家庭網(wǎng)絡(luò )圍繞U-vMOS視頻體驗

　　1 簡(jiǎn)介

　　隨著(zhù)智能手機帶動(dòng)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對帶寬的要求與時(shí)俱進(jìn)，提速呼聲不斷，這推動(dòng)了百兆帶寬快速普及，同時(shí)越來(lái)越多的運營(yíng)商為了能在激烈的市場(chǎng)競爭中占得先機，開(kāi)始從提供基礎類(lèi)帶寬服務(wù)轉變成聚焦用戶(hù)體驗的經(jīng)營(yíng)，借助業(yè)務(wù)體驗提升網(wǎng)絡(luò )經(jīng)營(yíng)能力。為了能提供更好的視頻體驗，出現了多種對視頻質(zhì)量評價(jià)的方法，U-vMOS 便是華為提出的一種主動(dòng)評價(jià)視頻給用戶(hù)帶來(lái)主觀(guān)體驗的技術(shù)手段。作為停留時(shí)間最長(cháng)的家，家庭內部的網(wǎng)絡(luò )直接影響到用戶(hù)體驗。

　　一般來(lái)說(shuō)，家庭網(wǎng)絡(luò )指的是從寬帶進(jìn)入家庭的ONT或者M(jìn)ODEM開(kāi)始，到用戶(hù)最終用來(lái)上網(wǎng)的終端設備的這一段連接網(wǎng)絡(luò )。主要通過(guò)Wi-Fi來(lái)連接各種設備，少量通過(guò)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(gè)家庭Wi-Fi路由器來(lái)聯(lián)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(wǎng)間的縱向流量，家庭網(wǎng)絡(luò )終端間的橫向流量也越來(lái)越大。以往功能單一的Wi-Fi路由器也開(kāi)始進(jìn)入更新?lián)Q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(wǎng)絡(luò )開(kāi)始受到重視，快速發(fā)展。本文主要介紹通過(guò)基于U-vMOS 的監測，為了達到令人滿(mǎn)意的視頻體驗，家庭網(wǎng)絡(luò )應該達到的標準，其中有哪些關(guān)鍵點(diǎn)等問(wèn)題。

　　2 U-vMOS視頻體驗標準

　　2.1 視頻基礎知識

　　◆MPEG-2視頻壓縮編碼定義視頻流主要由I、P、B三個(gè)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(gè)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(gè)I幀或者P幀和后一個(gè)I幀或者P幀恢復自身圖像

　　◆GoP長(cháng)度(相鄰兩個(gè)I幀之間的長(cháng)度)決定了壓縮比，GoP長(cháng)度越長(cháng)，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(guò)接收到的視頻流數據量和時(shí)間計算出來(lái)。

　　每個(gè)Frame一般采用一個(gè)PES頭封裝，在PES頭中會(huì )記錄該幀在視頻播放時(shí)呈現的時(shí)間。

　　每個(gè)PES包按照TS幀來(lái)切割和封裝，一個(gè)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(xié)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(jià)標準介紹

　　華為提出了以用戶(hù)體驗為中心的視頻體驗指標體系標準U-vMOS，用來(lái)評價(jià)不同網(wǎng)絡(luò )、不同屏幕、不同場(chǎng)景應用下的視頻體驗的好壞。U-vMOS視頻體驗標準從視頻質(zhì)量、互動(dòng)體驗、播放體驗三要素來(lái)得出一個(gè)統一的OTT視頻評估指標來(lái)衡量OTT視頻的質(zhì)量。

　　U-vMOS值用于不同的業(yè)務(wù)體驗結果對應的用戶(hù)主觀(guān)感知量化成統一的客觀(guān)取值。 U-vMOS值將視頻業(yè)務(wù)體驗的主觀(guān)感受分為5個(gè)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(zhì)量非常好。

　　基于U-vMOS標準，對其中的各項KQI進(jìn)一步分解，可以得出某一目標U-vMOS得分的條件下，網(wǎng)絡(luò )需要提供的KPI：

　　基于U-vMOS 5分標準，分解出的網(wǎng)絡(luò )要求已經(jīng)大大超出當前網(wǎng)絡(luò )的能力，我們認為，5分的標準需要依賴(lài)云/管/管革新的技術(shù)&方案才能達成。

　　中短期內，U-vMOS達到4分已經(jīng)代表了較好的體驗，我們將U-vMOS 4分設置為家庭網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化達成的目標：帶寬>100M、時(shí)延<20ms、丟包率<10-6

　　3 家庭網(wǎng)絡(luò )標準建議

　　家庭網(wǎng)絡(luò )首要關(guān)注的就是Wi-Fi組網(wǎng)，但是絕大多數家庭Wi-Fi覆蓋是依賴(lài)于單點(diǎn)的覆蓋，提供的是一種盡力而為的體驗，其網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的優(yōu)劣依賴(lài)家里的地形、格局，甚至墻的厚度，比如下圖所示，這是一個(gè)目前典型的家庭Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )的示意圖。

　　當前絕大多數家庭Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )都是通過(guò)Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)來(lái)進(jìn)行單點(diǎn)覆蓋，距離Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)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(wèn)題，三房及以上戶(hù)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(huì )必然帶來(lái)網(wǎng)絡(luò )性能/吞吐量的變差，在4K電視和家庭存儲場(chǎng)景，Wi-Fi性能不達標，影響視頻和文件傳輸體驗，同時(shí)2.4G頻段無(wú)線(xiàn)干擾非常大，不適合高帶寬需求如承載4K視頻等場(chǎng)景。

