手機上網(wǎng)業(yè)務質(zhì)量端到端分析方法和系統(tǒng)

鈕遠，盧海楊，繆驊，胥健（中國移動通信集團江蘇有限公司， 南京 210000）

手機上網(wǎng)業(yè)務質(zhì)量端到端分析方法和系統(tǒng)

鈕遠，盧海楊，繆驊，胥健
（中國移動通信集團江蘇有限公司， 南京 210000）

為保障客戶的上網(wǎng)體驗，需要建立一套貼近客戶感知的業(yè)務質(zhì)量評估體系；需要貫通手機上網(wǎng)“端管云”各個環(huán)節(jié)，分析定位質(zhì)差問題、開展優(yōu)化提升。本文介紹了一種手機上網(wǎng)業(yè)務質(zhì)量端到端分析方法和系統(tǒng)，基于4G信令構建業(yè)務感知評估體系，通過業(yè)務端到端分析模型定界到業(yè)務質(zhì)差環(huán)節(jié)。

手機上網(wǎng)質(zhì)量分析；端到端；感知評估體系

1 引言

4G網(wǎng)絡的普及推動了移動數(shù)據(jù)業(yè)務的快速發(fā)展，手機上網(wǎng)感知成為影響客戶體驗的主要因素。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡質(zhì)量評價體系只關注網(wǎng)絡側(cè)指標，不能涵蓋手機上網(wǎng)的所有環(huán)節(jié)（特別是終端和內(nèi)容源）；同時手機上網(wǎng)業(yè)務種類豐富，復雜性遠非傳統(tǒng)話音業(yè)務可比，所以傳統(tǒng)的網(wǎng)絡質(zhì)量評價體系已經(jīng)不能滿足4G數(shù)據(jù)業(yè)務運營的需求。為此急需建立一套貼近客戶感知的業(yè)務質(zhì)量評估體系；急需貫通手機上網(wǎng)“端管云”各個環(huán)節(jié)，分析定位質(zhì)差問題、開展優(yōu)化提升，實現(xiàn)手機上網(wǎng)感知的可視、可控、可分析、可溯源。

2 技術方案

2.1 系統(tǒng)框架

采集4G信令，在海量數(shù)據(jù)基礎上，建立業(yè)務感知評估體系，形成業(yè)務端到端分析方法并進行業(yè)務質(zhì)量保障和提升。整體思路以客戶4G熱點業(yè)務感知為重點保障對象，開發(fā)端到端業(yè)務質(zhì)量分析模塊，通過“發(fā)現(xiàn)熱門業(yè)務”、“監(jiān)測熱點業(yè)務質(zhì)量”、“業(yè)務質(zhì)差環(huán)節(jié)自動定界”、“質(zhì)差問題整改”四大步驟做好4G業(yè)務質(zhì)量保障工作。同時開展兩項專題工作：挑選微信、AppStore等4G熱點業(yè)務開展內(nèi)容源精細化質(zhì)量提升；篩選視頻業(yè)務質(zhì)差TOP小區(qū)，以周粒度開展無線專項整改。

系統(tǒng)按3層架構設計，圖1為系統(tǒng)設計框圖。底層數(shù)據(jù)基礎層主要采集4G信令，采集接口包括S1-U、S1-MME、S6a、S11，其中S1-U信令為業(yè)務端到端分析的主要數(shù)據(jù)源，控制面接口信令用于用戶信息、小區(qū)信息關聯(lián)回填等處理。數(shù)據(jù)分析建模層包括兩大部分，業(yè)務感知評估指標體系和業(yè)務端到端分析定界模型。業(yè)務感知評估指標體系共四大類業(yè)務12個業(yè)務感知指標。業(yè)務端到端分析定界模型基于業(yè)務3個階段運用4類基礎算法定位到5類手機上網(wǎng)問題環(huán)節(jié)。應用層設計三大功能模塊，包括端到端業(yè)務質(zhì)量分析模塊、內(nèi)容源專項優(yōu)化模塊和視頻質(zhì)差小區(qū)專項優(yōu)化模塊。

