赢在大视频时代：基于U-vMOS的视频承载网

文/陶刘飞

视频体验当下已成为用户最为关心的网络业务体验。Conviva用户视频体验调研报告数据显示，35%的用户把视频观看体验作为选择视频服务的首要条件，甚至超过了视频内容本身，84%的用户会在体验变差的一分钟内停止观看。

视频体验如此重要，但是过去业内却鲜有关注，这是由产业链结构所决定的。内容源和网络的质量都会影响视频体验，但二者的实际运作却基本各自为政，即使是运营商自营的视频业务体验也并不理想，从用户终端到视频服务器之间各环节都可能造成视频体验劣化，运营商很难做到快速的问题定界和故障处理。

U-vMOS视频体验标准

华为从视频体验和网络优化角度出发，结合大量的用户调研和人因工程试验，客观地量化用户对视频体验的主观感受，最终在ITU-D的vMOS（Video Mean Opinion Score）标准基础上进行优化，提出了U-vMOS视频体验标准。

U-vMOS站在用户角度，从“视频质量、观看体验和互动操作”3个方面（包括视频片源分辨率、片源数量、播放屏幕尺寸、操作体验和播放流畅度等指标）给出评分，采用5分制来表示体验的好坏（其中5分为优秀、4分良好、3分一般、2分较差、1分差）。最终U-vMOS得分的计算公式如下：

根据华为iLAB对4K视频观看体验的分析，当带宽、时延和丢包超过一个范围时，观看体验就会明显劣化。

U-vMOS标准和对应的网络指标（实验统计）表

基于U-vMOS的固定网络优化

U-vMOS对网络建设的引导，是通过实时采集网络指标和其对应的U-vMOS分数，然后通过大数据分析来洞悉影响体验的关键网络指标，最终给出网络优化和运维建议。

当前主流视频业务中分辨率最高的是“4K”，支持4K视频的网络也必然能够对4K分辨率以下的视频提供更好的观看体验；而按照U-vMOS标准，4分以上才算是好的体验，结合例表，最佳4K视频体验（达到4分标准）对应的关键网络指标为：带宽100M、时延30ms、丢包率0.002%，这意味着网络要达到4分的标准，必须按照100M以上的端到端带宽能力来规划网络。

从网络架构上来看，传统网络通过多级汇聚来降低用户增长后的网络设备端口扩容成本；但在视频业务为主的时代，网络流量模型发生变化，多级汇聚网络无法起到收敛的效果，反而每级网络都需要扩容，带来了巨大的扩容成本压力。因此，减少网络层级，降低流量收敛比（从10:1降到2:1），是当前网络规划的主要方向，也将是未来网络架构演进的主要方向。

运营商视频业务的发展大致分3个阶段，每个阶段的业务特征和体验保障对网络的关键挑战都不相同，所以需针对不同阶段的特点采取不同的策略/应对方案。

第一阶段：视频（4K）业务起步阶段。此阶段用户量较少，主要关注点在于单用户E2E业务吞吐量，以及线路质量是否足够支撑视频业务的开通。建议将入户铜线改成光纤，将接入速率提升到100M～1G（铜改光同时也改善了铜线的时延和丢包问题）。若光纤到户困难，也可考虑引入Vectoring/G.fast技术将铜线速率提升至100M～1G（伴随铜线距离缩短可同时改善丢包率和时延）。另外，还可通过其它技术来提升体验，比如在网络中部署TCP加速技术来提升TCP吞吐率，改善TCP方式的VoD体验。实测表明，TCP加速对于随机丢包（铜线质量不好引起的丢包）比较有效，可在<100ms时延和<10-3丢包率条件下，保证80%带宽的TCP吞吐量。对于BTV和UDP VoD的体验，不能通过网络自身解决，需IPTV平台部署FCC/RET来提升体验。

第二阶段：用户快速增长并初具规模。此阶段重点区域视频用户集中发展，造成局部网络负载超高，因此，除了用户接入网络优化外，还需关注用户并发带来的网络拥塞问题。在接入段，需降低OLT分光比来构建无阻塞PON网络，通过GPON/EPON支持所有用户并发1路4K视频，后续逐渐升级10G PON支持1户多路4K视频。在城域网，需按照视频并发峰值规划带宽，建议按照20%以上并发规划带宽（即收敛比小于5:1）。随着用户增多，考虑到中心CDN负载和骨干流量压力，需通过CDN逐步下移来降低城域/骨干网扩容压力。

