周 瑛

（福建師范大學福清分校電信系，福建福清 350300）

移動互聯(lián)網服務質量管理系統(tǒng)設計

周 瑛

（福建師范大學福清分校電信系，福建福清 350300）

設計了一套基于多層面、多協(xié)議、事件驅動、規(guī)則控制的移動互聯(lián)網服務質量管理系統(tǒng)，并列舉了幾個可以應用它的典型場景，說明該系統(tǒng)具有實時提升用戶體驗、自動診斷網絡等功能.

移動互聯(lián)網；服務質量；管理系統(tǒng)；設計

1 服務體驗（QoE）簡介

隨著移動互聯(lián)網業(yè)務的快速發(fā)展，網絡容量和服務種類快速膨脹.根據思科Visual Networking Index（VNI）研究報告，2010年全球移動數據流量比2009年增長159%，達到每月237 PB（Petabyte），預計2015年的全球移動數據流量將比2010年上升26倍［1］.

隨著移動互聯(lián)網市場競爭的加劇，服務體驗（Quality of Experience，QoE）在用戶選擇運營商時占有越來越重要的地位［2］.QoE是一種度量用戶對服務主觀上感受和感覺的方法［3］.影響移動互聯(lián)網QoE的因素很多，通常分為3大塊［4］：

（1）技術方面.用戶終端的速度、接入能力、軟件、用戶界面；無線網絡的覆蓋率，切換效率、無線容量等；核心網絡的承載能力；應用服務器的性能.

（2）非技術方面.服務內容；用戶服務.

（3）用戶預期.業(yè)務資費；業(yè)務質量承諾；競爭對手.

提高用戶的QoE是一項復雜的工程，以TMF為代表的機構和組織開展了一系列的研究，提出用戶體驗管理（Customer Experience Management，CEM）、用戶體驗指標（Customer Experience Indictor，CEI）、服務質量管理（Service Quality Management，SQM）等概念［5］.

當前基于對設備、網絡的監(jiān)控，以關鍵性能指標（Key Performance Indictor，KDI，一套基于多層面、多協(xié)議、事件驅動、規(guī)則控制的服務質量管理系統(tǒng)）為度量中心的監(jiān)控系統(tǒng)很難滿足需求.筆者選取影響QoE的技術方面因素，設計了提供從終端到網絡、從網元到具體業(yè)務等各個層面的監(jiān)控應用，為提升網絡QoE和網絡優(yōu)化提供依據及保障.

2 系統(tǒng)架構

2.1 分層架構

系統(tǒng)采用分層結構，從通信的各個環(huán)節(jié)（終端、接入網絡、核心IP網絡、應用系統(tǒng)、采集相關數據），通過關聯(lián)、壓縮等方法獲取完整的用戶層面的5W1H信息和網絡層面的指標信息，將這些事件和信息匹配模型、觸發(fā)規(guī)則，及時反饋控制網絡的行為，來提升用戶的QoE.其架構如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)架構

每層結構完成如下的功能：

（1）物理層.從實際的網絡設備通過對鏡像或者分光等手段，獲取物理信號.

（2）采集層.對各種協(xié)議指令消息進行解碼；針對不同的協(xié)議生成不同的會話記錄；對采集信息進行初步過濾，打時間戳，匯總.

（3）處理層.包括關聯(lián)服務器、數據服務器、模型服務器、規(guī)則解析服務器.關聯(lián)服務器進行數據分類、關聯(lián)、壓縮和統(tǒng)計；數據服務器完成數據的保存；模型服務器存儲所有的模型，采用自適應算法，不斷修正、適配各種模型，并通過規(guī)則干預網絡；規(guī)則解析服務器以用戶事件、網絡指標為驅動，觸發(fā)各種規(guī)則，通過網管系統(tǒng)干預網絡，或生成告警.

（4）應用層.包括應用服務器和用戶端，完成結果呈現(xiàn)、人機交互和告警.

2.2 模塊結構

采集器從實體網絡上采集的數據進入處理層，再到應用層.下面結合數據流向描述系統(tǒng)的模塊結構，結構如圖2所示.

初始的采集數據進入關聯(lián)服務器，完成數據的壓縮、統(tǒng)計處理.

首先進入數據過濾模塊，過濾掉重復、無效數據，然后進入數據關聯(lián)模塊，完成數據協(xié)議、用戶、會話ID的識別，將相同會話的數據關聯(lián)放入用戶統(tǒng)計參數鏈，形成完整的用戶呼叫記錄，將網絡屬性有關聯(lián)的數據放入網絡指標統(tǒng)計模塊，形成網絡指標.

關聯(lián)服務器處理完的數據進入數據庫服務器保存，然后觸發(fā)規(guī)則和匹配模型.

