專利名稱：網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡分析平臺，尤其涉及一種網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺。
背景技術(shù)：
隨著Internet的高速發(fā)展，網(wǎng)絡的帶寬和速度成幾何級數(shù)般地增長。過去以網(wǎng)絡服務提供商(Internet Service Provider, ISP)為中心的理念已經(jīng)慢慢失去商業(yè)價值。在網(wǎng)絡服務提供商與用戶的二元關系之中，用戶現(xiàn)在處于主動地位。為了在保留更多老用戶的前提下，吸引更多的新客戶，網(wǎng)絡服務提供商除了需要改善網(wǎng)絡的QoS (Quality ofService)之外,還需要改善網(wǎng)絡的體驗質(zhì)量，即QoE(Quality of Experience),因為面對眾多的網(wǎng)絡服務提供商，用戶的選擇標準是網(wǎng)絡服務的QoE值——誰提供的網(wǎng)絡服務的QoE值高，就選擇誰。QoE是從用戶角度去感知網(wǎng)絡服務的整體質(zhì)量，而QoS實際上是為了保證或是增強網(wǎng)絡QoE質(zhì)量而應用在網(wǎng)絡上的技術(shù)指標。QoE與具體業(yè)務相關聯(lián)，對于不同的業(yè)務，相同的QoS不一定能得到相同的QoE，同時，運營商有限的資源不可能對每個用戶和每個業(yè)務都確保有相同的QoS。不同業(yè)務的QoE對QoS的需求不同，比如有些業(yè)務對QoS中的時延指標比較敏感，如VoIP業(yè)務，有些業(yè)務對QoS中的丟包率指標比較敏感，比如說文件傳輸業(yè)務。如果網(wǎng)絡服務提供商不能通過調(diào)配資源，保證不同業(yè)務的QoS需求，亦即不能保證不同任務穩(wěn)定的QoE需求，那么就會失去用戶，直接影響運營商的利益。從眾多研究QoE的論文和技術(shù)報告來看，QoE受諸多因素的影響，有非技術(shù)的參數(shù)例如用戶的主觀感知、用戶經(jīng)驗、用戶期望、用戶偏好和隱私、用戶支付的費用以及應用的服務類型等等，有技術(shù)參數(shù)例如應用層和網(wǎng)絡層的QoS，包括丟包率、時延和時延抖動等。在這些因素當中，QoS對QoE的影響起著舉足輕重的作用，這種映射關系蘊含著很高的商業(yè)價值。在現(xiàn)有的技術(shù)和理論中，對QoS和QoE數(shù)值分別的測量已有了比較成熟的解決方案和理論，但是對于兩者之間的映射關系，尚處于理論模型的研究階段，且沒有針對映射關系進行測量的軟件工具。沒有對應的映射關系，在網(wǎng)絡運營商通過QoS保障技術(shù)實現(xiàn)QoE保障的過程中，就沒有有效的指導和依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其可為運營商實現(xiàn)網(wǎng)絡質(zhì)量的差分服務提供基礎和依據(jù)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其包括QoS測量模塊、QoE測量模塊、網(wǎng)絡模擬模塊和網(wǎng)絡時間同步模塊，其中，所述QoS測量模塊用于測量網(wǎng)絡中的QoS數(shù)值，且每隔固定的時間對QoS數(shù)據(jù)進行采集，在記錄所述QoS數(shù)據(jù)的同時，同時記錄下產(chǎn)生所述QoS數(shù)據(jù)的時刻；
