艦船通信業務QoS評估模型設計?

仇建軍 許 林寧 達（.海軍駐武漢地區通信軍事代表室武漢430079）（.武漢船舶通信研究所武漢430079）

艦船通信業務QoS評估模型設計?

仇建軍1許 林2寧 達2
（1.海軍駐武漢地區通信軍事代表室武漢430079）（2.武漢船舶通信研究所武漢430079）

為保證艦船無線異構通信網絡滿足不同用戶的業務需求，從分析艦船通信業務服務質量需求出發，建立通信業務質量綜合分析評估模型，通過構建半實物仿真試驗環境，結合模糊綜合評價方法，對通信業務服務質量進行客觀有效評價，為艦船通信業務高效運行和網絡資源智能調度提供有效支撐。

艦船通信；QoS；業務質量評估

Class Num ber U675

1 引言

艦船通信涵蓋短波、超短波、微波、衛通等多種無線異構通信網絡，各網根據不同的作戰需求傳輸包含話音、視頻、報文等不同業務類型的信息。這些不同種類的信息由不同用戶的業務產生，具有不同的服務質量需求。然而，各網在自身的發展過程中，其傳輸能力與特點不均衡，導致對業務的支撐能力不盡相同，業務服務質量無法得到有效保證。因此，如何保證無線異構通信網絡滿足不同用戶的業務需求成為當前通信領域重要的研究課題。本文擬從分析艦船通信業務服務質量需求出發，建立通信業務服務質量評估模型，研究基于混合策略的綜合評估技術，對通信業務服務質量進行客觀有效評價，為艦船通信業務高效運行和網絡資源智能調度提供有效支撐。

2 相關技術

通信業務服務質量評估主要包括服務質量（Quality of Service，QoS）標準、QoS指標測量和業務服務質量評估等方面的內容。

2.1 QoS標準

目前，已有IP性能度量（IPPM）［1］工作小組和國際電信聯盟（ITU）［2］等相關國際標準組織對QoS指標進行標準化研究，其對QoS的定義主要包括：1）IETF：網絡在傳輸數據流時要滿足的一系列服務要求，具體可以量化為傳輸時延、抖動、丟包率、帶寬要求等指標；2）ITU-T：QoS是一種服務性能的綜合體現，這種服務性能決定了網絡在多大程度上滿足業務用戶的要求。上述國際標準組織提出相應的指標，衡量可靠性、通信質量等性能。具體包括：

·傳輸時延：IP數據包從網絡測量起始端到測量目的端所消耗的時間。

·帶寬：在單位時間內所能傳輸的數據量。

·丟包率：在測量時間段內，數據包由起始端發送至目的端所丟失的數據包占總數據包的百分比。

·時延抖動：分組延遲的變化程度。

2.2 QoS指標測量技術

斯坦福IEPM小組開發的端到端性能監控系統PingER［3］使用ping來測量網絡傳輸時延、丟包率，計算網絡性能。SPAND［4］通過用戶端與服務器之間發送TCP/UDP包獲取網絡性能，并通過外加性能參數采集器在網關處輔助測量。國內以網絡運營商為主，研究QoS指標測量技術。常用的QoS測試工具和方法［5］如下：

·時延測量：通過Ping工具，采用基于ICMP報文的方式，測量往返時延。

·帶寬測量：采用基于數據包模型［6］的方式進行網絡帶寬測量。

·丟包率測量：采用發送數據包的方式測量網絡的丟包率。

·時延抖動測量：采用差值比對的方式，將網絡數據包的真實傳輸時延與數據流的首個數據包傳輸時延（時延基準值）進行比較。

2.3 業務服務質量評估技術

北京郵電大學在構建業務質量綜合評價模型［7~8］的基礎上，通過線性加權對業務質量評估結果進行分析。西安交通大學從業務管理和用戶對業務質量滿意度兩方面描述業務質量以此判斷業務的執行是否滿足要求［9~10］。ITU-TP.861［11］從感知質量測量和感知質量評估兩方面對話音服務質量進行分析評估，以此度量用戶對話音質量的感知，并針對具體話音現象，建立客觀評估模型，采用回歸算法計算測量結果。ITU-R BT.500［12］通過對待評估的視頻業務進行體驗，選取多個視頻片斷進行評分，統計所有的評分記錄，利用平均判分規則計算視頻業務質量。

