LTE网络中网页浏览类业务的用户感知研究

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　　摘要：网页浏览类业务在LTE网络中占比较高，本文分析网页浏览类业务全流程，挖掘影响用户体验的关键因素，形成评估的关键指标，基于模糊分层评价法，建立网页浏览类业务的用户感知评估体系，以满足移动网页浏览类业务质量评估的要求，通过验证，可提升运营商为网页浏览类业务质量评估能力。
　　关键词：网页浏览类业务;用户感知;评价体系;用户体验质量
　　中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）12-0045-02
　　0 引言
　　在LTE网络中，各类APP发展迅速，业务类型多种多样，用户对移动数据业务的体验要求也越来越高。无论从用户的访问流量还是访问次数来分析，网页浏览类业务在LTE网络中占都比较高[1]，对网页浏览类业务质量进行监控、量化和评估，以便能发现LTE网络中的问题并进行精准优化具有现实意义。
　　以前我们通常关注的更多是片面的网络质量指标，而很少关注较全面的用户感知指标，以用户感知为指导，更能贴近用户上网的实际感知分析，可以更好的支撑网络运维，指导市场营销和客户服务等环节的协同工作[2]。
　　1 用户感知相关概念
　　用户感知质量QoE，ITU-T定义为用户对某个业务整体可接受程度的主观感受，通常会受到业务端到端环节、用户主观心理期望和环境等因素的影响[3]。
　　网络服务质量QoS，ITU-T定义为指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制。QoS具有可测量和可监控的特征，一般可以直接在网络或网元上进行采集。
　　关键质量指标KQI，业务层的QoS，用户感知的可测量和监控的关键质量参数。不同的业务，KQI指标定义也不相同。
　　关键性能指标KPI，网络层的QoS，衡量网络性能的可测量和监控的关键质量参数，一般包含网络KPI和网元KPI指标。
　　从定义上看，KQI和KPI是QoS的基础，而QoS又是QoE的保证。QoE偏用户的主观感受，而QoS偏网络的客观质量。QoE因为综合了很多层面（包括业务、网络、用户、环境等）的影响因素，评估较为全面，但是不好直观量化和实时监控。而QoS通常只包括网络层的指标或因素，会忽略用户主观性，但QoS可测量，因此传统的网络的规划、设计与优化基本上根据QoS 的指标要求来做，但同样的QoS不同的用户感知可能存在较大差距，这也是为什么引入QoE的原因。
　　2 网页浏览类业务用户感知研究
　　2.1 网页浏览类业务端到端系统
　　网页浏览类业务端到端系统包括终端、无线网、核心网和内容服务资源四部分[4]，如图1所示，每个环节都会对用户体验质量产生影响。
　　2.2 网页浏览类业务流程
　　网页浏览的用户面信令如图2所示。
　　用户在浏览器端输入页面网址后，浏览器会向DNS服务器发起域名查询请求，从而获取该网址所在域名的IP地址。浏览器根据IP地址去与网页的内容服务器通过TCP三次握手后建立TCP连接，TCP链接建立后，浏览器发起HTTP Get请求，去获取主页信息，内容服务器收到Get请求后，如果访问的内容存在于服务器中，服务器会回复200 ok的成功消息，接下来服务器会持续下发网页数据，直到网页内容全部下发完成，这样用户就可以在浏览器端看到网页内容，浏览器随即通过TCP四次握手与内容服务器进行断链，完成整个页面浏览过程。
　　2.3 关键KQI指标
　　2.3.1 DNS查询指标
　　DNS查询时长和成功率是影响用户浏览的首要指标，DNS查询成功与否直接关系到页面访问的成功。而DNS查询的时长，也影响到用户查看网页的时延。
　　根据图2网页浏览的用户面信令流程所示，
　　DNS查询时长=信令2的时间-信令1的时间，
　　DNS查询成功率=信令2的成功次数/信令1的请求次数。
　　2.3.2 页面响应指标
　　页面响应指标用来评估用户页面浏览的响应情况，包括页面响应成功率和页面响应时长。
　　根据图2网页浏览的用户面信令流程所示，
　　页面响应时长=信令7的时间-信令3的时间，
　　页面响应成功率=信令7的成功次数/信令3的次数。
　　2.3.3 页面显示指标
　　页面显示指标用来评估用户页面浏览的响应情况，包括页面显示成功率和页面响应时长。
　　根据图2网页浏览的用户面信令流程所示，
　　页面显示时长=信令14的时间-信令3的时间，
　　页面显示成功率=信令14的次数/信令3的次数。
　　2.3.4 页面下载速率指标
　　页面下载速率指页面上所有内容全部下载到用户终端的下载速率。
　　根据图2网页浏览的用户面信令流程所示，
　　页面下载速率=页面下载总流量/页面下载时长，
　　其中，页面下载总流量是信令3到信令14所有信令的流量总和，
　　页面下载时长=信令14的时间-信令3的时间。
　　2.3.5 传输性能指标
　　传输性能指标包括TCP上行重传率、TCP下行重传率，TCP上行乱序率和TCP下行乱序率等。TCP重传率定义为S1-U接口的TCP重传报文数与发送报文数的比率，TCP乱序率定义为S1-U接口的TCP乱序报文数与发送报文数的比率，为了能更在问题定位时有较好的区分，均分上下行进行采集和统计。
　　3 QoE指标建模
