5G網(wǎng)絡(luò)的端到端客戶感知評(píng)估方法

黃昭文

【摘 要】在5G網(wǎng)絡(luò)中，通信業(yè)務(wù)類(lèi)型、網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量需求都將大幅增加，研究如何有效保障5G網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和接入能力已成為重要課題。通過(guò)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)客戶感知的評(píng)估方法進(jìn)行深入研究，指出現(xiàn)有客戶感知分析方法需要改進(jìn)的方面，提出把業(yè)務(wù)需求、客戶真實(shí)體驗(yàn)與5G網(wǎng)絡(luò)流量分析相結(jié)合的思路，建立了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)連接的客戶感知量化評(píng)估方法，并驗(yàn)證了該方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】5G 客戶感知 CBMOQ 端到端

An Evaluation Method of End-to-End Customer QoE in 5G Network

[Abstract] In the 5G network， the communication service type， the network connection number， the network quality demand will increase greatly. The research on the effective guarantee of the 5G network quality and the access capability is an important issue. The evaluation method of customer perception for 5G network is thoroughly analyzed and the aspects to be improved for the existing customer perception analysis methods were pointed out. Then， the idea that combines service demand， customers real experience and the 5G network traffic analysis was put forward. A quantitative customer perception evaluation method named CBMOQ was built whose effectiveness was verified.

[Key words]5G network customer perception CBMOQ end to end

1 引言

國(guó)際電信聯(lián)盟已經(jīng)啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)研究工作，并明確了IMT-2020的工作計(jì)劃：2015年中完成IMT-2020國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)前期研究，2016年開(kāi)展5G技術(shù)性能需求和評(píng)估方法研究，2017年底啟動(dòng)5G候選方案征集，2020年底完成標(biāo)準(zhǔn)制定[1]。5G將大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)的效率，帶來(lái)相比4G超百倍的能效提升，它將以可持續(xù)發(fā)展的方式滿足未來(lái)超千倍的業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)，以及超高速率、超低時(shí)延和海量連接等多樣化業(yè)務(wù)需求。與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)不僅傳輸速率更高，而且在傳輸中呈現(xiàn)出低時(shí)延、高可靠、低功耗的特點(diǎn)，未來(lái)將在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類(lèi)型在3G/4G的上網(wǎng)瀏覽、程序下載、社交應(yīng)用的基礎(chǔ)上還增加了高清視頻應(yīng)用、實(shí)時(shí)信息交互、游戲應(yīng)用等類(lèi)型，物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器到機(jī)器（M2M，Machine to Machine）通信將占據(jù)大部分通信連接。與此同時(shí)，由于現(xiàn)網(wǎng)中的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)用戶還需要一定的時(shí)間才能過(guò)渡到5G，預(yù)期在將來(lái)會(huì)出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)制式共存的情況。這種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景使得客戶感知難以得到有效評(píng)估。從網(wǎng)絡(luò)資源利用率的角度出發(fā)，運(yùn)營(yíng)商也需要規(guī)劃如何通過(guò)有限的資源投入確保大多數(shù)客戶的感知[2-3]。如何評(píng)估這些業(yè)務(wù)水平及客戶的客戶感知，已成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的重要課題。

2 通信網(wǎng)絡(luò)客戶感知的研究進(jìn)展

通信領(lǐng)域?qū)蛻舾兄脑u(píng)估方法的研究已經(jīng)開(kāi)展了較長(zhǎng)時(shí)間，從事這方面工作的有企業(yè)、個(gè)人和標(biāo)準(zhǔn)化組織[4-5]。目前經(jīng)常使用的客戶感知評(píng)估方法可分為指標(biāo)建模法和客戶調(diào)研法[6-7]。這些評(píng)估方案更多的是基于對(duì)業(yè)務(wù)或服務(wù)的先驗(yàn)知識(shí)，從網(wǎng)管系統(tǒng)選取若干關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)進(jìn)行量化來(lái)反映客戶感知情況。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但是隨著業(yè)務(wù)種類(lèi)及外部影響因素的不斷增加，在實(shí)際操作過(guò)程中如何選擇適用場(chǎng)景的指標(biāo)集將成為一個(gè)難題。此外，現(xiàn)有評(píng)估方案主要還是面向傳統(tǒng)的以真實(shí)的人類(lèi)為主體的體驗(yàn)，并不能直接應(yīng)用于5G中涌現(xiàn)的海量的以機(jī)器為主體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3 基于連接的客戶感知評(píng)估方法

