業(yè)務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)訪問質(zhì)量用戶感知關(guān)鍵指標(biāo)探索

王 宇,李 巍,廖 謙

（興義供電局，貴州興義,562400）

0 背景

信息化時代，越來越多的企業(yè)將公司重要業(yè)務(wù)搬上了信息系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)訪問質(zhì)量直接影響到用戶辦公的效率和感受。但是IP 協(xié)議是一個面向連接的協(xié)議，IP 網(wǎng)絡(luò)是一個提供盡力而為服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，它將智能處理系統(tǒng)放在處于網(wǎng)絡(luò)邊緣的源節(jié)點和終點的主機中，而主干網(wǎng)盡可能簡單，因此不可靠、無連接、盡力而為是IP網(wǎng)絡(luò)的三大特點。

1 感知模型和關(guān)鍵感知指標(biāo)

1.1 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量用戶感知解決思路

用戶的體驗質(zhì)量(Quality of Experience，QoE)即是用于量化用戶體驗好壞的標(biāo)準(zhǔn)，它是指用戶對業(yè)務(wù)的主觀體驗，是從用戶的角度感覺到的網(wǎng)絡(luò)的整體性能。因而，QoE 是客戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商整體滿意度的衡量，QoE 本質(zhì)上更加關(guān)注用戶使用業(yè)務(wù)的感受，目的是實現(xiàn)以用戶為中心的管理。例如感知用戶瀏覽網(wǎng)頁的快慢、用戶上傳下載文件的快慢等等。

與QoE 類似的概念為QoS，QoS 是為了保證或增強QoE 而應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上的技術(shù)指標(biāo)，可看做QoE 網(wǎng)絡(luò)層面的一個指標(biāo)。QoE與具體業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)，相對于不同的業(yè)務(wù)，QoS 的標(biāo)準(zhǔn)不一定適用于QoE。

QoE 是最早應(yīng)用在無線研究領(lǐng)域的概念，現(xiàn)在已經(jīng)衍生到對全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的研究。影響QoE 的相關(guān)因素見圖4-1 所示。

圖4-1QoE 的相關(guān)影響因素

由于用戶的QoE 是整個感知系統(tǒng)的終極目標(biāo)，需要將針對用戶的主觀度量QoE 與針對網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和應(yīng)用的客觀度量連接起來，進而利用QoE 來衡量和指導(dǎo)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的實施、產(chǎn)品的涉及和研發(fā)及網(wǎng)絡(luò)的部署與優(yōu)化，圖4-2 描述出了解決辦法：

圖4-2 建立用戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量感知QoE 模型

首先獲取KPIs、通過大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)分析建模KQIs、最終將得到結(jié)果的呈現(xiàn)QoE。

需求解決后，要求可從城域網(wǎng)寬帶用戶、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等多個維度，進行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量感知采集、統(tǒng)計與結(jié)果呈現(xiàn)。以訪問網(wǎng)站為例，可找出訪問目標(biāo)服務(wù)中用戶感知最差的目標(biāo)IP 地址，目標(biāo)服務(wù)器的用戶感知是端到端的，時延包括了服務(wù)器時延，用戶到觀測點鏈路的時延，觀測點到服務(wù)器鏈路的時延，不同的時延值體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中不同段的性能情況。

根據(jù)分析結(jié)果，用戶感知差的目標(biāo)服務(wù)器IP 地址可以采取擴大省公司資源緩存等手段改善訪問體驗；體驗差的用戶結(jié)合用戶發(fā)生的異常事件可進行故障定位。

1.2 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量用戶感知關(guān)鍵KPI

網(wǎng)絡(luò)時延：監(jiān)聽每一條會話獲取網(wǎng)絡(luò)時延(用戶-觀測點)、網(wǎng)絡(luò)時延(觀測點-用戶)。用戶到觀測點（分析平臺所處位置）的時延：這個時延主要反映的是城域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)的質(zhì)量。時延大小反映用戶所在專線或小區(qū)的線路質(zhì)量。把這個指標(biāo)結(jié)合Traceroute、ICMP、撥測系統(tǒng)等工具排障，或按照這個指標(biāo)進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；觀測點（分析平臺所處位置）到服務(wù)器端的時延：這個時延反映的是廣域網(wǎng)鏈路質(zhì)量。以常見的HTTP 協(xié)議為例：

