索尼IP測量探索（三）——關(guān)于IP測量思路，你不知道也沒(méi)關(guān)系的3個(gè)總結

　　冬奧正酣，幕后的技術(shù)盛宴也是精彩紛呈，看點(diǎn)多多，這里繼續奉上 "IP測量" 這道小菜。

　　前兩期簡(jiǎn)要介紹了IP和SDI系統測量的區別，以及測量工具，這一期接著(zhù)嘗試聊一聊IP系統測量的思路是什么，便于下一步的實(shí)戰操作。下一期會(huì )開(kāi)始具體試述具體指標的測量。

　　測量面對的對象比較繁復，內在聯(lián)系需要梳理。面對實(shí)戰，腦中和手上的挑戰不少，先要嘗試確定邏輯思路。關(guān)鍵是測什么，如何測試等：

　　IP系統指標有哪些？是否有明確的標準值？

　　測量順序是什么，如何進(jìn)行？

　　新的IP指標和現有SDI指標是什么關(guān)系？還需要看波形和矢量嗎？

　　先對測量對象進(jìn)行多維度分析。

　　一

　　//測量思路---四個(gè)維度

　　測量邏輯思路從四個(gè)不同維度，不同角度進(jìn)行推演。首先是根據信號要求，也就是根據信號標準規定的信號指標進(jìn)行測量;其次是依據IP網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)絡(luò )模型，按順序進(jìn)行測量;第三是根據系統使用的環(huán)境，結合SDI的指標，補足IP實(shí)際運行系統的完整性;最后是指標聚焦。IP測量指標眾多，本文聚焦日常工作中的常規指標和媒體IP流特點(diǎn)相關(guān)的指標。

　　圖22 測量思路的四個(gè)維度

　　1.  信號要求：基于信號標準/協(xié)議的信號指標

　　各類(lèi)標準/協(xié)議對系統中運行的信號進(jìn)行定義和要求，那么有哪些信號指標需要測量或注意，就可以參考標準/協(xié)議文件，對各個(gè)標準和指標進(jìn)行歸納和整理。試著(zhù)用以下2種角度總結如下：

　　基于標準/協(xié)議的測量指標：

　　基于ST2110的IP系統，現階段主要適用標準/建議眾多。

　　圖23 現階段主要適用標準/建議

　　每個(gè)標準能定義出相應的技術(shù)指標，2110，NMOS，2059，2022-7是關(guān)鍵標準。歸納相關(guān)和ST2110緊密指標如下：比如在2110-10(系統定時(shí)和定義)中，規范主要規定了ST 2110系統中視頻、音頻和輔助數據之間如何保持同步，在IP域內如何封裝打包以及如何描述。

　　所以該標準相應的檢測內容也都是和系統同步以及時(shí)間相關(guān)的，例如PTP主要參考2059-2標準，所以檢測內容也為PTP的相應指標：domain，priority，step removed，time delay和offset等。

　　表3 基于標準/協(xié)議的測量指標

　　其它建議，比如EBU 3371和相關(guān)的checklist, 我們會(huì )綜合參考，但并不作為必須的檢測項目。

　　基于特性的測量指標：從ST2110信號特性角度總結如下。

　　圖24 基于特性的測量指標

　　以上指標眾多，但對于網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，尚有一些常用指標未被選錄，比如通用網(wǎng)絡(luò )測試中常用例如聯(lián)通性，端口帶寬的占用率，丟包率和延時(shí)情況，這些指標和2110關(guān)系不大，可以直接在交換機上進(jìn)行檢查，也可以通過(guò)系統的SDN監控軟件檢查，還可以通過(guò)一些網(wǎng)絡(luò )測試軟件進(jìn)行測試，例如Iperf, IXIA-Ixnetwork 這些網(wǎng)絡(luò )測試軟件。