　　通用的QoE指標体系如图3所示，业界常采用了AHP法（层次分析法，analytical hierarchy process）来构建QoE模型[5]，我们这里提出一种新的思路，将层次分析法和模糊综合评价法相结合。根据层次分析法和模糊综合评价法的关系，前者负责构造评价模型，确定各评价因子的权重，也就是确定准则层，后者确定各评价样本的得分，来对整个样本进行综合评价。 　　模糊綜合评价法是一种综合评价的方法，着重研究“认知不确定”一类的问题，其研究对象具有“内涵明确，外延不明确”的特点，这些特点和计算QoE的用户体验特点完全吻合。网页浏览类用户感知是需要用很多指标来表征其本质，并且用户对其的评价难以仅用好与不好来衡量，根据TMF的规则，采用模糊语言分为不同程度的评价标准。但由于用户感知的这种评价等级不好确定明确的界限，或者说这种界限本身就是模糊的。因此，对于这类模糊评价问题，很难利用普通经典的评价方法进行评估。
　　层次分析法和模糊综合评价法的关系，前者负责构造评价模型，确定各评价因子（也就是准则层）的权重，后者确定各评价样本的得分，来对整个样本进行综合评价。
　　使用模糊层次分析法进行LTE网络网页浏览类业务QoE 评估，主要过程为：
　　（1）基于网页浏览类业务QoE评价的分层指标结构，通常情况下，各KPI指标对KQI指标和各KQI指标对QoE的影响程度不同，这样需要专家对因素之间的影响程度进行评估，最终给出模糊的比较评判结果，构造出KPI和KQI指标间的模糊评判矩阵。
　　（2）为了得到各评价指标对上一级因素的重要性，还需要根据模糊评判矩阵计算各指标对上一级因素的归一化权重值，即得到各KPI和KQI指标的权重向量，从而计算出KQI针对QoE的合成权重向量。
　　（3）为了评价网页浏览类业务的QoE，需要根据其LTE网络的现实表现，确定各层指标的打分准则，依据打分准则和网络的现实感知情况，对当前环境下的各指标进行打分。
　　（4）根据各指标的得分及合成权重，计算出网页浏览类业务QoE得分，并映射得到其对应的评估等级。
　　根据经验，我们针对时延类指标，通常根据用户感觉到的网络响应速度，来给出指标的得分。对于成功率类指标，我们会定义各类指标的基准值、挑战值，并对比实际测量指标值，计算单个指标得分。
　　4 实验对比
　　为了进一步验证基于模糊分层法的网页浏览类QoE评估模型的准确性，我们在某运营商采集了10000条网页浏览业务相关数据，并根据规则生成网页浏览业务记录，这些数据具有多样性，包括市场上流行手机平台、主流网站、主流浏览器、不同的时段和不同的人群（区分年龄、性别和文化程度等），其中75%的数据作为模型的训练样本，剩下的25%作为验证样本，求解得到网页浏览类业务体验评估模型，经过测试评估模型，其准确率达到86.23%，平均绝对百分误差为14.45%，充分说明此模型具有较高的可信度。
　　5 结语
　　通信网络的用户感知研究涉及到多个学科，主要包括通信网络技术、统计学、管理学和心理学等。上述方法希望通过网络性能指标和业务指标等技术因素来构建和量化QoE，其实有一定的片面性，但综合考虑到指标的获取能力和成本，以及QoE指标输出的准备性和实时性，完全满足电信运营商当前的运营要求，也不失为一种较合理的方法。在后续的研究中，我们将探索更多的QoE建构方法，充分考虑影响QoE的非技术因素。
　　参考文献
　　[1] 程卫华.网页浏览感知提升技术研究[J].电信科学，2018，34（S2）：146-156.
　　[2] 王苏卫.基于QoE的移动网络质量评估体系研究[J].数字技术与应用，2014（10）：34.
　　[3] 林闯，胡杰，孔祥震.用户体验质量（QoE）的模型与评价方法综述[J].计算机学报，2012（01）：1-15.
　　[4] 戴宸光.主流4G终端HTTP网页浏览业务感知剖析[J].江苏通信，2017，33（01）：76-78.
　　[5] 颜敏，高随祥，杨文国.移动网络用户体验质量评价的模糊层次分析法[J].网络新媒体技术，2017，6（03）：1-7.
　　Research on User Perception of  Web Browsing Service in LTE network
　　WANG Su-wei
　　（Changsha Aeronautical Vocational and Technical College， Changsha  Hunan  410014）
　　Abstract：Web browsing business accounts for a relatively high proportion in LTE network. This paper analyzes the whole process of web browsing service， excavates the key factors affecting user experience， and forms the key indicators for evaluation. Based on the fuzzy analytic hierarchy process， a user perception evaluation system for web browsing service is established to meet the requirements of mobile web browsing service quality evaluation. Through verification， Telecom operators can be improved Assess service quality for web browsing.
　　Key words：web browsing service; user perception;evaluation system;QoE
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