醛 i 5G初探i 5 G网络的端到端客户感知评估方法 黄昭文 (中国移动通信集团广东有限公司,广东广州510000) 【摘要】 在5G网络中,通信业务类型、网络连接数、网络质量需求都将大幅增加,研究如何有效保障5G网络的质量和接 入能力已成为重要课题。通过对5G网络客户感知的评估方法进行深入研究,指出现有客户感知分析方法需要改 进的方面,提出把业务需求、客户真实体验与5G网络流量分析相结合的思路,建立了一个基于网络连接的客户 感知量化评估方法,并验证了该方法的有效性。 【关键词】 5G客户感知CBMOQ端到端 文献标志码:A 文章编号:1006—1f)1()(2o17)叭一()I)88—05 doi:l().3969Q issn 1o()6—101{).2(J17.O1.I)17 中图分类号:TN929.5 51用格式:黄昭文.5( 网络的端到端客户感知评估方法U].移动通信,2017,41(1):88—92. An Evaluation Method of End-to—End Customer QoE in 5G Network HUANG Zhao.wen (China Mobile Group Guaugdong Co,Ltd.,Guangzhou 510000,China) [Abstract】 Jn the 5G network,the communication service type,the network connection numbeL the network quality demand will increase greatly.The research on the effective guarantee of the 5G network quality and the access capability iS all important issue.The evaluation method of customer perception for 5G network iS thoroughly analyzed and the aspects tO be improved for the existing customer perception analysis methods were pointed out.Then,the idea that combines service demand。customer’S reaI experience and the 5G network tra蚯c analysis was put forward.A quantitative customer perception evaluation method named CBMOQ was built whose effectiveness was veriifed. [Key words】 5G network customer perception CBM0Q end to end 1引言 国际电信联盟已经启动5G标准研究工作,并明确 了IMT.2020的工作计划:201 5年中完成IMT,2020国 际标准前期研究,20l6年开展5G技术性能需求和评估 方法研究,20 1 7年底启动5G候选方案征集,2020年 发展的方式满足未来超干倍的业务流量增长,以及超 高速率、超低时延和海量连接等多样化业务需求。与 4G网络相比,5G网络不仅传输速率更高,而且在传 输中呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点,未来将 在物联网应用中发挥重要作用。应用于5G网络的业务 底完成标准制定¨ 。5G将大幅提高网络部署和运营的 效率,带来相比4G超百倍的能效提升,它将以可持续 类型在3G/4G的上网浏览、程序下载、社交应用的基 础上还增加了高清视频应用、实时信息交互、游戏应 用等类型,物联网的机器到机器(M2M,Machine to Machine)通信将占据大部分通信连接。与此同时,由 收稿日期:2016-07—06 于现网中的2G/3G/4G网络用户还需要一定的时间才能 责任编辑:文竹liuwenzhu mbcom.cn 过渡到5G,预期在将来会出现多种网络制式共存的情 88 I 蔫 强5G初探 i;; 况。这种复杂的应用场景使得客户感知难以得到有效评 根据需要,可以依据本文所介绍的方法进一步扩展需 评估的业务类型。 估。从网络资源利用率的角度出发,运营商也需要规划 如何通过有限的资源投入确保大多数客户的感知 1。如 何评估这些业务水平及客户的客户感知,已成为移动 通信网络运营的重要课题。 现把业务使用过程定义为S,sff?