本文根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，把現(xiàn)有客戶感知的量化方法進(jìn)行推廣，建立了一個(gè)新的面向連接的客戶感知評(píng)估方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為CBMOQ（Connection-Based Measure of Quality）。

5G碼流進(jìn)入CBMOQ后，分別按信令面及控制面進(jìn)行感知評(píng)估。圖中列舉了接入信令、瀏覽、下載、實(shí)時(shí)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻等主要應(yīng)用類(lèi)型及其處理模塊（C、U1、U2、U3、U4、U5），根據(jù)需要，可以依據(jù)本文所介紹的方法進(jìn)一步擴(kuò)展需評(píng)估的業(yè)務(wù)類(lèi)型。

現(xiàn)把業(yè)務(wù)使用過(guò)程定義為S，S所包括的具體業(yè)務(wù)操作是一個(gè)業(yè)務(wù)操作的集合：S={s1， s2， …， sn}。其中每一個(gè)si分別代表業(yè)務(wù)的一類(lèi)操作。例如對(duì)話音業(yè)務(wù)，S={呼叫， 尋呼， 接續(xù)， 通話}；對(duì)短信類(lèi)業(yè)務(wù)，S={發(fā)送， 尋呼， 接收}。針對(duì)每一個(gè)si，需判斷其歸屬統(tǒng)計(jì)特性X={x1， x2， …， xm}。從客戶感知角度考慮，包括{Delay， Speed， Suc， …}，即分別對(duì)應(yīng)時(shí)延、速度、成功率等子屬性，根據(jù)需要還可以進(jìn)一步對(duì)統(tǒng)計(jì)屬性進(jìn)行拓展。根據(jù)業(yè)務(wù)種類(lèi)的不同，可以選擇不同的映射函數(shù)。S與X之間的映射關(guān)系可以用映射函數(shù)g（s）表示：

3.1 控制平面感知評(píng)估

對(duì)于控制平面碼流，將通過(guò)信令解碼模塊＼接入信令模塊，分析其5G網(wǎng)絡(luò)接入信令的成功率及時(shí)延。分析評(píng)估本次連接接入網(wǎng)絡(luò)的成功率，例如附著、PDP激活、路由區(qū)更新成功率[8-9]，“1”表示成功，“0”表示失敗。 以下采用示性評(píng)分法計(jì)算：

3.2 用戶平面感知評(píng)估

（1）瀏覽類(lèi)業(yè)務(wù)感知評(píng)估

客戶感知體現(xiàn)為終端用戶對(duì)運(yùn)營(yíng)商提供業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用的整體表現(xiàn)的主觀感受。從客戶角度分析，客戶在使用通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)時(shí)，除了對(duì)業(yè)務(wù)內(nèi)容的感受外，主要的感受來(lái)自于業(yè)務(wù)交易的時(shí)長(zhǎng)。根據(jù)研究[10-11]，用戶在使用業(yè)務(wù)過(guò)程中有一個(gè)“258原則”，即如果用戶需要超過(guò)8 s才能打開(kāi)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，那么該用戶將很有可能由于等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而離開(kāi)該網(wǎng)站而去訪問(wèn)其他網(wǎng)站。這個(gè)規(guī)律的本質(zhì)是對(duì)客戶感知進(jìn)行了初步量化，也就是認(rèn)為客戶感知的下限為8 s。評(píng)估相應(yīng)單次業(yè)務(wù)時(shí)延，Dbig、Dsmall為對(duì)應(yīng)時(shí)延感知指標(biāo)的上、下門(mén)限的定義值。時(shí)延感知的上門(mén)限是指如果時(shí)延大于該指標(biāo)，則感知是差的；下門(mén)限是指如果時(shí)延小于該指標(biāo)，則感知是好的?；诰W(wǎng)頁(yè)瀏覽感知的“258原則”，可以分別取8和2進(jìn)行測(cè)試，以下采用線性評(píng)分法計(jì)算：

