寬帶互聯網業務提供質量的評估*

張桂紅

0 引 言

近年來，我國固定寬帶用戶實現“飛速”增長。截至2017年第二季度，我國固定寬帶家庭用戶數累計達到3.06億戶，中國電信的固網寬帶用戶也在2017年8月份達到了1.29億。隨著互聯網知識的普及，寬帶用戶對網絡的業務提供能力提出了越來越高的要求，而網絡能力的質量評價必須注重客戶感知。客戶感知來源于承載在網絡上的網頁瀏覽、視頻觀看等業務應用，其質量是客戶評價網絡質量優劣的主要標準。在業界，頁面打開時延、頁面首屏時延、視頻下載速率等KQI指標作為客戶感

知類指標被廣泛使用。但是，由于這些指標的專業性較強，每個指標僅反映了寬帶互聯網使用時的一個方面，沒有對寬帶網絡提供業務能力建立整體的評估。那么如何解決這個問題呢？基于客戶感知的網絡質量評估方法可通過對某項業務的KQI及其子KQI分別進行統計評估，建立網絡KPI到業務KQI的映射模型，進而根據約定的權重，計算業務質量KQI，再根據網絡瀏覽、視頻觀看兩大業務所占的權重，計算寬帶互聯網業務感知質量優良率QoE，而該QoE即為現狀網絡環境下端到端感知質量的評估值。

1 KQI/QoE與KPI的關系

KPI（Key Performance Indicator，關鍵性能指標）是電信運營商、服務提供商提供與服務相關的關鍵網絡性能指標[1]。網絡性能是保障QoE的基礎，相對于難以直接度量的QoE[2]（Quality of Experience，用戶體驗，是終端用戶對網絡提供的業務性能的主觀感受），KPI網絡性能是網絡運營商和設備廠商便于規劃、設計和監測的信息。而在當前的競爭環境下，要求電信運營商更多關注客戶體驗QoE。KQI（Key Quality Indicator，關鍵質量指標）是主要針對不同業務提出的貼近用戶感受的業務質量參數，是業務層面的關鍵指標。圖1比較形象地描繪了上述幾個概念的關系。

圖1 QOE/KQI與KPI的關系

1.1 網頁瀏覽類業務

選取用戶感知較明顯的頁面打開時延[3]、頁面首屏時延2個子KQI指標參與建模。

1.1.1 頁面打開時延

頁面打開時延是指用戶發起瀏覽請求到終端向服務器端發送[FIN.ACk]消息所經歷的時長，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=終端向服務器端發送[FIN.ACk]消息的時間點-終端向網頁發起連接請求的時間點 （1）

1.1.2 頁面首屏時延

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

頁面首屏時延=終端接受服務器數據報文的大小達到首屏所需資源經驗大小的時間點-終端向網頁發起連接請求的時間點 （2）

1.2 視頻觀看類業務

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指標參與建模。

1.2.1 視頻下載速率

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

視頻下載速率=發起視頻播放請求后的10 s內的下載流量/10 s （3）

請求的視頻文件大小大約在10 MB。在網絡狀況較好的情況下，如果不到10 s就已經下載完成，應只統計下載期間的速率。

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，單位時間發生卡頓的次數，單位為“次/分”。

視頻播放卡頓頻率=視頻播放過程中出現卡頓的次數/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：

視頻緩存大小（Byte）×8≤視頻碼流速率（bit/s）×1（s） （5）

2 業務感知質量優良率

業務感知質量優良率用于衡量被評價區域內用戶使用網頁瀏覽、視頻觀看業務時感知質量達到優良的整體比例。通過安裝在寬帶城域核心網上的DPI探針，對寬帶互聯網網頁瀏覽類業務和視頻類業務的感知數據進行采集。采集結果經過預處理后上傳到省內集中的服務器，按照設定的數據統計分析方法進行統一計算。考慮到DPI數據分析服務器的容量、計算能力，對于DPI采集的大量數據需要經過數據清洗等預處理工作，即根據用戶訪問TOP網站URL選取出參與運算的數據，再進行數據歸檔和計算。

2.1 優秀和劣質門限

針對不同的業務和不同的評價指標，優秀、劣質的門限都是一個經驗值。應用中，可以先設定一個門限，然后根據計算結果結合實際感知進行微調。表1數據為評價指標門限值示例。當指標優于優秀門限時，判定為優秀。需注意，優秀比率僅作參考，不作為評價用。當指標優于劣質門限時，判定為優良。優良比率用于評價質量優良率。