網(wǎng)絡(luò)總時延：時延1+2+3+4，其中2+3 為業(yè)務(wù)系統(tǒng)處理時延，1 ＋4 為用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)時延。

業(yè)務(wù)系統(tǒng)處理時延：通過觀測采集點獲得的采集點B 的時間減去采集點A 的時間獲得。

用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)時延：通過統(tǒng)計該區(qū)域下的TCP 包的傳輸平均時延獲得。

實時網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)速率：通過觀測點獲取到網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)速率，觀測維度可為基于業(yè)務(wù)系統(tǒng)總流量，也可以基于每用戶業(yè)務(wù)流量，對于流媒體、下載等應(yīng)用對此指標(biāo)最為敏感。

新建連接失敗次數(shù)：每當(dāng)用戶向業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)起訪問時，用戶端與服務(wù)器端都會新建立連接會話，當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)滿負荷運行或者服務(wù)器內(nèi)部出現(xiàn)故障或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時都會出現(xiàn)大量的新建連接失敗。如果某段時間內(nèi)出現(xiàn)大量的新建連接失敗的情況表明用戶正常訪問受到了影響，我們結(jié)合其他的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)可判定是網(wǎng)絡(luò)問題或者業(yè)務(wù)系統(tǒng)問題。

應(yīng)用響應(yīng)時延：當(dāng)前眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要的功能實現(xiàn)采用了HTTP 協(xié)議，HTTP 協(xié)議我們可以提取業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)答時間減去客戶端請求時間得到HTTP 應(yīng)用響應(yīng)時延。例如下圖我們訪問百度主頁，通過抓包可以看出客戶端與服務(wù)器之間的交互數(shù)據(jù)，同時獲得報文時間戳。相比網(wǎng)絡(luò)時延，應(yīng)用響應(yīng)時延更能直觀體現(xiàn)出用戶體驗的時延感受。

實際網(wǎng)絡(luò)運維中我們可以通過如下指標(biāo)獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)：TCP 數(shù)據(jù)包重傳、TCP 快速重傳、TCP 連接失敗、TCP 零窗口、ICMP 端口不可達、TTL 值過小、SMTP 響應(yīng)時延、POP3 響應(yīng)時延等。

1.3 流媒體類應(yīng)用感知指標(biāo)測試分析

流媒體應(yīng)用選取了PPTV 進行測試，PPTV 是一款視頻軟件，有四種觀看模式選擇，從次到好分別是流暢、高清、超清、藍光。藍光模式只有部分電影資源有。本測試主要通過模擬各種網(wǎng)絡(luò)情況獲得每種模式下流暢觀看視頻所需的最小速度，同時獲取時延值，用于判斷用戶體驗感受。

1.4 聊天類應(yīng)用感知指標(biāo)測試分析

聊天類應(yīng)用選取了阿里旺旺進行測試，根據(jù)模擬在不同網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量場景下的阿里旺旺的具體操作登陸、文字聊天等即時消息通訊的各種KPI 值進行統(tǒng)計獲取聊天類軟件敏感度高的指標(biāo)。

在網(wǎng)絡(luò)理想，登錄流暢的情況下，網(wǎng)絡(luò)時延很低，delay_ctd的值在100ms 內(nèi)，而在網(wǎng)絡(luò)糟糕，登錄慢或者失敗的情況下，時延則很高，delay_ctd 的值在1000ms 以上，delay_ctd 獲得的兩個值可以作為一個時延參考值。而兩個極端情況下delay_dts 的值差距不是很大，可以作為輔助參考。