以上評估方法僅對網絡或業務的某一方面進行評估（比如話音質量、視頻畫面質量），未考慮業務服務質量指標（時延、抖動等），不能從整體反映網絡的綜合性能。然而，業務質量最終反映的是用戶滿意度，因此，需要同時考慮網絡層、業務層的客觀指標和用戶的主觀感受，建立業務質量與用戶評價的映射關系，實現主客觀的融合。

3 通信業務質量評估

3.1 通信業務QoS需求分析

隨著艦船通信業務及網絡IP化的迅速發展，傳統的話音業務已無法滿足戰場信息傳輸需求，VoIP、數據、視頻會議等業務的出現使得網絡業務流量突破千兆，基于IP的艦船通信網絡具有更高的可靠性、實時性、安全性，而艦船通信業務的高優先級保障特點越發突出。在網絡負載的情況下，優先保障重要業務的傳輸是研究艦船IP網絡QoS的關鍵任務。針對艦船通信，根據通信業務對時延的敏感度，定義了會話、流媒體、交互以及背景四類基本業務類型。根據各類業務自身特點以及其他相關因素的影響，其QoS需求各不相同。會話類業務對時延要求最敏感，依次為流媒體、交互和背景。會話和流媒體類業務作為實時流量業務，均對時延有較高要求，區別在于對時延的可接受程度。交互和背景類業務作為傳統IP應用，對丟包、誤碼有一定的要求。具體體現在：

1）會話類業務：話音通信作為會話類業務最典型的應用，具有端到端時延小的特點，其面向終端用戶，由“用戶體驗”評估服務質量的QoS類型。

2）流媒體類業務：視頻作為流媒體類業務的典型應用，單向傳輸實時媒體流，時延要求較話音類業務稍低，但對于視頻傳輸需要具有連續性，因此對時延抖動具有較高的要求。

3）交互類業務：交互式Email和Web瀏覽做主要是請求/響應模式，對時延的要求由用戶對等待時間主觀容忍度決定，其低于會話高于流媒體。另一方面交互類業務的數據傳輸是透明的，應具有較低的丟包率。

4）背景類業務：文件下載作為背景類業務的典型應用，對時延要求最低，對丟包率要求嚴格。

3.2 通信業務質量綜合分析評估模型

無線異構網絡條件下通信業務質量客觀評價方法從用戶體驗質量（QoE）角度出發，將業務質量評估從衡量網絡資源參數層面提升到從用戶視角體驗網絡和業務質量品質的高度。通過建立通信業務質量綜合分析評估模型，形成基于用戶感知指標的綜合體系架構，將主觀的用戶體驗信息與客觀的業務質量指標參數進行關聯，建立用戶需求與業務服務質量間的對應關系，結合定性和定量兩個角度完成通信業務質量綜合評估。如圖1所示。

通信業務質量綜合分析評估模型分為網絡承載層、業務質量層、用戶感知層和用戶體驗（QoE）層。其中：

1）網絡承載層：通過網管系統或儀器儀表獲取指標數據，體現的是網絡性能質量。

2）業務質量層：通過網管系統獲取指標數據，體現的是業務性能質量。

3）用戶感知層：通過問卷調查或模擬用戶方式獲取指標數據，體現用戶對業務服務質量的感知狀況。

4）用戶體驗層：通過業務質量層和用戶感知層綜合評估計算得出，反映的是業務質量的最終評價結果。

3.3 通信業務QoS測試與評估

通信業務服務質量評估結果體現最終的用戶滿意度，在進行通信業務服務質量評估時，需要從業務質量層和用戶感知層兩個層面進行考慮，并建立二者之間的映射，實現主客觀的融合。在對用戶感知層與業務質量層QoS指標進行重要性判定時，需要計算業務指標相對于用戶感知的權重。然而，由于在基于IP通信網絡QoS判定過程中，存在很多不確定性因素，因此需要采用定性和定量相結合的模糊綜合評價方法對評估指標參數權重進行分析，實現對通信業務服務質量的合理、有效評估。

