仇建軍 許 林寧 達(dá)（.海軍駐武漢地區(qū)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(yè)務(wù)QoS評(píng)估模型設(shè)計(jì)?

仇建軍1許 林2寧 達(dá)2
（1.海軍駐武漢地區(qū)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(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)滿足不同用戶的業(yè)務(wù)需求，從分析艦船通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求出發(fā)，建立通信業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合分析評(píng)估模型，通過構(gòu)建半實(shí)物仿真試驗(yàn)環(huán)境，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行客觀有效評(píng)價(jià)，為艦船通信業(yè)務(wù)高效運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)度提供有效支撐。

艦船通信；QoS；業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估

Class Num ber U675

1 引言

艦船通信涵蓋短波、超短波、微波、衛(wèi)通等多種無線異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，各網(wǎng)根據(jù)不同的作戰(zhàn)需求傳輸包含話音、視頻、報(bào)文等不同業(yè)務(wù)類型的信息。這些不同種類的信息由不同用戶的業(yè)務(wù)產(chǎn)生，具有不同的服務(wù)質(zhì)量需求。然而，各網(wǎng)在自身的發(fā)展過程中，其傳輸能力與特點(diǎn)不均衡，導(dǎo)致對(duì)業(yè)務(wù)的支撐能力不盡相同，業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量無法得到有效保證。因此，如何保證無線異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)滿足不同用戶的業(yè)務(wù)需求成為當(dāng)前通信領(lǐng)域重要的研究課題。本文擬從分析艦船通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求出發(fā)，建立通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估模型，研究基于混合策略的綜合評(píng)估技術(shù)，對(duì)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行客觀有效評(píng)價(jià)，為艦船通信業(yè)務(wù)高效運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)度提供有效支撐。

2 相關(guān)技術(shù)

通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估主要包括服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）標(biāo)準(zhǔn)、QoS指標(biāo)測(cè)量和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估等方面的內(nèi)容。

2.1 QoS標(biāo)準(zhǔn)

目前，已有IP性能度量（IPPM）［1］工作小組和國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）［2］等相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)QoS指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究，其對(duì)QoS的定義主要包括：1）IETF：網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)流時(shí)要滿足的一系列服務(wù)要求，具體可以量化為傳輸時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、帶寬要求等指標(biāo)；2）ITU-T：QoS是一種服務(wù)性能的綜合體現(xiàn)，這種服務(wù)性能決定了網(wǎng)絡(luò)在多大程度上滿足業(yè)務(wù)用戶的要求。上述國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織提出相應(yīng)的指標(biāo)，衡量可靠性、通信質(zhì)量等性能。具體包括：

·傳輸時(shí)延：IP數(shù)據(jù)包從網(wǎng)絡(luò)測(cè)量起始端到測(cè)量目的端所消耗的時(shí)間。

·帶寬：在單位時(shí)間內(nèi)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

·丟包率：在測(cè)量時(shí)間段內(nèi)，數(shù)據(jù)包由起始端發(fā)送至目的端所丟失的數(shù)據(jù)包占總數(shù)據(jù)包的百分比。

·時(shí)延抖動(dòng)：分組延遲的變化程度。

2.2 QoS指標(biāo)測(cè)量技術(shù)

斯坦福IEPM小組開發(fā)的端到端性能監(jiān)控系統(tǒng)PingER［3］使用ping來測(cè)量網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延、丟包率，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)性能。SPAND［4］通過用戶端與服務(wù)器之間發(fā)送TCP/UDP包獲取網(wǎng)絡(luò)性能，并通過外加性能參數(shù)采集器在網(wǎng)關(guān)處輔助測(cè)量。國(guó)內(nèi)以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商為主，研究QoS指標(biāo)測(cè)量技術(shù)。常用的QoS測(cè)試工具和方法［5］如下：

·時(shí)延測(cè)量：通過Ping工具，采用基于ICMP報(bào)文的方式，測(cè)量往返時(shí)延。

·帶寬測(cè)量：采用基于數(shù)據(jù)包模型［6］的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬測(cè)量。

·丟包率測(cè)量：采用發(fā)送數(shù)據(jù)包的方式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的丟包率。

·時(shí)延抖動(dòng)測(cè)量：采用差值比對(duì)的方式，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的真實(shí)傳輸時(shí)延與數(shù)據(jù)流的首個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延（時(shí)延基準(zhǔn)值）進(jìn)行比較。