　　以上指標眾多，希望在實(shí)踐中找到日常工作的關(guān)鍵指標。

　　如果細究，還可以從大網(wǎng)絡(luò )會(huì )用到的QoS(Quality ofService)和QoE (quality of experience)的角度進(jìn)行指標分類(lèi)，那么信息量就更大了。QoE(quality of experience)可以理解為用戶(hù)體驗或者用戶(hù)感知，即終端用戶(hù)對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提供的業(yè)務(wù)性能的主觀(guān)感受。QoE從業(yè)務(wù)的可用性、隨地可接入性、隨時(shí)可接入性和完整性四個(gè)方面進(jìn)行考量，以一種量化的方式來(lái)反映最終用戶(hù)對業(yè)務(wù)性能的滿(mǎn)意程度。對于QoE而言，QoS是為了保證或增加QoE而應用在網(wǎng)絡(luò )上的技術(shù)體制，面向網(wǎng)絡(luò )、面向技術(shù)運營(yíng)者。由于認識階段不同，以后可以將IP指標更細致的分類(lèi)，QoS和QoE分類(lèi)暫且不表。

　　2.  測量順序：利用分層網(wǎng)絡(luò )模型提供測量順序

　　IP系統中，將傳統七層網(wǎng)絡(luò )模型，簡(jiǎn)化為五層模型，以便清晰對應IP系統應用。每層網(wǎng)絡(luò )對應有需要監測的參數。

　　圖25 網(wǎng)絡(luò )概念模型

　　圖26 五層模型

　　根據五層模型所示，IP測量包括：

　　1)物理層檢查。主要是物理連接檢查，比如光纖，光模塊檢查;

　　2)數據鏈路層檢查。主要是MAC地址相關(guān)參數，FEC設定等;

　　3)網(wǎng)絡(luò )層檢查IP地址，組播地址等;

　　4)傳輸層檢查SDP文件，PTP狀態(tài)等;

　　5)應用層檢查IP設定是否符合標準，NMOS控制參數等。

　　3.  IP/SDI組合：參考當前系統使用環(huán)境，完善IP/SDI 混合系統下的完整測量指標

　　1)目前還處在基帶系統與IP系統混合過(guò)渡的時(shí)期，IP系統實(shí)踐會(huì )涉及IP和SDI接口。SDI接口目前還是最通用的物理接口。SDI的指標是大家熟悉的指標，在確認系統質(zhì)量?jì)?yōu)劣時(shí)，SDI指標仍然是主要的通用語(yǔ)言，是主要依據。如果只談IP指標，那么就是喜新厭舊，將問(wèn)題簡(jiǎn)單化了。要完整體現系統狀況，需要IP和SDI指標都測試。

　　從實(shí)際看，目前系統中，往往最終信號的輸出還主要以基帶接口的形式出現，而末級信號往往同時(shí)經(jīng)過(guò)了IP路由和基帶路由，當末級信號出現問(wèn)題時(shí)，我們不僅要檢查基帶路由中信號是否正常，還要檢查確認信號是否在IP路由中就已經(jīng)出現了問(wèn)題，或者是在IP和SDI轉換的時(shí)候出現的，最終IP指標和SDI指標相互結合，定位問(wèn)題產(chǎn)生的節點(diǎn)和原因。例如在之前檢查車(chē)尾的信號時(shí)，發(fā)現其payload ID和實(shí)際信號不符，使用基帶示波器逐級檢查發(fā)現基帶信號中均有這個(gè)問(wèn)題，那么這個(gè)問(wèn)題很可能不是發(fā)生在基帶系統中，而是在IP系統中產(chǎn)生的，層層排查發(fā)現在最初的SDI轉IP的設備上由于設置不正確導致payload ID信息和實(shí)際信號格式不符。

　　2)另外，傳統的波形和矢量范圍顯示依舊為視頻工程師、技術(shù)總監服務(wù)。調光人員和技術(shù)總監等崗位依然需要查看畫(huà)面來(lái)進(jìn)行質(zhì)量把控，因為所有的問(wèn)題都會(huì )直接地反映在畫(huà)面上，畫(huà)面撕裂，卡頓，馬賽克等情況都是信號問(wèn)題最直接的判斷依據。對于彩色信號，我們還是需要依靠傳統的波形和矢量范圍顯示等工具與高標準監視器來(lái)進(jìn)行畫(huà)面情況，尤其是圖像細節和質(zhì)量的把控。

　　4. 指標聚焦：眾多指標中聚焦常規應用指標

　　網(wǎng)絡(luò )世界，千變萬(wàn)化，各種工具，琳瑯滿(mǎn)目，在目前這個(gè)階段既需要深入挖掘知識圖譜，又需要基于日常工作，梳理出基本的工作思路。

