文摘

我们提出一个新颖的架构提供优质的经验(体验质量)意识到移动运营商的网络。特别是,我们描述一个可能的架构QoE-driven资源控制长期演进(LTE)和LTE-advanced网络,包括要监视kpi的选择不同的网络元素。我们也提供一个体验质量评价过程的描述和数值结果对不同数据服务以及潜在的用例,将受益于推出的框架。

1。介绍

无线网络和多媒体的融合通信、与服务的迅速发展和日益激烈的竞争,导致了用户网络质量的预期上升。网络质量已经成为网络优化的主要目标和维护部门。

传统上,网络测量如可访问性、可维护性和质量足以评估语音服务的用户体验(1]。然而,对于数据服务、网络测量数据之间的相关性和用户利益并不简单。首先,数据系统,由于使用分组交换,由各个节点和协议的性能影响,传送信息的,其次,无线电资源现在在不同的应用程序之间共享。在这种情况下,数据服务的绩效评估通常是由监控终端网络状况。

端到端质量的最终用户的结果在整个协议栈元素的组合和系统组件。因此,绩效评估的服务需要一个详细的性能分析整个网络(从用户设备到应用服务器或远程用户设备)。

的质量体验)丰富的质量是一个主观的测量用户使用电信服务。追逐的目的在评估服务质量(QoS)可能希望优化网络的操作从一个角度完全基于客观参数,或最近的需要确定质量,用户实际上是实现,以及满意度水平。然而,体验质量进一步考虑,满足用户接收方面的内容和使用应用程序。在这个意义上,引入智能手机已成为定量飞跃在用户体验质量的期望。

传统上,体验质量是通过主观评价进行用户测试以评估他们的满意度平均意见分(MOS)值。这种方法显然是相当昂贵,以及恼人的给用户。此外,该方法不能用于决策提高体验质量。这就是为什么近年来提出了新的方法来估计基于某些性能指标与服务体验质量。一个可能的解决方案来评估瞬间体验质量集成移动终端本身的体验质量分析仪(2]。如果移动终端能够报告测量到一个中央服务器,体验质量评估过程大大简化。其他解决方案的重点是包括新的网络元素(例如,网络分析仪,dpi,等等),负责捕获流量从一个特定的服务和分析其性能(3]。例如,[中给出的工作4]调查YouTube质量监控的问题从一个访问提供商的角度来看,认为它可以检测应用程序级拖延事件通过网络级被动探测。在其他工作中,移动终端的视频质量评估是通过监测目标参数如丢包率或抖动(5]。

然而,任何解决方案旨在估计的体验质量流量测量需要某种对体验质量值的映射。一个可能的解决方案来执行这个过程是应用效用函数相关的特定数据服务,以地图应用程序级别的服务质量(QoS)体验质量的金属氧化物半导体(值)。许多研究工作都集中在这个方向。例如,一个通用的公式连接体验质量和QoS参数(不同的分组数据服务)提出了(6]。的工作(7)解决了对基本感知原理,并讨论了它们的适用性web服务等待时间和体验质量之间的关系。其他工作量化初始延迟用户感受到的体验质量的影响对于不同的应用场景通过主观的研究实验室和众包(8]。主观实验的评价客观和主观体验质量方面由用户面板,用于量化体验质量在移动视频介绍(9,10]。

之前提到的研究主要集中在QoS和/或体验质量评价,但没有行动,程序,或框架提出了增强最终用户质量。只有少数有效解决这个问题;例如,面向体验质量的调度算法(11)动态优先级YouTube用户对其他用户如果即将体验质量退化(基于缓冲YouTube视频播放器的游戏时间)。其他研究工作提供了一种方法将体验质量纳入一个网络的无线资源管理(RRM)机制利用网络效用最大化理论(12]。在[13),一个基于应用程序的体验质量的规范和试验台实现控制器,提出了一种解决方案体验质量控制在下一代网络中虽然他们不包括任何体验质量建模和估计算法。

在本文中,我们提出一个新颖的架构,实现LTE运营商意识到他们的用户体验的瞬时体验质量。特别是,我们建议一些添加到现有的LTE QoE-driven架构资源控制的目的。我们还发现一组关键性能指标(kpi)在网络和应用水平不同的数据服务,以及估计方法浏览网页的体验质量,YouTube视频和语音IP。最后,我们描述一组潜在的用例,将会从中受益的推广提出了框架。

本文的其余部分的结构如下。部分2LTE技术架构的概述。拟议的架构QoE-driven控制部分中描述3。部分4提出了一种选择要监视kpi在不同网络元素。体验质量评价过程从较低的层的kpi中描述部分5。不同的用例提出框架分析了部分有关6。最后,一些结论讨论了部分7。

2。LTE技术架构的概述

一般的LTE架构描述在本节中,关注中指定的QoS概念第三代合作伙伴计划(3 gpp)规范。

图1显示了整个网络体系结构的进化包系统(EPS),包括网络元素和标准化接口。的网络由核心网络(EPC)和接入网(称为进化的通用陆地无线接入网,E-UTRAN)。虽然EPC由许多逻辑节点,E-UTRAN由本质上只是一个节点,在进化NodeB (eNodeB),连接到用户设备(问题)。

