余雪芬

(中國電信股份有限公司福州分公司，福建 福州 350001)

0 引言

客戶對業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量的感知是在業(yè)務(wù)生命周期中產(chǎn)生的。從產(chǎn)品角度來說，業(yè)務(wù)生命周期包含了產(chǎn)品銷售和協(xié)商階段、產(chǎn)品開通及實現(xiàn)階段、產(chǎn)品體驗及付費階段、產(chǎn)品使用結(jié)束及銷戶階段[1]?；ヂ?lián)網(wǎng)產(chǎn)品體驗及付費階段占據(jù)全生命周期比例最大，且對客戶QoE(Quality of Experience)最重要。互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品體驗及付費階段QoE指標(biāo)包括“端到端業(yè)務(wù)可用性”以及“業(yè)務(wù)訪問完成時間”兩個指標(biāo)?，F(xiàn)網(wǎng)中，運營商“端到端業(yè)務(wù)可用性”通常為“接入段和IP網(wǎng)業(yè)務(wù)可用性”，通常通過網(wǎng)管告警、群障攔截系統(tǒng)進行可用性故障快速發(fā)現(xiàn)和通知。但對于“業(yè)務(wù)訪問完成時間”，目前預(yù)檢預(yù)修的手段多為通過部署探針實現(xiàn)QoE指標(biāo)數(shù)據(jù)收集、分析，結(jié)果呈現(xiàn)和質(zhì)差派單。這種方法存在若干問題，首先檢測數(shù)據(jù)不是用戶實際業(yè)務(wù)訪問數(shù)據(jù)，其次撥測請求頻繁度高與服務(wù)提供商防DDoS相悖，最后探針部署及維護都頗具難度。因此，本文提出基于骨干網(wǎng)上行流量深度報文檢測的網(wǎng)速慢評估方法，目的在于提升網(wǎng)速慢發(fā)現(xiàn)精準(zhǔn)性，實現(xiàn)網(wǎng)速慢預(yù)檢預(yù)修。

1 骨干網(wǎng)上行流量深度報文檢測技術(shù)概述

DPI是客戶報文數(shù)據(jù)流的深度解析，能夠記載所有業(yè)務(wù)訪問產(chǎn)生流量的報文交互情況[2]。由于骨干網(wǎng)下行流量巨大，現(xiàn)網(wǎng)中通常不存儲下行流量，僅存儲上行HTTP端口流量。本網(wǎng)速慢評估方法都是基于上行HTTP端口流量分析基礎(chǔ)之上。

根據(jù)DPI記錄流量聚集數(shù)據(jù)，生成以下TCP會話傳輸質(zhì)量特征的解析：

1.1 會話級別TCP建鏈確認時延

運營商接入用戶作為客戶端是TCP連接主動發(fā)起方，若客戶端發(fā)SYN報文，遠端服務(wù)端未響應(yīng)或者SYN、ACK丟包，則TCP未建鏈成功，TCP建鏈確認時延為空，正常則有TCP建鏈確認時延能夠表征端到端連接時延。

1.2 會話級別上行TCP報文重傳

運營商接入用戶作為客戶端是TCP連接主動發(fā)起方，如果上行DPI流量匯聚點到遠端出現(xiàn)數(shù)據(jù)請求丟包或者下行遠端服務(wù)端到客戶端出現(xiàn)丟包，這時，客戶端會重新請求，產(chǎn)生duplicated ACK，則為重傳報文。

客戶端作為服務(wù)端為TCP連接響應(yīng)方，如果上行DPI流量匯聚點到遠端出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包或者下行遠端客戶端到本端服務(wù)端確認出現(xiàn)丟包。這時，本端服務(wù)端會重傳數(shù)據(jù)包。

總之，由于固網(wǎng)DPI僅記錄上行數(shù)據(jù)包，因此，重傳報文只能代表上行DPI流量匯聚點到遠端或者下行遠端到本端用戶之間網(wǎng)絡(luò)存在丟包。

