宽带互联网业务提供质量的评估*

张桂红

0 引 言

近年来，我国固定宽带用户实现“飞速”增长。截至2017年第二季度，我国固定宽带家庭用户数累计达到3.06亿户，中国电信的固网宽带用户也在2017年8月份达到了1.29亿。随着互联网知识的普及，宽带用户对网络的业务提供能力提出了越来越高的要求，而网络能力的质量评价必须注重客户感知。客户感知来源于承载在网络上的网页浏览、视频观看等业务应用，其质量是客户评价网络质量优劣的主要标准。在业界，页面打开时延、页面首屏时延、视频下载速率等KQI指标作为客户感

知类指标被广泛使用。但是，由于这些指标的专业性较强，每个指标仅反映了宽带互联网使用时的一个方面，没有对宽带网络提供业务能力建立整体的评估。那么如何解决这个问题呢？基于客户感知的网络质量评估方法可通过对某项业务的KQI及其子KQI分别进行统计评估，建立网络KPI到业务KQI的映射模型，进而根据约定的权重，计算业务质量KQI，再根据网络浏览、视频观看两大业务所占的权重，计算宽带互联网业务感知质量优良率QoE，而该QoE即为现状网络环境下端到端感知质量的评估值。

1 KQI/QoE与KPI的关系

KPI（Key Performance Indicator，关键性能指标）是电信运营商、服务提供商提供与服务相关的关键网络性能指标[1]。网络性能是保障QoE的基础，相对于难以直接度量的QoE[2]（Quality of Experience，用户体验，是终端用户对网络提供的业务性能的主观感受），KPI网络性能是网络运营商和设备厂商便于规划、设计和监测的信息。而在当前的竞争环境下，要求电信运营商更多关注客户体验QoE。KQI（Key Quality Indicator，关键质量指标）是主要针对不同业务提出的贴近用户感受的业务质量参数，是业务层面的关键指标。图1比较形象地描绘了上述几个概念的关系。

图1 QOE/KQI与KPI的关系

1.1 网页浏览类业务

选取用户感知较明显的页面打开时延[3]、页面首屏时延2个子KQI指标参与建模。

1.1.1 页面打开时延

页面打开时延是指用户发起浏览请求到终端向服务器端发送[FIN.ACk]消息所经历的时长，单位为ms。页面打开时延反映了用户从访问开始到首页下载完成需要的时间。

页面打开时延=终端向服务器端发送[FIN.ACk]消息的时间点-终端向网页发起连接请求的时间点 （1）

1.1.2 页面首屏时延

页面首屏时延是指用户发起浏览请求到终端加载完首屏所有资源所经历的时长，单位为ms。页面首屏时延反映了用户从访问开始到首屏下载完成需要的时间。

页面首屏时延=终端接受服务器数据报文的大小达到首屏所需资源经验大小的时间点-终端向网页发起连接请求的时间点 （2）

1.2 视频观看类业务

选取用户感知较明显的视频下载速率[4]、视频卡顿频率2个子KQI指标参与建模。

1.2.1 视频下载速率

视频下载速率是指用户发起视频播放请求后的10 s内，每500 ms记录一次该阶段的下载速率，并统计整个阶段视频下载的平均速率作为视频下载速率指标，单位为kb/s。

视频下载速率=发起视频播放请求后的10 s内的下载流量/10 s （3）

请求的视频文件大小大约在10 MB。在网络状况较好的情况下，如果不到10 s就已经下载完成，应只统计下载期间的速率。

1.2.2 视频卡顿频率

视频卡顿频率是指在播放视频过程中，单位时间发生卡顿的次数，单位为“次/分”。

视频播放卡顿频率=视频播放过程中出现卡顿的次数/视频播放时长×60 （4）

需注意，视频播放时长单位为s。

视频卡顿的判断方法：

视频缓存大小（Byte）×8≤视频码流速率（bit/s）×1（s） （5）

2 业务感知质量优良率

业务感知质量优良率用于衡量被评价区域内用户使用网页浏览、视频观看业务时感知质量达到优良的整体比例。通过安装在宽带城域核心网上的DPI探针，对宽带互联网网页浏览类业务和视频类业务的感知数据进行采集。采集结果经过预处理后上传到省内集中的服务器，按照设定的数据统计分析方法进行统一计算。考虑到DPI数据分析服务器的容量、计算能力，对于DPI采集的大量数据需要经过数据清洗等预处理工作，即根据用户访问TOP网站URL选取出参与运算的数据，再进行数据归档和计算。