所述Q0E測量模塊用于測量網(wǎng)絡中的QoE數(shù)值，且定時采樣QoE數(shù)據(jù)，在記錄所述QoE數(shù)據(jù)的同時，記錄產(chǎn)生所述QoE數(shù)據(jù)的時刻；所述網(wǎng)絡模擬模塊用于模擬不同的網(wǎng)絡情況，根據(jù)指令，更改網(wǎng)絡的性能，從而能夠測量不同QoS情況下的QoS值和對應的QoE值； 所述網(wǎng)絡時間同步模塊用于保證QoS和QoE測量模塊測量的數(shù)據(jù)在時刻上的對應關系，對網(wǎng)絡服務的客戶端和服務器端進行同步，從而保證測量到同時刻的QoS和QoE數(shù)值。如上述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其中，所述QoS數(shù)據(jù)包括帶覽、時延和丟包。如上述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其中，在運行所述平臺是，首先必須運行網(wǎng)絡時間同步模塊，完成同步。進一步地，如上述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其中，同步完成之后，運行所述網(wǎng)絡模擬模塊，以設置網(wǎng)絡狀態(tài)。更近一步地，如上述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其中，最后同時運行所述QoS測量模塊和所述QoE測量模塊以測量網(wǎng)絡的質(zhì)量。因此，本發(fā)明的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺使得網(wǎng)絡運營商可以同時測量網(wǎng)絡的QoS值和QoE值以及他們的映射關系，通過這一映射關系，網(wǎng)絡運營商可以針對不同用戶的QoE需求，提供恰當?shù)腝oS保證，這樣既保留了用戶，同時也不至于使得網(wǎng)絡運營商的成本過高，進而為網(wǎng)絡運營商實現(xiàn)網(wǎng)絡質(zhì)量的差分服務提供了基礎和依據(jù)。


圖1是本發(fā)明中四個模塊之間邏輯連接的示意圖。圖2是本發(fā)明的網(wǎng)絡VoIP服務的QoS到QoE的映射關系的測量平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。本發(fā)明提供了一種網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺。其中，QoS是服務質(zhì)量，由網(wǎng)絡運營商控制和保證，對于保證不同的QoS，需要的技術(shù)和成本有很大的不同。QoE是體驗質(zhì)量，是網(wǎng)絡用戶的感知的體現(xiàn)，主要由QoS決定，同時還受到其他因素的影響。因而存在可用數(shù)學模型描述的QoS到QoE的映射關系。本發(fā)明中，在已有的QoS和QoE測量技術(shù)和工具的基礎上，通過同步的測量控制，使得QoS和QoE測量模塊測的數(shù)據(jù)具有時間上的對應性，同時應用純軟件的解決方案，使得本發(fā)明的平臺可以適應于多種不同的測量環(huán)境。本發(fā)明的關鍵點在于應用測量的QoS和QoE值去計算映射關系。為了達到這一目的，需要一個可同時測量QoS和QoE數(shù)值的實驗平臺，還必須保證同時可以測量出對應的QoS和QoE數(shù)值，這樣的才能測量出網(wǎng)絡中QoS到QoE的映射關系。因此，本發(fā)明的測量平臺由四部分組成，QoS測量模塊、QoE測量模塊、網(wǎng)絡模擬模塊和網(wǎng)絡時間同步模塊，這四部的邏輯連接情況如圖1所示。下面簡要介紹四個模塊的功能和它們相互之間的作用關系。QoS測量模塊用于測量網(wǎng)絡中的QoS數(shù)值，包括帶寬、時延和丟包等，與傳統(tǒng)的QoS測量軟件相比，QoS測量模塊需要能夠每隔固定的時間對QoS數(shù)據(jù)進行采集，在記錄QoS數(shù)據(jù)的同時，需要同時記錄下產(chǎn)生該QoS數(shù)據(jù)的時刻。QoE測量模塊用于測量網(wǎng)絡中的QoE數(shù)值。根據(jù)實際的應用不同，使用不同的QoE計算模型，處理網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)，計算出Q0E數(shù)值。同樣，QoE需要能夠定時采樣，在記錄QoE數(shù)據(jù)的同時，能夠記錄產(chǎn)生該數(shù)據(jù)的時刻。網(wǎng)絡模擬模塊用于模擬不同的網(wǎng)絡情況。