专利名称：网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种网络分析平台，尤其涉及一种网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台。
背景技术：
随着Internet的高速发展，网络的带宽和速度成几何级数般地增长。过去以网络服务提供商(Internet Service Provider, ISP)为中心的理念已经慢慢失去商业价值。在网络服务提供商与用户的二元关系之中，用户现在处于主动地位。为了在保留更多老用户的前提下，吸引更多的新客户，网络服务提供商除了需要改善网络的QoS (Quality ofService)之外,还需要改善网络的体验质量，即QoE(Quality of Experience),因为面对众多的网络服务提供商，用户的选择标准是网络服务的QoE值——谁提供的网络服务的QoE值高，就选择谁。QoE是从用户角度去感知网络服务的整体质量，而QoS实际上是为了保证或是增强网络QoE质量而应用在网络上的技术指标。QoE与具体业务相关联，对于不同的业务，相同的QoS不一定能得到相同的QoE，同时，运营商有限的资源不可能对每个用户和每个业务都确保有相同的QoS。不同业务的QoE对QoS的需求不同，比如有些业务对QoS中的时延指标比较敏感，如VoIP业务，有些业务对QoS中的丢包率指标比较敏感，比如说文件传输业务。如果网络服务提供商不能通过调配资源，保证不同业务的QoS需求，亦即不能保证不同任务稳定的QoE需求，那么就会失去用户，直接影响运营商的利益。从众多研究QoE的论文和技术报告来看，QoE受诸多因素的影响，有非技术的参数例如用户的主观感知、用户经验、用户期望、用户偏好和隐私、用户支付的费用以及应用的服务类型等等，有技术参数例如应用层和网络层的QoS，包括丢包率、时延和时延抖动等。在这些因素当中，QoS对QoE的影响起着举足轻重的作用，这种映射关系蕴含着很高的商业价值。在现有的技术和理论中，对QoS和QoE数值分别的测量已有了比较成熟的解决方案和理论，但是对于两者之间的映射关系，尚处于理论模型的研究阶段，且没有针对映射关系进行测量的软件工具。没有对应的映射关系，在网络运营商通过QoS保障技术实现QoE保障的过程中，就没有有效的指导和依据。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其可为运营商实现网络质量的差分服务提供基础和依据。为实现上述目的，本发明提供了一种网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其包括QoS测量模块、QoE测量模块、网络模拟模块和网络时间同步模块，其中，所述QoS测量模块用于测量网络中的QoS数值，且每隔固定的时间对QoS数据进行采集，在记录所述QoS数据的同时，同时记录下产生所述QoS数据的时刻；
所述Q0E测量模块用于测量网络中的QoE数值，且定时采样QoE数据，在记录所述QoE数据的同时，记录产生所述QoE数据的时刻；所述网络模拟模块用于模拟不同的网络情况，根据指令，更改网络的性能，从而能够测量不同QoS情况下的QoS值和对应的QoE值； 所述网络时间同步模块用于保证QoS和QoE测量模块测量的数据在时刻上的对应关系，对网络服务的客户端和服务器端进行同步，从而保证测量到同时刻的QoS和QoE数值。如上述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其中，所述QoS数据包括带览、时延和丢包。如上述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其中，在运行所述平台是，首先必须运行网络时间同步模块，完成同步。进一步地，如上述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其中，同步完成之后，运行所述网络模拟模块，以设置网络状态。更近一步地，如上述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其中，最后同时运行所述QoS测量模块和所述QoE测量模块以测量网络的质量。因此，本发明的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台使得网络运营商可以同时测量网络的QoS值和QoE值以及他们的映射关系，通过这一映射关系，网络运营商可以针对不同用户的QoE需求，提供恰当的QoS保证，这样既保留了用户，同时也不至于使得网络运营商的成本过高，进而为网络运营商实现网络质量的差分服务提供了基础和依据。