圖1 系統(tǒng)設計框架

2.2 業(yè)務感知評估體系

分析手機上網(wǎng)關鍵信令交互流程確定指標算法，目標建立貼近客戶上網(wǎng)業(yè)務感知的評估體系。通過研究發(fā)現(xiàn)一般手機上網(wǎng)業(yè)務流程分解為3個階段：DNS （Domain Name System，域名系統(tǒng)）解析階段、TCP （Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）握手階段和HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）業(yè)務階段。DNS解析階段手機應用將用戶訪問的域名翻譯成訪問服務器的地址；TCP握手階段手機應用通過三步握手和訪問服務器建立TCP管道連接；HTTP階段手機應用在已建立的TCP管道之上通過HTTP方法獲取到待訪問的資源?；谏鲜?個業(yè)務階段的信令關鍵點定義指標算法?？紤]不同業(yè)務類型客戶的指標敏感度差異，區(qū)分網(wǎng)頁瀏覽、視頻、即時通信、應用下載四大類業(yè)務共設置16個感知評估指標。具體參見表1，其中指標閾值標準通過業(yè)務主觀測試和滿意度調(diào)查確立。

指標算法定義如下：

2.2.1 網(wǎng)頁瀏覽頁面響應成功率

網(wǎng)頁瀏覽頁面響應成功率=（∑成功響應次數(shù)）/（∑訪問請求次數(shù)）

訪問請求：以業(yè)務發(fā)起DNS請求開始計為一次請求，如未發(fā)起DNS請求則以TCP SYN開始計為為一次請求；

成功響應：以服務器回HTTP首分片且HTTP響應碼小于400為響應成功（即包括3XX重定向和1XX臨時響應等）；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.2 網(wǎng)頁瀏覽頁面響應時延

網(wǎng)頁瀏覽頁面響應時延=（∑（成功響應報文時間戳-訪問請求報文時間戳））/（∑訪問請求次數(shù)）

訪問請求：以業(yè)務發(fā)起DNS請求開始計為一次請求，如未發(fā)起DNS請求則以TCP SYN開始計為為一次請求；

成功響應：以服務器回HTTP首分片且HTTP響應碼小于400為響應成功（即包括3XX重定向和1XX臨時響應等）；

表1 業(yè)務感知評估體系

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.3 網(wǎng)頁瀏覽頁面顯示成功率

網(wǎng)頁瀏覽頁面顯示成功率=（∑成功顯示次數(shù)）/（∑訪問請求次數(shù)）

訪問請求：以業(yè)務發(fā)起DNS請求開始計為一次請求，如未發(fā)起DNS請求則以TCP SYN開始計為一次請求；

顯示成功：成功響應且最后一個HTTP內(nèi)容分組下載成功；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.4 網(wǎng)頁瀏覽頁面顯示時延

網(wǎng)頁瀏覽頁面顯示時延=（∑（成功顯示報文時間戳-訪問請求報文時間戳））/（∑訪問請求次數(shù)）

訪問請求：以業(yè)務發(fā)起DNS請求開始計為一次請求，如未發(fā)起DNS請求則以TCP SYN開始計為一次請求；

顯示成功：成功響應且最后一個HTTP內(nèi)容分組下載成功；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.5 網(wǎng)頁瀏覽頁面下載速率

網(wǎng)頁瀏覽頁面下載速率=（∑（下行HTTP內(nèi)容分組流量））/（∑（下行HTTP最后一個內(nèi)容分組時間戳-下行HTTP首個內(nèi)容分組時間戳））

HTTP下行內(nèi)容分組：取分組大小大于50 kB以上的HTTP下行內(nèi)容分組；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.6 視頻播放成功率

視頻播放成功率=（∑播放成功次數(shù)）/（∑播放請求次數(shù)）

播放請求：發(fā)起一次視頻業(yè)務請求記為一次播放請求；

播放成功：視頻業(yè)務響應成功且內(nèi)容下載完成記為成功；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.7 視頻下載速率