第三阶段：已具有大规模活跃用户。此阶段整个城域网的视频用户量达到百万级，每个区域/不同时段的用户量、瞬间最大并发率差异极大。如果全网按统一的平均并发率进行容量规划，局部区域在某些时间很可能会出现拥塞导致U-vMOS劣化，而其它区域的CDN和网络容量却处于轻载状态；而如果全网都按最大的并发率进行容量规划，则网络平均利用率又会较低。所以，此阶段应重点关注突发流量应对和精细化运营。建议增设网络指标收集系统，定期收集网络负载/质量状况，为视频服务平台和网络协同提供大数据基础。在用户点播时，根据CDN和网络负载情况，CDN分配最优服务器，网络控制器分配最优网络路径。

基于U-vMOS的家庭网络优化

家庭内部网络是投诉的高发区，据某运营商视频运维部门反馈，60%以上的用户投诉问题最终确认是用户家庭网络问题。当前家庭网络的WiFi带宽多在50M以下，普遍存在室内信号强度不均且干扰多，弱信号或信号干扰下时延、抖动和丢包率高且带宽低等问题，可以说亟需升级优化，具体可以从“覆盖、带宽和网络质量”3个方面进行：

家庭网络覆盖：为了在家庭内任意位置都能达到100M以上的连接速度，家庭WiFi网络应从集中式部署走向分布式，部署多个WiFi接入点（即AP），以满足家庭多终端在任意位置的百兆连网需求。

家庭内部带宽：4K体验需要家庭网络按照100M以上的能力来部署网络，而当前普遍使用的家庭WiFi采用802.11n标准（带宽实际能力小于50M），无法满足业务需求。802.11ac标准的WiFi吞吐能力可达1000M以上，建议家庭部署支持802.11ac标准的WiFi设备，在支持4K视频业务的同时，也为未来支持更多家庭业务做好准备。

WiFi信号干扰：WiFi需考虑干扰问题，建议跨房间互联采用G.hn PLC方案，通过有线承载减少AP间的干扰；每个房间内仅布置1个AP，各AP设置不同频点，减少同频带WiFi 信号之间的干扰。

以U-vMOS体验为中心的视频运维

视频业务给运维带来了新的挑战：除了连接和流量外，还要关注端到端视频体验和快速故障处理等。而传统的运维工具缺少业务流的路径信息，无法实时感知体验变化，缺乏数据定位问题，无法很好地处理各类故障。基于U-vMOS的以视频体验为中心的运维将运维延伸到用户家庭终端，深入到业务细节，服务对象从运营商延伸到用户，可以很好地解决这些问题。

打造以U-vMOS体验为中心的运维，需要做到全网信息可感知和可管理、做到U-vMOS指标实时度量。通过大数据分析提前预知端到端体验状态，从而可以动态调整到最优网络。改变传统的“有问题再处理”的模式，做到“提前感知问题、消除问题”和发生问题快速处理。运维流程实时化具体可分为以下几个步骤：

实时U-vMOS视频体验检测：基于网络设备的质量感知或视频客户端的U-vMOS感知模块，来对视频业务流量进行实时分析，当视频指标劣化时，主动发出U-vMOS劣化告警。此步骤可为主动运维打下基础。

实时视频业务路径还原：在用户观看视频时，视频业务探针实时跟踪业务流信息，通过业务流信息和网络信息综合分析，实现单条业务路径的实时还原。

视频故障实时定位：通过业务路径实时还原分析各环节状态，实时定位问题。

问题处理闭环：针对实时定界定位发现的故障点实时解决非物理连接类问题；同时，通过运维系统对各个单点故障的分析预测全网U-vMOS指标的变化。

视频是未来各类互联网服务的载体和网络的流量之王，目前已逐步成为运营商的一项基础业务，而最佳的视频体验是运营商商业能否成功的关键。U-vMOS视频体验标准为视频产业树立了体验衡量规范和优化方向，产业链各环节可以联合起来围绕该体验标准优化视频体验；运营商也可以基于U-vMOS来打造以视频体验为中心的承载网络，为最终用户提供最佳的视频体验。华为iLab一直致力于U-vMOS标准的完善和应用，希望与业界共同促进视频产业的发展。

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