規(guī)則服務器完成系統(tǒng)中固定邏輯控制部分.主要的規(guī)則有：（1）用戶規(guī)則.針對特定用戶設置的規(guī)則，如VIP用戶，對滿足條件的用戶觸發(fā)特定的行為（保護、監(jiān)控、優(yōu)先服務等）.（2）業(yè)務規(guī)則.對特定業(yè)務設置規(guī)則，保障該業(yè)務的QoE.（3）指標規(guī)則.對網絡指標設置門限和條件，滿足條件即觸發(fā)告警或網絡調整行為.

模型服務器完成系統(tǒng)中自適應控制部分.內含自適應算法，不斷學習完善模型，形成一套有效提升QoE的方法.通過生成規(guī)則，反饋網絡.主要的模型有：（1）SLA模型.根據SLA協(xié)議建立的模型.（2）行為模型.根據用戶業(yè)務行為建立的模型.（3）網絡模型.根據網絡屬性建立的模型.（4）體驗模型.根據用戶體驗的各個CEI指標建立的模型.

圖2 模塊結構

3 數據處理

3.1 采集的數據

從網絡設備中采集出來的數據協(xié)議眾多、數量巨大，因此在采集器層面，就需要根據協(xié)議類型對數據進行第1次過濾.采集器獲取的數據主要有以下幾類：

（1）Call Detail Record CDR數據.CDR數據本來是給計費系統(tǒng)生成賬單使用的，富含用戶在使用網絡過程中的信息，根據這些信息，可以分析出用戶在使用過程中網絡的行為和各種參數.

（2）IP Detail Record IPDR數據.它是IP網絡中的詳細記錄信息，作用同CDR.對于移動互聯(lián)網來說，目前3GPP，ITU－T，TMF等協(xié)議組織［4］，提供了大量的CDR和IPDR方面標準和協(xié)議，為系統(tǒng)獲取這方面的信息提供了支持.

（3）IP包頭.采集IP包的整體使得數據量過大，而處理分析過程中IP包內大部分業(yè)務細節(jié)又不需要用到，因此只獲取IP的包頭.

（4）符合一定特性的業(yè)務數據片段.此數據特性由處理層服務器根據應用層實時或者預設的條件控制，比如跟蹤某個用戶（群）、某種特定業(yè)務，需要采集符合此特性的具體業(yè)務細節(jié)片段.

3.2 數據約束

網絡中涉及到各種網絡協(xié)議，因此系統(tǒng)必須采用標準數據格式，才可能進分析、關聯(lián)和統(tǒng)計，標準的數據格式也給后續(xù)協(xié)議種類的擴展提供了支持.采集層上來的原始數據，經過采集器適配成用戶通信會話過程中5W1H（When，Who，Where，Why，What，How）信息：When，時間屬性，包括周期、時延、通信時長、抖動；Who，用戶屬性，包括IMSI，MSISDN，IMEI，IP；Where，未知屬性，包括國家、運營商、省市、地區(qū)、BSC／RNC和LAC／CI；Why，原因，包括丟包、時延過大、掉線、錯連；What，業(yè)務屬性，包括業(yè)務種類、業(yè)務流量信息；How，網絡屬性，包括APN、協(xié)議版本、網絡參數、2G／3G標示.每條信息都含有以下幾個部分：（1）用戶信息，用來識別此次通信過程中用戶的身份；（2）協(xié)議標示，通信過程協(xié)議種類版本等信息；（3）會話ID，此次通信會話過程的唯一標示；（4）時間戳，時間信息；（5）采集維度，5W1H中的某一個維度；（6）采集內容，每種采集內容都采用統(tǒng)一的數據格式，以便于消息的統(tǒng)一處理.

3.3 處理流程

采集器采集到的數據包傳入到處理層，經過協(xié)議類型識別、用戶識別、呼叫過程關聯(lián)后，通過內存聚合技術完成數據處理過程.

系統(tǒng)在內存中為每次用戶呼叫建立統(tǒng)計參數鏈，統(tǒng)計參數鏈中一個節(jié)點為一個統(tǒng)計參數，每個節(jié)點下掛對應的統(tǒng)計算法和數據，檢測用戶行為，視情況觸發(fā)用戶規(guī)則，匹配模型，控制網絡根據用戶行為作調整或發(fā)出告警，保存數據庫.

統(tǒng)計參數鏈具有靈活的可擴展性，若想增加1個參數，只需要增加節(jié)點即可.常見的統(tǒng)計參數包括業(yè)務類型、端到端的時延、抖動、附著（attach）成功與否、帶寬、建立鏈接時間開銷、是否掉線等.

通過統(tǒng)計參數鏈，先在內存中完成1次數據包的聚合處理，將結果提交到數據庫進行處理.90%的處理工作均在內存中完成，使得系統(tǒng)處理對于數據庫的壓力大大減輕，從而提高系統(tǒng)整體的處理性能.

數據處理流程如圖3所示.