EPS为用户提供IP连接的分组数据网络(生产)来访问互联网,以及运行服务,如语音IP (VoIP)。相关的主要概念之一QoS在LTE是EPS持票人,它是一个逻辑连接(关联到一个特定的QoS级别)和终端之间的进化包芯(EPC)。可以建立多个持有者为用户提供不同的QoS溪流或连接到不同的生产。例如,用户可以进行语音通话(通过VoIP持票人)同时下载一个文件(通过最优持票人)。

每股收益包括政策和充电控制(PCC)子系统,它提供了先进的工具,支持服务的QoS和充电控制。它提供了一种方法来管理服务相关连接在一个一致的和可控的方式。它决定了无记名资源分配对于给定的服务,包括服务流是如何分区的持有者,什么那些持有者将QoS特征,最后,什么样的会计和充电将被应用。

EPC负责的整体控制问题和建立持有者。EPC的主要逻辑节点(见图1)如下。(我)政策控制和计费规则函数(PCRF):这是PCC的策略引擎,它负责QoS策略管理以及控制流为基础充电功能的政策控制执行功能(PCEF),驻留在分组数据网络的网关(P-GW)。PCRF提供QoS授权(QoS类标识符和比特率)决定如何对待某个数据流在PCEF并确保这是按照用户的订阅。(2)家庭用户服务器(HSS):它作为一个主存储库的所有用户和特定于服务的信息。它结合了起始位置寄存器(HLR)和认证中心(AuC)以前版本的功能。高速钢包含用户的订阅数据如EPS-subscribed QoS漫游配置文件和任何访问限制。(3)生产网关(P-GW):它负责互联网协议(IP)地址分配问题,以及QoS执法和流转PCRF收费根据规则。P-GW负责下行(DL)的用户IP数据包的过滤到不同的QoS持有者。这是基于交通流进行模板(日前)。(iv)Serving-GW (S-GW):所有IP数据包传输通过S-GW,作为本地移动锚数据持有者当问题eNodeBs之间移动。它包括一个无记名绑定和事件报告功能(BBERF)。(v)流动和管理实体(MME):居里夫人是流程的控制节点之间的信号问题和EPC。支持的主要功能相关的居里夫人不记名管理(持有者)的建立、维护和释放,和连接管理。(vi)应用程序功能(AF):从应用程序中提取会话信息信号和通信PCRF转移这个动态信息,PCRF所需的决定。(七)订阅配置文件存储库(SPR)数据库存储信息相关用户的网络使用政策。例如,SPR可以显示最终服务为用户授权,授权QoS参数/服务或用户类别(例如,企业和消费者)。PCRF可以使用订阅信息为基础的政策和充电控制决策。(八)流量检测功能(TDF):它已经介绍了LTE-A帮助网络实现服务意识通过引入服务发现机制。(第九)在线收费系统(OCS)提供了信贷管理信贷和赠款PCEF基于时间、交通量、计费事件。(x)离线计费系统(离岸金融中心)从PCEF接收事件并产生充电数据记录(CDRs)计费系统。

LTE的接入网,E-UTRAN,仅仅由一个eNodeBs网络,这通常是国米相互连接通过一个接口被称为X2和EPC通过S1接口。eNodeB的端到端服务质量起着至关重要的作用。通常执行以下QoS相关的功能:分离出来承认控制和抢占,治安率(保护网络成为超载,并确保服务发送数据按照指定的最大比特率),调度(分配无线资源之间建立持有者),和L1 / L2协议配置按照QoS特性与持票人有关。

LTE的问题可能同时支持多个应用程序,每一个有不同的QoS要求。这是通过建立不同的EPS持有者QoS流。EPS持有者可以分为两类基于QoS的性质他们提供:保证比特率(GBR)持有者永久资源分配和non-GBR持有者不保证任何特定比特率。访问网络,它是eNodeB的责任,以确保必要的QoS的持票人通过无线电接口实现。每个人都有一个关联的QoS类标识符(QCI)特征的优先级,封包延迟预算和容许包丢失和分配以及保留优先(ARP)用于呼叫允许控制。IP数据包映射到相同的EPS无记名接收相同的不记名水平包转发处理(如调度策略、队列管理策略,和速率塑造策略)。因此,问题不仅是负责为每个QoS请求建立EPS持有者流,但也执行上行的信息包过滤(UL)基于日前到不同的持有者,如P-GW DL。

表1总结的主要接口EPS的角色。

3所示。提出了QoE-Driven控制架构

我们提出一个新的架构,实现LTE运营商意识到他们的用户体验的瞬时体验质量。在拟议的架构中,与QoS或体验质量相关的所有信息将在一个集中的管理,从不同的网络元素和收集性能指标可能采取行动提高体验质量。

理想情况下,PCRF将这个角色的最好人选。然而,当前PCRF接口的规范没有提供足够的灵活性来接收相关信息从任何网络元素。这就是为什么我们建议部署一个特别QoE-server(一个标准化的接口向PCRF)。适当的体验质量之间的动态链接服务器和PCRF建议,目的是实现一个基于顾客感知服务质量的动态控制。中定义的标准,PCRF可能收到qos相关的信息从不同的网络元素分离出来:P-GW, S-GW,房颤,SPR。的目标包括任何类型的体验质量服务器之间的交互和PCRF是提供一个更广泛的视觉质量被最终用户通过策略管理为了采取行动。

