寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供質(zhì)量的評估*

張桂紅

0 引 言

近年來，我國固定寬帶用戶實(shí)現(xiàn)“飛速”增長。截至2017年第二季度，我國固定寬帶家庭用戶數(shù)累計達(dá)到3.06億戶，中國電信的固網(wǎng)寬帶用戶也在2017年8月份達(dá)到了1.29億。隨著互聯(lián)網(wǎng)知識的普及，寬帶用戶對網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)提供能力提出了越來越高的要求，而網(wǎng)絡(luò)能力的質(zhì)量評價必須注重客戶感知。客戶感知來源于承載在網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)頁瀏覽、視頻觀看等業(yè)務(wù)應(yīng)用，其質(zhì)量是客戶評價網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)。在業(yè)界，頁面打開時延、頁面首屏?xí)r延、視頻下載速率等KQI指標(biāo)作為客戶感

知類指標(biāo)被廣泛使用。但是，由于這些指標(biāo)的專業(yè)性較強(qiáng)，每個指標(biāo)僅反映了寬帶互聯(lián)網(wǎng)使用時的一個方面，沒有對寬帶網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)能力建立整體的評估。那么如何解決這個問題呢？基于客戶感知的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估方法可通過對某項業(yè)務(wù)的KQI及其子KQI分別進(jìn)行統(tǒng)計評估，建立網(wǎng)絡(luò)KPI到業(yè)務(wù)KQI的映射模型，進(jìn)而根據(jù)約定的權(quán)重，計算業(yè)務(wù)質(zhì)量KQI，再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)瀏覽、視頻觀看兩大業(yè)務(wù)所占的權(quán)重，計算寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率QoE，而該QoE即為現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下端到端感知質(zhì)量的評估值。

1 KQI/QoE與KPI的關(guān)系

KPI（Key Performance Indicator，關(guān)鍵性能指標(biāo)）是電信運(yùn)營商、服務(wù)提供商提供與服務(wù)相關(guān)的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)[1]。網(wǎng)絡(luò)性能是保障QoE的基礎(chǔ)，相對于難以直接度量的QoE[2]（Quality of Experience，用戶體驗，是終端用戶對網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)性能的主觀感受），KPI網(wǎng)絡(luò)性能是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和設(shè)備廠商便于規(guī)劃、設(shè)計和監(jiān)測的信息。而在當(dāng)前的競爭環(huán)境下，要求電信運(yùn)營商更多關(guān)注客戶體驗QoE。KQI（Key Quality Indicator，關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)）是主要針對不同業(yè)務(wù)提出的貼近用戶感受的業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)，是業(yè)務(wù)層面的關(guān)鍵指標(biāo)。圖1比較形象地描繪了上述幾個概念的關(guān)系。

圖1 QOE/KQI與KPI的關(guān)系

1.1 網(wǎng)頁瀏覽類業(yè)務(wù)

選取用戶感知較明顯的頁面打開時延[3]、頁面首屏?xí)r延2個子KQI指標(biāo)參與建模。

1.1.1 頁面打開時延

頁面打開時延是指用戶發(fā)起瀏覽請求到終端向服務(wù)器端發(fā)送[FIN.ACk]消息所經(jīng)歷的時長，單位為ms。頁面打開時延反映了用戶從訪問開始到首頁下載完成需要的時間。

頁面打開時延=終端向服務(wù)器端發(fā)送[FIN.ACk]消息的時間點(diǎn)-終端向網(wǎng)頁發(fā)起連接請求的時間點(diǎn) （1）

1.1.2 頁面首屏?xí)r延

頁面首屏?xí)r延是指用戶發(fā)起瀏覽請求到終端加載完首屏所有資源所經(jīng)歷的時長，單位為ms。頁面首屏?xí)r延反映了用戶從訪問開始到首屏下載完成需要的時間。

頁面首屏?xí)r延=終端接受服務(wù)器數(shù)據(jù)報文的大小達(dá)到首屏所需資源經(jīng)驗大小的時間點(diǎn)-終端向網(wǎng)頁發(fā)起連接請求的時間點(diǎn) （2）

1.2 視頻觀看類業(yè)務(wù)

選取用戶感知較明顯的視頻下載速率[4]、視頻卡頓頻率2個子KQI指標(biāo)參與建模。

1.2.1 視頻下載速率

視頻下載速率是指用戶發(fā)起視頻播放請求后的10 s內(nèi)，每500 ms記錄一次該階段的下載速率，并統(tǒng)計整個階段視頻下載的平均速率作為視頻下載速率指標(biāo)，單位為kb/s。