图1是本发明中四个模块之间逻辑连接的示意图。图2是本发明的网络VoIP服务的QoS到QoE的映射关系的测量平台的结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。本发明提供了一种网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台。其中，QoS是服务质量，由网络运营商控制和保证，对于保证不同的QoS，需要的技术和成本有很大的不同。QoE是体验质量，是网络用户的感知的体现，主要由QoS决定，同时还受到其他因素的影响。因而存在可用数学模型描述的QoS到QoE的映射关系。本发明中，在已有的QoS和QoE测量技术和工具的基础上，通过同步的测量控制，使得QoS和QoE测量模块测的数据具有时间上的对应性，同时应用纯软件的解决方案，使得本发明的平台可以适应于多种不同的测量环境。本发明的关键点在于应用测量的QoS和QoE值去计算映射关系。为了达到这一目的，需要一个可同时测量QoS和QoE数值的实验平台，还必须保证同时可以测量出对应的QoS和QoE数值，这样的才能测量出网络中QoS到QoE的映射关系。因此，本发明的测量平台由四部分组成，QoS测量模块、QoE测量模块、网络模拟模块和网络时间同步模块，这四部的逻辑连接情况如图1所示。下面简要介绍四个模块的功能和它们相互之间的作用关系。QoS测量模块用于测量网络中的QoS数值，包括带宽、时延和丢包等，与传统的QoS测量软件相比，QoS测量模块需要能够每隔固定的时间对QoS数据进行采集，在记录QoS数据的同时，需要同时记录下产生该QoS数据的时刻。QoE测量模块用于测量网络中的QoE数值。根据实际的应用不同，使用不同的QoE计算模型，处理网络接收数据，计算出Q0E数值。同样，QoE需要能够定时采样，在记录QoE数据的同时，能够记录产生该数据的时刻。网络模拟模块用于模拟不同的网络情况。由于需要测量出QoS到QoE的映射关系，需要在映射关系的值域(QoE)中多次采样，找到QoE随着QoS变化的规律，因此需要不同的QoS情况的网络，网络模拟模块完成了该工作。网络模拟模块可以根据不同的配置，更改网络的性能，即QoS情况，从而能够测量不同QoS情况下的QoS值和对应的QoE值。网络时间同步模块:为了保证QoS和QoE测量模块测量的数据在时刻上的对应关系，需要对网络服务的客户端和服务器端进行同步，从而保证测量到同时刻的QoS和QoE数值，即为对应的QoS和QoE数值。其中，QoE测量模块与网络QoE和网络时间同步模块分别相连，QoS测量模块与网络QoS和网络时间模块分别相连，QoE测量模块与QoS测量模块相连，网络模拟模块与网络QoS相连。上述四个模块存在一定的依赖关系和先后次序，首先必须运行网络时间同步模块，完成同步，其次运行网络模拟模块以设置网络状态，最后需要同时运行QoS测量模块和QoE测量模块以测量网络的质量。按照本发明的指导思想，下面设计并实现了一个实施例，可以完整地展示发明的实际作用过程和创新之处。首先介绍实施例中涉及到的软件和技术:PTPjflPrecision Time Protocol,精确时间协议,是一种时间同步协议,其原理是:主、从时钟之间交互同步报文并记录报文的收发时间，通过计算报文往返的时间差来计算主、从时钟之间的往返总延时，如果网络是对称的(即两个方向的传输延时相同)，则往返总延时的一半就是单向延时，这个单向延时便是主、从时钟之间的时钟偏差，从时钟按照该偏差来调整本地时间，就可以实现其与主时钟的同步。PTPdjflPrecision Time Protocol Daemon,它是 PTP 协议的软件实现，是可以运行在多种操作系统平台下的开源软件，其同步的精度可以达到PTP协议的要求，在本实施中，使用该软件作为时间同步模块Nistnet:Nistnet是开源的网络模拟软件,可以限制网络丢包，带宽，延时，抖动，重复帧。可以同时限制多个条件，比如同时限带宽和丢包。需要使用命令行限制，或者在Nistnet软件界面上限制，在本实施中，使用该软件作为网络模拟模块。Tcpdump:Tcpdump是运行在命令行下的抓包工具。它允许用户拦截和显示发送或收到过网络连接到该计算机的TCP/IP和其他数据包，Tcpdump能够分析网络行为，性能和应用产生或接收网络流量。