考虑到PCRF实体包括标准接口,两个实体之间的通信可以实现通过以下备选方案(见图2)。(一)通过Gx参考点:这个选项需要QoS平台包括的能力交换直径与PCRF命令。注意,PCRF制造商包括Gx应用程序之间的接口管理策略规则和策略实施点,如网关,dpi,等等。我们建议重用Gx PCRF连接到服务器(作为PCEF)我们的政策。它不是必需的,体验质量引擎包括整个PCEF功能(流量过滤、监控等),因为这些任务需要执行在用户平面。相反,这个平台只需要包含发送/接收的可能性从PCRF某些信息。这个选项有更高的灵活性,对特定事件的通知PCRF相关QoS。(b)通过自然电位参考点:这个选项依赖于存储平均体验质量/ QoS指标在专有数据库中,这可以通过访问从PCRF Sp,因为它已经完成了标准化的SPR。这个参考点是用于检索用户相关信息,如允许服务,抢占用户的使用monitoring-related信息,配置文件配置,优先级(用于确定ARP),允许QCIs列表,等等。可能使用专有的数据库来提供动态subscriber-related信息根据他们的相关性能指标收集的体验质量引擎。

体验质量服务器将负责以下任务:(1)收集绩效指标从不同的网络元素;(2)估算特定数据服务的体验质量从以前的性能指标;(3)引发潜在的行动(根据用例)。这些任务进一步描述了本文。

3.1。的性能指标

众多的网络元素可能导致性能监控过程。传统上,性能统计从运营商网络管理子系统(NMS)的主要来源的反馈信息来评估服务质量(14]。然而,他们不考虑服务质量评估非常有用的数据,为不同的服务和NMS统计平均在很长一段时间(一般是1小时)。

相反,移动网络运营商通常部署一些监控平台基于dpi (dpi)。DPI是一种网络设备,可能允许网络提供商监控、收集和分析的数据通信同时数百万用户。dpi能够识别所使用的应用程序在网络上,这是很有价值的信息等多种用途的QoS策略管理。如果DPI是可用的,它将提供非常有价值的(实时)关于QoS的信息被提供给每个数据流。这样的DPI的位置可能会接近P-GW(甚至在P-GW作为硬件卡)。拥有一个DPI的优点是,它能够监视IP层之上,例如,传输控制协议(TCP)。注意,在这个位置,EPS持有者都由DPI(或P-GW),每个EPS被关联到一个特定的QoS概要文件。事实上,完成每个EPS无记名(即QoS概要文件关联。QCI ARP, GBR、最大比特率(MBR),等等)是众所周知的。这样,它可能是检查是否提供QoS一致协商QoS概要;否则,EPS持票人通过PCRF重新谈判的行为可能会引发。 All statistics should be obtained per EPS bearer and calculated at a quick rate (e.g., 1second) so that the QoE of each data service is (re)estimated every second, and real-time actions may be triggered.

除了DPI监测过程中,与其他的信息来源的潜在互补信息从不同的网络元素(移动设备、网关等)是预见到。如果使用基于代理在网络,体验质量应当被整合到引擎的方式丰富网络体验质量的总体视图。基于代理的解决方案被认为是一个有趣的方法在一个整体的体验质量监控策略,代表一个独特的解决方案来访问设备具体问题。然而,这些解决方案目前被视为补充基于网络的方法,帮助在特定体验质量的有关问题,但目前不认为由于以下替代基于网络的方法。(我)很难想象在所有网络这些解决方案的可伸缩性中期根据严重依赖手机制造商包含它们的意愿。(2)基于代理的解决方案提供了一个非常详细的视图从终端用户的角度来看,但有很强的探索方面的限制问题根本原因超出纯设备和访问网络相关问题。(3)超出纯技术方面的解决方案,有特定的隐私和数据保护方面,需要考虑在这样的解决方案的实现。

在此基础上,建议基于解决方案被认为是在整个体验质量监控策略,网络范围的百分比和补充的主要功能基于网络的解决方案,专门为这些方面不容易看到/估计从网络的角度(设备问题,网络不可用,精确位置的事件)。

