寬帶用戶感知關(guān)鍵因素及測試方法研究

姚玉鳳

（中國電信集團(tuán)公司 北京100032）

1 引言

在國家政策支持及各大運(yùn)營商的大力投入下，近年來中國寬帶網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)獲得高速發(fā)展，工業(yè)和信息化部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2013年7月，我國的寬帶家庭用戶數(shù)量已達(dá)到1.83億。2013年8月，國務(wù)院發(fā)布了“寬帶中國”戰(zhàn)略實(shí)施方案，寬帶首次成為國家戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施，這對各大運(yùn)營商的寬帶發(fā)展既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。寬帶業(yè)務(wù)競爭將變得更加激烈，寬帶業(yè)務(wù)運(yùn)營勢必將從傳統(tǒng)的以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營為中心向以寬帶客戶體驗(yàn)為中心轉(zhuǎn)變。從寬帶用戶業(yè)務(wù)使用的角度出發(fā)，深入分析影響用戶業(yè)務(wù)感知的各種關(guān)鍵因素，并研究寬帶用戶業(yè)務(wù)感知指標(biāo)及測試方法。

2 寬帶用戶業(yè)務(wù)感知關(guān)鍵因素

寬帶用戶使用的常見寬帶業(yè)務(wù)包括網(wǎng)頁瀏覽、文件下載、郵件收發(fā)、視頻觀看、VoIP等，這些寬帶業(yè)務(wù)由連接在IP網(wǎng)絡(luò)的眾多ICP提供。如圖1所示，用戶在使用寬帶業(yè)務(wù)過程中涉及的端到端資源包括用戶端軟硬件、寬帶接入線路（PON、DSL、LAN等）、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（DSLAM、交換機(jī)、OLT等設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)）、IP城域網(wǎng)（BRAS、SR、BR、CR等設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)）、IP骨干網(wǎng)、ICP網(wǎng)絡(luò)等，甚至包括互聯(lián)互通鏈路（使用跨運(yùn)營商業(yè)務(wù)情況）、國際網(wǎng)絡(luò)（使用海外業(yè)務(wù)情況）等。上述各設(shè)備和線路的質(zhì)量都將對寬帶用戶業(yè)務(wù)感知產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)某省電信公司的寬帶故障原因分析（如圖2所示）可知，寬帶業(yè)務(wù)故障69.3%集中在用戶端，局端線路及設(shè)備導(dǎo)致的故障占13%，其他原因?qū)е碌墓收险?7.7%。分別從寬帶接入線路、網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶端三大方面深入分析影響寬帶用戶業(yè)務(wù)感知的關(guān)鍵因素。

2.1 寬帶接入線路質(zhì)量

寬帶接入線路作為用戶接入IP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵點(diǎn)，其質(zhì)量的好壞以及帶寬的大小對用戶寬帶業(yè)務(wù)感知起重要作用。不同的寬帶業(yè)務(wù)需要合適的接入帶寬資源，如果用戶申請的帶寬與用戶所使用的應(yīng)用類型不匹配，將直接影響用戶的寬帶業(yè)務(wù)感知。目前我國寬帶用戶接入包括PON、DSL、LAN等方式，具體如圖3所示。

圖1 寬帶用戶上網(wǎng)示意

圖2 某省電信公司寬帶故障原因分布

不同接入方式采用不同的封裝，這將導(dǎo)致不同接入方式的數(shù)據(jù)傳送效率存在差異。受封裝開銷的影響，如果MTU為576～1 500 byte，根據(jù)帶寬利用率=（PDU-協(xié)議開銷）/PD×100%，ADSL帶寬利用率為83%～87%，LAN帶寬利用率為91%～96.8%。由于目前我國主流寬帶運(yùn)營商提供的寬帶接入在用戶接入端設(shè)備這一段的帶寬是屬于獨(dú)享的，用戶申請的帶寬資源由用戶單獨(dú)使用。為了彌補(bǔ)寬帶接入技術(shù)固有的字節(jié)封裝開銷，運(yùn)營商寬帶接入線路的實(shí)際配置帶寬應(yīng)適當(dāng)高于用戶的申請速率。對于一些小的寬帶運(yùn)營商，用戶接入端設(shè)備的帶寬屬于多用戶共享，如果共享帶寬配置太小，將嚴(yán)重影響寬帶業(yè)務(wù)的使用。因此，理想情況下，運(yùn)營商應(yīng)該根據(jù)用戶接入線路情況向用戶推薦合適的寬帶服務(wù)。