2.3 業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估技術(shù)

北京郵電大學(xué)在構(gòu)建業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型［7~8］的基礎(chǔ)上，通過線性加權(quán)對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析。西安交通大學(xué)從業(yè)務(wù)管理和用戶對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量滿意度兩方面描述業(yè)務(wù)質(zhì)量以此判斷業(yè)務(wù)的執(zhí)行是否滿足要求［9~10］。ITU-TP.861［11］從感知質(zhì)量測(cè)量和感知質(zhì)量評(píng)估兩方面對(duì)話音服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)估，以此度量用戶對(duì)話音質(zhì)量的感知，并針對(duì)具體話音現(xiàn)象，建立客觀評(píng)估模型，采用回歸算法計(jì)算測(cè)量結(jié)果。ITU-R BT.500［12］通過對(duì)待評(píng)估的視頻業(yè)務(wù)進(jìn)行體驗(yàn)，選取多個(gè)視頻片斷進(jìn)行評(píng)分，統(tǒng)計(jì)所有的評(píng)分記錄，利用平均判分規(guī)則計(jì)算視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量。

以上評(píng)估方法僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)或業(yè)務(wù)的某一方面進(jìn)行評(píng)估（比如話音質(zhì)量、視頻畫面質(zhì)量），未考慮業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)（時(shí)延、抖動(dòng)等），不能從整體反映網(wǎng)絡(luò)的綜合性能。然而，業(yè)務(wù)質(zhì)量最終反映的是用戶滿意度，因此，需要同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層的客觀指標(biāo)和用戶的主觀感受，建立業(yè)務(wù)質(zhì)量與用戶評(píng)價(jià)的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)主客觀的融合。

3 通信業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估

3.1 通信業(yè)務(wù)QoS需求分析

隨著艦船通信業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)IP化的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)已無法滿足戰(zhàn)場(chǎng)信息傳輸需求，VoIP、數(shù)據(jù)、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)的出現(xiàn)使得網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量突破千兆，基于IP的艦船通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性，而艦船通信業(yè)務(wù)的高優(yōu)先級(jí)保障特點(diǎn)越發(fā)突出。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的情況下，優(yōu)先保障重要業(yè)務(wù)的傳輸是研究艦船IP網(wǎng)絡(luò)QoS的關(guān)鍵任務(wù)。針對(duì)艦船通信，根據(jù)通信業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的敏感度，定義了會(huì)話、流媒體、交互以及背景四類基本業(yè)務(wù)類型。根據(jù)各類業(yè)務(wù)自身特點(diǎn)以及其他相關(guān)因素的影響，其QoS需求各不相同。會(huì)話類業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延要求最敏感，依次為流媒體、交互和背景。會(huì)話和流媒體類業(yè)務(wù)作為實(shí)時(shí)流量業(yè)務(wù)，均對(duì)時(shí)延有較高要求，區(qū)別在于對(duì)時(shí)延的可接受程度。交互和背景類業(yè)務(wù)作為傳統(tǒng)IP應(yīng)用，對(duì)丟包、誤碼有一定的要求。具體體現(xiàn)在：

1）會(huì)話類業(yè)務(wù)：話音通信作為會(huì)話類業(yè)務(wù)最典型的應(yīng)用，具有端到端時(shí)延小的特點(diǎn)，其面向終端用戶，由“用戶體驗(yàn)”評(píng)估服務(wù)質(zhì)量的QoS類型。

2）流媒體類業(yè)務(wù)：視頻作為流媒體類業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用，單向傳輸實(shí)時(shí)媒體流，時(shí)延要求較話音類業(yè)務(wù)稍低，但對(duì)于視頻傳輸需要具有連續(xù)性，因此對(duì)時(shí)延抖動(dòng)具有較高的要求。

3）交互類業(yè)務(wù)：交互式Email和Web瀏覽做主要是請(qǐng)求/響應(yīng)模式，對(duì)時(shí)延的要求由用戶對(duì)等待時(shí)間主觀容忍度決定，其低于會(huì)話高于流媒體。另一方面交互類業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸是透明的，應(yīng)具有較低的丟包率。

4）背景類業(yè)務(wù)：文件下載作為背景類業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用，對(duì)時(shí)延要求最低，對(duì)丟包率要求嚴(yán)格。