包括的具体业 务操作是一个业务操作的集合:s={ 。,S ,…,S }。 其中每一个 。分别代表业务的一类操作。例如对话音 业务,s={呼叫,寻呼,接续,通话};对短信类业务, 2通信网络客户感知的研究进展 通信领域对客户感知的评估方法的研究已经开展 s={发送,寻呼,接收}。针对每一个S ,需判断其归属 统计特性x={ , ,…, }。从客户感知角度考虑, 包括{Delay,Speed,Suc,…},即分别对应时延、速 度、成功率等子属性,根据需要还可以进一步对统计 了较长时间,从事这方面工作的有企业、个人和标准 化组织[4 】。目前经常使用的客户感知评估方法可分为 指标建模法和客户调研法 】。这些评估方案更多的是 基于对业务或服务的先验知识,从网管系统选取若干 关键网络指标进行量化来反映客户感知情况。这种方 法虽然简单,但是随着业务种类及外部影响因素的不 属性进行拓展。根据业务种类的不同,可以选择不同 的映射函数。S与x之间的映射关系可以用映射函数 g( )表示: =g ), ∈S,■∈X (1) 断增加,在实际操作过程中如何选择适用场景的指标 集将成为一个难题。此外,现有评估方案主要还是面 向传统的以真实的人类为主体的体验,并不能直接应 用于5G中涌现的海量的以机器为主体的物联网应用。 3.1控制平面感知评估 对于控制平面码流,将通过信令解码模块\接入信 令模块,分析其5G网络接入信令的成功率及时延。分 析评估本次连接接入网络的成功率,例如附着、PDP 激活、路由区更新成功率 , “1”表示成功, “0” 3基于连接的客户感知评估方法 本文根据5G网络的特点,把现有客户感知的量 化方法进行推广,建立了一个新的面向连接的客户 感知评估方法,简称为CBMOQ(Connection—Based Measure of Quality),其系统框架如图1所示: 表示失败。以下采用示性评分法计算: ) 3.2用户平面感知评估 (1)浏览类业务感知评估 (2) 客户感知体现为终端用户对运营商提供业务、网络 1.信令解码 匝 圈[口 臣 口 臣 回 匝 圆圈 臣圃臣 巨亟 或应用的整体表现的主观感受。从客户角度分析,客户 在使用通信网络的业务时,除了对业务内容的感受外, 主要的感受来自于业务交易的时长。根据研究” …,用户 在使用业务过程中有一个“258原则”,即如果用户需 要超过8 s才能打开一个网页,那么该用户将很有可能 2.连接分类器 由于等待时间过长而离开该网站而去访问其他网站。 这个规律的本质是对客户感知进行了初步量化,也就 是认为客户感知的下限为8 S。评估相应单次业务时 延,D 、D。 为对应时延感知指标的上、下门限的定 图1 CBMOQ系统架构 如图1所示,5G码流进入CBMOQ后,分别按信令 义值。时延感知的上门限是指如果时延大于该指标, 面及控制面进行感知评估。图中列举了接入信令、浏 览、下载、实时应用、物联网、高清视频等主要应用 类型及其处理模块(C、Ul、U2、U3、U4、U5), 则感知是差的;下门限是指如果时延小于该指标,则 感知是好的。基于网页浏览感知的“258原则”,可以 分别取8和2进行测试,以下采用线性评分法计算: 亳l 89 於 l 5G初探i; 100, X<D|删 _×70+30,u 小于该指标,则感知是好的;R表示为对应本次数据传 输的可靠性, “1”表示数据成功送达物联网控制中心 (如中国移动OneNet平台), …0’表示数据传输失 败,以下为计算方法: f(x)= Dbl|一‰ > ≥‰I(3) 30。 ≥DMl (2)下载类业务感知评估 Rxl00, <D‘瞄n ,,m x70+30分析评估相应单次业务速度, 。 、 。 为对应 速度感知指标的上、下门限的定义值。速度感知的上 门限是指如果速度大于该指标,则感知是好的;下门 ,(工)= \ g一.m|lI J] , > ≥‰ x-D。一Rx30, ≥ 限是指如果速度小于该指标,则感知是差的。结合用 户具体采用的网络制式,可以分别取对应网络情况下 载速度的快、慢门限值进行计算: 100, x> 姚 (6) (5)视频类业务感知评估 体验视频类业务的常用指标,如视频会话建立、 视频业务建立、视频播放、视频流畅度等¨ ,与传输 网络质量包括带宽及误码率密切相关。通过对视频流 ×70+30, ‰f(x)= ick一巨 ’ 30. ≥ >‰(4) 传输速度及误码率的统计,可以计算出视频业务的客 ≤‰ 户感知。令为相应单次视频业务的速度,E E 为对应速度指标的上、下门限的定义值。根据视频流 (3)实时应用类业务感知评估 的不同,E 码流, 。 。 应取不同的值,例如对于720P的 以实时交互数据传输为主的应用如网游等的用 户感知则更多地体现为对实时交互应用加速的需求。 