另一方面，寬帶接入線路質(zhì)量問題也對用戶寬帶業(yè)務(wù)感知造成極大的影響，主要表現(xiàn)為不能上網(wǎng)、接入速率不達(dá)標(biāo)、常掉線等。影響寬帶接入線路質(zhì)量的因素通常包括DSL線路過長、接頭過多、接頭質(zhì)量差、信號干擾、光纖布放不規(guī)范、接入設(shè)備端口故障和設(shè)備配置錯誤等。一般來說，DSL接入線路受環(huán)境影響大于PON接入線路。運(yùn)營商應(yīng)該結(jié)合“光進(jìn)銅退”工程，大力推進(jìn)光纖到戶，優(yōu)化DSL接入線路，從而不斷提升接入帶寬及質(zhì)量，同時，運(yùn)營商應(yīng)該通過寬帶測試系統(tǒng)、終端管理系統(tǒng)和網(wǎng)管系統(tǒng)等對寬帶接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和處理各種寬帶接入故障，確保寬帶用戶感知。

2.2 網(wǎng)絡(luò)側(cè)因素

寬帶用戶使用的網(wǎng)絡(luò)資源包括寬帶接入網(wǎng)、IP城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)和國際網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)如果出現(xiàn)問題（如鏈路/設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)擁塞等）也將對寬帶用戶使用業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。根據(jù)影響的程度，可以分為業(yè)務(wù)不可用和業(yè)務(wù)質(zhì)量劣化兩種情況，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性、可用帶寬、時延、分組丟失和抖動等指標(biāo)中。

由于IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送時帶寬具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用的特性，運(yùn)營商在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，將結(jié)合業(yè)務(wù)特性及用戶網(wǎng)絡(luò)使用規(guī)律按照一定的帶寬收斂比對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行投資，即網(wǎng)絡(luò)的總帶寬與提供給用戶的接入帶寬總和并不是相等的，位置越高的網(wǎng)絡(luò)收斂比越大。當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模落后于用戶規(guī)模的增長時，部分網(wǎng)絡(luò)在忙時將出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象，寬帶業(yè)務(wù)質(zhì)量將嚴(yán)重劣化。運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量占比變化，提前做好網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容優(yōu)化工作，同時也應(yīng)該根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況及用戶使用網(wǎng)絡(luò)習(xí)慣的變化及時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模型，并通過部署QoS等技術(shù)保障關(guān)鍵寬帶業(yè)務(wù)的質(zhì)量。利用網(wǎng)管等支撐系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)并排除網(wǎng)絡(luò)存在的故障及安全隱患，同時確保AAA、DNS等相關(guān)運(yùn)營系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也是保證IP網(wǎng)絡(luò)健康運(yùn)行的重要手段。

圖3 ADSL、LAN接入封裝格式比較

另外值得注意的是，業(yè)務(wù)網(wǎng)站（服務(wù)器）也將影響用戶感知，如業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)機(jī)制、服務(wù)器負(fù)荷、服務(wù)器性能、發(fā)送數(shù)據(jù)分組大小、數(shù)據(jù)分組發(fā)送速率、接入帶寬等。

2.3 用戶端因素

由圖2可知，用戶端因素是影響寬帶業(yè)務(wù)感知的主要因素。在實(shí)際上網(wǎng)過程中，用戶終端的配置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的設(shè)置、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的設(shè)置等多種因素都將影響用戶的業(yè)務(wù)感知。

2.3.1 用戶終端因素

用戶終端配置以及用戶上網(wǎng)習(xí)慣等因素都會不同程度地影響寬帶業(yè)務(wù)感知，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

·個人電腦性能：CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、磁盤剩余空間等，都可能影響上網(wǎng)體驗(yàn)。

·個人電腦配置：安裝過多的軟件、防火墻策略配置不當(dāng)、MTU值設(shè)置不合理，都可能影響網(wǎng)速。

·網(wǎng)絡(luò)并發(fā)連接數(shù)過多：同時使用多項(xiàng)應(yīng)用、同時下載多個文件、同時訪問多個網(wǎng)站或同時打開多個頁面，都可能影響網(wǎng)速感知。