4所示。kpi监控

正如之前所讨论的,我们的建议的体系结构使用kpi收集来自不同网络元素,dpi和移动终端最相关的。在这方面,本节描述一组潜在的kpi,可能会被监控等网络元素。

4.1。要监视kpi DPI

现有dpi能够监视一组广泛的参数和相关的性能指标在不同的网络层和不同的数据服务。在这里我们列出了三种基本的网络性能指标,描述瞬时网络状态的关键;他们是有用的估计的体验质量相关的任何数据服务。(我)IP水平吞吐量:它可用于比较所提供的吞吐量和GBR和MBR值在会话建立协商。UL,这提供了一个良好的绩效指标关联到整个EPS无记名,作为统计数据在输出代理运营商的网络。然而,传入的DL吞吐量以DPI可能不是一个合适的估算时的体验质量KPI无线电接口网络的瓶颈,IP水平,在这种情况下,测量吞吐量不对应的IP水平吞吐量经验丰富的移动终端。然而,这个问题只发生在用户数据报协议(UDP)作为传输协议和损失可能发生DPI和终端;在这种情况下,解决方案是基于IP层获得吞吐量直接测量终端,所述。当使用TCP时,这并不是一个问题,当IP水平吞吐量是由TCP拥塞控制机制,和,因此,测量吞吐量将(理想情况下)类似于收到在码头的吞吐量。(2)IP数据包损失率:丢包率的研究是一个挑战包损失可能发生在任何数据经过网络元素。过程测量丢包率可以基于分析上层协议;具体地说,这个过程适用于基于TCP的服务(如网页浏览、HTTP YouTube渐进式下载)或实时传输协议(RTP),就像在实时流协议(RTSP)基于视频流)。RTP数据包,损失检测应当依据序列号字段包含在RTP报头,检查可能丢失数据的RTP流。在基于TCP的服务的情况下,一个简单的方法来检测TCP损失P-GW分析来自服务器的数据包重发,在DL计算数量的重复序列。如果选择性应答(袋)功能用于TCP连接,重新传输数据包的数量将会失去的一样,获得精确的测量端到端损失率。相反,如果没有使用袋功能,当服务器检测到一个新的包丢失时,所有的包序列号将转播的,较高的计算都是包损失。在这种情况下,估计损失率会高于实际的损失率。注意,估计的平均损失率是大量的数据包;否则,结果可能是扭曲的。 Other way to compute the TCP losses would be implementing a part of the TCP protocol in the DPI. Concretely, the TCP control mechanisms could be used to determine the packet losses. It would be necessary to compute the duplicated ACKs from the UL as well as the losses due to the retransmission timeout (RTO). The adjustment of the initial RTO must be set as the value of the initial RTO of the server minus the time spent from the P-GW to the server (easy computed by executing a PING command). But the RTO is a parameter calculated dynamically, so it would also be necessary to implement the corresponding Jacobson algorithm in the P-GW to dynamically estimate the RTO value according to the round trip time (RTT) and RTT variation; the results of this dynamical calculation might not be the same in P-GW and the server due to the delays experienced in the external network. This method has the advantage of detecting packet losses even before the server, but it is very costly computationally, due to the vast number of TCP connections managed by the P-GW.(3)端到端IP RTT:一个可能的方法来测量RTT基于TCP连接建立的分析一个特定的数据服务在一个特定的细胞。众所周知,建立TCP连接使用一个三方握手位SYN活跃的地方。应遵循以下步骤。(1)当DPI / P-GW接收TCP / IP数据包(终端)SYN活跃,它必须启动一个计时器计算RTT;(2)外部RTT的贡献将计算后的接待新的TCP / IP数据包的一些SYN活跃(从服务器)承认。这种贡献的测量尤为重要的负载条件下外部网络提供了理论估算是未知的;(3)最后,将完成端到端RTT当一个新的确认收到终端的DPI / P-GW。这个测量应该表现为每个TCP连接建立过程发现DPI / P-GW。最重要的统计相关RTT平均RTT,上层产生非常重要的影响的性能,特别是对于TCP。在这个意义上,为每个QCI RTT平均值应给予,作为潜在的行动为提高体验质量在这个场景中每QCI将。

4.2。kpi是监控终端

使用真实测量的一个重要的优势在终端端是高度相关的,真正的体验质量。因此,收集统计数据具体为每个服务和终端将允许更好地分析每个服务的性能。通过定期报告的这些测量值,体验质量评估过程大大简化。原则上,获得某些性能指标或参数的可用性依赖于终端制造商。本节的重点是列表和描述主要的kpi应该为特定的数据在终端端测量服务。

这样的监控过程应由一个特别的应用程序安装在移动终端。软件负责收集终端kpi应该是低消费的无线电比特率和处理负载,以不影响其他应用程序的质量。此类软件将负责测量和报告一组kpi理论模型提供了估计体验质量。对于那些不包括监视功能的移动终端,理论模型将使用默认值或平均值从终端位于相同的单元中。