表1 主要評價指標的優劣門限設定舉例

2.2 計算方法

以月為統計時間周期，以OLT為顆粒額度，先計算每個OLT對應的網頁瀏覽業務優良率Kw、視頻觀看優良率Kv；再將某評價區域內所有OLT的網頁瀏覽優良率Kw、視頻觀看優良率Kv分別做算術平均，得到該區域內的網頁瀏覽業務優良率、視頻觀看業務優良率；最后，將該區域內的網頁瀏覽業務優良率、視頻觀看業務優良率加權，計算出該評價區域內的業務感知質量優良率K。

以公式表示如下：設網頁瀏覽業務優良率為Kw，則Kwc_i表示第i個OLT下的網頁瀏覽業務優良率，Kw1c_i表示第i個OLT下的頁面打開時延優良率，Kw2c_i表示第i個OLT下的頁面首屏時延優良率。同理，設視頻觀看業務優良率為Kv、第i個OLT下的視頻觀看業務優良率為Kvc_i、第i個OLT下視頻下載速率優良率為Kv1c_i、第i個OLT下視頻卡頓頻率優良率為Kv2c_i。

步驟1：本月某評價區域內各OLT下網頁瀏覽、視頻觀看業務的優良率分別為：

（設頁面打開時延、頁面首屏時延各占50%權重） （6）

（設視頻下載速率、視頻卡頓頻率各占50%權重） （7）

步驟2：本月某評價區域內所有OLT下網頁瀏覽、視頻觀看業務的優良率分別為（設OLT總數為S，參與計算網頁、視頻優良率的OLT數量分別對應S1、S2）：

步驟3：按照一定的權重對兩類業務的優良率進行加權計算，得到本月某評價區域的業務感知質量優良率：

K=0.7Kw+0.3Kv

（設網頁瀏覽、視頻觀看權重比為7∶3）（10）

本計算方法中，步驟1和步驟3中都涉及權重的設置。其中，步驟1的權重是按照業務加載的特性決定的，因為2個指標分別對應了用戶的一次操作中的不同階段，所以權重設置為1∶1；步驟3中的權重設置，需要根據DPI采集的數據，按照網頁瀏覽、視頻觀看業務分別歸類后統計得出，而文中7∶3的設置僅作舉例之用。

3 業務感知質量優良率的應用

寬帶業務端到端感知質量受用戶終端、用戶接入層、核心網以及ICP/ISP等4個重要環節影響，如圖2所示。任何一個環節、因素影響都會造成客戶對網絡質量的感知下降[5]。那么，當感知下降時，如何確定影響業務感知質量的界面、段落、原因呢？此時，利用業務感知質量優良率這一評估指標，即可輕松確定影響業務感知質量的界面、段落和原因。

圖2 影響業務感知質量優良率的幾個環節

3.1 內容提供商因素

眾所周知，目前寬帶互聯網上的業務基本由ICP/ISP等內容供應商提供，且ICP/ISP采取按照業務類型分省或分大區設置。業務調整優化策略、用戶訪問業務歸屬地的調度策略，完全由內容供應商確定。所以，由于內容提供方面的因素造成業務感知質量優良率不高的判定，需要將DPI數據的采集放大到全國，然后根據每個省同一類業務的感知質量優良率的好壞進行判定。當超過50%的省該指標值不好時，基本可以排除是省內運營商的問題，而是該業務內容供應商的原因。它的判定邏輯關系如下：

（1）本月某業務（如新浪網頁）感知質量優良率在各省測得指標值分別為Kwi(1≤i≤31)；

（2）若其中Kwj(1≤j≤i)指標值較差，且j≥50%i，判定原因為該內容提供商，需要協調內容提供商解決故障。

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

3.2 省內網絡側原因的分段確定

當確定影響優良率的因素在省內時，要按照網絡層級從上往下確定網絡側原因。前文已經明確了某評價區域內業務感知質量優良率的算法，那么“此評價區域”可以按照分析的需要，根據參與計算時涵蓋的OLT的地域范圍，分別逐段設置為全省（即計算時涵蓋省內所有OLT）、某本地網出口（即計算時只涵蓋該本地網內所有OLT）、某本地網業務控制層設備（即計算時只涵蓋該本地網某臺BRASE下所有OLT）、某本地網匯聚交換機設備（即計算時只涵蓋該本地網某臺匯聚交換機下所有OLT）、某本地網OLT設備（即計算時只涵蓋該本地網某臺OLT數據）等，然后按照省內本地網、本地網內業務控制層、本地網內匯聚交換機層、本地網內OLT接入層等，分別橫向比較選擇質差區域的方法，從而確定障礙的段落并進行優化。以評價區域為本地網業務控制層設備為例，它的判定邏輯關系如下：