圖3 數據處理流程

4 應用

移動互聯(lián)網服務質量管理系統(tǒng)具有廣泛的應用場景.下面列舉幾個典型的場景：

（1）實時提升用戶體驗.用戶經常通過手機收取E－mail，系統(tǒng)記錄用戶習慣行為，用戶體驗模型針對用戶習慣行為建立提升體驗規(guī)則，用戶再次使用手機收取郵件，體驗規(guī)則觸發(fā)，為用戶臨時提供更高帶寬.

（2）用戶群識別，業(yè)務針對性營銷.在所有用戶中，收集某些用戶的行為特性，如一群用戶較多的使用互動游戲，則可以針對這群用戶，推出實時性較好的流量套餐，并生成對應的規(guī)則和模型，下次用戶再玩互動游戲，則觸發(fā)既定規(guī)則，提升用戶的感受.

（3）單用戶跟蹤和查詢.實時跟蹤VIP用戶，保障VIP用戶的通信質量；或根據用戶的投訴，查詢系統(tǒng)歷史記錄，獲取用戶當時通信時的5W1 H情況，為網絡優(yōu)化提供參考.

（4）網絡監(jiān)控.通過事先設定KQI和SQI等統(tǒng)計門限或規(guī)則，當任何檢測到的網絡參數達到異常條件時，就發(fā)送告警消息，然后由維護監(jiān)控人員查看實時的服務質量情況，并根據實際情況做處理.

（5）網絡情況分析.某個問題片區(qū)或新開片區(qū)網絡運行情況未知，除了傳統(tǒng)的網絡指標靠后外，還可以通過該系統(tǒng)模擬不同用戶，從多種業(yè)務視角，來測試、分析、自動診斷網絡情況，提升用戶的QoE.

（6）自動診斷網絡.網絡出現(xiàn)QoE下降時，系統(tǒng)根據自適應模型，自動診斷、調整網絡，提升網絡的QoE.

5 結語

設計了一種基于移動互聯(lián)網的服務質量管理系統(tǒng)，通過采集實時通信數據，適配、統(tǒng)計后，觸發(fā)規(guī)則、匹配模型，及時反饋網絡或者告警，達到監(jiān)控、管理用戶Qo E和網絡服務質量的目的.目前以TMF論壇、阿朗、愛立信為代表的機構和廠商，都有相關的產品研發(fā)的報道.隨著競爭的激烈，QoE對吸引用戶越來越重要，隨著網絡的業(yè)務增多、容量增大，管理、提升用戶服務質量的挑戰(zhàn)也會越來越大，也預示著該系統(tǒng)具有廣泛的應用場景.后續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)在于：網絡容量變大，數據采集的壓縮提取會越難；網絡越復雜，多協(xié)議的適配和關聯(lián)會越難.

［1］ CISCO.Cisco Visual Networking Index：Global Mobile Data Traffic Forecast Update 2010—2015［EB／OL］.［2011－02－01］.http：／／newsroom.cisco.com／ekits／Cisco＿VNI＿Global＿Mobile＿Data＿Traffic＿Forecast＿2010＿2015.pdf.

［2］ DAVID SOLDANI.Bridging QoE and QoS for Mobile Broadband Networks［EB／OL］.［2010－09－05］.http：／／docbox.etsi.org／Workshop／2010／201009＿QOSWORKSHOP／02＿QOS＿QOESTANDARDIZATION／Soldani＿HUAWEI＿Bridging QoEand Qos.pdf.

［3］ MARIO SILLER，JOHN WOODS.Improving Quality of Experience for Multimedia Services by QoS Arbitration on a QoE Framework［M］.UK：University of Essex Wivenhoe Park Colchester CO4 3SQ，2003.

［4］ IAN BEST.CEM－Introduction and Fundamentals Guidebook［EB／OL］.［2012－04－23］.http：／／www.tmforum.org／Community／groups／customer＿product／downloads.aspx？id＝artf3084.

［5］ TM FORUM.CEM－Introduction and Fundamentals Guidebook［EB／OL］.［2010－11－02］.http：／／www.tmforum.org／KnowledgeDownload Detail／9285／home.html？artf＝artf3083.

Design of Service Quality Management System in Mobile Internet

ZHOU Ying
（Fuqing Branch of Fujian Normal University，F(xiàn)uqing 350300，F(xiàn)ujian China）

A multi－level，multi－protocol，event－driven，rule－controlling service quality management system was designed.It has the functions of real－time enhancement of QoE and automatic fault diagnosis in network.

mobile internet；service quality；management system；design

book=0,ebook=18

TP311

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2012.03.010

（責任編輯 向陽潔）

1007－2985（2012）03－0036－05

2012－03－21

福建省教育廳（A）科學研究資助項目（JA09245）

周 瑛（1977－），女，湖南新邵人，福建師范大學福清分校電信系講師，碩士，主要從事電子通信研究.