視頻下載速率=發(fā)起視頻播放請求后的10 s內(nèi)的下載流量/10 s （3）

請求的視頻文件大小大約在10 MB。在網(wǎng)絡(luò)狀況較好的情況下，如果不到10 s就已經(jīng)下載完成，應(yīng)只統(tǒng)計下載期間的速率。

1.2.2 視頻卡頓頻率

視頻卡頓頻率是指在播放視頻過程中，單位時間發(fā)生卡頓的次數(shù)，單位為“次/分”。

視頻播放卡頓頻率=視頻播放過程中出現(xiàn)卡頓的次數(shù)/視頻播放時長×60 （4）

需注意，視頻播放時長單位為s。

視頻卡頓的判斷方法：

視頻緩存大?。˙yte）×8≤視頻碼流速率（bit/s）×1（s） （5）

2 業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率

業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率用于衡量被評價區(qū)域內(nèi)用戶使用網(wǎng)頁瀏覽、視頻觀看業(yè)務(wù)時感知質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良的整體比例。通過安裝在寬帶城域核心網(wǎng)上的DPI探針，對寬帶互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁瀏覽類業(yè)務(wù)和視頻類業(yè)務(wù)的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。采集結(jié)果經(jīng)過預(yù)處理后上傳到省內(nèi)集中的服務(wù)器，按照設(shè)定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法進(jìn)行統(tǒng)一計算。考慮到DPI數(shù)據(jù)分析服務(wù)器的容量、計算能力，對于DPI采集的大量數(shù)據(jù)需要經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗等預(yù)處理工作，即根據(jù)用戶訪問TOP網(wǎng)站URL選取出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔和計算。

2.1 優(yōu)秀和劣質(zhì)門限

針對不同的業(yè)務(wù)和不同的評價指標(biāo)，優(yōu)秀、劣質(zhì)的門限都是一個經(jīng)驗值。應(yīng)用中，可以先設(shè)定一個門限，然后根據(jù)計算結(jié)果結(jié)合實(shí)際感知進(jìn)行微調(diào)。表1數(shù)據(jù)為評價指標(biāo)門限值示例。當(dāng)指標(biāo)優(yōu)于優(yōu)秀門限時，判定為優(yōu)秀。需注意，優(yōu)秀比率僅作參考，不作為評價用。當(dāng)指標(biāo)優(yōu)于劣質(zhì)門限時，判定為優(yōu)良。優(yōu)良比率用于評價質(zhì)量優(yōu)良率。

表1 主要評價指標(biāo)的優(yōu)劣門限設(shè)定舉例

2.2 計算方法

以月為統(tǒng)計時間周期，以O(shè)LT為顆粒額度，先計算每個OLT對應(yīng)的網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)優(yōu)良率Kw、視頻觀看優(yōu)良率Kv；再將某評價區(qū)域內(nèi)所有OLT的網(wǎng)頁瀏覽優(yōu)良率Kw、視頻觀看優(yōu)良率Kv分別做算術(shù)平均，得到該區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)優(yōu)良率、視頻觀看業(yè)務(wù)優(yōu)良率；最后，將該區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)優(yōu)良率、視頻觀看業(yè)務(wù)優(yōu)良率加權(quán)，計算出該評價區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率K。

以公式表示如下：設(shè)網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)優(yōu)良率為Kw，則Kwc_i表示第i個OLT下的網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務(wù)優(yōu)良率，Kw1c_i表示第i個OLT下的頁面打開時延優(yōu)良率，Kw2c_i表示第i個OLT下的頁面首屏?xí)r延優(yōu)良率。同理，設(shè)視頻觀看業(yè)務(wù)優(yōu)良率為Kv、第i個OLT下的視頻觀看業(yè)務(wù)優(yōu)良率為Kvc_i、第i個OLT下視頻下載速率優(yōu)良率為Kv1c_i、第i個OLT下視頻卡頓頻率優(yōu)良率為Kv2c_i。

步驟1：本月某評價區(qū)域內(nèi)各OLT下網(wǎng)頁瀏覽、視頻觀看業(yè)務(wù)的優(yōu)良率分別為：

（設(shè)頁面打開時延、頁面首屏?xí)r延各占50%權(quán)重） （6）

（設(shè)視頻下載速率、視頻卡頓頻率各占50%權(quán)重） （7）

步驟2：本月某評價區(qū)域內(nèi)所有OLT下網(wǎng)頁瀏覽、視頻觀看業(yè)務(wù)的優(yōu)良率分別為（設(shè)OLT總數(shù)為S，參與計算網(wǎng)頁、視頻優(yōu)良率的OLT數(shù)量分別對應(yīng)S1、S2）：