2.1 优秀和劣质门限

针对不同的业务和不同的评价指标，优秀、劣质的门限都是一个经验值。应用中，可以先设定一个门限，然后根据计算结果结合实际感知进行微调。表1数据为评价指标门限值示例。当指标优于优秀门限时，判定为优秀。需注意，优秀比率仅作参考，不作为评价用。当指标优于劣质门限时，判定为优良。优良比率用于评价质量优良率。

表1 主要评价指标的优劣门限设定举例

2.2 计算方法

以月为统计时间周期，以OLT为颗粒额度，先计算每个OLT对应的网页浏览业务优良率Kw、视频观看优良率Kv；再将某评价区域内所有OLT的网页浏览优良率Kw、视频观看优良率Kv分别做算术平均，得到该区域内的网页浏览业务优良率、视频观看业务优良率；最后，将该区域内的网页浏览业务优良率、视频观看业务优良率加权，计算出该评价区域内的业务感知质量优良率K。

以公式表示如下：设网页浏览业务优良率为Kw，则Kwc_i表示第i个OLT下的网页浏览业务优良率，Kw1c_i表示第i个OLT下的页面打开时延优良率，Kw2c_i表示第i个OLT下的页面首屏时延优良率。同理，设视频观看业务优良率为Kv、第i个OLT下的视频观看业务优良率为Kvc_i、第i个OLT下视频下载速率优良率为Kv1c_i、第i个OLT下视频卡顿频率优良率为Kv2c_i。

步骤1：本月某评价区域内各OLT下网页浏览、视频观看业务的优良率分别为：

（设页面打开时延、页面首屏时延各占50%权重） （6）

（设视频下载速率、视频卡顿频率各占50%权重） （7）

步骤2：本月某评价区域内所有OLT下网页浏览、视频观看业务的优良率分别为（设OLT总数为S，参与计算网页、视频优良率的OLT数量分别对应S1、S2）：

步骤3：按照一定的权重对两类业务的优良率进行加权计算，得到本月某评价区域的业务感知质量优良率：

K=0.7Kw+0.3Kv

（设网页浏览、视频观看权重比为7∶3）（10）

本计算方法中，步骤1和步骤3中都涉及权重的设置。其中，步骤1的权重是按照业务加载的特性决定的，因为2个指标分别对应了用户的一次操作中的不同阶段，所以权重设置为1∶1；步骤3中的权重设置，需要根据DPI采集的数据，按照网页浏览、视频观看业务分别归类后统计得出，而文中7∶3的设置仅作举例之用。

3 业务感知质量优良率的应用

宽带业务端到端感知质量受用户终端、用户接入层、核心网以及ICP/ISP等4个重要环节影响，如图2所示。任何一个环节、因素影响都会造成客户对网络质量的感知下降[5]。那么，当感知下降时，如何确定影响业务感知质量的界面、段落、原因呢？此时，利用业务感知质量优良率这一评估指标，即可轻松确定影响业务感知质量的界面、段落和原因。

图2 影响业务感知质量优良率的几个环节

3.1 内容提供商因素

众所周知，目前宽带互联网上的业务基本由ICP/ISP等内容供应商提供，且ICP/ISP采取按照业务类型分省或分大区设置。业务调整优化策略、用户访问业务归属地的调度策略，完全由内容供应商确定。所以，由于内容提供方面的因素造成业务感知质量优良率不高的判定，需要将DPI数据的采集放大到全国，然后根据每个省同一类业务的感知质量优良率的好坏进行判定。当超过50%的省该指标值不好时，基本可以排除是省内运营商的问题，而是该业务内容供应商的原因。它的判定逻辑关系如下：

