互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量評估研究.pdf

1、一直以來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和各應(yīng)用服務(wù)器主要提供盡力而為的服務(wù)，直到近幾年才有部分運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)對個(gè)別業(yè)務(wù)提供了區(qū)別服務(wù)，但仍沒有達(dá)到為用戶提供質(zhì)量有保證的應(yīng)用服務(wù)的程度。因此，雖然各骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷創(chuàng)新高，用戶的抱怨依然時(shí)有發(fā)生。除了抱怨網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用服務(wù)質(zhì)量不滿。IETF及學(xué)術(shù)界對QoS的研究主要是針對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的QoS的測量與保證，較少直接關(guān)心端用戶對具體應(yīng)用服務(wù)的QoS需求。ITU-T一直比較重視

2、用戶對具體應(yīng)用的感知服務(wù)質(zhì)量(PQoS)，但未能充分考慮基于IP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(yīng)用服務(wù)質(zhì)量為終極目標(biāo)，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(yīng)用的PQoS的客觀測量與評價(jià)：研究端到端網(wǎng)絡(luò)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(luò)的網(wǎng)絡(luò)行為，研究文件共享型流量的識(shí)別；實(shí)驗(yàn)嘗試

3、基于PQoS評估網(wǎng)絡(luò)QoS。具體如下： Web PQoS客觀估計(jì)：在分析HTTP協(xié)議、用戶訪問習(xí)慣和Web訪問中IP分組的到達(dá)規(guī)律的基礎(chǔ)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(gè)服務(wù)內(nèi)在性能測度：平均響應(yīng)延遲和交付速率。兩個(gè)測度計(jì)算都基于在用戶方觀測到的入方向分組。其中的響應(yīng)延遲不僅包含客戶端至服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)往返時(shí)延，還包括服務(wù)器檢索被請求內(nèi)容的時(shí)延和在服務(wù)器的排隊(duì)時(shí)延；而交付速率指一段時(shí)間內(nèi)各次突發(fā)訪問的分

4、組到達(dá)速率的平均值。在實(shí)際環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)測試表明，兩測度與用戶感知的主觀評價(jià)之間滿足線性回歸模型，從而證實(shí)了可基于平均響應(yīng)延遲和交付速率這兩個(gè)單點(diǎn)測度，方便地客觀估計(jì)用戶訪問指定Web網(wǎng)站時(shí)的PQoS。 VoIP PQoS客觀估計(jì)：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(gè)UDP流。針對VoIP流量的流式特性，提出了一個(gè)基于語音流流特性，僅利用IP網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，客觀評價(jià)VoIP PQoS的

5、非侵入單端方法——FSPAV。FSPAV利用中介數(shù)學(xué)應(yīng)用理論中提出的個(gè)體真值程度度量，將通話片段的3個(gè)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(dá)間隔、平均到達(dá)間隔抖動(dòng)的測量值映射成一個(gè)通話質(zhì)量客觀評價(jià)值。FSPAV不需要監(jiān)測語音信號(hào)，而是監(jiān)測用戶主機(jī)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(shí)鐘或解析應(yīng)用協(xié)議，3個(gè)單點(diǎn)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(jí)因素分析的每個(gè)特性的優(yōu)劣程度。

6、在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示客觀評價(jià)值與主觀評價(jià)值之間具有相當(dāng)高的相關(guān)性，表明了該方法的有效性。 網(wǎng)絡(luò)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(luò)QoS、網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)SLA(服務(wù)等級(jí)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(shí)鐘同步要求高、測量代價(jià)高，不支持IPv6網(wǎng)絡(luò)，或缺乏實(shí)際意義的問題，定義了3個(gè)對時(shí)鐘同步要求均不高的QoS參數(shù)：IP分組時(shí)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(jī)等其他因素影響，能有效度量公用IP網(wǎng)段集維持業(yè)務(wù)流量模式的能力。IPFR的提出是因?yàn)镮Pv6網(wǎng)絡(luò)難以區(qū)分分組出錯(cuò)和丟失，并且在IPv4網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(shí)驗(yàn)初步分析了Web和VoIP應(yīng)用服務(wù)各質(zhì)量環(huán)對PQo

8、S的影響，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)用戶所感知的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量并不一定基本取決于核心網(wǎng)絡(luò)這個(gè)質(zhì)量環(huán)節(jié)，用戶端主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器可能也非常關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)顯示，用戶主機(jī)低速接入對Web用戶PQoS有明顯降級(jí)，對VoIP PQoS影響更為嚴(yán)重。當(dāng)用戶主機(jī)接入帶寬較高時(shí)，用戶的其他網(wǎng)絡(luò)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(shí)段Web服務(wù)器端的響應(yīng)延遲研究了W

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

10、分析用戶網(wǎng)絡(luò)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(shí)別。傳統(tǒng)的應(yīng)用識(shí)別方法靈活性不夠，而且難以識(shí)別未知或加密P2P流量。論文通過研究各應(yīng)用的流量特征，結(jié)合對應(yīng)用協(xié)議的簡單分析，發(fā)現(xiàn)單主機(jī)BT類流量中通信對端主機(jī)及對端端口的分布特性有別于其他應(yīng)用的。因此定義了通信對端主機(jī)離散度(RHD)和端口離散度(RPD)2測度，并提出基于RHD的識(shí)別方法M1，及其改進(jìn)方法——基于RHD和RPD的識(shí)別方法M2識(shí)別BT

11、類流量。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明M1方法相當(dāng)有效，對單主機(jī)較多應(yīng)用混合的流量可能存在少量誤報(bào)或漏報(bào)，M2方法更加有效，極少存在誤報(bào)或漏報(bào)，但是M2比M1復(fù)雜一些。這2個(gè)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(zhǔn)確地識(shí)別主機(jī)流量中有無BT類P2P流量，無論應(yīng)用使用什么端口，有無應(yīng)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(shí)別方法擴(kuò)展性好。此外，論文認(rèn)為應(yīng)進(jìn)一步研究基于流量特

12、征的應(yīng)用識(shí)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(shí)現(xiàn)細(xì)致到流級(jí)的應(yīng)用類型識(shí)別。 基于PQoS的網(wǎng)絡(luò)QoS評估：從普通用戶的角度，基于用戶對應(yīng)用服務(wù)(Web和VoIP)的感知質(zhì)量定性地對比評估了部分運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的總體服務(wù)質(zhì)量。其中的關(guān)鍵是要盡量減小端網(wǎng)絡(luò)及端主機(jī)對PQoS的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明按照傳統(tǒng)的性能測度測量的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可能更多反映的是網(wǎng)絡(luò)的潛能，而基于PQoS的網(wǎng)絡(luò)QoS評估結(jié)果反映的是網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量