互聯(lián)網(wǎng)應用服務質(zhì)量評估研究.pdf

1、一直以來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡和各應用服務器主要提供盡力而為的服務，直到近幾年才有部分運營商網(wǎng)絡對個別業(yè)務提供了區(qū)別服務，但仍沒有達到為用戶提供質(zhì)量有保證的應用服務的程度。因此，雖然各骨干網(wǎng)絡帶寬不斷創(chuàng)新高，用戶的抱怨依然時有發(fā)生。除了抱怨網(wǎng)絡接入中斷故障外，其余的抱怨均為用戶在感覺上對其所使用應用服務質(zhì)量不滿。IETF及學術(shù)界對QoS的研究主要是針對網(wǎng)絡服務的QoS的測量與保證，較少直接關(guān)心端用戶對具體應用服務的QoS需求。ITU-T一直比較重視

2、用戶對具體應用的感知服務質(zhì)量(PQoS)，但未能充分考慮基于IP網(wǎng)絡的應用。因此本文關(guān)注因特網(wǎng)上用戶PQoS的研究。以能夠在因特網(wǎng)上提供有保證的應用服務質(zhì)量為終極目標，本文圍繞因特網(wǎng)上用戶PQoS的全面評估展開研究，主要工作包括：研究用戶對Web和VoIP應用的PQoS的客觀測量與評價：研究端到端網(wǎng)絡QoS較低成本的直接測量方法；初步分析各質(zhì)量環(huán)節(jié)對PQoS的影響程度；為監(jiān)測用戶端以及端網(wǎng)絡的網(wǎng)絡行為，研究文件共享型流量的識別；實驗嘗試

3、基于PQoS評估網(wǎng)絡QoS。具體如下： Web PQoS客觀估計：在分析HTTP協(xié)議、用戶訪問習慣和Web訪問中IP分組的到達規(guī)律的基礎上，針對Web流量的突發(fā)性，提出了突發(fā)訪問的概念，并定義了兩個服務內(nèi)在性能測度：平均響應延遲和交付速率。兩個測度計算都基于在用戶方觀測到的入方向分組。其中的響應延遲不僅包含客戶端至服務器的網(wǎng)絡往返時延，還包括服務器檢索被請求內(nèi)容的時延和在服務器的排隊時延；而交付速率指一段時間內(nèi)各次突發(fā)訪問的分

4、組到達速率的平均值。在實際環(huán)境中的實驗測試表明，兩測度與用戶感知的主觀評價之間滿足線性回歸模型，從而證實了可基于平均響應延遲和交付速率這兩個單點測度，方便地客觀估計用戶訪問指定Web網(wǎng)站時的PQoS。 VoIP PQoS客觀估計：通過分析VoIP流量，發(fā)現(xiàn)VoIP一般都是P2P的，并且一對用戶的通話一般基于一個UDP流。針對VoIP流量的流式特性，提出了一個基于語音流流特性，僅利用IP網(wǎng)絡測量技術(shù)，客觀評價VoIP PQoS的

5、非侵入單端方法——FSPAV。FSPAV利用中介數(shù)學應用理論中提出的個體真值程度度量，將通話片段的3個與用戶感知相關(guān)的流特性測度：平均語音包大小、語音包平均到達間隔、平均到達間隔抖動的測量值映射成一個通話質(zhì)量客觀評價值。FSPAV不需要監(jiān)測語音信號，而是監(jiān)測用戶主機接收到的包含對端用戶語音數(shù)據(jù)的IP分組：因不需要同步時鐘或解析應用協(xié)議，3個單點測度的測量成本低廉；基于真值程度度量，還能得出有助于語音質(zhì)量降級因素分析的每個特性的優(yōu)劣程度。

6、在真實網(wǎng)絡環(huán)境下的實驗結(jié)果顯示客觀評價值與主觀評價值之間具有相當高的相關(guān)性，表明了該方法的有效性。 網(wǎng)絡QoS測量：首先回顧了ITU-T和IETF IPPM工作組發(fā)布的文檔中有關(guān)QoS、網(wǎng)絡QoS、網(wǎng)絡性能和網(wǎng)絡服務SLA(服務等級協(xié)約))的概念及相關(guān)參數(shù)。針對已有的部分參數(shù)對時鐘同步要求高、測量代價高，不支持IPv6網(wǎng)絡，或缺乏實際意義的問題，定義了3個對時鐘同步要求均不高的QoS參數(shù)：IP分組時延變化(IPDV)、IP分組傳

