业务系统网络访问质量用户感知关键指标探索

王 宇,李 巍,廖 谦

（兴义供电局，贵州兴义,562400）

0 背景

信息化时代，越来越多的企业将公司重要业务搬上了信息系统，网络访问质量直接影响到用户办公的效率和感受。但是IP 协议是一个面向连接的协议，IP 网络是一个提供尽力而为服务的网络，它将智能处理系统放在处于网络边缘的源节点和终点的主机中，而主干网尽可能简单，因此不可靠、无连接、尽力而为是IP网络的三大特点。

1 感知模型和关键感知指标

1.1 网络质量用户感知解决思路

用户的体验质量(Quality of Experience，QoE)即是用于量化用户体验好坏的标准，它是指用户对业务的主观体验，是从用户的角度感觉到的网络的整体性能。因而，QoE 是客户对网络服务商整体满意度的衡量，QoE 本质上更加关注用户使用业务的感受，目的是实现以用户为中心的管理。例如感知用户浏览网页的快慢、用户上传下载文件的快慢等等。

与QoE 类似的概念为QoS，QoS 是为了保证或增强QoE 而应用在网络上的技术指标，可看做QoE 网络层面的一个指标。QoE与具体业务相关联，相对于不同的业务，QoS 的标准不一定适用于QoE。

QoE 是最早应用在无线研究领域的概念，现在已经衍生到对全业务网络的研究。影响QoE 的相关因素见图4-1 所示。

图4-1QoE 的相关影响因素

由于用户的QoE 是整个感知系统的终极目标，需要将针对用户的主观度量QoE 与针对网络、业务和应用的客观度量连接起来，进而利用QoE 来衡量和指导业务和应用的实施、产品的涉及和研发及网络的部署与优化，图4-2 描述出了解决办法：

图4-2 建立用户网络质量感知QoE 模型

首先获取KPIs、通过大量经验数据获取数据分析建模KQIs、最终将得到结果的呈现QoE。

需求解决后，要求可从城域网宽带用户、互联网应用等多个维度，进行网络质量感知采集、统计与结果呈现。以访问网站为例，可找出访问目标服务中用户感知最差的目标IP 地址，目标服务器的用户感知是端到端的，时延包括了服务器时延，用户到观测点链路的时延，观测点到服务器链路的时延，不同的时延值体现了网络中不同段的性能情况。

根据分析结果，用户感知差的目标服务器IP 地址可以采取扩大省公司资源缓存等手段改善访问体验；体验差的用户结合用户发生的异常事件可进行故障定位。

1.2 网络质量用户感知关键KPI

网络时延：监听每一条会话获取网络时延(用户-观测点)、网络时延(观测点-用户)。用户到观测点（分析平台所处位置）的时延：这个时延主要反映的是城域网内网的质量。时延大小反映用户所在专线或小区的线路质量。把这个指标结合Traceroute、ICMP、拨测系统等工具排障，或按照这个指标进行网络优化；观测点（分析平台所处位置）到服务器端的时延：这个时延反映的是广域网链路质量。以常见的HTTP 协议为例：

网络总时延：时延1+2+3+4，其中2+3 为业务系统处理时延，1 ＋4 为用户侧网络时延。

业务系统处理时延：通过观测采集点获得的采集点B 的时间减去采集点A 的时间获得。

用户侧网络时延：通过统计该区域下的TCP 包的传输平均时延获得。

实时网络业务速率：通过观测点获取到网络实时数据速率，观测维度可为基于业务系统总流量，也可以基于每用户业务流量，对于流媒体、下载等应用对此指标最为敏感。

新建连接失败次数：每当用户向业务系统发起访问时，用户端与服务器端都会新建立连接会话，当业务系统满负荷运行或者服务器内部出现故障或者网络出现故障时都会出现大量的新建连接失败。如果某段时间内出现大量的新建连接失败的情况表明用户正常访问受到了影响，我们结合其他的网络指标可判定是网络问题或者业务系统问题。

应用响应时延：当前众多业务系统主要的功能实现采用了HTTP 协议，HTTP 协议我们可以提取业务系统应答时间减去客户端请求时间得到HTTP 应用响应时延。例如下图我们访问百度主页，通过抓包可以看出客户端与服务器之间的交互数据，同时获得报文时间戳。相比网络时延，应用响应时延更能直观体现出用户体验的时延感受。

