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中兴通讯大视频承载网解决方案
2016年6月28日 11:33  CCTIME飞象网  

——以用户极致视频体验为目标,构建智能开放的承载网络平台和面向未来的承载网络架构。

大视频,大未来相比文字、图像、语音业务,视频媒体可以立体和细致生动的反映一个事件、一个故事的过程与每一个动态细节,清晰的记录事件全过程,从而给观赏者带来其他信息载体所难以达到的影响力。在过去,由于技术手段的限制,更高清视频的传播受到很大的局限,但随着视频拍摄制作技术以及电信网络技术的飞速发展,视频媒体的传播成本不断降低,更高清视频的在线传播成为可能。同时人们不断追求更高清视频业务体验,以4K,8K,VR等业务为代表的极致清晰、极致鲜艳、极致流畅的超高清视频成为人们新的需求。以上众多因素催生了一个视频业务急剧发展的大视频时代的到来!

纵观视频业务发展的过程以及分析未来的趋势,视频业务的发展将会经历四个时期,分为视频业务培育期,视频业务成熟期,视频业务爆发期,以及超视频时代,每个时代都将会拥有其典型的特征,如图1-1所示:

视频业务发展四个阶段

以有线4K视频,移动2K视频的普及为标志,2016年将会是“大视频元年” !大视频时代的来临对于运营商来说不仅是千载难逢的转型机遇同时也带来了极大的挑战。

大视频对运营商的挑战

据Conviva用户视频报告的数据显示,35%的用户把视频观看体验作为选择视频服务的首要条件。 当遇到卡顿时, 56%的用户会觉得难以忍受,从而选择放弃,在直播节目中,没有缓冲的用户观看时长会比缓冲高出240%。由此可以看出,大视频时代,用户视频体验将直接影响到用户对运营商的满足度,其中对于承载网来说,挑战主要包括以下几点:

带宽挑战:

当运营商引入和开展4K,8K,VR等大视频业务,将对网络带来数10倍的带宽增长需求。举例来说,4K视频业务相比与高清视频业务,带来了三大方面的提升: 首先是画面清晰度的提升,4K的分辨率为3840*2160 是高清(1920*1080)的4倍; 其次是画面流畅度的提升,4K的画面从高清时代的每秒25/30帧,提升到每秒50/60帧,极致体验可以达到100/120帧,最后是色彩鲜艳度的提升,每个像素的编码色阶从8bit提升到10bit/12bit。通过不同帧率,不同色阶的组合,4K可以分为三种形态:普通4K,标准4K和4K+。经过H.265编码后,4K视频的码率是高清视频的4~10倍,对带宽的需求为22.5M~75M。 而8K,VR则对带宽提出了更高的要求, 8K视频的带宽需求为4K的4倍,约为90M~300M, VR则为4~16倍,约为300M~1.2G,最高将会超过1G。如此大的带宽必然使承载网的容量也会以几倍的速度提升,相关业务的带宽需求如下表所示:

表  4K/8K/VR视频码率及带宽需求对比

备注1: VR和VR+均考虑极致VR体验的要求下对应的码率,其中VR和VR+的区别在于VR对应平面4K,VR+对应平面8K, VR的码率一般考虑为同等平面视频的4倍。

备注2: 下面的章节中,我们将按照标准4K,标准8K以及VR进行网络规划建设的说明。

时延和丢包挑战

为保障4K视频业务的流畅,4K TCP点播业务要求用户到CDN边缘节点的网络时延不能高于20ms。4K直播业务对丢包率要求较高,网络侧很难满足要求。8K和VR业务对时延和丢包的需求比4K更高。以下为4K点播与直播在带宽45M时对时延与丢包的需求对比表。

表  4K点播以及直播时延以及丢包需求

其他挑战:

除了带宽需求高、网络时延低、丢包率低等挑战外,还包括QoS,QoE端到端智能监测和保障能力的提升等。运营商的网络需要从传统的以HSI上网业务为主,高收敛比原则设计的网络架构向以视频业务为主,按低收敛比,扁平化原则设计的目标网络架构演进。