2.3.2 用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境因素

寬帶用戶家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也是影響寬帶業(yè)務(wù)感知的常見因素，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

·用戶端網(wǎng)絡(luò)故障：調(diào)制解調(diào)器長期在高溫高濕環(huán)境中運(yùn)行導(dǎo)致性能不穩(wěn)定，網(wǎng)線質(zhì)量差或連接不良也可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不穩(wěn)定。

·網(wǎng)絡(luò)共享：使用無線路由器建立Wi-Fi熱點(diǎn)后，無論主動或被動共享寬帶，都會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)速度下降。

·接入方式和接入帶寬：如果用戶選用的接入方式和接入帶寬與應(yīng)用不匹配，也會影響上網(wǎng)感知，例如使用低帶寬看高清視頻。

2.3.3 操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件因素

通常，Web頁面訪問和文件下載是寬帶用戶上網(wǎng)的主要應(yīng)用，以上兩種應(yīng)用都是基于TCP傳輸協(xié)議。眾所周知，為了防止出現(xiàn)擁塞，TCP采用滑動窗口進(jìn)行流量控制，接收方通過向發(fā)送方通告自己的窗口大小，從而控制發(fā)送方的發(fā)送速度。根據(jù)RFC6349，TCP吞吐量可以按式（1）計(jì)算：

從式（1）可知，TCP吞吐量與用戶接收窗口成正比，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件在TCP會話過程中使用的窗口大小將直接影響用戶瀏覽網(wǎng)頁和下載文件的速度。某些操作系統(tǒng)的TCP窗口最大值為65 535，在網(wǎng)絡(luò)時延較長的情況下，將對TCP吞吐量產(chǎn)生較大影響，另外，如果應(yīng)用程序?qū)CP接收緩存區(qū)數(shù)據(jù)處理不及時，不能及時更新可用緩沖區(qū)的大小，導(dǎo)致通告給發(fā)送端的窗口值降低，也將影響TCP吞吐量，從而影響用戶上網(wǎng)感知。

綜上所述，由于用戶端因素在影響寬帶業(yè)務(wù)感知的主要因素中占比很高，因此寬帶運(yùn)營商應(yīng)該通過大力推廣寬帶助手、電腦管家等系統(tǒng)，提高用戶自助處理用戶端寬帶故障的能力，從而縮短寬帶故障修復(fù)時間。

3 業(yè)務(wù)質(zhì)量測試方法

由于相同的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)對不同業(yè)務(wù)的質(zhì)量影響相差較大，如語音通話等時延敏感的業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)時延要求嚴(yán)格，大數(shù)據(jù)傳送對帶寬、分組丟失率等要求較高，各運(yùn)營商普遍引入業(yè)務(wù)感知指標(biāo)來衡量用戶業(yè)務(wù)實(shí)際感知水平。

目前傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)感知指標(biāo)主要有網(wǎng)絡(luò)下載速率、頁面響應(yīng)時延、VoIP語音MOS值、郵件下載時延和視頻MDI指標(biāo)等。然而隨著Web 3.0的廣泛應(yīng)用，用戶對數(shù)據(jù)上傳的要求越來越高，同時頁面元素的復(fù)雜化對用戶頁面瀏覽感知的影響也越來越大。上述傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)感知指標(biāo)無法全面衡量基于Web 3.0的用戶業(yè)務(wù)感知。為此，對網(wǎng)絡(luò)上傳速率及網(wǎng)頁元素下載時延指標(biāo)進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的測試方法。

3.1 網(wǎng)絡(luò)上傳速率測試

網(wǎng)絡(luò)上傳速率受多種因素影響，主要有用戶端、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、網(wǎng)站質(zhì)量和接入線路等因素。如第2節(jié)分析，接入線路因素包括接入方式、配置帶寬和線路質(zhì)量等，并且受封裝開銷影響，ADSL帶寬利用率為83%～87%，LAN帶寬利用率為91%～96.8%。網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量因素主要有網(wǎng)絡(luò)分組丟失率、時延和抖動等。另外客戶端、服務(wù)器的性能及TCP參數(shù)設(shè)置也會影響上傳速率，如發(fā)送數(shù)據(jù)分組大小、分組發(fā)送速率、接入帶寬、單線程或多線程等。