步驟3：按照一定的權(quán)重對兩類業(yè)務(wù)的優(yōu)良率進(jìn)行加權(quán)計算，得到本月某評價區(qū)域的業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率：

K=0.7Kw+0.3Kv

（設(shè)網(wǎng)頁瀏覽、視頻觀看權(quán)重比為7∶3）（10）

本計算方法中，步驟1和步驟3中都涉及權(quán)重的設(shè)置。其中，步驟1的權(quán)重是按照業(yè)務(wù)加載的特性決定的，因為2個指標(biāo)分別對應(yīng)了用戶的一次操作中的不同階段，所以權(quán)重設(shè)置為1∶1；步驟3中的權(quán)重設(shè)置，需要根據(jù)DPI采集的數(shù)據(jù)，按照網(wǎng)頁瀏覽、視頻觀看業(yè)務(wù)分別歸類后統(tǒng)計得出，而文中7∶3的設(shè)置僅作舉例之用。

3 業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率的應(yīng)用

寬帶業(yè)務(wù)端到端感知質(zhì)量受用戶終端、用戶接入層、核心網(wǎng)以及ICP/ISP等4個重要環(huán)節(jié)影響，如圖2所示。任何一個環(huán)節(jié)、因素影響都會造成客戶對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的感知下降[5]。那么，當(dāng)感知下降時，如何確定影響業(yè)務(wù)感知質(zhì)量的界面、段落、原因呢？此時，利用業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率這一評估指標(biāo)，即可輕松確定影響業(yè)務(wù)感知質(zhì)量的界面、段落和原因。

圖2 影響業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率的幾個環(huán)節(jié)

3.1 內(nèi)容提供商因素

眾所周知，目前寬帶互聯(lián)網(wǎng)上的業(yè)務(wù)基本由ICP/ISP等內(nèi)容供應(yīng)商提供，且ICP/ISP采取按照業(yè)務(wù)類型分省或分大區(qū)設(shè)置。業(yè)務(wù)調(diào)整優(yōu)化策略、用戶訪問業(yè)務(wù)歸屬地的調(diào)度策略，完全由內(nèi)容供應(yīng)商確定。所以，由于內(nèi)容提供方面的因素造成業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率不高的判定，需要將DPI數(shù)據(jù)的采集放大到全國，然后根據(jù)每個省同一類業(yè)務(wù)的感知質(zhì)量優(yōu)良率的好壞進(jìn)行判定。當(dāng)超過50%的省該指標(biāo)值不好時，基本可以排除是省內(nèi)運(yùn)營商的問題，而是該業(yè)務(wù)內(nèi)容供應(yīng)商的原因。它的判定邏輯關(guān)系如下：

（1）本月某業(yè)務(wù)（如新浪網(wǎng)頁）感知質(zhì)量優(yōu)良率在各省測得指標(biāo)值分別為Kwi(1≤i≤31)；

（2）若其中Kwj(1≤j≤i)指標(biāo)值較差，且j≥50%i，判定原因為該內(nèi)容提供商，需要協(xié)調(diào)內(nèi)容提供商解決故障。

（3）若其中Kwj(1≤j≤i)指標(biāo)值較差，且j≤50%i，則無法判定原因為該內(nèi)容提供商，需要各省展開分析查找本省內(nèi)問題。

3.2 省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)側(cè)原因的分段確定

當(dāng)確定影響優(yōu)良率的因素在省內(nèi)時，要按照網(wǎng)絡(luò)層級從上往下確定網(wǎng)絡(luò)側(cè)原因。前文已經(jīng)明確了某評價區(qū)域內(nèi)業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率的算法，那么“此評價區(qū)域”可以按照分析的需要，根據(jù)參與計算時涵蓋的OLT的地域范圍，分別逐段設(shè)置為全?。从嬎銜r涵蓋省內(nèi)所有OLT）、某本地網(wǎng)出口（即計算時只涵蓋該本地網(wǎng)內(nèi)所有OLT）、某本地網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備（即計算時只涵蓋該本地網(wǎng)某臺BRASE下所有OLT）、某本地網(wǎng)匯聚交換機(jī)設(shè)備（即計算時只涵蓋該本地網(wǎng)某臺匯聚交換機(jī)下所有OLT）、某本地網(wǎng)OLT設(shè)備（即計算時只涵蓋該本地網(wǎng)某臺OLT數(shù)據(jù)）等，然后按照省內(nèi)本地網(wǎng)、本地網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)控制層、本地網(wǎng)內(nèi)匯聚交換機(jī)層、本地網(wǎng)內(nèi)OLT接入層等，分別橫向比較選擇質(zhì)差區(qū)域的方法，從而確定障礙的段落并進(jìn)行優(yōu)化。以評價區(qū)域為本地網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備為例，它的判定邏輯關(guān)系如下：

