移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 瑛

（福建師范大學(xué)福清分校電信系，福建福清 350300）

移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 瑛

（福建師范大學(xué)福清分校電信系，福建福清 350300）

設(shè)計(jì)了一套基于多層面、多協(xié)議、事件驅(qū)動、規(guī)則控制的移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量管理系統(tǒng)，并列舉了幾個可以應(yīng)用它的典型場景，說明該系統(tǒng)具有實(shí)時提升用戶體驗(yàn)、自動診斷網(wǎng)絡(luò)等功能.

移動互聯(lián)網(wǎng)；服務(wù)質(zhì)量；管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 服務(wù)體驗(yàn)（QoE）簡介

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)容量和服務(wù)種類快速膨脹.根據(jù)思科Visual Networking Index（VNI）研究報(bào)告，2010年全球移動數(shù)據(jù)流量比2009年增長159%，達(dá)到每月237 PB（Petabyte），預(yù)計(jì)2015年的全球移動數(shù)據(jù)流量將比2010年上升26倍［1］.

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)市場競爭的加劇，服務(wù)體驗(yàn)（Quality of Experience，QoE）在用戶選擇運(yùn)營商時占有越來越重要的地位［2］.QoE是一種度量用戶對服務(wù)主觀上感受和感覺的方法［3］.影響移動互聯(lián)網(wǎng)QoE的因素很多，通常分為3大塊［4］：

（1）技術(shù)方面.用戶終端的速度、接入能力、軟件、用戶界面；無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，切換效率、無線容量等；核心網(wǎng)絡(luò)的承載能力；應(yīng)用服務(wù)器的性能.

（2）非技術(shù)方面.服務(wù)內(nèi)容；用戶服務(wù).

（3）用戶預(yù)期.業(yè)務(wù)資費(fèi)；業(yè)務(wù)質(zhì)量承諾；競爭對手.

提高用戶的QoE是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，以TMF為代表的機(jī)構(gòu)和組織開展了一系列的研究，提出用戶體驗(yàn)管理（Customer Experience Management，CEM）、用戶體驗(yàn)指標(biāo)（Customer Experience Indictor，CEI）、服務(wù)質(zhì)量管理（Service Quality Management，SQM）等概念［5］.

當(dāng)前基于對設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，以關(guān)鍵性能指標(biāo)（Key Performance Indictor，KDI，一套基于多層面、多協(xié)議、事件驅(qū)動、規(guī)則控制的服務(wù)質(zhì)量管理系統(tǒng)）為度量中心的監(jiān)控系統(tǒng)很難滿足需求.筆者選取影響QoE的技術(shù)方面因素，設(shè)計(jì)了提供從終端到網(wǎng)絡(luò)、從網(wǎng)元到具體業(yè)務(wù)等各個層面的監(jiān)控應(yīng)用，為提升網(wǎng)絡(luò)QoE和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供依據(jù)及保障.

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 分層架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，從通信的各個環(huán)節(jié)（終端、接入網(wǎng)絡(luò)、核心IP網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用系統(tǒng)、采集相關(guān)數(shù)據(jù)），通過關(guān)聯(lián)、壓縮等方法獲取完整的用戶層面的5W1H信息和網(wǎng)絡(luò)層面的指標(biāo)信息，將這些事件和信息匹配模型、觸發(fā)規(guī)則，及時反饋控制網(wǎng)絡(luò)的行為，來提升用戶的QoE.其架構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

每層結(jié)構(gòu)完成如下的功能：

（1）物理層.從實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過對鏡像或者分光等手段，獲取物理信號.

（2）采集層.對各種協(xié)議指令消息進(jìn)行解碼；針對不同的協(xié)議生成不同的會話記錄；對采集信息進(jìn)行初步過濾，打時間戳，匯總.

（3）處理層.包括關(guān)聯(lián)服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、模型服務(wù)器、規(guī)則解析服務(wù)器.關(guān)聯(lián)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、關(guān)聯(lián)、壓縮和統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的保存；模型服務(wù)器存儲所有的模型，采用自適應(yīng)算法，不斷修正、適配各種模型，并通過規(guī)則干預(yù)網(wǎng)絡(luò)；規(guī)則解析服務(wù)器以用戶事件、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)為驅(qū)動，觸發(fā)各種規(guī)則，通過網(wǎng)管系統(tǒng)干預(yù)網(wǎng)絡(luò)，或生成告警.