（2）下載類(lèi)業(yè)務(wù)感知評(píng)估

分析評(píng)估相應(yīng)單次業(yè)務(wù)速度，Equick、Eslow為對(duì)應(yīng)速度感知指標(biāo)的上、下門(mén)限的定義值。速度感知的上門(mén)限是指如果速度大于該指標(biāo)，則感知是好的；下門(mén)限是指如果速度小于該指標(biāo)，則感知是差的。結(jié)合用戶具體采用的網(wǎng)絡(luò)制式，可以分別取對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)情況下載速度的快、慢門(mén)限值進(jìn)行計(jì)算：

（3）實(shí)時(shí)應(yīng)用類(lèi)業(yè)務(wù)感知評(píng)估

以實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)傳輸為主的應(yīng)用如網(wǎng)游等的用戶感知?jiǎng)t更多地體現(xiàn)為對(duì)實(shí)時(shí)交互應(yīng)用加速的需求。在需要實(shí)時(shí)交互加速的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，網(wǎng)游、駕駛控制、即時(shí)通信應(yīng)用的使用率較高。評(píng)估相應(yīng)單次響應(yīng)時(shí)延，Dbig、Dsmall為對(duì)應(yīng)時(shí)延感知指標(biāo)的上、下門(mén)限定義值。時(shí)延感知的上門(mén)限是指如果時(shí)延大于該指標(biāo)，則感知是差的；下門(mén)限是指如果時(shí)延小于該指標(biāo)，則感知是好的?；跇I(yè)務(wù)需求，可以分別設(shè)置不同的門(mén)限值。

（4）物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)感知評(píng)估

物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的傳感器，其獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，是按一定的頻率進(jìn)行周期性地采集并不斷更新的[12]，因此其對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸兼具時(shí)延短和數(shù)據(jù)可靠的需求。分析相應(yīng)單次業(yè)務(wù)時(shí)延，Dbig、Dsmall為對(duì)應(yīng)時(shí)延感知指標(biāo)的上、下門(mén)限的定義值。時(shí)延感知的上門(mén)限是指如果時(shí)延大于該指標(biāo)，則感知是差的；下門(mén)限是指如果時(shí)延小于該指標(biāo)，則感知是好的；R表示為對(duì)應(yīng)本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?”表示數(shù)據(jù)成功送達(dá)物聯(lián)網(wǎng)控制中心（如中國(guó)移動(dòng)OneNet平臺(tái)），“0”表示數(shù)據(jù)傳輸失敗。

（5）視頻類(lèi)業(yè)務(wù)感知評(píng)估

體驗(yàn)視頻類(lèi)業(yè)務(wù)的常用指標(biāo)，如視頻會(huì)話建立、視頻業(yè)務(wù)建立、視頻播放、視頻流暢度等[13]，與傳輸網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量包括帶寬及誤碼率密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)視頻流傳輸速度及誤碼率的統(tǒng)計(jì)，可以計(jì)算出視頻業(yè)務(wù)的客戶感知。令為相應(yīng)單次視頻業(yè)務(wù)的速度，Equick、Eslow為對(duì)應(yīng)速度指標(biāo)的上、下門(mén)限的定義值。根據(jù)視頻流的不同，Equick、Eslow應(yīng)取不同的值，例如對(duì)于720P的碼流，Equick、Eslow對(duì)應(yīng)值分別可取3 Mbps及1.8 Mbps。令y為相應(yīng)單次視頻業(yè)務(wù)的誤碼率，Lmax、Lmin為對(duì)應(yīng)誤碼率的上、下門(mén)限。

3.3 綜合感知評(píng)估

總體客戶感知的評(píng)估方法可按公式（8）計(jì)算，式中n為參與客戶感知評(píng)估的業(yè)務(wù)使用次數(shù)：

3.4 與傳統(tǒng)方法的對(duì)比

對(duì)比傳統(tǒng)的指標(biāo)建模方法，CBMOQ方法在以下幾個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)：

（1）由于CBMOQ方法統(tǒng)計(jì)的是網(wǎng)絡(luò)中全量的用戶行為，并對(duì)用戶的全量操作進(jìn)行感知評(píng)估，所評(píng)估的感知依據(jù)與客戶的實(shí)際體驗(yàn)（例如“258原則”）緊密結(jié)合，因此可以準(zhǔn)確掌握所有用戶及業(yè)務(wù)的真實(shí)感知。這種做法避免了統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)時(shí)出現(xiàn)的因?yàn)槠骄僮鞫巡糠秩醺兄畔⑵帘蔚娜秉c(diǎn)。