潜在的测量在终端端分为以下。(我)信号kpi:相关信号延迟期间服务机构或附着在EPS网络,这就影响到初始服务建立和可能的持有者重新谈判。(2)网络级kpi:虽然可能会有一些重叠的网络级DPI kpi测量,它总是比使用kpi收集的终端(如果可用),他们代表最终的QoS由用户设备接收。吞吐量的kpi isIP水平,IP数据包损失率、IP包大小,RTT terminal-to-server或terminal-to-terminal(这可能是定期衡量从终端发送PING命令),等等。(3)传输层kpi:主要kpi在这个级别是TCP参数,如TCP广告窗口(ADWN)或最大段大小(MSS)。ADWN代表接收方窗口大小,它是由接收机包括在每一个ACK段,表明它能够接收的数据量最大。ADWN值应该至少一样大带宽延迟产品(BDP);否则,接收TCP层将限制实现带宽。例如,让我们考虑一个LTE终端与DL 10 Mbps的传输能力。假设一个典型的LTE RTT 10 ms的40字节数据包,BDP ADWN计算BDP =带宽kb。此外,在建立TCP连接两端达成最大的部分的大小,可以使用内连接,称为海量存储系统(MSS)中。海量存储系统(MSS)中也有一个重要的价值对TCP性能的影响。MSS越大越短慢启动阶段将填补管,因为慢启动期间的增量传输字节的单位段。更大的部分,首先缓慢启动周期期间带宽利用率较高,和和平民主党可以达到更快。此外,海量存储系统(MSS)中也有一个影响总包不同的协议引入的开销。使用小的TCP报文段的大小的另一个缺点是增加的数量发送回发射机的ack。我们建议从终端获取这两个参数值以相应地调整TCP模型。(iv)应用程序级别kpi:专注于获得一些参数需要估计体验质量。当评估体验质量的关键问题之一是一个适当的识别的主要应用性能指标,影响服务质量,例如,许多rebufferings流或VoIP的端到端延迟。这些应用程序性能指标的知识可能不是简单的,但它可能需要降低QoS层指标,以评估它们。注意,将应用QoS映射到用户体验质量的过程可能需要一些配置参数,无法估计的知识分析。等性能指标/参数特定于服务(web浏览、YouTube、VoIP)中所描述的部分5。这些参数的方法来衡量一些如下解释。(一)网页下载时间(D):有两种选择来计算这个指标。最准确的选择是基于监测和解析HTTP数据包。重要的是识别所有HTTP事务属于同一个网页因为二级对象中包含一个web页面可能位于外部服务器。的相关信息链接中包含这些对象所在地的主要对象。所以,一个可能的方法来找出所有TCP连接与实际web页面搜索所有包含在主页的链接超文本标记语言(HTML)的代码。一旦所有的段属于同一个事务已确定,web页面下载时间可以估计从web页面请求所花费的时间收到最后一个数据段。另一个更简单的选择是估计web页面下载时间从较低的层吞吐量和web页面大小,这可能是已知的先验内容长度通过读取HTTP头的反应。(b)端到端延迟(d):为了计算端到端延迟,有两个选项。第一个选项是分析时间戳(如果可用)包含在一些包。这些信息包括,例如,实时控制协议(服务器)包,这是常用的标准VoIP服务。此外,该解决方案需要同步发送方和接收方通过网络时间协议(NTP)。这个解决方案的另一个缺点是,媒体服务器包大小可能不同于那些包含用户数据的数据包的大小,导致差异测量延迟(使用服务器包)和实际延迟(对应于数据包)。第二个选择是近似的端到端延迟的一半RTT,这可能只是以传输层TCP连接建立期间,或者在网络层,所述。(c)在应用程序级别损失概率:RTP-voice服务、损失检测可以基于序列号字段包含在RTP报头,检查可能丢失数据的RTP流。(d)视频缓冲区大小:这个参数包含在请求的嵌入式播放器将多媒体服务器下载选中的视频。“破裂”字段(在“videoplayback”参数列表)在几秒钟内显示缓冲区的大小,这是乘以视频数据率,提供字节的缓冲区大小。(e)视频比特率和视频长度:这些参数被发送作为元数据文件中下载YouTube。这个文件是Flash视频(FLV)对于大多数non-High定义为高清晰度视频剪辑和MP4。

总结的主要kpi测量在每个协议层是列在表中2。

5。体验质量评估过程

kpi来自不同网络元素与不同层下面的应用程序。例如,kpi测量相关的网关主要是网络层面,kpi测量DPI可能相关的网络或传输层,而kpi测量终端时可以联系到任何级别以下的应用程序。出于这个原因,在体验质量服务器接收到的性能较低的层必须映射到应用程序的性能水平,最终,在体验质量的价值。

我们提出的方法估算的QoS和用户体验质量感知的无线网络不同的分组数据服务。提出的方法是基于网络和协议模型、服务相关参数和效用函数映射QoS客观指标的主观经验的质量被最终用户。

建模方法遵循一个自底向上的方法,从物理到应用程序层,考虑到影响更高影响整体的QoS。因此,层提供了一组性能指标层以上(),先后到应用程序层。特定的方程模型每一层在协议栈是超出了本文的范围虽然进一步的细节中可以找到以前的工作从一个作者(15]。

这个端到端模型的最终目标是评估应用程序级别的QoS,稍后将映射到体验质量(用MOS值),如图3。最后执行过程提出了通过效用函数关联到每一个特定的服务。效用函数的目的是将客观测量(QoS)的主观指标(用户体验质量的感知)。

注意,效用函数非常依赖服务而每QCI MOS值估计,这可能显示总不同的服务标准(16]。这可能是一个问题,如果运营商决定将关键数据服务与其他服务聚合成QCI相同。如果是这样的话,强烈推荐使用专有QCIs继续优化分离的数据服务。

这个映射过程应考虑的具体特点每个数据服务。作为一个例子,我们专注于三个不同的服务:(我)浏览网页:最重要的目标参数估计的MOS网页浏览会话的web页面下载时间。效用函数(效用函数通常是通过主观测试用户,通过改变应用程序性能指标考虑)的价值估计MOS的函数(以秒为单位)是由(17]: (2)YouTube视频:在各种工作致力于估计视频服务的金属氧化物半导体(18- - - - - -20.),分析了(18)提供了一个效用函数的超文本传输协议(HTTP)视频流的函数三个应用程序性能指标:初始缓冲时间(时间,直到某些缓冲区占用阈值达到回放可以开始,以秒),意味着rebuffering时间rebuffering事件(平均持续时间,单位为秒)和rebuffering频率(频率中断事件回放期间,以秒⁻¹)。最后是由MOS表达式 注意,这些应用程序层指标(,,)可以估计(接收者)底层性能指标(如TCP吞吐量)以及其他配置参数如视频编码率或在接收缓冲区大小(见[18为进一步的细节)。(3)网络电话:在这种情况下,金属氧化物半导体公式只是通过一个中间模型给出的结果映射到规范化MOS值。这中间模型,称为E模型,指定在21),它提供了一个数值估计从一组网络的语音质量相关的障碍因素和信号噪声比(信噪比)的传输通道,延迟,引入的失真编码/解码算法,包损失,等等。在[22),提供了简化的模拟模型,详细说明了VoIP通信、语音质量是由以下表达式:被端到端延迟毫秒,有效的设备障碍因素,单位阶跃函数,校正系数,考虑了环境中通信发生。此外,(22提供了一个公式来翻译价值分为金属氧化物半导体: 障碍因素,反过来,取决于特定的编解码器用于VoIP通信;这些因素的编解码器的值列表在[22,23]。

