業務系統網絡訪問質量用戶感知關鍵指標探索

王 宇,李 巍,廖 謙

（興義供電局，貴州興義,562400）

0 背景

信息化時代，越來越多的企業將公司重要業務搬上了信息系統，網絡訪問質量直接影響到用戶辦公的效率和感受。但是IP 協議是一個面向連接的協議，IP 網絡是一個提供盡力而為服務的網絡，它將智能處理系統放在處于網絡邊緣的源節點和終點的主機中，而主干網盡可能簡單，因此不可靠、無連接、盡力而為是IP網絡的三大特點。

1 感知模型和關鍵感知指標

1.1 網絡質量用戶感知解決思路

用戶的體驗質量(Quality of Experience，QoE)即是用于量化用戶體驗好壞的標準，它是指用戶對業務的主觀體驗，是從用戶的角度感覺到的網絡的整體性能。因而，QoE 是客戶對網絡服務商整體滿意度的衡量，QoE 本質上更加關注用戶使用業務的感受，目的是實現以用戶為中心的管理。例如感知用戶瀏覽網頁的快慢、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 而應用在網絡上的技術指標，可看做QoE 網絡層面的一個指標。QoE與具體業務相關聯，相對于不同的業務，QoS 的標準不一定適用于QoE。

QoE 是最早應用在無線研究領域的概念，現在已經衍生到對全業務網絡的研究。影響QoE 的相關因素見圖4-1 所示。

圖4-1QoE 的相關影響因素

由于用戶的QoE 是整個感知系統的終極目標，需要將針對用戶的主觀度量QoE 與針對網絡、業務和應用的客觀度量連接起來，進而利用QoE 來衡量和指導業務和應用的實施、產品的涉及和研發及網絡的部署與優化，圖4-2 描述出了解決辦法：

圖4-2 建立用戶網絡質量感知QoE 模型

首先獲取KPIs、通過大量經驗數據獲取數據分析建模KQIs、最終將得到結果的呈現QoE。

需求解決后，要求可從城域網寬帶用戶、互聯網應用等多個維度，進行網絡質量感知采集、統計與結果呈現。以訪問網站為例，可找出訪問目標服務中用戶感知最差的目標IP 地址，目標服務器的用戶感知是端到端的，時延包括了服務器時延，用戶到觀測點鏈路的時延，觀測點到服務器鏈路的時延，不同的時延值體現了網絡中不同段的性能情況。

根據分析結果，用戶感知差的目標服務器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；體驗差的用戶結合用戶發生的異常事件可進行故障定位。

1.2 網絡質量用戶感知關鍵KPI

網絡時延：監聽每一條會話獲取網絡時延(用戶-觀測點)、網絡時延(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內網的質量。時延大小反映用戶所在專線或小區的線路質量。把這個指標結合Traceroute、ICMP、撥測系統等工具排障，或按照這個指標進行網絡優化；觀測點（分析平臺所處位置）到服務器端的時延：這個時延反映的是廣域網鏈路質量。以常見的HTTP 協議為例：

網絡總時延：時延1+2+3+4，其中2+3 為業務系統處理時延，1 ＋4 為用戶側網絡時延。

業務系統處理時延：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。

用戶側網絡時延：通過統計該區域下的TCP 包的傳輸平均時延獲得。

實時網絡業務速率：通過觀測點獲取到網絡實時數據速率，觀測維度可為基于業務系統總流量，也可以基于每用戶業務流量，對于流媒體、下載等應用對此指標最為敏感。

新建連接失敗次數：每當用戶向業務系統發起訪問時，用戶端與服務器端都會新建立連接會話，當業務系統滿負荷運行或者服務器內部出現故障或者網絡出現故障時都會出現大量的新建連接失敗。如果某段時間內出現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，我們結合其他的網絡指標可判定是網絡問題或者業務系統問題。

應用響應時延：當前眾多業務系統主要的功能實現采用了HTTP 協議，HTTP 協議我們可以提取業務系統應答時間減去客戶端請求時間得到HTTP 應用響應時延。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器之間的交互數據，同時獲得報文時間戳。相比網絡時延，應用響應時延更能直觀體現出用戶體驗的時延感受。

實際網絡運維中我們可以通過如下指標獲取當前網絡健康狀態：TCP 數據包重傳、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 響應時延、POP3 響應時延等。

1.3 流媒體類應用感知指標測試分析

流媒體應用選取了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絡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 聊天類應用感知指標測試分析

聊天類應用選取了阿里旺旺進行測試，根據模擬在不同網絡質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 值進行統計獲取聊天類軟件敏感度高的指標。

在網絡理想，登錄流暢的情況下，網絡時延很低，delay_ctd的值在100ms 內，而在網絡糟糕，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 游戲類應用感知指標測試分析

游戲類應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絡狀況下，不同用戶感受體驗下，各網絡質量KPI 值的大小及敏感度。

在網絡理想，下載流暢的情況下，網絡時延很低，delay_ctd的值在100ms 內，而在網絡糟糕，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 指定應用網絡質量感知指標測試分析

圖4-3 以訪問網站為例對QoE 模型的實現

通過上述的實地測試得出了網絡層面的用戶感知關鍵指標及相關敏感度，對于指定應用除了通過通用的感知指標進行業務系統訪問質量度量外，還可以自定義基于業務本身的感知指標。我們以QQ 應用為例：

QQ 協議基本結構為：[頭部][QQ 版本號][指令][包序號][數據][尾部]。客戶端和服務器端往返的數據均符合這一結構。

[頭部]為固定的一個字節，0x02；

[QQ 版本號]為2 個字節；

[指令]為2 個字節，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。

請求[數據]結構為：[4 字節 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]

應答[數據]結構為：[4 字節 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，0x03；

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

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

1.7 網絡質量感知關鍵指標結論

通過前面的理論分析及實際測試驗證，我們可以得出業務系統訪問質量用戶感知關鍵指標有客戶端到觀察點的時延，觀察點到服務器端的時延，上下行速率，對于基于TCP 協議應用的重傳率。

2 結語

結合本文完成的工作，后續可進一步研究基于QoE 的網絡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，隨著業務的復雜性的增加，多業務聯合QoE 計費的模式要考慮的因素也會相應的增加，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 業務QOE 研究》

[4]《基于業務類別的體驗質量的研究》