視頻下載速率=（∑（下行視頻業(yè)務內(nèi)容分組流量））/（∑（下行視頻業(yè)務最后一個內(nèi)容分組時間戳-下行視頻業(yè)務首個內(nèi)容分組時間戳））

視頻內(nèi)容分組：取純視頻業(yè)務下行內(nèi)容分組；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.8 即時通信登錄成功率

即時通信登錄成功率=（∑即時通信登錄成功次數(shù)）/（∑即時通信登錄請求次數(shù)）

即時通信登錄請求：發(fā)起一次登錄記為一次登錄請求；

即時通信登錄成功：登錄成功記為成功；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.9 即時通信上行速率

即時通信速率=（∑（上行即時通信業(yè)務內(nèi)容分組流量））/（∑（上行即時通信業(yè)務最后一個內(nèi)容分組時間戳-上行即時通信業(yè)務首個內(nèi)容分組時間戳））

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.10 即時通信下行速率

即時通信速率=（∑（下行即時通信業(yè)務內(nèi)容分組流量））/（∑（下行即時通信業(yè)務最后一個內(nèi)容分組時間戳-下行即時通信業(yè)務首個內(nèi)容分組時間戳））

下行即時通信業(yè)務內(nèi)容分組：取分組大小大于50 kB以上的即時通信下行內(nèi)容分組；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.11 應用下載成功率

應用下載成功率=（∑下載成功次數(shù)）/（∑下載請求次數(shù)）

下載請求：發(fā)起一次下載業(yè)務請求記為一次下載請求；

下載成功：下載業(yè)務響應成功且內(nèi)容下載完成記為成功；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.2.12 應用下載速率

應用下載速率=（∑（下行應用下載業(yè)務內(nèi)容分組流量））/（∑（下行業(yè)務最后一個內(nèi)容分組時間戳-下行業(yè)務首個內(nèi)容分組時間戳））

下載內(nèi)容分組：取純下載業(yè)務下行內(nèi)容分組；

信令監(jiān)測點：S1-U。

2.3 分析定界方法

針對業(yè)務感知評估指標劣化問題，按手機上網(wǎng)業(yè)務3個階段分步分析，應用4種方法準確定位端到端5類問題。

業(yè)務端到端分析定界方法圍繞業(yè)務發(fā)生的3個階段開展，如圖2所示，即分解為DNS解析階段分析、TCP握手階段分析和HTTP業(yè)務階段分析。每個階段區(qū)分成功率類問題、時延類問題和速率類問題，運用一種或多種方法，最終定位問題。

圖2 業(yè)務端到端分析定界方法

針對成功率類問題運用失敗碼定界法和橫向?qū)Ρ榷ń绶ㄕ归_分析。針對具體的問題階段，結(jié)合失敗原因、聚焦到問題的一個或多個發(fā)生環(huán)節(jié)；然后針對可疑環(huán)節(jié)，運用橫向?qū)Ρ确ǘㄎ坏骄唧w的設備。以DNS失敗原因碼為2#為例，該原因碼協(xié)議定義為服務器出錯，則可以直接判定為DNS服務器問題；接下來則在DNS服務器IP維度橫向?qū)Ρ?、定位到具體的服務器IP。以DNS失敗原因為無響應為例，發(fā)生此類問題可能是DNS服務器未響應也可能是DNS服務器回了響應但核心網(wǎng)分組丟失；接下來則需要在DNS服務器維度和核心網(wǎng)元維度開展分析，最終定位問題。

針對時延類問題運用分段定界法和橫向?qū)Ρ榷ń绶ㄕ归_分析。以TCP握手階段的時延問題為例，首先運用分段定界法判定是TCP一二次握手時延偏長還是TCP二三次握手時延偏長。如TCP一二次握手時延偏長說明問題發(fā)生在S1-U口以上路徑，可能是核心網(wǎng)問題也可能是內(nèi)容源側(cè)問題；如TCP二三次握手時延偏長說明問題發(fā)生在S1-U口以下路徑，可能是無線網(wǎng)絡問題也可能是特定終端或用戶行為。針對上述可疑環(huán)節(jié)，運用橫向?qū)Ρ确ǘㄎ坏骄唧w的設備。