（2）CBMOQ方法的統(tǒng)計(jì)及歸類(lèi)的原子操作是業(yè)務(wù)行為而不是設(shè)備上的運(yùn)行指標(biāo)，因此可避免對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)及設(shè)備能力的依賴，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)而言是非常重要的。

（3）CBMOQ的統(tǒng)計(jì)過(guò)程是全量統(tǒng)計(jì)，可以根據(jù)需要分別選擇不同的子集，例如對(duì)重要客戶、重要業(yè)務(wù)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。

（4）在時(shí)間粒度上，CBMOQ的統(tǒng)計(jì)過(guò)程可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整，從而提供實(shí)時(shí)的感知監(jiān)測(cè)能力。

4 CBMOQ的準(zhǔn)確性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證CBMOQ模型的準(zhǔn)確性，分別用傳統(tǒng)評(píng)估方法以及CBMOQ方法對(duì)移動(dòng)通信區(qū)域在一段時(shí)間內(nèi)的流量進(jìn)行客戶感知評(píng)估，并對(duì)評(píng)估的連接數(shù)、數(shù)據(jù)量、業(yè)務(wù)數(shù)、用戶覆蓋率、信令面感知、客戶感知進(jìn)行對(duì)比。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，基于CBMOQ的客戶感知評(píng)估方法，在相同數(shù)據(jù)源的條件下，量化評(píng)估連接數(shù)增長(zhǎng)了59.84倍，評(píng)估數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)了68.15%，業(yè)務(wù)數(shù)增長(zhǎng)了4.58倍，用戶覆蓋數(shù)增長(zhǎng)了9.8倍，相應(yīng)客戶感知的總體評(píng)估值也比原統(tǒng)計(jì)方法更加全面。造成這種改變的主要原因是由于傳統(tǒng)的評(píng)估方法主要聚焦于數(shù)據(jù)量較大的下載類(lèi)及瀏覽類(lèi)業(yè)務(wù)，而CBMOQ基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的精確分類(lèi)，對(duì)小流量、實(shí)時(shí)、游戲、視頻等新業(yè)務(wù)進(jìn)行了識(shí)別并評(píng)估，從而更能滿足對(duì)客戶體驗(yàn)的保障需求。

5 問(wèn)題與挑戰(zhàn)

通過(guò)準(zhǔn)確評(píng)估客戶感知，有助于5G網(wǎng)絡(luò)向海量的連接提供端到端的QoS服務(wù)，并根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型及需求合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，提升網(wǎng)絡(luò)總體效率。CBMOQ雖可實(shí)現(xiàn)對(duì)全量連接的感知分析，但是對(duì)流量采集及感知計(jì)算成本提出的要求很高。5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多網(wǎng)絡(luò)、多層次、多域的巨量網(wǎng)絡(luò)，采集并處理5G網(wǎng)絡(luò)流量將面臨分光、傳輸、設(shè)備、機(jī)房等重大挑戰(zhàn)，這就需要5G網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮相關(guān)需求，及早布局以解決相關(guān)問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著流量和連接數(shù)量的增長(zhǎng)，為了確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，5G網(wǎng)絡(luò)更需要一個(gè)可實(shí)際應(yīng)用的端到端客戶感知分析體系，以便對(duì)所接入的業(yè)務(wù)提供“四可”服務(wù)，即可視、可管、可分析、可溯源。CBMOQ分析體系基于傳統(tǒng)的客戶感知評(píng)估方法進(jìn)行了多方面的演進(jìn)，結(jié)合業(yè)務(wù)特性及感知規(guī)律，較好地滿足了需求，具有可擴(kuò)展性、靈活性、易用性的特點(diǎn)。經(jīng)對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，本方法更適用于5G網(wǎng)絡(luò)的端到端客戶感知評(píng)估。在此基礎(chǔ)上，下一步的研究重點(diǎn)將是提升感知評(píng)估的實(shí)時(shí)性及網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的定位能力。

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