1.5 游戲類應(yīng)用感知指標(biāo)測試分析

游戲類應(yīng)用選取了魔獸世界進行測試。魔獸世界是著名的游戲公司暴雪娛樂（Blizzard Entertainment）所制作的一款大型多人在線角色扮演游戲。本次測試主要為了比較在不同網(wǎng)絡(luò)狀況下，不同用戶感受體驗下，各網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量KPI 值的大小及敏感度。

在網(wǎng)絡(luò)理想，下載流暢的情況下，網(wǎng)絡(luò)時延很低，delay_ctd的值在100ms 內(nèi)，而在網(wǎng)絡(luò)糟糕，速度很卡的情況下，時延則很高，delay_ctd 的值在100ms 以上，delay_ctd 獲得的兩個值可以作為一個時延參考值。而兩個極端情況下delay_dts 的值差距不是很大，可以作為輔助參考。

1.6 指定應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量感知指標(biāo)測試分析

圖4-3 以訪問網(wǎng)站為例對QoE 模型的實現(xiàn)

通過上述的實地測試得出了網(wǎng)絡(luò)層面的用戶感知關(guān)鍵指標(biāo)及相關(guān)敏感度，對于指定應(yīng)用除了通過通用的感知指標(biāo)進行業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問質(zhì)量度量外，還可以自定義基于業(yè)務(wù)本身的感知指標(biāo)。我們以QQ 應(yīng)用為例：

QQ 協(xié)議基本結(jié)構(gòu)為：[頭部][QQ 版本號][指令][包序號][數(shù)據(jù)][尾部]。客戶端和服務(wù)器端往返的數(shù)據(jù)均符合這一結(jié)構(gòu)。

[頭部]為固定的一個字節(jié)，0x02；

[QQ 版本號]為2 個字節(jié)；

[指令]為2 個字節(jié)，如密碼驗證指令 2012beta2 之前都為0x00dd，從2012beta3 開始為0x0826；

[包序號]為2 個字節(jié)。

請求[數(shù)據(jù)]結(jié)構(gòu)為：[4 字節(jié) QQ 號][11B 固定信息][16B臨時密鑰][被16B 臨時密鑰TEA 加密過的密文]

應(yīng)答[數(shù)據(jù)]結(jié)構(gòu)為：[4 字節(jié) QQ 號][3B 0x000000][被相同命令字的客戶端的16B 臨時密鑰TEA 加密過的密文]

[尾部]為固定的一個字節(jié)，0x03；

登陸總共涉及6 個包；我們可以通過命令字0828 的應(yīng)答包與第1 個touch 包的時間間隔來計算登陸時間。

QQ 接發(fā)消息的速度同樣可以根據(jù)命令字來得到；通過服務(wù)器端00cd 命令字報文與客戶端00cd 報文的時差來計算速率；

1.7 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量感知關(guān)鍵指標(biāo)結(jié)論

通過前面的理論分析及實際測試驗證，我們可以得出業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問質(zhì)量用戶感知關(guān)鍵指標(biāo)有客戶端到觀察點的時延，觀察點到服務(wù)器端的時延，上下行速率，對于基于TCP 協(xié)議應(yīng)用的重傳率。

2 結(jié)語

結(jié)合本文完成的工作，后續(xù)可進一步研究基于QoE 的網(wǎng)絡(luò)計費策略等全新課題，獲得用戶QoE 的方法將直接影響計費的公平性和合理性，隨著業(yè)務(wù)的復(fù)雜性的增加，多業(yè)務(wù)聯(lián)合QoE 計費的模式要考慮的因素也會相應(yīng)的增加，加上QoE 帶有一定的主觀感，需要進一步探討基于QoE 計費的可能性及模式。

[1]《ETSI TS 102 250-1 V1.2.1》

[2] 《SERIES G: TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIA, DIGITAL SYSTEMS AND NETWORKSQuality of service and performance》

[3]《電信寬帶IP 業(yè)務(wù)QOE 研究》

[4]《基于業(yè)務(wù)類別的體驗質(zhì)量的研究》