下文将主要介绍ZTE大视频有线承载解决方案,如何从带宽、网络时延、网络架构的演进以及如何提高用户体验等方面完美应对大视频时代的挑战。

ZTE大视频有线承载解决方案

如上文所述,传统网络架构将难以满足大视频极致体验的需求,承载网络必须进行变革。未来的满足大视频体验的承载网目标架构需要满足以下三个特征:高通量、资源池化以及智能运维。

同时,大视频的发展又是一个循序渐进的过程,既要考虑运营商网络的基本状况以及后期规划,又要考虑视频用户规模的发展以及整个大视频产业链相关的因素,比如最新技术标准,终端支持情况等等。按照大视频的发展方向来看,承载网的演进可按下面三个阶段进行推进和建设:

4K发展各阶段有线网络演进图

第一阶段:4k视频业务初期,时间:2016年—2017年。

该阶段是4K视频的体验和起步阶段,应以“快速发展用户,开拓市场机会,保障用户基本体验”为目的。现网架构应以优化和微调为基本思路,快速完成家庭网络,接入网以及城域骨干网的高带宽覆盖,实现CDN二级全覆盖和部分热点光网直连二级CDN或热点下沉到三级CDN,推进组播复制点下移,降低城域网带宽消耗。

在承载网络解决方案上,需要进行以下演进与建设:

接入汇聚网:因4K视频需求,入户带宽增加,对于承载网需要按需扩展OLT上联带宽,保证网络轻载运行

OLT上联带宽从N*GE到N*10GE,甚至到N*100GE,按需扩展。当汇聚层已部署OTN时,通过OTN可灵活按需扩展上联带宽;这时一般建议上联流量大于7Gbps时升级到10GE,或者上联流量大于70Gbps升级到100GE。当汇聚层没有部署OTN时,上联光纤资源一般受到限制。这时一般建议上联流量大于3Gbps时升级到10GE,或者上联流量大于30Gbps时升级到100GE。实时或定期监控每个上联端口的峰值流量,当峰值流量达到端口带宽70%时,建议扩充新的上联端口,以保证网络轻载运行。城域&骨干网络:优化业务+加强运维

在4K视频发展初期,用户户均流量5M左右,采用传统组网模式,以每OLT接入2.5K用户,每BNG接入10台OLT,每CR接入40台BNG为例,4K初期阶段城域&骨干网设备带宽要求如下:

BNG至少支持100G,推荐200G平台,未来可平滑升级到400G平台。 CR支持400G平台,未来可平滑升级到2T平台,支持集群功能。第二阶段:4K视频业务成熟期,8K和VR引入期,时间:2018年—2020年。

该阶段是4K视频的快速发展阶段,同时8K和VR业务逐步,应以“稳步提升业务体验,进一步提高用户渗透率”为目的,通过优质的4K体验效果,增强用户黏性。可引入SDN/NFV技术,实现边缘DC的重构,集中化和池化现有BNG资源,以充分共享BNG资源,并利用交换机接入分散的OLT。如此,能提升BNG/CR利用率,减少业务边缘机房个数,快速部署,提供更灵活的业务接入和业务管理。同时为了业务的快速响应,以及节省城域带宽,可缩短业务提供路径,在边缘DC部署三级CDN,部分热点地区,CDN可按需部署至OLT局所,通过独立CDN设备或者OLT集成mini CDN方式,完成片区热点片头存储,实现最短路径访问。

在承载网络解决方案上,需要进行以下演进与建设:

接入网:部署汇聚层OTN网络,满足接入网上联流量的持续增长

在汇聚层部署OTN网络,可以有效解决接入网上联带宽的问题,同时,保证网络架构的稳定。 OTN下沉到接入机房,OLT可以通过OTN直连BNG,减少网络层次,改善时延和丢包。城域&骨干网络:边缘CO重构

随着4K视频全面普及,8K、VR视频引入,业务流量大幅增长,用户户均流量为20M,采用传统组网模式,以每OLT接入2.5K用户,每BNG接入10台OLT,每CR接入40台BNG为例,对各网络设备要求如下:

汇聚Switch支持高密度100GE。 BNG支持400GE,并能平滑升级到1T平台,并能实现转发面和控制面分离和控制面池化。 CR支持400GE,并能平滑升级到1T-2T平台。第三阶段:8K &VR成熟期,时间:2021年-2025年。

该阶段,大视频业务进入8K&VR成熟期,此阶段应以最极致的体验,最高效的网络为目标。一方面,随着用户规模和视频流量的持续扩大,可持续优化网络架构,改造OLT局所为ADC (Access DC), 升级OLT支持IPoE,成为大视频业务的网关,透传非大视频业务至边缘DC,下沉OTN至ADC,通过OTN连接至CR和边缘DC,减少网络层次,实现更扁平化的网络架构,降低网络建设成本;另外一方面,可进一步推进网络关键部件虚拟化,实现vBNG,vOLT,vCDN等功能,同步推进ADC与边缘DC分布式云架构,实现就近控制和管理。

在承载网络解决方案上,需要进行以下演进与建设:

接入网:部署100G PON和接入机房DC化

部署25G PON和100G PON。随着CO机房的DC化,接入机房可以作为CO的远端机房也跟着DC化,引入SDN和NFV技术,使得可以更加经济更加灵活地部署各种大视频业务。城域&骨干网络:分布式CO

此阶段,视频业务进入高度渗透期,高清业务退出历史舞台,4K视频成为基础业务,8K业务,VR业务成为市场主导,用户户均流量约为100M,如果采用传统组网模式,以每OLT接入2.5K用户,每BNG接入10台OLT,每CR接入40台BNG为例

在该时期业务对各设备要求如下:

汇聚Switch支持高密度100GE端口, OLT支持IPoE,支持2*100G OTN上行接口。 CR可升级到2T,并平滑升级到4T平台,支持路由器集群。 大视频用户体验保障之承载网络智能运维集成系统

传统大视频对用户体验感知和运维的都存在很多问题,比如:被动运维,发现问题靠投诉,客户满意度难以保障;体验评估角度不全面,难以反映客户业务体验整体水平;视频业务链长,排查故障需要跨多专业,运维效率低等。

为了确保网络能够提供优质的视频用户体验,运营商需要一套能够量化评估视频用户体验的指标体系。这套指标体系需要实现三个目标功能:既要能对视频用户体验进行客观的测量,还需要能指示影响视频用户体验的原因,并为网络规划提供参考。为了实现上述三个目标功能,中兴通讯提出大视频用户体验评估体系V-QoE,即视频的体验质量指标体系。V-QoE覆盖视频业务的端到端过程,从内容源质量、网络传输质量、业务平台、终端四个方面全面评估

V-QoE架构

V-QoE评估的是视频业务的端到端体验质量,当需要评估某一段的体验质量时,只需要分析所对应的KQI指标。例如,若只关心传输网络的体验质量,只需要评估传输质量Q.Transmission即可。

针对有线网络,智能运维集成的承载网络运维系统可以从拓扑,告警和性能视图上轻松的导航到关联的业务管理界面中进行故障定位,在物理拓扑视图中提供网元、单板、端口、隧道、伪线、客户层业务等各层次的业务导航;在告警视图和性能视图中,提供告警,性能关联业务的查询,完成对有线网络的故障定位。

单独针对IP RAN网络运维场景,可对指定的动态业务提供快速的业务诊断功能。主要针对IP RAN应用中主要涉及的几类动态业务:动态隧道以及HSB FRR保护、L2VPN(包括CES以及以太类型业务)以及双归保护、L3VPN业务等实现诊断管理功能,以手工设置基站、RNC信息的方式增加端到端的路径诊断功能。快速高效的实现动态业务的承载“好坏”的检查,便于预先规避一些故障。

结束语

中兴通讯承载大视频解决方案通过实现承载网络的高带宽、低时延、低丢包率、扁平化以及网络智能运维等多个方面,从而有效的保障了大视频时代最终用户的体验,并能向SDN/NFV演进,充分实现全网资源灵活调度能力,助力运营商构建可以有效满足大视频时代要求的承载网络。

编 辑:章芳
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