對于速率類問題，則直接運用橫向?qū)Ρ确ㄟM行核心網(wǎng)、小區(qū)、內(nèi)容源、終端等維度的聚類對比，并關聯(lián)各維度的TCP管道質(zhì)量，最終定位具體的問題。TCP管道質(zhì)量重點考慮TCP亂序率和TCP重傳率指標。

以某網(wǎng)頁瀏覽業(yè)務響應成功率低分析定界為例，說明分析步驟如圖3所示。

步驟1：DNS解析階段分析，發(fā)現(xiàn)DNS解析成功率達標，則進入TCP握手階段分析。

步驟2：TCP握手階段分析，發(fā)現(xiàn)TCP握手成功率達標，則進入HTTP業(yè)務階段分析。

步驟3：HTTP業(yè)務階段分析，發(fā)現(xiàn)HTTP響應成功率僅80.34%，則需要進一步分析HTTP響應成功率偏低的原因。

步驟4：HTTP失敗原因碼分析，發(fā)現(xiàn)HTTP無響應失敗占比較高。該類失敗可能是內(nèi)容源服務器無響應，也可能是內(nèi)容源服務器有響應但響應報文在核心網(wǎng)以上網(wǎng)絡丟失，因此問題聚焦到內(nèi)容源服務器側(cè)和核心網(wǎng)側(cè)。

步驟5：以核心網(wǎng)網(wǎng)元維度分析，發(fā)現(xiàn)各SGW無響應失敗占比分布均勻，說明問題不在核心網(wǎng)，而是核心網(wǎng)以上。

步驟6：以服務器維度分析，發(fā)現(xiàn)特定內(nèi)容源服務器訪問量較高且無響應失敗占比較高。問題最終定位為內(nèi)容源服務器問題。

分析結(jié)束。

圖3 網(wǎng)頁瀏覽成功率低問題分析步驟舉例

2.4 應用實例

2.4.1 業(yè)務端到端分析

業(yè)務端到端分析包含三大部分：熱點業(yè)務挖掘、熱點業(yè)務感知指標監(jiān)測和業(yè)務質(zhì)差端到端定界。

基于業(yè)務流量和用戶滲透率綜合排名挑選熱點業(yè)務開展業(yè)務感知指標監(jiān)測和端到端優(yōu)化保障。共挑選出微信、淘寶、騰訊視頻、優(yōu)酷視頻、愛奇藝、AppStore等50個熱點業(yè)務，上述業(yè)務總流量達全網(wǎng)流量63%、用戶滲透率達96%，符合優(yōu)選標準。

對挑選出的熱點業(yè)務開展業(yè)務感知指標的實時監(jiān)測預警，同時固化業(yè)務端到端分析定界方法，以思維導圖方式展現(xiàn)分析定界結(jié)果。圖4為百度手機助手下載業(yè)務KQI指標監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該業(yè)務下載成功率低于閾值，系統(tǒng)觸發(fā)預警。系統(tǒng)基于固化的規(guī)則自動定界出F上海大眾-2等30個質(zhì)差小區(qū)和3個內(nèi)容源服務器問題并輸出詳細分析報告。

圖4 業(yè)務端到端系統(tǒng)功能截圖

2.4.2 內(nèi)容源專項優(yōu)化

針對微信、AppStore等熱點業(yè)務開展內(nèi)容源專項優(yōu)化。

（1）微信分析

4G數(shù)據(jù)統(tǒng)計，微信流量占現(xiàn)網(wǎng)總流量11%、用戶滲透率達87%，屬于高流量高用戶滲透率業(yè)務。精細化識別和分析微信用戶行為，發(fā)現(xiàn)微信朋友圈業(yè)務用戶多、流量大，游戲類業(yè)務雖然流量小但是用戶多、粘性高。將微信朋友圈質(zhì)量、微信游戲質(zhì)量作為微信精細化質(zhì)量分析的重點分析對象。