由于需要測量出QoS到QoE的映射關系，需要在映射關系的值域(QoE)中多次采樣，找到QoE隨著QoS變化的規(guī)律，因此需要不同的QoS情況的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡模擬模塊完成了該工作。網(wǎng)絡模擬模塊可以根據(jù)不同的配置，更改網(wǎng)絡的性能，即QoS情況，從而能夠測量不同QoS情況下的QoS值和對應的QoE值。網(wǎng)絡時間同步模塊:為了保證QoS和QoE測量模塊測量的數(shù)據(jù)在時刻上的對應關系，需要對網(wǎng)絡服務的客戶端和服務器端進行同步，從而保證測量到同時刻的QoS和QoE數(shù)值，即為對應的QoS和QoE數(shù)值。其中，QoE測量模塊與網(wǎng)絡QoE和網(wǎng)絡時間同步模塊分別相連，QoS測量模塊與網(wǎng)絡QoS和網(wǎng)絡時間模塊分別相連，QoE測量模塊與QoS測量模塊相連，網(wǎng)絡模擬模塊與網(wǎng)絡QoS相連。上述四個模塊存在一定的依賴關系和先后次序，首先必須運行網(wǎng)絡時間同步模塊，完成同步，其次運行網(wǎng)絡模擬模塊以設置網(wǎng)絡狀態(tài)，最后需要同時運行QoS測量模塊和QoE測量模塊以測量網(wǎng)絡的質(zhì)量。按照本發(fā)明的指導思想，下面設計并實現(xiàn)了一個實施例，可以完整地展示發(fā)明的實際作用過程和創(chuàng)新之處。首先介紹實施例中涉及到的軟件和技術(shù):PTPjflPrecision Time Protocol,精確時間協(xié)議,是一種時間同步協(xié)議,其原理是:主、從時鐘之間交互同步報文并記錄報文的收發(fā)時間，通過計算報文往返的時間差來計算主、從時鐘之間的往返總延時，如果網(wǎng)絡是對稱的(即兩個方向的傳輸延時相同)，則往返總延時的一半就是單向延時，這個單向延時便是主、從時鐘之間的時鐘偏差，從時鐘按照該偏差來調(diào)整本地時間，就可以實現(xiàn)其與主時鐘的同步。PTPdjflPrecision Time Protocol Daemon,它是 PTP 協(xié)議的軟件實現(xiàn)，是可以運行在多種操作系統(tǒng)平臺下的開源軟件，其同步的精度可以達到PTP協(xié)議的要求，在本實施中，使用該軟件作為時間同步模塊Nistnet:Nistnet是開源的網(wǎng)絡模擬軟件,可以限制網(wǎng)絡丟包，帶寬，延時，抖動，重復幀?？梢酝瑫r限制多個條件，比如同時限帶寬和丟包。需要使用命令行限制，或者在Nistnet軟件界面上限制，在本實施中，使用該軟件作為網(wǎng)絡模擬模塊。Tcpdump:Tcpdump是運行在命令行下的抓包工具。它允許用戶攔截和顯示發(fā)送或收到過網(wǎng)絡連接到該計算機的TCP/IP和其他數(shù)據(jù)包，Tcpdump能夠分析網(wǎng)絡行為，性能和應用產(chǎn)生或接收網(wǎng)絡流量。它支持針對網(wǎng)絡層、協(xié)議、主機、網(wǎng)絡或端口的過濾，本實施中，使用了在Tcpdump基礎上開發(fā)的QoS測量模塊。SJPhone:SJPhone 是由 SJ Lab 開發(fā)的一款VoIP(Voice over Internet Protocol)軟件，它可以建立起網(wǎng)絡上端到端的語音通信服務，本實施中，以SJPhone建立起端到端的通信通道，通過播放音頻的方式來模擬語音通話過程。PESQ 算法:PESQ 即 Perceptual Evaluation of Speech Quality,主觀語音質(zhì)量評估，它是由ITU-T (國際電信聯(lián)盟電信標準化部)提出的，評價語音質(zhì)量的標準算發(fā)，它可以廣泛的用于網(wǎng)絡中端到端QoE數(shù)值的測量，在本實例中，在PESQ算法的基礎上開發(fā)了 QoE測量模塊。下面具體介紹實施的搭建和運行過程。如圖2所示，其為網(wǎng)絡VoIP服務的QoS到QoE的映射關系的測量平臺。本實施涉及三臺計算機，分別為A、B、C，它們的連接關系如圖2所示，B和C之間通過A相連。