6。潜在的用例

有许多用例的推出有利于QoE-monitoring提出了解决方案。该建议的体系结构的基本效用是监控和用户体验质量关联到一个特定的数据服务。一旦服务器体验质量的具体体验质量的信息服务,移动网络运营商可以为不同的目的使用这些信息,其中有一些是描述未来。

6.1。体验质量评估

第一个用例是集中在纯粹的体验质量评价过程,包括平均数值体验质量结果中描述的三个服务部分5。结果取得了从模拟假设LTE网络的主要配置参数(在所有协议层)在表中做了总结3。体验质量模块负责收集网络和应用程序性能指标,然后,QoS映射到体验质量的MOS值(根据效用函数)中描述的人物3。

关于web服务的分析,信息的交换是通过HTTP / TCP, HTTP 1.1版本已经假定。这个版本包括持久连接特性,这使得它可以重用相同的TCP连接下载后续的对象包含在web页面。可选流水线特性也一直认为,这样的对象请求同时发送无需等待接收之前的对象。图4左边显示了不同的网络的MOS结果rtt和不同数量的辅助web页面中的对象(从2到50每20 kB)的对象。首先,长时间rtt导致更糟糕的TCP的性能(在吞吐量方面)由于其固有的拥塞控制机制(在慢启动和稳态阶段)。这样的吞吐量减少直接影响网页下载时间和金属氧化物半导体。其次,更多的web页面中的对象(假设相同大小)会导致更长的下载时间,从而降低金属氧化物半导体。

在VoIP服务的情况下,它通常与一个可配置的基于UDP作为传输层从6 kbps到40 kbps的语音编码速率。由于VoIP的低数据率通常需要流动,在网络端吞吐量需求LTE网络通常不是一个问题。相反,影响服务质量的网络性能指标主要是端到端延迟。考虑到网络流量的特征,一个健壮的报头压缩(RoHC)机制被认为是在分组数据融合协议(PDCP)层。此外,未确认的RLC模式(嗯)已被选为了减少端到端延迟,这是应用程序层指标,主要是影响金属氧化物半导体。图3右边显示了金属氧化物半导体的结果的函数单向的端到端延迟和语音编码速率。在体验质量计算公式,修正因子(一个)值设置根据建筑内部的蜂窝通信而损伤因素从表中的数据获得24选择语音编解码器。可以观察到最大的端到端延迟,可以获得一个公平(即质量。、MOS = 3)大约是100 ms(论坛编码率8.85 kbps)和270 ms (23.85 kbps)。

YouTube服务基于渐进式下载技术通过HTTP / TCP;也就是说,客户端发送一个HTTP请求,因此,YouTube多媒体服务器提供通过一个HTTP响应通过TCP请求的视频。根据(2),YouTube的MOS取决于三个应用程序层指标(,,),它可以估计(接收器)底层网络性能指标(如TCP吞吐量、端到端RTT或数据包损失率)以及其他配置参数(可用在接收机端):TCP AWND大小,视频编码率,视频长度,上演在接收缓冲区大小,或最低缓冲阈值,触发器rebuffering事件(见[8为进一步的细节)。

图5左边描绘了三个应用程序性能度量的结果YouTube网络RTT的函数。上面的次要情节代表了实现平均TCP goodput(计算(25])。如果平均TCP goodput高于视频编码率(512 kbps),然后rebuffering事件的概率可以忽略不计。随着RTT的增加,TCP goodput下降直到它变成低于视频编码速率一定的RTT值;从这个RTT值以上,相关参数rebuffering事件(和)高于零(见下面的次要情节)。最初的缓冲时间(高rtt因为低)也增加TCP goodput值导致时间延误到达最小缓冲区占用()。rebuffering时间()具有相同的行为虽然是零只要TCP goodput视频编码率(即上面。,没有rebufferings发生)。除此之外,可以看出同样的RTT值由于以下原因:(1)需要填写的数据量()的计算大于的数据量(计算所需)和(2)的计算假定TCP数据传输从一个缓慢的启动阶段而计算认为TCP是达到稳定状态(被TCP goodput更高在第二阶段)。图5右边显示了不同rtt MOS的结果。正如上面提到的,对于低RTT值(实现TCP goodput值高于视频编码率),初始缓冲时间是唯一指标影响MOS(越高金属氧化物半导体越低)。当rebuffering事件开始生效金属氧化物半导体,它的值是迅速下降以来中断用户的播放是非常烦人的。

对于这个特定的数据服务,金属氧化物半导体取决于许多配置参数可以在移动终端,它需要监控的参数在自己的终端,而不是在网络上。然而,网络性能指标可能被监控终端(优先)或DPI。

尽管以前的结果对应于平均MOS值,金属氧化物半导体的估计在实际场景中进行瞬间为了实时统计信息用户的体验质量,以便实时可能采取行动(见图6)。额外的行动的评价从运营商并不在本文的范围虽然简要描述潜在的下一个部分中给出了用例。