在需要实时交互加速的互联网应用中,网游、驾驶控 ck、Es1o 对应值分别可取3 Mbps及1.8 Mbps。 令y为相应单次视频业务的误码率,L 、三 为对应误 码率的上、下门限,以下为评分法计算: 100, 制、即时通信应用的使用率较高。评估相应单次响应 时延,Db D…。,为对应时延感知指标的上、下1]限定 义值。时延感知的上门限是指如果时延大于该指标, 则感知是差的;下门限是指如果时延小于该指标,则 f(x)= 1,  ̄y-Z 一)×70+30, 30, 感知是好的。基于业务需求,可以分别设置不同的门 限值,以下为计算公式: 100, ≥ 吐ny<厶血 吐> > Iow, >J,> (7) <Dl田-Il ×70+30, ,( )= ≤‰Uy> (5) 。一‰ ’ > ≥ ≥ 3O, 3.3综合感知评估 总体客户感知的评估方法可按公式(8)计算,式 中n为参与客户感知评估的业务使用次数: (4)物联网业务感知评估 物联网是各种感知技术的广泛应用。物联网上部 署了海量的传感器,其获得的数据具有实时性,是按 一∑厂(g( )) CBMOQ=且—-一, ∈S ,l (8) 定的频率进行周期性地采集并不断更新的 ,因此 其对网络传输兼具时延短和数据可靠的需求。分析相 应单次业务时延,Db 、D 。 ,为对应时延感知指标的 上、下门限的定义值。时延感知的上门限是指如果时 延大于该指标,则感知是差的;下门限是指如果时延 3.4与传统方法的对比 对比传统的指标建模方法,CBMOQ方法在以下 几个方面具有优势: (1)由于CBMOQ方法统计的是网络中全量的用 90 I 熊 ;;5G初探 i;; 户行为,并对用户的全量操作进行感知评估,所评估 的感知依据与客户的实际体验(例如“258原则”)紧 密结合,因此可以准确掌握所有用户及业务的真实感 知。这种做法避免了统计网络指标时出现的因为平均 操作而把部分弱感知信息屏蔽的缺点。 (2)CBMOQ方法的统计及归类的原子操作是业 务行为而不是设备上的运行指标,因此可避免对网络 7000 6000 5000 4000 3000 警2000 1000 . _ _ 指标及设备能力的依赖,这对于网络运营而言是非常 重要的。 图2 CBMOQ的性能改善幅度 (3)CBMOQ的统计过程是全量统计,可以根据 需要分别选择不同的子集,例如对重要客户、重要业务 分布进行统计和监测,从而提高网络资源的利用率。 (4)在时间粒度上,CBMOQ的统计过程可以根 据应用场景进行调整,从而提供实时的感知监测能力。 的精确分类,对小流量、实时、游戏、视频等新业务 进行了识别并评估,从而更能满足对客户体验的保障 需求。 4 CBMOQ的准确性验证 为了验证CBMOQ模型的准确性,分别用传统评 估方法以及CBMOQ方法对移动通信区域在一段时间内 5问题与挑战 通过准确评估客户感知,有助于5G网络向海量的 连接提供端到端的Qos服务,并根据业务类型及需求 合理分配网络资源,提升网络总体效率。CBMOQ虽可 实现对全量连接的感知分析,但是对流量采集及感知 的流量进行客户感知评估,并对评估的连接数、数据 量、业务数、用户覆盖率、信令面感知、客户感知进 行对比,如表1、图2所示: 表1 传统方法与CBMOQ的性能对比 计算成本提出的要求很高。5G网络是一个多网络、多 层次、多域的巨量网络,采集并处理5G网络流量将面 临分光、传输、设备、机房等重大挑战,这就需要5G 网络在规划设计过程中考虑相关需求,及早布局以解 决相关问题。 6结束语 随着流量和连接数量的增长,为了确保网络服务 能力,5G网络更需要一个可实际应用的端到端客户 感知分析体系,以便对所接入的业务提供“四可”服 通过对比发现,基于CBMOQ的客户感知评估方 务,即可视、可管、可分析、可溯源。CBMOQ分析 体系基于传统的客户感知评估方法进行了多方面的演 进,结合业务特性及感知规律,较好地满足了需求, 具有可扩展性、灵活性、易用性的特点。经对比测试 法,在相同数据源的条件下,量化评估连接数增长了 59.84倍,评估数据量增长了68.1 5%,业务数增长了 4.58倍,用户覆盖数增长了9.8倍,相应客户感知的总 体评估值也比原统计方法更加全面。造成这种改变的 主要原因是由于传统的评估方法主要聚焦于数据量较 大的下载类及浏览类业务,而CBMOQ基于对网络流量 发现,本方法更适用于5G网络的端到端客户感知评 估。在此基础上,下一步的研究重点将是提升感知评 估的实时性及网络问题的定位能力。 