1.3 會話級別上行TCP報文亂序

亂序報文代表報文由DPI匯聚點收集后記錄的SEQ出現(xiàn)位置錯位的現(xiàn)象。原因可能為網(wǎng)絡(luò)路徑導(dǎo)致亂序、丟包重傳導(dǎo)致亂序[3]。如果本端接入用戶到DPI匯聚點上行報文出現(xiàn)丟包，則將出現(xiàn)TCP報文亂序。綜上，僅上行報文無法判斷亂序報文產(chǎn)生的原因，但是本端用戶到DPI匯聚點上行報文出現(xiàn)丟包，則將出現(xiàn)TCP報文亂序。

1.4 會話級別TCP建鏈嘗試次數(shù)

會話級別TCP建鏈嘗試次數(shù)代表TCP建立握手連接嘗試的次數(shù)。次數(shù)較多可能是服務(wù)端問題也可能是網(wǎng)絡(luò)丟包導(dǎo)致。

2 骨干網(wǎng)上行流量數(shù)據(jù)預(yù)處理及特征概述

針對上述session級別流量特征因子，生成用戶級別DPI流量匯總信息如表1所示。

表1 用戶級別DPI流量信息匯總

限制目的IP位于運營商為與接入運營商相同的運營商，將用戶申告網(wǎng)速慢的申告記錄結(jié)合上行DPI HTTP數(shù)據(jù)進行分析。按照仿真分析結(jié)果，隨著各類重傳率、各類亂序率、TCP建鏈確認時延中值、TCP建鏈嘗試次數(shù)中值提升，相較于目的IP不做篩選處理，對用戶感知異常率發(fā)現(xiàn)有明顯改善。因此，限制目的IP位于同網(wǎng)運營商，能夠提高基于骨干網(wǎng)上行HTTP流量發(fā)現(xiàn)網(wǎng)速慢用戶的準(zhǔn)確性[4]。

3 上行流量特征與網(wǎng)速慢的關(guān)聯(lián)關(guān)系研究

3.1 上行流量特征與網(wǎng)速慢的一元變化關(guān)系

增加網(wǎng)速慢申告樣本量至約4 000例。通過仿真發(fā)現(xiàn)：

(1)隨著上行重傳率增加，異常感知用戶率占比升高，上行重傳率40%，異常感知用戶率>80%。

(2)在上行亂序率<35%時，隨著上行亂序率增加，異常感知用戶率占比升高。

(3)在TCP建鏈確認時延中值<200ms時，隨著時延中值的增加，異常感知用戶率占比升高。特別是在130ms時，異常感知用戶率激增。在200ms以后，異常感知用戶率約穩(wěn)定在70%。

(4)隨著TCP建鏈嘗試次數(shù)中值增加，異常感知用戶率占比升高，上行重傳率4，異常感知用戶率≈100%。

3.2 上行流量特征與網(wǎng)速慢的二元變化關(guān)系

上行重傳率、上行亂序率與用戶感知異常率關(guān)聯(lián)關(guān)系。(1)上行重傳率40%，異常感知用戶率占比>80%：按照前文分析，上行重傳率特別高代表下行丟包高，指示業(yè)務(wù)使用感知裂化。(2)20%上行重傳率<40%且20%上行亂序率<35%，異常感知用戶率占比>80%：按照第二章分析，同時上行重傳率和亂序率高可能代表用戶家庭內(nèi)網(wǎng)質(zhì)差，指示業(yè)務(wù)感知裂化(見圖1)。

圖1 上行流量特征與網(wǎng)速慢的二元變化關(guān)系

4 結(jié)語

DPI數(shù)據(jù)相比于探針數(shù)據(jù)具備數(shù)據(jù)量持續(xù)、數(shù)據(jù)量真實的優(yōu)勢。用持續(xù)、真實的流量特征來觀測用戶感知，如果流量特征異常，則能夠指示用戶使用業(yè)務(wù)感知異常。但由于DPI數(shù)據(jù)量特別大，通常只有指定時間段的上行指定端口(HTTP/HTTPS)的流量，這又給監(jiān)測用戶感知帶來很大的難度。本文通過提取用戶DPI流量特征，研究用戶申告網(wǎng)速慢與DPI流量特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出了一種基于骨干網(wǎng)上行流量深度報文檢測的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差評估方法，準(zhǔn)確率可以達到80%，能夠投入生產(chǎn)使用。