　　1)IP系統指標本身特性要求多個(gè)指標組合來(lái)測量IP系統。在IP系統中，即使將光纖插入到示波器中，設備收到了正確的數據包，也會(huì )出現各種圖像問(wèn)題，因為數據包間隔過(guò)大也會(huì )導致圖像顯示不正確，同時(shí)還要關(guān)注流量過(guò)載，網(wǎng)絡(luò )延時(shí)，前向糾錯等情況，甚至需要綜合IP信號的各項指標以及結合FCS和CRC錯誤來(lái)進(jìn)行判斷。

　　傳統的SDI示波器會(huì )測量眼圖，抖動(dòng)，payload等指標，因為這些指標是基帶信號本身的特性，即測量的是物理層。IP系統傳輸的本質(zhì)是RTP包的傳輸，RTP本身是沒(méi)有基帶信號這些特性的，RTP數據需要復合OSI的7層模型，每層的傳輸都會(huì )添加不同的數據包頭，我們通過(guò)解析數據包來(lái)間接測量IP信號的參數?；鶐到y中的指標如電平、波形、眼圖不再適用于IP系統，而數據包本身看不出來(lái)圖像質(zhì)量的情況，只有將數據包解析出來(lái)，才能對圖像進(jìn)行分析。我們往往通過(guò)多個(gè)指標，例如帶寬，payload type，SDP文件，Cmax和VRX full等信息來(lái)判斷具體的數據流情況。

　　圖27 SDI信號與IP信號組成的對比

　　2)本文所探討的IP系統測量?jì)热葜饕紤]日常工作中的常規內容，主要使用常規示波器和少數工具軟件作為測量工具。針對更廣闊的探究，還需不斷學(xué)習，本文也會(huì )結合自我實(shí)踐，結合一些其它測試工具進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，引發(fā)大家的關(guān)注，為更深入的IP系統測量和問(wèn)題解決提供一個(gè)基礎信息。

　　目前IP系統測量聚焦于和媒體IP流特點(diǎn)相關(guān)的指標，一些通用網(wǎng)絡(luò )指標，不在重點(diǎn)關(guān)注之列。在媒體流大數據帶寬的前提下，測量的一個(gè)隱性前提是網(wǎng)絡(luò )基本特性是良好的，否則大數據無(wú)法實(shí)現正常通信。非2110標準所載之指標，比如IT網(wǎng)絡(luò )常用的網(wǎng)絡(luò )性能測試指標，包括速率、帶寬、帶寬利用率、吞吐量、時(shí)延、丟包率等，主要是表現基本網(wǎng)絡(luò )性能。這些指標和其它已有標準的IP指標有關(guān)聯(lián)性，在檢測完相關(guān)2110標準的指標后，對于這些非2110標準的指標如何檢測，指標對系統的好處和重要性還需要再深入認識。

　　綜上所述，通過(guò)以上四個(gè)維度的分析，逐漸有了一個(gè)IP測量的基本思路，就是測量順序基于五層網(wǎng)絡(luò )模型，測試內容是基于信號標準的各種指標，測試內容還要包括SDI指標以及傳統的波形和矢量等參數。如果系統出現具體問(wèn)題，在已有思路的基礎上，不必拘泥于現有順序，完全可以針對具體情況，具體分析，具體實(shí)踐。

　　二

　　//  IP系統中傳統示波器的新形態(tài)是什么？

　　示波器作為主要IP系統測量工具，是測量思路在產(chǎn)品上的集中體現，在新的發(fā)展階段，已經(jīng)有了新形態(tài)，還在不斷演進(jìn)，主要是IP/SDI混合和網(wǎng)絡(luò )化應用，簡(jiǎn)述如下，尚需廠(chǎng)家明示。

　　首先目前還是處在SDI系統和IP系統的過(guò)渡時(shí)期，系統有IP/SDI混合架構，而且系統中還有不少SDI接口。其次SDI的指標是大家熟悉的指標，在確認系統質(zhì)量?jì)?yōu)劣時(shí)，SDI指標仍然是主要的通用語(yǔ)言，是主要依據，所以需要既兼顧SDI系統中眼圖，抖動(dòng)的測量，還要兼顧IP系統中新的IP指標的測量。這個(gè)時(shí)候往往需要一個(gè)融合IP和SDI測量于一體的產(chǎn)品(Hybrid WFM)，并且能夠實(shí)現IP和SDI同時(shí)混合測量的產(chǎn)品。例如Leader 的LV5600示波器不僅能夠滿(mǎn)足SDI系統向IP系統的轉移過(guò)程中的各種指標測量，而且即使未來(lái)系統全部IP化，也不會(huì )結束產(chǎn)品的使用壽命，從而達到降低了成本開(kāi)支，減少使用人員的學(xué)習成本的目的。