3.2 通信業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合分析評(píng)估模型

無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下通信業(yè)務(wù)質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法從用戶體驗(yàn)質(zhì)量（QoE）角度出發(fā)，將業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)估從衡量網(wǎng)絡(luò)資源參數(shù)層面提升到從用戶視角體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)質(zhì)量品質(zhì)的高度。通過建立通信業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合分析評(píng)估模型，形成基于用戶感知指標(biāo)的綜合體系架構(gòu)，將主觀的用戶體驗(yàn)信息與客觀的業(yè)務(wù)質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立用戶需求與業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合定性和定量?jī)蓚€(gè)角度完成通信業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合評(píng)估。如圖1所示。

通信業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合分析評(píng)估模型分為網(wǎng)絡(luò)承載層、業(yè)務(wù)質(zhì)量層、用戶感知層和用戶體驗(yàn)（QoE）層。其中：

1）網(wǎng)絡(luò)承載層：通過網(wǎng)管系統(tǒng)或儀器儀表獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)的是網(wǎng)絡(luò)性能質(zhì)量。

2）業(yè)務(wù)質(zhì)量層：通過網(wǎng)管系統(tǒng)獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)的是業(yè)務(wù)性能質(zhì)量。

3）用戶感知層：通過問卷調(diào)查或模擬用戶方式獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)用戶對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的感知狀況。

4）用戶體驗(yàn)層：通過業(yè)務(wù)質(zhì)量層和用戶感知層綜合評(píng)估計(jì)算得出，反映的是業(yè)務(wù)質(zhì)量的最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.3 通信業(yè)務(wù)QoS測(cè)試與評(píng)估

通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果體現(xiàn)最終的用戶滿意度，在進(jìn)行通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估時(shí)，需要從業(yè)務(wù)質(zhì)量層和用戶感知層兩個(gè)層面進(jìn)行考慮，并建立二者之間的映射，實(shí)現(xiàn)主客觀的融合。在對(duì)用戶感知層與業(yè)務(wù)質(zhì)量層QoS指標(biāo)進(jìn)行重要性判定時(shí)，需要計(jì)算業(yè)務(wù)指標(biāo)相對(duì)于用戶感知的權(quán)重。然而，由于在基于IP通信網(wǎng)絡(luò)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(jié)合的模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)評(píng)估指標(biāo)參數(shù)權(quán)重進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的合理、有效評(píng)估。

基于前文的理論模型，利用網(wǎng)絡(luò)仿真損傷儀和模擬業(yè)務(wù)系統(tǒng)搭建演示環(huán)境，獲取通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖2所示。

·業(yè)務(wù)仿真測(cè)試：通過網(wǎng)絡(luò)損傷仿真儀實(shí)現(xiàn)對(duì)子網(wǎng)能力的仿真，配合業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)QoS指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，包括時(shí)延、丟包、帶寬等；

·指標(biāo)分析評(píng)價(jià)：將測(cè)試數(shù)據(jù)通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)送至業(yè)務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)引擎/模塊的指標(biāo)監(jiān)控模塊，利用質(zhì)量分析模塊對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，同時(shí)支持用戶對(duì)業(yè)務(wù)的QoS的評(píng)價(jià)；

·QoS分類映射：依據(jù)相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型，綜合得出業(yè)務(wù)的QoS需求映射表，為業(yè)務(wù)優(yōu)化選路提供支撐。

·業(yè)務(wù)質(zhì)量分析：通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)輸出的質(zhì)量要求能夠指導(dǎo)綜合業(yè)務(wù)通信終端，指示詳細(xì)分解。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)QoS標(biāo)準(zhǔn)、QoS指標(biāo)測(cè)量、業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下通信業(yè)務(wù)質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法，通過對(duì)艦船通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求分析，構(gòu)建了通信業(yè)務(wù)質(zhì)量綜合分析評(píng)估模型，通過對(duì)用戶感知層與業(yè)務(wù)質(zhì)量層的指標(biāo)分解，建立業(yè)務(wù)質(zhì)量指標(biāo)體系，采用模糊層次分析法實(shí)現(xiàn)對(duì)通信業(yè)務(wù)質(zhì)量的合理、有效的評(píng)估，為艦船通信業(yè)務(wù)高效運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)度提供有效支撐。

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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(tǒng)。許林，男，博士，工程師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)管理。寧達(dá)，男，博士，工程師，研究方向：運(yùn)維管理。

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