以微信朋友圈質(zhì)量分析為例，發(fā)現(xiàn)微信圖片服務器mmsns.qpic.cn域名響應成功率不達標，統(tǒng)計該服務器域名失敗原因分布，發(fā)現(xiàn)無響應失敗占92%、5XX失敗占5%、4XX失敗占3%，主要問題集中在內(nèi)容源側(cè)，優(yōu)化后指標恢復。

（2）AppStore分析

蘋果終端現(xiàn)網(wǎng)終端占有率排名第一、AppStore用戶滲透率為28%。從系統(tǒng)監(jiān)測的業(yè)務感知指標以及客戶反饋情況AppStore業(yè)務感知不佳，因此對AppStore的內(nèi)容源質(zhì)量開展專項的分析和改進工作。

分析發(fā)現(xiàn)AppStore部分域名被調(diào)度到網(wǎng)外且業(yè)務感知指標不達標，如a377.phobos.apple.com被調(diào)度到聯(lián)通且HTTP成功率指標僅88.76%。針對問題服務器關聯(lián)服務器鏈路帶寬監(jiān)測指標，發(fā)現(xiàn)負責AppStore內(nèi)容分發(fā)的江蘇藍汛和網(wǎng)宿CDN鏈路忙時擁塞，協(xié)調(diào)CDN廠家進行擴容并優(yōu)化調(diào)度策略、同時通過手機緩存加速同步緩解CDN服務壓力。優(yōu)化后AppStore整體業(yè)務感知指標達標、質(zhì)差流量由原來的28%下降到1%以內(nèi)。

2.4.3 視頻下載速率質(zhì)差小區(qū)專項優(yōu)化

篩選視頻業(yè)務質(zhì)差TOP小區(qū)，以周粒度開展無線專項整改。為排除內(nèi)容源影響因素優(yōu)選優(yōu)質(zhì)視頻業(yè)務進行小區(qū)視頻下載速率指標匯聚，考察周期為一周，選取每天8：00～23：00時，即7×16 h為考察時段，篩選出一天中出現(xiàn)≥3 h、視頻下載速率≤1 Mbit/s且該小時視頻流量≥5 MB的小區(qū)判定為視頻業(yè)務質(zhì)差小區(qū)，按按一周質(zhì)差問題天數(shù)、質(zhì)差小時數(shù)選取TOP30質(zhì)差小區(qū)開展優(yōu)化整改。解決率76%，已解決的小區(qū)視頻下載速率由571.62 kbit/s提升至2.66 Mbit/s。

3 結(jié)束語

基于4G信令分析的業(yè)務感知評估體系，從客戶使用角度出發(fā)，不局限于網(wǎng)絡質(zhì)量，而是考慮了終端、內(nèi)容源等業(yè)務訪問的其他環(huán)節(jié)的交互流程。相較傳統(tǒng)以網(wǎng)絡設備為中心的監(jiān)測機制，更貼近客戶感知。文中的業(yè)務端到端分析定界模型，按業(yè)務發(fā)生的3個階段、運用4種基礎算法、定界到手機上網(wǎng)5大關鍵環(huán)節(jié)，為業(yè)務質(zhì)差問題的分析改進提供了有效支撐。

［1］ 羅文紅，王兵，錢少波. 基于1x EV-DO網(wǎng)絡的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務端到端分析優(yōu)化方法研究［J］. 移動通信， 2013（20）.

A mobile internet end to end analysis method and system

NIU Yuan， LU Hai-yang， MIAO Hua， XU Jian
（China Mobile Communications Group Jiangsu Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

A user awareness quality evaluation system need to be setup up， which analyse the mobile internet problem through all steps of surfing（end-pipe-cloud）. This paper introduce one end to end user experience analyse method and system， which can fi nd out the main link of low quality service， based on 4G signaling.

quality analysis of mobile internet； end to end； user awareness quality evaluation system

TN929.5

A

1008-5599（2016）07-0012-06

2016-05-20