（4）應(yīng)用層.包括應(yīng)用服務(wù)器和用戶端，完成結(jié)果呈現(xiàn)、人機(jī)交互和告警.

2.2 模塊結(jié)構(gòu)

采集器從實(shí)體網(wǎng)絡(luò)上采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入處理層，再到應(yīng)用層.下面結(jié)合數(shù)據(jù)流向描述系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2所示.

初始的采集數(shù)據(jù)進(jìn)入關(guān)聯(lián)服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)的壓縮、統(tǒng)計(jì)處理.

首先進(jìn)入數(shù)據(jù)過濾模塊，過濾掉重復(fù)、無效數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模塊，完成數(shù)據(jù)協(xié)議、用戶、會話ID的識別，將相同會話的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)放入用戶統(tǒng)計(jì)參數(shù)鏈，形成完整的用戶呼叫記錄，將網(wǎng)絡(luò)屬性有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)放入網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)模塊，形成網(wǎng)絡(luò)指標(biāo).

關(guān)聯(lián)服務(wù)器處理完的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存，然后觸發(fā)規(guī)則和匹配模型.

規(guī)則服務(wù)器完成系統(tǒng)中固定邏輯控制部分.主要的規(guī)則有：（1）用戶規(guī)則.針對特定用戶設(shè)置的規(guī)則，如VIP用戶，對滿足條件的用戶觸發(fā)特定的行為（保護(hù)、監(jiān)控、優(yōu)先服務(wù)等）.（2）業(yè)務(wù)規(guī)則.對特定業(yè)務(wù)設(shè)置規(guī)則，保障該業(yè)務(wù)的QoE.（3）指標(biāo)規(guī)則.對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)設(shè)置門限和條件，滿足條件即觸發(fā)告警或網(wǎng)絡(luò)調(diào)整行為.

模型服務(wù)器完成系統(tǒng)中自適應(yīng)控制部分.內(nèi)含自適應(yīng)算法，不斷學(xué)習(xí)完善模型，形成一套有效提升QoE的方法.通過生成規(guī)則，反饋網(wǎng)絡(luò).主要的模型有：（1）SLA模型.根據(jù)SLA協(xié)議建立的模型.（2）行為模型.根據(jù)用戶業(yè)務(wù)行為建立的模型.（3）網(wǎng)絡(luò)模型.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)屬性建立的模型.（4）體驗(yàn)?zāi)Ｐ?根據(jù)用戶體驗(yàn)的各個CEI指標(biāo)建立的模型.

圖2 模塊結(jié)構(gòu)

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 采集的數(shù)據(jù)

從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中采集出來的數(shù)據(jù)協(xié)議眾多、數(shù)量巨大，因此在采集器層面，就需要根據(jù)協(xié)議類型對數(shù)據(jù)進(jìn)行第1次過濾.采集器獲取的數(shù)據(jù)主要有以下幾類：

（1）Call Detail Record CDR數(shù)據(jù).CDR數(shù)據(jù)本來是給計(jì)費(fèi)系統(tǒng)生成賬單使用的，富含用戶在使用網(wǎng)絡(luò)過程中的信息，根據(jù)這些信息，可以分析出用戶在使用過程中網(wǎng)絡(luò)的行為和各種參數(shù).

（2）IP Detail Record IPDR數(shù)據(jù).它是IP網(wǎng)絡(luò)中的詳細(xì)記錄信息，作用同CDR.對于移動互聯(lián)網(wǎng)來說，目前3GPP，ITU－T，TMF等協(xié)議組織［4］，提供了大量的CDR和IPDR方面標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，為系統(tǒng)獲取這方面的信息提供了支持.

（3）IP包頭.采集IP包的整體使得數(shù)據(jù)量過大，而處理分析過程中IP包內(nèi)大部分業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)又不需要用到，因此只獲取IP的包頭.

（4）符合一定特性的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)片段.此數(shù)據(jù)特性由處理層服務(wù)器根據(jù)應(yīng)用層實(shí)時或者預(yù)設(shè)的條件控制，比如跟蹤某個用戶（群）、某種特定業(yè)務(wù)，需要采集符合此特性的具體業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)片段.