（1）本月某业务（如新浪网页）感知质量优良率在各省测得指标值分别为Kwi(1≤i≤31)；

（2）若其中Kwj(1≤j≤i)指标值较差，且j≥50%i，判定原因为该内容提供商，需要协调内容提供商解决故障。

（3）若其中Kwj(1≤j≤i)指标值较差，且j≤50%i，则无法判定原因为该内容提供商，需要各省展开分析查找本省内问题。

3.2 省内网络侧原因的分段确定

当确定影响优良率的因素在省内时，要按照网络层级从上往下确定网络侧原因。前文已经明确了某评价区域内业务感知质量优良率的算法，那么“此评价区域”可以按照分析的需要，根据参与计算时涵盖的OLT的地域范围，分别逐段设置为全省（即计算时涵盖省内所有OLT）、某本地网出口（即计算时只涵盖该本地网内所有OLT）、某本地网业务控制层设备（即计算时只涵盖该本地网某台BRASE下所有OLT）、某本地网汇聚交换机设备（即计算时只涵盖该本地网某台汇聚交换机下所有OLT）、某本地网OLT设备（即计算时只涵盖该本地网某台OLT数据）等，然后按照省内本地网、本地网内业务控制层、本地网内汇聚交换机层、本地网内OLT接入层等，分别横向比较选择质差区域的方法，从而确定障碍的段落并进行优化。以评价区域为本地网业务控制层设备为例，它的判定逻辑关系如下：

（1）设该本地网内业务控制层设备有16台，每台业务控制层设备下都有不同数量的OLT。根据OLT所属的业务控制层设备，分别采集数据并测得每台业务控制层设备所辖范围的业务感知质量优良率指标为Ki(1≤i≤16)；

（2）横向比较这16个数值，找出其中数值较低、与其他数值差异较大的那个i，则可以确定这个数据所代表的该业务控制层设备下辖的网络业务提供能力较差；

（3）再利用此方法逐级下钻，即先对该业务控制层下挂的汇聚交换机层面的业务感知质量优良率进行横向比较，找到较差的那个汇聚交换机；再对该汇聚交换机下挂的OLT设备层面的优良率横向比较，确定较差的OLT。

3.3 用户接入侧、用户终端侧原因确定

当采用逐级下钻的方法确定了某台OLT下的业务感知质量优良率不高时，需要利用DPI数据针对性地采集该OLT下的业务信令数据，并按照用户源IP地址归类，分别计算每个用户的感知优良率，再按照同业务不同用户的感知优良率指标确定质差用户，从而确定该用户的接入、终端可能存在的问题，进而派单给维护人员进行上门修障。

3.4 实际应用效果

2016年12月，宽带发展联盟通报陕西省宽带下载速率排名靠后。针对此问题，利用DPI采集数据，尝试利用文中所述方法对宽带网络业务感知能力进行评估，并采用逐级下钻的方法，发现省城域接入网络能力参差不齐。对于较差的区域，利用网管等手段发现，影响其感知优良率的主要原因是接入交换机级联较多、PON链路利用率超70%占比较高等，如某本地网三级交换机占比达到29.5%，直联三级交换机OLT占比达到19.92%。在日常网络维护中，此问题还未达到扩容预警下限，但用户使用业务感知已经较差。遂据此下发感知类工单，要求本地网针对性扩容后解决。经过多半年的努力，截至2017年6月，陕西省宽带下载速率排名提升3名，达到第16名。

4 结 语

在同质化竞争的时代，高质量的业务体验将提高用户对业务和应用的认可度，提升运营商品牌的价值。通过QoE管理，运营商可以将网络质量、市场销售和客户服务的诸多前端部门，与网络规划和优化、运营维护、信息支撑等后端部门进行有效互动，形成以提升用户体验为目的的面向用户、业务和网络的多方配合协作体系。通过宽带互联网业务感知优良率的评估，可以帮助运营商构建对用户体验的认识和理解，从而推动网络技术部门对现有资源的优化进程，尤其是推进对高ARPU用户影响最大的网络性能优化工作。

[1] 马刚.宽带用户感知质量评测体系研究[J].互联网天地,2013(02):61-67.MA Gang.A Study on User Perceived Quality Evaluation System of Broadband[J].Internet World,2013(02):61-67.

[2] 王婧莹.基于可靠性和舒适度的QoE指标定义方法及其应用[Z].中国科技论文在线,2007.WANG Jing-ying.QoE Index Definition Method Based on Reliability and Comfort and its Application[Z].China Science and Technology Paper Online,2017.

[3] 姚玉凤.宽带用户感知关键因素及测试方法研究[J].电信科学,2014,30(02):127-131.YAO Yu-feng.Research on the Key Factors and Testing Methods of Broadband User Perception[J].Telecommunications Science,2014,30(02):127-131.

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