7、送失敗率(IPFR)，IP分組吞吐能力(IPTC)。通過理論上的誤差分析論證了IPDV定義的合理性。IPTC不受末端主機等其他因素影響，能有效度量公用IP網(wǎng)段集維持業(yè)務流量模式的能力。IPFR的提出是因為IPv6網(wǎng)絡難以區(qū)分分組出錯和丟失，并且在IPv4網(wǎng)絡中區(qū)分意義也不大。基于這些QoS參數(shù)理論上可以使網(wǎng)絡QoS的直接測量相對容易一些。 各質(zhì)量環(huán)節(jié)對PQoS的影響分析：通過實驗初步分析了Web和VoIP應用服務各質(zhì)量環(huán)對PQo

8、S的影響，實驗研究發(fā)現(xiàn)用戶所感知的應用服務質(zhì)量并不一定基本取決于核心網(wǎng)絡這個質(zhì)量環(huán)節(jié)，用戶端主機及網(wǎng)絡、服務器可能也非常關(guān)鍵。實驗顯示，用戶主機低速接入對Web用戶PQoS有明顯降級，對VoIP PQoS影響更為嚴重。當用戶主機接入帶寬較高時，用戶的其他網(wǎng)絡行為對PQoS有影響，發(fā)現(xiàn)伴隨的文件共享型P2P流量對Web用戶PQoS影響較大，而伴隨的Web流量對VoIP用戶感知有突發(fā)式的影響。通過估算不同時段Web服務器端的響應延遲研究了W

9、eb服務器對PQoS的影響，實驗顯示網(wǎng)絡流量高峰與低谷時段服務器響應延遲的增幅可能超過網(wǎng)絡時延的增量，表明服務器也是一個用戶感知質(zhì)量降級不可忽視的因素。通過實驗從時延角度發(fā)現(xiàn)國內(nèi)不同運營商之間的互連鏈路時常是最大的網(wǎng)絡瓶頸，其次運營商網(wǎng)絡的骨干網(wǎng)、省間互連鏈路，以及用戶端網(wǎng)絡。各質(zhì)量環(huán)對PQoS的影響分析是應用服務全面跟蹤管理的需要，可為應用服務質(zhì)量保證提供參考。 文件共享型P2P流量的識別：診斷應用服務質(zhì)量不合要求的原因時需要

10、分析用戶網(wǎng)絡行為。論文研究對容易占用大量帶寬的文件共享型P2P流量(簡稱BT類流量)的識別。傳統(tǒng)的應用識別方法靈活性不夠，而且難以識別未知或加密P2P流量。論文通過研究各應用的流量特征，結(jié)合對應用協(xié)議的簡單分析，發(fā)現(xiàn)單主機BT類流量中通信對端主機及對端端口的分布特性有別于其他應用的。因此定義了通信對端主機離散度(RHD)和端口離散度(RPD)2測度，并提出基于RHD的識別方法M1，及其改進方法——基于RHD和RPD的識別方法M2識別BT

11、類流量。在實際網(wǎng)絡環(huán)境中進行實驗測試，結(jié)果表明M1方法相當有效，對單主機較多應用混合的流量可能存在少量誤報或漏報，M2方法更加有效，極少存在誤報或漏報，但是M2比M1復雜一些。這2個方法都不需要剖析P2P協(xié)議及深層檢查分組載荷，而是基于流量特征，能夠快速準確地識別主機流量中有無BT類P2P流量，無論應用使用什么端口，有無應用特征碼，凈荷明文還是加密，協(xié)議已知還是未知。因而比基于內(nèi)容的識別方法擴展性好。此外，論文認為應進一步研究基于流量特

12、征的應用識別，并且將基于內(nèi)容的方法與基于非內(nèi)容的方法相結(jié)合，能夠較好地實現(xiàn)細致到流級的應用類型識別。 基于PQoS的網(wǎng)絡QoS評估：從普通用戶的角度，基于用戶對應用服務(Web和VoIP)的感知質(zhì)量定性地對比評估了部分運營商網(wǎng)絡的總體服務質(zhì)量。其中的關(guān)鍵是要盡量減小端網(wǎng)絡及端主機對PQoS的影響。實驗研究表明按照傳統(tǒng)的性能測度測量的網(wǎng)絡質(zhì)量可能更多反映的是網(wǎng)絡的潛能，而基于PQoS的網(wǎng)絡QoS評估結(jié)果反映的是網(wǎng)絡對應用的服務質(zhì)量