3.2 數(shù)據(jù)約束

網(wǎng)絡(luò)中涉及到各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此系統(tǒng)必須采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，才可能進(jìn)分析、關(guān)聯(lián)和統(tǒng)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式也給后續(xù)協(xié)議種類的擴(kuò)展提供了支持.采集層上來的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過采集器適配成用戶通信會話過程中5W1H（When，Who，Where，Why，What，How）信息：When，時間屬性，包括周期、時延、通信時長、抖動；Who，用戶屬性，包括IMSI，MSISDN，IMEI，IP；Where，未知屬性，包括國家、運(yùn)營商、省市、地區(qū)、BSC／RNC和LAC／CI；Why，原因，包括丟包、時延過大、掉線、錯連；What，業(yè)務(wù)屬性，包括業(yè)務(wù)種類、業(yè)務(wù)流量信息；How，網(wǎng)絡(luò)屬性，包括APN、協(xié)議版本、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、2G／3G標(biāo)示.每條信息都含有以下幾個部分：（1）用戶信息，用來識別此次通信過程中用戶的身份；（2）協(xié)議標(biāo)示，通信過程協(xié)議種類版本等信息；（3）會話ID，此次通信會話過程的唯一標(biāo)示；（4）時間戳，時間信息；（5）采集維度，5W1H中的某一個維度；（6）采集內(nèi)容，每種采集內(nèi)容都采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以便于消息的統(tǒng)一處理.

3.3 處理流程

采集器采集到的數(shù)據(jù)包傳入到處理層，經(jīng)過協(xié)議類型識別、用戶識別、呼叫過程關(guān)聯(lián)后，通過內(nèi)存聚合技術(shù)完成數(shù)據(jù)處理過程.

系統(tǒng)在內(nèi)存中為每次用戶呼叫建立統(tǒng)計(jì)參數(shù)鏈，統(tǒng)計(jì)參數(shù)鏈中一個節(jié)點(diǎn)為一個統(tǒng)計(jì)參數(shù)，每個節(jié)點(diǎn)下掛對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)算法和數(shù)據(jù)，檢測用戶行為，視情況觸發(fā)用戶規(guī)則，匹配模型，控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶行為作調(diào)整或發(fā)出告警，保存數(shù)據(jù)庫.

統(tǒng)計(jì)參數(shù)鏈具有靈活的可擴(kuò)展性，若想增加1個參數(shù)，只需要增加節(jié)點(diǎn)即可.常見的統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括業(yè)務(wù)類型、端到端的時延、抖動、附著（attach）成功與否、帶寬、建立鏈接時間開銷、是否掉線等.

通過統(tǒng)計(jì)參數(shù)鏈，先在內(nèi)存中完成1次數(shù)據(jù)包的聚合處理，將結(jié)果提交到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行處理.90%的處理工作均在內(nèi)存中完成，使得系統(tǒng)處理對于數(shù)據(jù)庫的壓力大大減輕，從而提高系統(tǒng)整體的處理性能.

數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示.

圖3 數(shù)據(jù)處理流程

4 應(yīng)用

移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量管理系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用場景.下面列舉幾個典型的場景：

（1）實(shí)時提升用戶體驗(yàn).用戶經(jīng)常通過手機(jī)收取E－mail，系統(tǒng)記錄用戶習(xí)慣行為，用戶體驗(yàn)?zāi)Ｐ歪槍τ脩袅?xí)慣行為建立提升體驗(yàn)規(guī)則，用戶再次使用手機(jī)收取郵件，體驗(yàn)規(guī)則觸發(fā)，為用戶臨時提供更高帶寬.

（2）用戶群識別，業(yè)務(wù)針對性營銷.在所有用戶中，收集某些用戶的行為特性，如一群用戶較多的使用互動游戲，則可以針對這群用戶，推出實(shí)時性較好的流量套餐，并生成對應(yīng)的規(guī)則和模型，下次用戶再玩互動游戲，則觸發(fā)既定規(guī)則，提升用戶的感受.