（1）設該本地網內業務控制層設備有16臺，每臺業務控制層設備下都有不同數量的OLT。根據OLT所屬的業務控制層設備，分別采集數據并測得每臺業務控制層設備所轄范圍的業務感知質量優良率指標為Ki(1≤i≤16)；

（2）橫向比較這16個數值，找出其中數值較低、與其他數值差異較大的那個i，則可以確定這個數據所代表的該業務控制層設備下轄的網絡業務提供能力較差；

（3）再利用此方法逐級下鉆，即先對該業務控制層下掛的匯聚交換機層面的業務感知質量優良率進行橫向比較，找到較差的那個匯聚交換機；再對該匯聚交換機下掛的OLT設備層面的優良率橫向比較，確定較差的OLT。

3.3 用戶接入側、用戶終端側原因確定

當采用逐級下鉆的方法確定了某臺OLT下的業務感知質量優良率不高時，需要利用DPI數據針對性地采集該OLT下的業務信令數據，并按照用戶源IP地址歸類，分別計算每個用戶的感知優良率，再按照同業務不同用戶的感知優良率指標確定質差用戶，從而確定該用戶的接入、終端可能存在的問題，進而派單給維護人員進行上門修障。

3.4 實際應用效果

2016年12月，寬帶發展聯盟通報陜西省寬帶下載速率排名靠后。針對此問題，利用DPI采集數據，嘗試利用文中所述方法對寬帶網絡業務感知能力進行評估，并采用逐級下鉆的方法，發現省城域接入網絡能力參差不齊。對于較差的區域，利用網管等手段發現，影響其感知優良率的主要原因是接入交換機級聯較多、PON鏈路利用率超70%占比較高等，如某本地網三級交換機占比達到29.5%，直聯三級交換機OLT占比達到19.92%。在日常網絡維護中，此問題還未達到擴容預警下限，但用戶使用業務感知已經較差。遂據此下發感知類工單，要求本地網針對性擴容后解決。經過多半年的努力，截至2017年6月，陜西省寬帶下載速率排名提升3名，達到第16名。

4 結 語

在同質化競爭的時代，高質量的業務體驗將提高用戶對業務和應用的認可度，提升運營商品牌的價值。通過QoE管理，運營商可以將網絡質量、市場銷售和客戶服務的諸多前端部門，與網絡規劃和優化、運營維護、信息支撐等后端部門進行有效互動，形成以提升用戶體驗為目的的面向用戶、業務和網絡的多方配合協作體系。通過寬帶互聯網業務感知優良率的評估，可以幫助運營商構建對用戶體驗的認識和理解，從而推動網絡技術部門對現有資源的優化進程，尤其是推進對高ARPU用戶影響最大的網絡性能優化工作。

[1] 馬剛.寬帶用戶感知質量評測體系研究[J].互聯網天地,2013(02):61-67.MA Gang.A Study on User Perceived Quality Evaluation System of Broadband[J].Internet World,2013(02):61-67.

[2] 王婧瑩.基于可靠性和舒適度的QoE指標定義方法及其應用[Z].中國科技論文在線,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] 姚玉鳳.寬帶用戶感知關鍵因素及測試方法研究[J].電信科學,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.

[4] 廖振松.視頻業務端到端質量多維度評估算法研究[J].電信工程技術與標準化,2016(10):8-12.LIAO Zhen-song.Research on Video Service End-to-End Quality Multi-dimensional Evaluation Algorithm[J].Telecommunication Engineering Technology and Standardization,2016(10):8-12.

[5] 郭志林.基于客戶感知的滿意度關聯分析研究[J].信息通信,2015(02):230-231.G U O Z h i-l i n.R e s e a r c h o n I n f o r m a t i o n Communication Based on Customer Perceived Satisfaction Correlation Analysis[J].Information Communication,2015(02):230-231.