很弱,存在Wi-Fi覆蓋問題,三房及以上戶型單設備很難做到完美覆蓋,除非違規加大功率。覆蓋差就會必然帶來網絡性能/吞吐量的變差,在4K電視和家庭存儲場景,Wi-Fi性能不達標,影響視頻和文件傳輸體驗,同時2.4G頻段無線干擾非常大,不適合高帶寬需求如承載4K視頻等場景。

      在這樣的家庭Wi-Fi 網絡情況下,除了靠近Wi-Fi 網關的客廳等地點,其他的大部分地方比如房間等會出現觀看視頻時出現丟包或者卡頓等現象,影響用戶體驗,U-vMOS 得分都不會超過4。

      按照U-vMOS 的評價標準,我們對家庭網絡標準定義是U-vMOS 的值在4以上,為了保證用戶在家庭內能隨時隨地的擁有良好的視頻體驗,需對家庭Wi-Fi網絡進行優化。

      3.1 保證大接入帶寬(家庭網絡帶寬>100M)

      為了在家庭內任何地點能達到100M以上的連接速度,家庭的Wi-Fi網絡將從集中式部署方式走向分布式,家庭部署多個Wi-Fi接入點(即AP),滿足家庭不同終端在任意位置的多樣需求。Wi-Fi Repeater、PLC Wi-Fi AP和網口聯接AP等三種分布式AP,能夠實現靈活擴展、即插即用,以及支持無縫切換體驗,配合作為核心的智能ONT可以覆蓋絕大部分場景。同時,智能ONT能夠把各種類型的擴展AP聯接并管理起來,并協同各AP為Wi-Fi設備分配資源。

      3.2 減少傳輸過程的丟包(家庭網絡丟包率<10-6)

      Wi-Fi技術定義的MAC層CSMA/CA(載波監聽多址接入/碰撞避免)機制規定Wi-Fi設備在偵聽到其他信號時,設備都會暫緩傳輸數據直到該信號消失。Wi-Fi工作在2.4GHz和5GHz這兩個免授權頻段,由于是免授權頻段,因此射頻干擾幾乎能來自于所有能發出電磁信號的裝置——無繩電話、藍牙手機、微波爐乃至智能儀表。而更大的干擾源則來自于Wi-Fi本身,在使用最為廣泛的2.4GHz頻段上,僅有1、6、11 三個互不干擾的信道,即使是在5GHz頻段上,在排除了動態頻率選擇后,也僅有4個互不重疊的40MHz寬的信道。

      因此,在有干擾的環境下,任何的無線干擾源都容易對Wi-Fi信號產生干擾和影響,輕則是信號失真,重則令數據包丟失,傳輸掉線中斷。Wi-Fi的性能會發生急劇的下降。在家庭網絡中,為了減少在的干擾而導致的視頻業務丟包,首要的就是要減少干擾。建議做到如下幾點:
      •業務區分承載: 普通上網/下載業務通過2.4G Wi-Fi承載,視頻業務通過5G Wi-Fi承載。通過將視頻業務固定通過5G頻段來承載,有效減少2.4G頻段的干擾,減少丟包。
      •跨房間互聯采用G.hn PLC方案,通過有線承載,減少AP間的干擾。但是注意PLC不能插在防雷插排上,主、從PLC之間電力線長度保持在10m的距離內,以免影響互聯效果。
      •每個房間內僅布置1個AP(天線數目大于2為佳),Wi-Fi 覆蓋固定選擇5G,且設置信道帶寬為40MHz。
      •不同房間AP的頻點不同。減少同頻帶Wi-Fi 信號之間的干擾。
      •為保證Wi-Fi的發送接收效果,建議AP與STB/電視距離保持在10m以內,STB/電視的Wi-Fi天線數目為2以上。
      •從帶寬的角度考慮,每房間內建議避免超過1臺電視及1部PAD同時接入5G Wi-Fi觀看4K視頻的情況。且同時看視頻的終端數小于3。
      •家庭內不能使用未經EMI認證的家電,避免對Wi-Fi產生額外的干擾。

      3.3 減少時延和抖動(家庭網絡時延<5ms)

      減少視頻傳輸的抖動,主要是靠外部網絡的優化。對家庭網絡來說,除了前面提到的減少丟包的措施要實現外,在家庭網關上部署Qos,將視頻業務作為最高優先級調度,也可以有效減少抖動。

      3.4 在接入設備上部署基于U-vMOS的視頻質量監控端

      在接入網解決方案中,視頻業務質量監控探針內置在OLT和ONT上,OLT上上行板和PON板都可以作為監控點,ONT上是在ONT以太出口上作為監控點,可以對用戶的U-vMOS質量進行監控。

      當前接入網對視頻業務質量監控的管理系統為U2000/N2510,后續可以和IPTV產品的MQMC(媒體質量監控中心)對接,從而MQMC可以對頭端、機頂盒以及接入網絡同時進行監控。

      接入網視頻業務U-vMOS解決方案

      圖 5  接入網視頻業務U-vMOS解決方案

      4 總結

      家庭網絡直接連接客戶,直接影響客戶體驗,而視頻業務又是當前的主流業務,所以保證用戶體驗很有必要,通過U-vMOS 得分為4分以上為目標,通過對家庭Wi-Fi網絡進行優化后,用戶Wi-Fi連接帶寬帶寬更高,網絡更穩定,丟包/抖動情況更少,在影響U-vMOS得分的視頻質量、操作體驗、播放體驗3個方面都會得到提升,是一種提升用戶滿意度的好方法。

       

      1作者:張愛軍 來源:通信界 編輯:顧北

       

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