6.2。体验质量/ QoS优化

建议的体系结构可以应用于估计体验质量被新数据服务的终端用户在一个特定的无线网络。此外,瞬时和平均每用户体验质量的知识可以帮助操作员执行其他操作,如例如以下。(一)修改用户的优先级:表现不佳时检测到在一个特定的位置或特定用户,PCRF的交互体验质量的服务器可以被认为是为了优化网络资源使用每个单元格网站和/或为每个单独的用户。可以实现这样的指示,例如,修改优先级级别(专有数据库)关联到特定用户(ARP和/或QCI)。在使用不同的QCI的情况下,推荐使用专有QCIs区分用户配置文件,不是QCIs关联到不同的服务。(b)灵活的带宽限制:它允许运营商动态设置不同的带宽限制取决于许多因素,如:数据服务(如流媒体、游戏、下载和电子邮件),使用模式,订阅者,地点,时间,等等。特定的QoS策略可以用来优化跨用户可用带宽的分配,增加网络访问的公平和改善用户体验,同时还考虑到实时用户偏好和行为,和网络条件。(c)执行政策规则在很多不同的实施点:体验质量服务器之间的协调,PCRF可以执行政策规则在很多不同的实施点包括访问网关,dpi,内容优化服务器,甚至是用户设备(或任何其他网络元素访问体验质量解决方案)。虽然与P-GW PCRF只有直接沟通,S-GW, DPI(作为PCEF),它将也可以设置策略规则在移动设备上通过体验质量服务器(对于移动设备与一个特别的应用程序)。这个过程需要体验质量服务器实现PCEF实体负责接收从PCRF和政策,后来,他们转发到移动设备。这允许服务提供者申请政策规则在网络和支持一组不同的用例。(d)发送通知给用户:体验质量服务器会发送通知从PCRF基于实时触发事件,如超过使用阈值为一个特定的应用程序中,漫游到另一个网络,或符合条件的客户忠诚度计划。

6.3。网络容量规划

容量管理是基于工程限制指定最大程度的利用,可以容忍为了提供所需质量的经验。例如,在声音的遗产网络工程限制使用Erlang的公式计算的基础上最大可容忍的阻断率。移动宽带网络,然而,这样的一个可靠的和简单的连接质量与容量的关系并不存在。

被广泛接受的处理器共享模型只作为估计认为吞吐量但是失败在预测混合异构服务质量是在移动互联网流量。因此,直接测量质量发挥更积极的作用不仅仅是提供端到端控制通常采用电路交换网络。监测资源利用率应被监控端到端质量的补充,给一个完整的视图体验质量对网络拓扑结构和时间。这将使建立一个可靠的利用率和质量之间的相关性,因此作为一种经济有效的容量规划的基础。这是特别重要的实时数据服务,如VoIP或视频流。

提议的体验质量解决方案可以帮助识别的最小所需的资源收音机界面,E-UTRAN和EPC实现想要的体验质量。目的是满足运营商的终端用户的质量要求以及最小化CapEx和OpEx体验质量的解决方案可以用于预算计划。端到端方法提供了额外的好处通过确保所有领域涉及始终准尺寸在整个网络。

基于解决方案被认为是对特定的用例(主要是精确位置和设备性能的影响)。然而,这些解决方案有很大的局限性的可伸缩性和手机制造商的依赖。在此基础上,基于解决方案应当视为补充一个基于网络的解决方案,可以满足特定需求的一个示例。

注意,网络容量规划不是一个实时的过程,也就是说,它不需要快速行动网络中的某些事件的结果。在这个意义上,快速可用性性能指标不是问题。此外,从NMS数据库统计信息将帮助在尺寸标注过程中,因为它提供了网络拓扑结构和网络流量负载信息关联到每个元素。考虑到客户使用的详细信息和交通/使用模式,我们提出了体验质量的解决方案能够执行例如,以下任务。(我)识别网络瓶颈和(重新)di-mension网络,确保有针对性的体验质量:体验质量测量和全网络覆盖可以提高效率的瓶颈识别和扩展现有负荷监控的功能分类的拥塞等级根据对质量的影响。这种分析可以(重新)维度的网络元素和与潜在的问题。这个过程应该为给定的需求,提供最佳的网络配置预期交通混合,和QoS的概要文件,它是故障排除前一步。它包括所有网络接口的(细胞)尺寸过程包括收音机(对用户平面和控制平面)使用真实网络数据。(2)交通预测基于实际和历史数据流量。提议的体验质量解决方案也可以用于执行交通预测过程基于历史数据流量存储在数据库中。具体地说,这个解决方案可以实现预测算法预测交通需求在每个细胞的基础上根据历史数据和预期的全球流量增长。目标是估计的流量在未来通过传播预测市场数据交通行业水平,无论是交通以及交通总量的混合物。

6.4。手机和服务性能基准测试

越来越多的手机和多媒体内容推出到市场,对运营商来说正变得越来越重要基准每个终端和测量其性能。细节洞察到不同的手机(智能手机)如何执行在不同的服务和应用程序的网络,作为一种方式来指导手机选择和认证,并有可能在设备商务谈判。

这个过程使识别有问题的手机和分析错误的原因。通过识别有问题的手机,运营商可以快速做出所需的调整他们的网络提供支持更多的手机模型,从而提高客户体验。

因为我们的体验质量解决方案将接收来自一组移动设备的性能指标,它将存储统计报告各种手机的质量。这些报告显示,手机用户随着时间的QoS。此外,他们显示手机使用趋势使运营商能够优化支持各种类型的手机。