矽 通信2017年第1期l Q1 I I雏 ;5G初探;i 参考文献: [1】IMT-2020(5G)推进组.5G概念白皮书[z].2015. [2]VAN MOORSEL,Aad.Metrics for the internetage: Quality of experience and quality of business[A]. In:Fifth International Workshop on Performability 中国联通开通两条海底光缆: lOOGbps连接欧亚非 1月9日,中国联通官方宣布,亚欧5号 (SMW5)、亚太直达(APG)海底光缆已于近期正式 Modeling of Computer and Communication Systems[C]. Arbeitsberjchte des Instituts ffir Informatik,Universit ̄t Erlangen-Niirnberg,Germany,200 1:26—3 1. 开通并投入使用。两条海缆在新加坡中立POP点(网 络服务提供点)互联后,打通了中国大陆、日本、韩 国等亚洲国家至非洲、欧洲方向的大带宽通道,带宽 达到1OOGbps(12.5GB/s),相当于一秒钟可以传输两 三部720p高清电影。 【3]ITU—T:Definition of quality of experience(QoE). International Telecommunication Union,Liaison Statement[S].2007. 【4]郝益勇.提升移动网络用户体验质量的理论与方法研 究【D】.北京:北京邮电大学,201 1. 亚太直达海缆由中国联通联合国内外运营商筹资 建设,连接中国大陆、中国台湾、中国香港,以及韩 国、日本、越南、马来西亚、新加坡等8个国家和地 [5】杨燕.浅析移动通信网络中的QoE[J].电信科学, 2007(8):34-38. [6]熊玉辉,吕正林,蒙琳.客户感知理论及其体系的构建初 探[JJ.电脑与电信,2012(7):35—38. 区,系统设计容量超过54Tbps,直接延伸至新加坡中 立P0P点。 [7】周行兵,陈前斌,隆克平.3GPPqz分组交换流媒体服务 的体验质量研究[J].重庆邮电大学学报:自然科学版, 2007,1 9(4):485—488. 其中,中国联通在国内提供上海南汇登陆站,另 外在上海崇明、香港也有登陆点。 中国联通参与投资建设的亚欧5号海缆,连接新 加坡、马来西亚、印度尼西亚、孟加拉国、斯里兰 卡、缅甸、巴基斯坦、吉布提、沙特、阿联酋、埃 及、土耳其、意大利、法国等19个国家,骨干段设计 [8]3GPP TS 48.018.General Packet Radio Service(GPRS); Base Station System(BSS)一Serving GPRS Support Node (SGSN);BSS GPRS Protocol(BSSGP)[S].2010. [9】3GPP TS 25.4 l 3.UTRAN Iu interface Radio Access Network Application Part fRANAP)signalling[S].201 1. [10]Zona Research.The need for speed[R].1999. [1 1]Zona Research.The need for speed II,Zona Market 容量为24Tbps,直接延伸至法国、意大利、新加坡中 立POP点。 随着这两条海缆的相继开通,中国联通将“海上 丝绸之路”延伸至了日本和韩国,开启了“海上丝绸 之路”信息高速路的新纪元。 根据中国联通全球网络规划,亚欧5号、亚太直 达海缆还会接入即将开通的亚非欧一号(AAE-I)海 Bulletin[R].2001. [1 2】胡永利,孙艳丰,尹宝才.物联网信息感知与交互技术 [J].计算机学报,2012(6):l147一l160. [1 3】王冼,廖振松,胡玉祥.4G视频业务用户感知评估体系 研究[J].信息通信,2015(3):230-231.★ 缆,实现亚非欧方向双路由,互为保护。 亚欧非一号海缆将和亚欧5号海缆共同连接新加 作者简介 黄昭文:高级工程师,博士毕业于 华南理工大学,现任中国移动通信 集团广东有限公司业务与系统支撑 工程师,主要从事移动通信网络质 量优化与新技术的研究及应用工 作。 坡、马来西亚、缅甸、印度、巴基斯坦、卡塔尔、阿 联酋、阿曼、也门、吉布提、沙特、埃及、法国、意 大利等1 4个国家,同时接入印度尼西亚、斯里兰卡、 孟加拉、土耳其。 这几条海缆的建成,将改善中国联通在亚非欧方 向的国际网络布局,降低通信时延,同时也将大大提 高整体网络的通信能力和安全性。(通信产业网) 92 l 亳