　　在這樣的家庭Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò )情況下，除了靠近Wi-Fi 網(wǎng)關(guān)的客廳等地點(diǎn)，其他的大部分地方比如房間等會(huì )出現觀(guān)看視頻時(shí)出現丟包或者卡頓等現象，影響用戶(hù)體驗，U-vMOS 得分都不會(huì )超過(guò)4。

　　按照U-vMOS 的評價(jià)標準，我們對家庭網(wǎng)絡(luò )標準定義是U-vMOS 的值在4以上，為了保證用戶(hù)在家庭內能隨時(shí)隨地的擁有良好的視頻體驗，需對家庭Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行優(yōu)化。

　　3.1 保證大接入帶寬(家庭網(wǎng)絡(luò )帶寬>100M)

　　為了在家庭內任何地點(diǎn)能達到100M以上的連接速度，家庭的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )將從集中式部署方式走向分布式，家庭部署多個(gè)Wi-Fi接入點(diǎn)(即AP)，滿(mǎn)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(wǎng)口聯(lián)接AP等三種分布式AP，能夠實(shí)現靈活擴展、即插即用，以及支持無(wú)縫切換體驗，配合作為核心的智能ONT可以覆蓋絕大部分場(chǎng)景。同時(shí)，智能ONT能夠把各種類(lèi)型的擴展AP聯(lián)接并管理起來(lái)，并協(xié)同各AP為Wi-Fi設備分配資源。

　　3.2 減少傳輸過(guò)程的丟包(家庭網(wǎng)絡(luò )丟包率<10-6)

　　Wi-Fi技術(shù)定義的MAC層CSMA/CA(載波監聽(tīng)多址接入/碰撞避免)機制規定Wi-Fi設備在偵聽(tīng)到其他信號時(shí)，設備都會(huì )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(gè)免授權頻段，由于是免授權頻段，因此射頻干擾幾乎能來(lái)自于所有能發(fā)出電磁信號的裝置——無(wú)繩電話(huà)、藍牙手機、微波爐乃至智能儀表。而更大的干擾源則來(lái)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(gè)互不干擾的信道，即使是在5GHz頻段上，在排除了動(dòng)態(tài)頻率選擇后，也僅有4個(gè)互不重疊的40MHz寬的信道。

　　因此，在有干擾的環(huán)境下，任何的無(wú)線(xiàn)干擾源都容易對Wi-Fi信號產(chǎn)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(xiàn)中斷。Wi-Fi的性能會(huì )發(fā)生急劇的下降。在家庭網(wǎng)絡(luò )中，為了減少在的干擾而導致的視頻業(yè)務(wù)丟包，首要的就是要減少干擾。建議做到如下幾點(diǎn)：

　　業(yè)務(wù)區分承載: 普通上網(wǎng)/下載業(yè)務(wù)通過(guò)2.4G Wi-Fi承載，視頻業(yè)務(wù)通過(guò)5G Wi-Fi承載。通過(guò)將視頻業(yè)務(wù)固定通過(guò)5G頻段來(lái)承載，有效減少2.4G頻段的干擾，減少丟包。

　　跨房間互聯(lián)采用G.hn PLC方案，通過(guò)有線(xiàn)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(xiàn)長(cháng)度保持在10m的距離內，以免影響互聯(lián)效果。

　　每個(gè)房間內僅布置1個(gè)AP(天線(xiàn)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(diǎn)不同。減少同頻帶Wi-Fi 信號之間的干擾。

　　為保證Wi-Fi的發(fā)送接收效果，建議AP與STB/電視距離保持在10m以?xún)?，STB/電視的Wi-Fi天線(xiàn)數目為2以上。

　　從帶寬的角度考慮，每房間內建議避免超過(guò)1臺電視及1部PAD同時(shí)接入5G Wi-Fi觀(guān)看4K視頻的情況。且同時(shí)看視頻的終端數小于3。

　　家庭內不能使用未經(jīng)EMI認證的家電，避免對Wi-Fi產(chǎn)生額外的干擾。

　　3.3 減少時(shí)延和抖動(dòng)(家庭網(wǎng)絡(luò )時(shí)延<5ms)

　　減少視頻傳輸的抖動(dòng)，主要是靠外部網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化。對家庭網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，除了前面提到的減少丟包的措施要實(shí)現外，在家庭網(wǎng)關(guān)上部署Qos，將視頻業(yè)務(wù)作為最高優(yōu)先級調度，也可以有效減少抖動(dòng)。

　　3.4 在接入設備上部署基于U-vMOS的視頻質(zhì)量監控端

　　在接入網(wǎng)解決方案中，視頻業(yè)務(wù)質(zhì)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(diǎn)，ONT上是在ONT以太出口上作為監控點(diǎn)，可以對用戶(hù)的U-vMOS質(zhì)量進(jìn)行監控。

　　當前接入網(wǎng)對視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量監控的管理系統為U2000/N2510，后續可以和IPTV產(chǎn)品的MQMC(媒體質(zhì)量監控中心)對接，從而MQMC可以對頭端、機頂盒以及接入網(wǎng)絡(luò )同時(shí)進(jìn)行監控。

　　4 總結

　　家庭網(wǎng)絡(luò )直接連接客戶(hù)，直接影響客戶(hù)體驗，而視頻業(yè)務(wù)又是當前的主流業(yè)務(wù)，所以保證用戶(hù)體驗很有必要，通過(guò)U-vMOS 得分為4分以上為目標，通過(guò)對家庭Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行優(yōu)化后，用戶(hù)Wi-Fi連接帶寬帶寬更高，網(wǎng)絡(luò )更穩定，丟包/抖動(dòng)情況更少，在影響U-vMOS得分的視頻質(zhì)量、操作體驗、播放體驗3個(gè)方面都會(huì )得到提升，是一種提升用戶(hù)滿(mǎn)意度的好方法。