　　圖28 Leader示波器波形截圖

　　同時(shí)，示波器軟件化和網(wǎng)絡(luò )化也是一個(gè)發(fā)展方向。一方面用軟件實(shí)現IP參數的收集，操作和查看具有一定方便性;另外一方面支持在IP網(wǎng)絡(luò )中聯(lián)網(wǎng)拓展使用，支持多個(gè)終端同時(shí)檢測。例如Telestream的inspect或者Lawo的smartDash這些軟件，他們不僅將之前的示波器功能整合，還將IT領(lǐng)域的系統監控，日志收集等功能也加入進(jìn)來(lái)，將系統的檢測和排障能力提升到新的層面。

　　圖29 IP測量軟件產(chǎn)品截圖

　　三

　　//  幾點(diǎn)經(jīng)驗

　　在項目實(shí)踐的測試中，總結了幾點(diǎn)經(jīng)驗和大家分享，關(guān)鍵詞是思路變化、點(diǎn)面結合、多頭演進(jìn)、結合傳統：

　　1

　　首先IP測量的基本思路和SDI測量不一樣。 如上所述，整體思路還在逐漸梳理，至少可以說(shuō)IP測量是間接測量，多維度處理。模擬到SDI，經(jīng)歷了測量思路的變化，SDI到IP也相應的需要演進(jìn)。

　　2

　　在實(shí)踐中要考慮點(diǎn)面結合。 在實(shí)踐中，多維度處理思路的一個(gè)重要特點(diǎn)是點(diǎn)面結合，一方面通過(guò)示波器或工具軟件得到一個(gè)指標，另外一方面我們可以借助系統中SDN軟件和監測設備的日志，綜合各項指標，點(diǎn)面結合來(lái)輔助我們進(jìn)行信號質(zhì)量的檢查和系統問(wèn)題的排查。

　　例如接收設備顯示的圖像卡死，無(wú)法顯示正在切換的視頻流，這時(shí)不僅要使用示波器來(lái)檢查發(fā)端設備的發(fā)流狀態(tài)，并比較該流和其他流的相關(guān)信息，以確保流的正常。同時(shí)可使用wireshark軟件對網(wǎng)絡(luò )抓包，檢查數據流在交換機中廣播情況。

　　另外還可以通過(guò)系統監控軟件的反饋，例如系統軟件LSM，通過(guò)設備的報錯信息以及日志信息來(lái)判斷問(wèn)題發(fā)生的原因和時(shí)間節點(diǎn)，點(diǎn)面結合，綜合對故障進(jìn)行排查。在IP系統中，每種檢測設備或軟件可能只能覆蓋到系統中的某一部分，無(wú)法全面照顧到方方面面，我們需要結合多種手段和方式來(lái)排查問(wèn)題，綜合判斷問(wèn)題出現的原因。

　　3

　　標準和設備都在演進(jìn)之中。 目前階段IP標準還在演進(jìn)，專(zhuān)業(yè)設備需要相應升級。IP產(chǎn)品一個(gè)特性就是類(lèi)似IT產(chǎn)品，需要不斷升級解決Bug。即使是檢測其它設備的IP示波器，也是一個(gè)IP產(chǎn)品，既需要功能升級，也會(huì )出現Bug并進(jìn)行升級。當發(fā)現示波器有一些IP信號報警的時(shí)候，少數情況下，我們也需要對它持懷疑態(tài)度，需要采用其它手段相互印證。

　　4

　　系統的評判，需要結合傳統方法。 傳統方法包括SDI跳線(xiàn)，SDI指標，矢量波形等方式。在確保檢測網(wǎng)絡(luò )數據和狀態(tài)正常的情況下，還要關(guān)注到圖像本身，最終的系統評判和故障排除，需要結合傳統方法。

　　這是一些實(shí)踐的總結，也是管窺之見(jiàn)。這一條和剛才的兩條一樣：你不知道也沒(méi)關(guān)系。實(shí)踐會(huì )出真知。