網(wǎng)絡(luò)上傳速率可以采用客戶端軟件或網(wǎng)頁的形式進(jìn)行測試，基于HTTP通過多線程方式向測試服務(wù)器傳送文件，從而計(jì)算出在測試周期內(nèi)的下載速率均值。為了使測試結(jié)果更好地反映用戶實(shí)際上傳速率，建議采用3～4個線程，測試報(bào)文大小設(shè)置為512～1 024 byte。同時建議按照圖4部署測速服務(wù)器，寬帶測速平臺部署在城域網(wǎng)出口路由器或省中心核心路由器，以便更準(zhǔn)確地反映用戶從運(yùn)營商獲得的實(shí)際寬帶速率。

圖4 寬帶下載測速模型

3.2 網(wǎng)頁元素下載測試

目前很多網(wǎng)站頁面元素繁多，網(wǎng)頁元素包括：圖片（JPG、PNG、ICO、BMP、GIF等格式的圖片內(nèi)容）、flash動畫（SWF等格式文件）、網(wǎng)頁文件（CSS、JavaScript等格式文件）、嵌入網(wǎng)址內(nèi)容（嵌入的其他網(wǎng)頁地址內(nèi)容）等，同一網(wǎng)頁中不同的網(wǎng)頁元素可能存放在不同的服務(wù)器甚至不同的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)用戶瀏覽器獲取網(wǎng)頁中某些元素的速率相當(dāng)慢的時候，將嚴(yán)重降低用戶頁面瀏覽的體驗(yàn)。為了更準(zhǔn)確地反映影響用戶頁面瀏覽感知的原因，可采用基于頁面元素的下載測試。

通過模擬用戶在瀏覽器地址欄輸入某網(wǎng)站URL瀏覽網(wǎng)頁的過程，分析整個頁面下載過程并獲取該網(wǎng)頁各相關(guān)元素的首個分組下載時延。具體為：根據(jù)頁面框架內(nèi)容，分別下載網(wǎng)頁各元素，并記錄網(wǎng)頁各元素的域名（IP）地址、文件大小和下載時長，如網(wǎng)頁中嵌入其他網(wǎng)頁，應(yīng)按照單獨(dú)網(wǎng)頁進(jìn)行拆分下載計(jì)算。依據(jù)下載時長，按照從大到小順序排列耗時較長的元素內(nèi)容，并按照類型統(tǒng)計(jì)網(wǎng)頁內(nèi)容的大小和下載時長。對某頁面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)元素下載分析測試的界面如圖5所示，從測試結(jié)果可知，該頁面所有元素的加載時間一共花費(fèi)近24 s，主要元素的下載時延都比較小，影響整個頁面下載時延的主要因素為頁面中的某些元素，如其中一個圖片的下載時間占總下載時延的44%，嚴(yán)重影響整個頁面的下載時延。通過頁面元素下載分析測試，可以發(fā)現(xiàn)影響用戶瀏覽網(wǎng)站感知的主要因素是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、DNS響應(yīng)和網(wǎng)站本身原因，從而更好地進(jìn)行優(yōu)化解決。

圖5 頁面元素下載測試示意

4 結(jié)束語

在寬帶服務(wù)快速普及的背景下，不斷提升寬帶用戶業(yè)務(wù)感知水平變得日益重要。一方面，運(yùn)營商應(yīng)大力推進(jìn)“寬帶中國”戰(zhàn)略的實(shí)施，不斷提高我國寬帶接入速率，同時配合相關(guān)媒體做好寬帶業(yè)務(wù)宣傳工作，培養(yǎng)用戶正確的寬帶業(yè)務(wù)使用習(xí)慣；另一方面，電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)建立切實(shí)可行的監(jiān)管機(jī)制，規(guī)范各運(yùn)營商的寬帶服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，確保寬帶用戶的權(quán)益，同時規(guī)范運(yùn)營商寬帶業(yè)務(wù)的宣傳，避免誤導(dǎo)消費(fèi)者。

1 賀曉東,曹維華,朱華虹等.移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)感知測試關(guān)鍵技術(shù)研究及部署.全國無線及移動通信學(xué)術(shù)大會論文集（下）,呼和浩特,中國,2012

2 楊然.海外電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)主導(dǎo)的對寬帶速率的監(jiān)測.現(xiàn)代電信科技,2012(11)

3 王力,李原,湯子健.中國寬帶測速發(fā)展現(xiàn)狀和分析.現(xiàn)代電信科技,2012(11)