（1）設(shè)該本地網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備有16臺，每臺業(yè)務(wù)控制層設(shè)備下都有不同數(shù)量的OLT。根據(jù)OLT所屬的業(yè)務(wù)控制層設(shè)備，分別采集數(shù)據(jù)并測得每臺業(yè)務(wù)控制層設(shè)備所轄范圍的業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率指標(biāo)為Ki(1≤i≤16)；

（2）橫向比較這16個數(shù)值，找出其中數(shù)值較低、與其他數(shù)值差異較大的那個i，則可以確定這個數(shù)據(jù)所代表的該業(yè)務(wù)控制層設(shè)備下轄的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供能力較差；

（3）再利用此方法逐級下鉆，即先對該業(yè)務(wù)控制層下掛的匯聚交換機(jī)層面的業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率進(jìn)行橫向比較，找到較差的那個匯聚交換機(jī)；再對該匯聚交換機(jī)下掛的OLT設(shè)備層面的優(yōu)良率橫向比較，確定較差的OLT。

3.3 用戶接入側(cè)、用戶終端側(cè)原因確定

當(dāng)采用逐級下鉆的方法確定了某臺OLT下的業(yè)務(wù)感知質(zhì)量優(yōu)良率不高時，需要利用DPI數(shù)據(jù)針對性地采集該OLT下的業(yè)務(wù)信令數(shù)據(jù)，并按照用戶源IP地址歸類，分別計算每個用戶的感知優(yōu)良率，再按照同業(yè)務(wù)不同用戶的感知優(yōu)良率指標(biāo)確定質(zhì)差用戶，從而確定該用戶的接入、終端可能存在的問題，進(jìn)而派單給維護(hù)人員進(jìn)行上門修障。

3.4 實(shí)際應(yīng)用效果

2016年12月，寬帶發(fā)展聯(lián)盟通報陜西省寬帶下載速率排名靠后。針對此問題，利用DPI采集數(shù)據(jù)，嘗試?yán)梦闹兴龇椒▽拵ЬW(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知能力進(jìn)行評估，并采用逐級下鉆的方法，發(fā)現(xiàn)省城域接入網(wǎng)絡(luò)能力參差不齊。對于較差的區(qū)域，利用網(wǎng)管等手段發(fā)現(xiàn)，影響其感知優(yōu)良率的主要原因是接入交換機(jī)級聯(lián)較多、PON鏈路利用率超70%占比較高等，如某本地網(wǎng)三級交換機(jī)占比達(dá)到29.5%，直聯(lián)三級交換機(jī)OLT占比達(dá)到19.92%。在日常網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，此問題還未達(dá)到擴(kuò)容預(yù)警下限，但用戶使用業(yè)務(wù)感知已經(jīng)較差。遂據(jù)此下發(fā)感知類工單，要求本地網(wǎng)針對性擴(kuò)容后解決。經(jīng)過多半年的努力，截至2017年6月，陜西省寬帶下載速率排名提升3名，達(dá)到第16名。

4 結(jié) 語

在同質(zhì)化競爭的時代，高質(zhì)量的業(yè)務(wù)體驗將提高用戶對業(yè)務(wù)和應(yīng)用的認(rèn)可度，提升運(yùn)營商品牌的價值。通過QoE管理，運(yùn)營商可以將網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、市場銷售和客戶服務(wù)的諸多前端部門，與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化、運(yùn)營維護(hù)、信息支撐等后端部門進(jìn)行有效互動，形成以提升用戶體驗為目的的面向用戶、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的多方配合協(xié)作體系。通過寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)感知優(yōu)良率的評估，可以幫助運(yùn)營商構(gòu)建對用戶體驗的認(rèn)識和理解，從而推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部門對現(xiàn)有資源的優(yōu)化進(jìn)程，尤其是推進(jìn)對高ARPU用戶影響最大的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化工作。

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