基于前文的理論模型，利用網絡仿真損傷儀和模擬業務系統搭建演示環境，獲取通信業務服務質量評估所需的相關數據，利用模糊綜合評價方法對得到的數據進行處理。仿真實驗環境如圖2所示。

·業務仿真測試：通過網絡損傷仿真儀實現對子網能力的仿真，配合業務系統對QoS指標進行測試，包括時延、丟包、帶寬等；

·指標分析評價：將測試數據通過業務系統發送至業務質量評價引擎/模塊的指標監控模塊，利用質量分析模塊對各項指標進行綜合分析，同時支持用戶對業務的QoS的評價；

·QoS分類映射：依據相應的評價模型，綜合得出業務的QoS需求映射表，為業務優化選路提供支撐。

·業務質量分析：通過業務系統輸出的質量要求能夠指導綜合業務通信終端，指示詳細分解。

4 結語

本文在對QoS標準、QoS指標測量、業務服務質量評估等相關技術進行分析的基礎上，提出了無線異構網絡條件下通信業務質量客觀評價方法，通過對艦船通信業務服務質量需求分析，構建了通信業務質量綜合分析評估模型，通過對用戶感知層與業務質量層的指標分解，建立業務質量指標體系，采用模糊層次分析法實現對通信業務質量的合理、有效的評估，為艦船通信業務高效運行和網絡資源智能調度提供有效支撐。

［1］IPPM.IPPMworkinggroupof IETF［EB/OL］.［2011-05-19］. https：//datatracker.ietf.org/wg/ippm/.

［2］ITU-T Recommendation Y.1540.Internet Protocol Data Communication Service-IPPacket Transfer and Availabili?ty Performance Parameters，2003.

［3］IEPM Home Page.Internet End-to-end Performance Mon?itoring（1998）［EB/OL］.http：//www.Iepm-slac.stanford.edu/.

［4］Matthews W，Cottrell L.PingER Project：Active Internet Performance Monitoring for the HENP Community［J］. IEEECommunication Magazine，2000，38（5）：130-136.

［5］楊家海，吳建平，安常青.互聯網絡測量理論與應用［M］.北京：人民郵電出版社，2009：22-32.

［6］ITU-T G.107 The E-model，a computational model for use in transmission planning［S］.

［7］張奕奎，邱雪松，孟洛明.基于SLA的業務質量評價［J］.電信科學，2007，23（3）：78-83.

［8］朱海萍，李增智，王云嵐，夏虹.可變粒度的業務質量評價模型及其算法研究［J］.小型微型計算機系統，2005，29（8）：1400-1404.

［9］ITU-R BT.5OO-11 Methodology for the subjective assess?mentof the quality of television pictures［S］.

［10］ITU-T P.910 Subjective video quality assessmentmeth?ods formultimediaapplications［S］.

［11］ITU-T P.861 Objective quality measurement of tele?phone-band speech codecs［S］.

［12］ITU-R BT.5OO-11 Methodology for the subjective as?sessmentof thequality of television pictures［S］.

Design ofQoSEvaluation M odel forW arship Comm unication Service

QIU Jianjun1XU Lin2NING Da2

In order to ensure the heterogeneouswireless communication network ofwarship tomeet different business needs of users，starting from the analysis ofwarship communication quality of service requirements，the paper establishes a comprehensive analysis and evaluationmodel of communication servicequality is established，through the construction of semiphysical simulation testenvironment，combining the fuzzy comprehensive evaluationmethod，realizing the objective evaluation on communication quali?ty of service.It provides effective support forwarship communication service intelligent and efficient operation and network source scheduling.

warship communication，QoS，service quality evaluation

U675 DO I：10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.005

2016年11月7日，

2016年12月30日

仇建軍，男，碩士，工程師，研究方向：通信系統。許林，男，博士，工程師，研究方向：網絡管理。寧達，男，博士，工程師，研究方向：運維管理。

（1.Navy Representative Office of Communication inWuhan，Wuhan 430079）（2.Wuhan Maritime Communication Research Institute，Wuhan 430079）