它支持针对网络层、协议、主机、网络或端口的过滤，本实施中，使用了在Tcpdump基础上开发的QoS测量模块。SJPhone:SJPhone 是由 SJ Lab 开发的一款VoIP(Voice over Internet Protocol)软件，它可以建立起网络上端到端的语音通信服务，本实施中，以SJPhone建立起端到端的通信通道，通过播放音频的方式来模拟语音通话过程。PESQ 算法:PESQ 即 Perceptual Evaluation of Speech Quality,主观语音质量评估，它是由ITU-T (国际电信联盟电信标准化部)提出的，评价语音质量的标准算发，它可以广泛的用于网络中端到端QoE数值的测量，在本实例中，在PESQ算法的基础上开发了 QoE测量模块。下面具体介绍实施的搭建和运行过程。如图2所示，其为网络VoIP服务的QoS到QoE的映射关系的测量平台。本实施涉及三台计算机，分别为A、B、C，它们的连接关系如图2所示，B和C之间通过A相连。其中B、C两台机器是VoIP服务的客户端，而A运行的是网络环境模拟服务器，可以通过控制A中的参数，为BC之间提供不同的网络环境。具体的网络VoIP服务的QoS到QoE的映射关系的测量的流程如下:1.运行网络时间同步模块，本实施例中是PTPd，使得B与C之间的时间误差在微秒级别；2.运行A上的网络模拟模块，本实施例中是Nistnet，通过设置适当的参数，提供一个QoS值的参考值；3.启动B、C上的VoIP软件，本实施例中是SJPhone，同是播放测试音频；4.运行B、C上的QoS测量模块，本实施例中是利用tcpdump开发的QoS测量软件；5.与4同时，运行B和C上的QoE测量模块，本实施例中使用的是利用PESQ算法实现的QoE测量软件；6.应用步骤3和5中测量的数据值，求出网络QoS到QoE的映射关系。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其特征在于，包括QoS测量模块、QoE测量模块、网络模拟模块和网络时间同步模块， 其中，所述QoS测量模块用于测量网络中的QoS数值，且每隔固定的时间对QoS数据进行采集，在记录所述QoS数据的同时，同时记录下产生所述QoS数据的时刻； 所述QoE测量模块用于测量网络中的QoE数值，且定时采样QoE数据，在记录所述QoE数据的同时，记录产生所述QoE数据的时刻； 所述网络模拟模块用于模拟不同的网络情况，根据指令，更改网络的性能，从而能够测量不同QoS情况下的QoS值和对应的QoE值； 所述网络时间同步模块用于保证QoS和QoE测量模块测量的数据在时刻上的对应关系，对网络服务的客户端和服务器端进行同步，从而保证测量到同时刻的QoS和QoE数值。
2.如权利要求1所述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其特征在于，所述QoS数据包括带宽、时延和丢包。
3.如权利要求1所述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其特征在于，在运行所述平台是，首先必须运行网络时间同步模块，完成同步。
4.如权利要求3所述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其特征在于，同步完成之后，运行所述网络模拟模块，以设置网络状态。
5.如权利要求4所述的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其特征在于，最后同时运行所述QoS测量模块和所述QoE测量模块以测量网络的质量。
全文摘要
本发明公开了一种网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台，其包括QoS测量模块、QoE测量模块、网络模拟模块和网络时间同步模块。本发明的网络QoS和QoE测量及其映射关系分析平台使得网络运营商可以同时测量网络的QoS值和QoE值以及他们的映射关系，通过这一映射关系，网络运营商可以针对不同用户的QoE需求，提供恰当的QoS保证，这样既保留了用户，同时也不至于使得网络运营商的成本过高，进而为网络运营商实现网络质量的差分服务提供了基础和依据。
文档编号H04L12/26GK103117905SQ201310057840
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者李健, 冯博群, 管海兵, 马汝辉, 严卫平 申请人:上海交通大学