这个任务的主要目标是提供以下。(我)基准测试手机性能:语音和数据如何被认为从真正的手机和用户角度从任何网络。我们的体验质量解决方案将从语音和包服务统计分析手机性能随时间和位置。(2)识别、分析和解决问题与手机有关。(3)手机验证过程:基准新的手机基于特定的标准(例如,罗摩检查使用的手机模型的兼容)。这可以实现更快的手机选择和验证过程,有助于减少需要昂贵的活性测试和模拟数以百计的手机。(iv)为新的应用程序提供最好的体验质量:新服务,如视频应用程序操作符的一个重要的收入来源。为了保证高质量的数据服务,手机性能监控有助于测试应用程序和测量经验感知从手机潜在的质量。重要的是要确保多媒体应用程序调整手机的使用它们。此外,通过这一过程,营销团队可以很容易地跟踪引进新的服务和手机和测量它们的用法。

6.5。网络故障排除

当前网络监视工具可能不是最好的方法,系统检测到网络故障排除时问题客户体验(进一步比纯网络相关问题没有明显关联到客户的影响)。解决方案应能提供可以征收关税的报警阈值设置为不同的指标函数。自动阈值设置,trend-tracking机制和自动/自学习过程偏差跟踪可用性将积极考虑。

真正的挑战是在诊断网络问题,影响客户体验。这些问题可能是特定于一个特定的细胞,设备,核心网络元素,或应用程序。在一个大型网络与成千上万的网站,每个使用多个乐队和运营商,并链接到数以百计的核心网络元素和应用服务器,发现的一个问题一个问题可能需要tb的数据分析。

服务质量是最重要的LTE故障诊断功能,可能会给一个供应商(或操作)的优势。要理解他们的网络的QoS问题,运营商需要超过基本分析功能的网络性能在任何故障诊断系统实现。测量所有IP网络的QoS要求一个进化的解决方案。工程师需要适当的kpi(可定制的内置kpi)分析服务设置,与会话下降,服务质量问题,原因。网络的需要提供高带宽的数据服务,直接影响监控解决方案所需的能力和所需的能力,以确定哪些用户使用网络和使用什么服务。

一些节点和接口传输用户的标识符用于处理政策和充电控制在LTE网络。任何未能正确处理这些信息生成错误出现在底部line-customer满意度和计费系统。因此,至关重要的是,经营者可以排除相关的预防服务节点退化和损失的收入。

我们建议的QoS解决方案是能够接收实时KPI警报,这提供了一个简要的概述网络和服务性能退化。自动通知网络有助于解决网络故障问题的快,甚至在用户意识到了这些问题。

6.6。网络监测和报告

通常情况下,网络监控过程主要是基于整体网络性能指标,以便感知体验的最终客户是不可能很容易推导出在全球范围内。提议的体验质量解决方案将允许联合网络+用户体验监测(基于体验质量),能够预测特定客户/服务问题,减少业务影响。客户使用的详细信息和交通/使用模式,这被认为是至关重要的客户业务部门和发展对提高水平的分割为多个维度(客户、服务等)是基于真正的趋势。

提议的体验质量解决方案可以使用被动方法来推断自动从被动测量用户感知的网络。目标是自动获得用户感知,从纯粹被访问特定的指标监测(不再需要客户调查)从网络和终端。

6.7。客户关怀

目前,客户感知评价主要是通过定期调查问卷和采访选择的客户提供视图/见解到感知经验。连接感知的能力(主观)测量(客观)的经验体验质量指标可能会导致显著的好处而言,实现更好的洞察到客户感知质量更宽的方法比目前基于抽样的具体customers-evolution走向全面的网络客户质量跟踪。

QoE-monitoring解决方案联系到客户服务中心通过简化接口和总体状况的实时访问客户的具体信息,提高应对客户的质量,因此满意度。客户服务团队可以快速诊断问题和确定问题的根源与严重执行网络,移动终端,或应用程序。这之前可以识别问题影响客户沟通更主动从而增加整体的客户满意度。

这个用例,相关的潜在积极远程处理设备(例如,访问远程电脑决定配置问题),已被确认。

7所示。结论

在本文中,我们提出了一种新颖的架构为移动运营商网络提供体验质量意识。建议的体系结构可以链接体验质量引擎和PCRF,目的是实现QoS基于客户感知的动态控制。结合先进的计量功能和高度可配置的业务规则引擎,PCRF可以管理的QoS,优化高带宽流量,并执行使用配额。两实体之间的通信可以通过以下选择:满足通过Gx参考点(a)或(b)通过自然电位参考点(通过专有数据库)。几个用例(协调)的优势已经提出,包括修改用户优先级为未来不记名,动态配置的带宽限制,执行政策规则在很多不同的实施点,或可能对移动终端发送通知。

有关的其他潜在的应用提出了体验质量的解决方案(无需与PCRF交互),其他的用例将受益QoE-monitoring平台解决方案的推出已经描述,包括网络容量规划、手机和服务性能基准测试,网络故障排除,网络监测和报告基于体验质量和客户关怀。

未来的工作将集中在可行性研究走向现实的实践在LTE试验台。最终的目标是提供实际的结果和经验在EPS系统体验质量的动态配置。

确认

这项工作已经部分支持军政府的安达卢西亚(四面八方de Excelencia tic - 06897和tic - 03226),西班牙政府(tec2010 - 18451)。