实际网络运维中我们可以通过如下指标获取当前网络健康状态：TCP 数据包重传、TCP 快速重传、TCP 连接失败、TCP 零窗口、ICMP 端口不可达、TTL 值过小、SMTP 响应时延、POP3 响应时延等。

1.3 流媒体类应用感知指标测试分析

流媒体应用选取了PPTV 进行测试，PPTV 是一款视频软件，有四种观看模式选择，从次到好分别是流畅、高清、超清、蓝光。蓝光模式只有部分电影资源有。本测试主要通过模拟各种网络情况获得每种模式下流畅观看视频所需的最小速度，同时获取时延值，用于判断用户体验感受。

1.4 聊天类应用感知指标测试分析

聊天类应用选取了阿里旺旺进行测试，根据模拟在不同网络质量场景下的阿里旺旺的具体操作登陆、文字聊天等即时消息通讯的各种KPI 值进行统计获取聊天类软件敏感度高的指标。

在网络理想，登录流畅的情况下，网络时延很低，delay_ctd的值在100ms 内，而在网络糟糕，登录慢或者失败的情况下，时延则很高，delay_ctd 的值在1000ms 以上，delay_ctd 获得的两个值可以作为一个时延参考值。而两个极端情况下delay_dts 的值差距不是很大，可以作为辅助参考。

1.5 游戏类应用感知指标测试分析

游戏类应用选取了魔兽世界进行测试。魔兽世界是著名的游戏公司暴雪娱乐（Blizzard Entertainment）所制作的一款大型多人在线角色扮演游戏。本次测试主要为了比较在不同网络状况下，不同用户感受体验下，各网络质量KPI 值的大小及敏感度。

在网络理想，下载流畅的情况下，网络时延很低，delay_ctd的值在100ms 内，而在网络糟糕，速度很卡的情况下，时延则很高，delay_ctd 的值在100ms 以上，delay_ctd 获得的两个值可以作为一个时延参考值。而两个极端情况下delay_dts 的值差距不是很大，可以作为辅助参考。

1.6 指定应用网络质量感知指标测试分析

图4-3 以访问网站为例对QoE 模型的实现

通过上述的实地测试得出了网络层面的用户感知关键指标及相关敏感度，对于指定应用除了通过通用的感知指标进行业务系统访问质量度量外，还可以自定义基于业务本身的感知指标。我们以QQ 应用为例：

QQ 协议基本结构为：[头部][QQ 版本号][指令][包序号][数据][尾部]。客户端和服务器端往返的数据均符合这一结构。

[头部]为固定的一个字节，0x02；

[QQ 版本号]为2 个字节；

[指令]为2 个字节，如密码验证指令 2012beta2 之前都为0x00dd，从2012beta3 开始为0x0826；

[包序号]为2 个字节。

请求[数据]结构为：[4 字节 QQ 号][11B 固定信息][16B临时密钥][被16B 临时密钥TEA 加密过的密文]

应答[数据]结构为：[4 字节 QQ 号][3B 0x000000][被相同命令字的客户端的16B 临时密钥TEA 加密过的密文]

[尾部]为固定的一个字节，0x03；

登陆总共涉及6 个包；我们可以通过命令字0828 的应答包与第1 个touch 包的时间间隔来计算登陆时间。

QQ 接发消息的速度同样可以根据命令字来得到；通过服务器端00cd 命令字报文与客户端00cd 报文的时差来计算速率；

1.7 网络质量感知关键指标结论

通过前面的理论分析及实际测试验证，我们可以得出业务系统访问质量用户感知关键指标有客户端到观察点的时延，观察点到服务器端的时延，上下行速率，对于基于TCP 协议应用的重传率。

2 结语

结合本文完成的工作，后续可进一步研究基于QoE 的网络计费策略等全新课题，获得用户QoE 的方法将直接影响计费的公平性和合理性，随着业务的复杂性的增加，多业务联合QoE 计费的模式要考虑的因素也会相应的增加，加上QoE 带有一定的主观感，需要进一步探讨基于QoE 计费的可能性及模式。

[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]《电信宽带IP 业务QOE 研究》

[4]《基于业务类别的体验质量的研究》