（3）單用戶跟蹤和查詢.實(shí)時跟蹤VIP用戶，保障VIP用戶的通信質(zhì)量；或根據(jù)用戶的投訴，查詢系統(tǒng)歷史記錄，獲取用戶當(dāng)時通信時的5W1 H情況，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供參考.

（4）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控.通過事先設(shè)定KQI和SQI等統(tǒng)計(jì)門限或規(guī)則，當(dāng)任何檢測到的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)達(dá)到異常條件時，就發(fā)送告警消息，然后由維護(hù)監(jiān)控人員查看實(shí)時的服務(wù)質(zhì)量情況，并根據(jù)實(shí)際情況做處理.

（5）網(wǎng)絡(luò)情況分析.某個問題片區(qū)或新開片區(qū)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況未知，除了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)靠后外，還可以通過該系統(tǒng)模擬不同用戶，從多種業(yè)務(wù)視角，來測試、分析、自動診斷網(wǎng)絡(luò)情況，提升用戶的QoE.

（6）自動診斷網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)QoE下降時，系統(tǒng)根據(jù)自適應(yīng)模型，自動診斷、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，提升網(wǎng)絡(luò)的QoE.

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)了一種基于移動互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量管理系統(tǒng)，通過采集實(shí)時通信數(shù)據(jù)，適配、統(tǒng)計(jì)后，觸發(fā)規(guī)則、匹配模型，及時反饋網(wǎng)絡(luò)或者告警，達(dá)到監(jiān)控、管理用戶Qo E和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的目的.目前以TMF論壇、阿朗、愛立信為代表的機(jī)構(gòu)和廠商，都有相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)的報(bào)道.隨著競爭的激烈，QoE對吸引用戶越來越重要，隨著網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)增多、容量增大，管理、提升用戶服務(wù)質(zhì)量的挑戰(zhàn)也會越來越大，也預(yù)示著該系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用場景.后續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)在于：網(wǎng)絡(luò)容量變大，數(shù)據(jù)采集的壓縮提取會越難；網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，多協(xié)議的適配和關(guān)聯(lián)會越難.

［1］ CISCO.Cisco Visual Networking Index：Global Mobile Data Traffic Forecast Update 2010—2015［EB／OL］.［2011－02－01］.http：／／newsroom.cisco.com／ekits／Cisco＿VNI＿Global＿M(jìn)obile＿Data＿Traffic＿Forecast＿2010＿2015.pdf.

［2］ DAVID SOLDANI.Bridging QoE and QoS for Mobile Broadband Networks［EB／OL］.［2010－09－05］.http：／／docbox.etsi.org／Workshop／2010／201009＿QOSWORKSHOP／02＿QOS＿QOESTANDARDIZATION／Soldani＿HUAWEI＿Bridging QoEand Qos.pdf.

［3］ MARIO SILLER，JOHN WOODS.Improving Quality of Experience for Multimedia Services by QoS Arbitration on a QoE Framework［M］.UK：University of Essex Wivenhoe Park Colchester CO4 3SQ，2003.

［4］ IAN BEST.CEM－Introduction and Fundamentals Guidebook［EB／OL］.［2012－04－23］.http：／／www.tmforum.org／Community／groups／customer＿product／downloads.aspx？id＝artf3084.

［5］ TM FORUM.CEM－Introduction and Fundamentals Guidebook［EB／OL］.［2010－11－02］.http：／／www.tmforum.org／KnowledgeDownload Detail／9285／home.html？artf＝artf3083.

Design of Service Quality Management System in Mobile Internet

ZHOU Ying
（Fuqing Branch of Fujian Normal University，F(xiàn)uqing 350300，F(xiàn)ujian China）

A multi－level，multi－protocol，event－driven，rule－controlling service quality management system was designed.It has the functions of real－time enhancement of QoE and automatic fault diagnosis in network.

mobile internet；service quality；management system；design

book=0,ebook=18

TP311

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2012.03.010

（責(zé)任編輯 向陽潔）

1007－2985（2012）03－0036－05

2012－03－21

福建省教育廳（A）科學(xué)研究資助項(xiàng)目（JA09245）

周 瑛（1977－），女，湖南新邵人，福建師范大學(xué)福清分校電信系講師，碩士，主要從事電子通信研究.