其中B、C兩臺機器是VoIP服務的客戶端，而A運行的是網(wǎng)絡環(huán)境模擬服務器，可以通過控制A中的參數(shù)，為BC之間提供不同的網(wǎng)絡環(huán)境。具體的網(wǎng)絡VoIP服務的QoS到QoE的映射關系的測量的流程如下:1.運行網(wǎng)絡時間同步模塊，本實施例中是PTPd，使得B與C之間的時間誤差在微秒級別；2.運行A上的網(wǎng)絡模擬模塊，本實施例中是Nistnet，通過設置適當?shù)膮?shù)，提供一個QoS值的參考值；3.啟動B、C上的VoIP軟件，本實施例中是SJPhone，同是播放測試音頻；4.運行B、C上的QoS測量模塊，本實施例中是利用tcpdump開發(fā)的QoS測量軟件；5.與4同時，運行B和C上的QoE測量模塊，本實施例中使用的是利用PESQ算法實現(xiàn)的QoE測量軟件；6.應用步驟3和5中測量的數(shù)據(jù)值，求出網(wǎng)絡QoS到QoE的映射關系。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其特征在于，包括QoS測量模塊、QoE測量模塊、網(wǎng)絡模擬模塊和網(wǎng)絡時間同步模塊， 其中，所述QoS測量模塊用于測量網(wǎng)絡中的QoS數(shù)值，且每隔固定的時間對QoS數(shù)據(jù)進行采集，在記錄所述QoS數(shù)據(jù)的同時，同時記錄下產(chǎn)生所述QoS數(shù)據(jù)的時刻； 所述QoE測量模塊用于測量網(wǎng)絡中的QoE數(shù)值，且定時采樣QoE數(shù)據(jù)，在記錄所述QoE數(shù)據(jù)的同時，記錄產(chǎn)生所述QoE數(shù)據(jù)的時刻； 所述網(wǎng)絡模擬模塊用于模擬不同的網(wǎng)絡情況，根據(jù)指令，更改網(wǎng)絡的性能，從而能夠測量不同QoS情況下的QoS值和對應的QoE值； 所述網(wǎng)絡時間同步模塊用于保證QoS和QoE測量模塊測量的數(shù)據(jù)在時刻上的對應關系，對網(wǎng)絡服務的客戶端和服務器端進行同步，從而保證測量到同時刻的QoS和QoE數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其特征在于，所述QoS數(shù)據(jù)包括帶寬、時延和丟包。
3.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其特征在于，在運行所述平臺是，首先必須運行網(wǎng)絡時間同步模塊，完成同步。
4.如權(quán)利要求3所述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其特征在于，同步完成之后，運行所述網(wǎng)絡模擬模塊，以設置網(wǎng)絡狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其特征在于，最后同時運行所述QoS測量模塊和所述QoE測量模塊以測量網(wǎng)絡的質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺，其包括QoS測量模塊、QoE測量模塊、網(wǎng)絡模擬模塊和網(wǎng)絡時間同步模塊。本發(fā)明的網(wǎng)絡QoS和QoE測量及其映射關系分析平臺使得網(wǎng)絡運營商可以同時測量網(wǎng)絡的QoS值和QoE值以及他們的映射關系，通過這一映射關系，網(wǎng)絡運營商可以針對不同用戶的QoE需求，提供恰當?shù)腝oS保證，這樣既保留了用戶，同時也不至于使得網(wǎng)絡運營商的成本過高，進而為網(wǎng)絡運營商實現(xiàn)網(wǎng)絡質(zhì)量的差分服務提供了基礎和依據(jù)。
文檔編號H04L12/26GK103117905SQ201310057840
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者李健, 馮博群, 管海兵, 馬汝輝, 嚴衛(wèi)平 申請人:上海交通大學