CN104994133B - 一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法 - Google Patents

一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法，属于移动端Web网页访问技术领域。本发明包括：在端到端的网页访问过程中，通过抓包采集并计算HTTP业务的各种关键性KPI指标；根据采集到的各种KPI指标综合计算KQI指标；根据得到的KQI指标在Web网页访问业务中所占的重要程度的不同对其进行加权求和，得到此业务的整体QoE指标。本发明的步骤简单，易于实现，评估过程没有对正常Web网页访问业务网络传输产生任何影响。本发明能够很好的体现Web网页访问业务的整体质量，也能根据每个KQI指标的得分来针对Web网页访问业务中的不同环节进行评估，对那些评分较低的指标对应的模块进行有针对性的优化。

Description

一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法
技术领域
本发明属于移动端Web网页访问技术领域，更具体地，涉及一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法。
背景技术
随着因特网技术的兴起以及网络的普及，万维网服务已经渗透到了我们生活中的方方面面，通过访问形形色色的网站来获取各种各样的信息已经成为了许多人几乎每天都会做的事情，而网站的质量直接决定了网站用户获取该项服务的质量。网站用户在保证能够成功获取网页信息的基础上，对于网页信息的获取时间也存在一定的容忍极限，网站响应的时间越短，用户体验越好，用户的满意度则越高。现有网站数量繁多，质量良莠不齐，找到一个客观科学的网页访问质量评估方法对各种网站的质量进行评估，有利于网站开发者简便快速地了解网站的用户体验，找到网站存在的问题加以改进，从而进一步提高网站质量，提升用户体验。这对于因特网的发展也具有重要的意义。
现阶段虽然已经有了一些对于移动网络Web网页访问的评估和监测方案，但是都未能做到全面有效的对其进行评估监测，也没有能客观地量化反映用户对于移动Web网页访问业务的感知。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法，特别是针对目前情况下对于Web网页访问业务通过改进或优化网络的方式提升用户的体验。Web网页访问技术主要使用了HTTP技术来实现，因此本发明主要对使用移动网络访问Web网页的用户体验(用户感知)进行建模和分析。通过对HTTP连接建立和传输过程中的每个环节进行KPI指标的采集计算以及在此之上对KQI指标的计算，最终据此提出评估网页访问质量的相关指标，给出指标的计算方法，并给出了指标值到用户体验的映射方法。通过分析关键指标的变化情况，能够找出影响用户体验质量的主要性能指标，从而有针对性地指导网络优化人员进行相应指标的优化，使其保持在一个良好的性能范围之内，真正改善用户体验质量，满足用户对业务质量的确实需求。
本发明提供一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法：包括：
步骤1通过抓包采集并计算Web网页访问业务的KPI指标，所述KPI指标包括访问发起总数、页面成功响应总次数、HTTP访问发起总数、页面显示时延、页面响应时延、终端发送DnsRequst时间、终端接收到DnsResponse时间以及完整Web页面大小；
步骤2根据所述KPI指标计算Web网页访问业务的KQI指标，所述KQI指标包括页面响应成功率、页面响应平均时延、页面加载时长、页面显示平均时延、页面DNS响应时延、页面显示成功率以及页面下载速率；
步骤3根据KQI模型对每一项KQI指标进行分数评估，再对所述KQI指标的得分进行加权，计算得到Web网页访问业务的QoE指标，其中，所述KQI模型按照用户的基本感知将每一项KQI指标分为1～5分进行评估，各项KQI指标与对应的评分映射关系的算法公式如下：
其中，C表示可调整常数，根据所测的不同的指标而进行调整，使分数尽可能的落在1～5的分值区域；KQI表示当前指标的KQI值；KQI0表示一个对当前指标的KQI值的最小预估值；Δ表示一个可变的修正值，由于评分为1～5的整数形式，在计算出评分值之后，要根据后验的用户给出的业务评价来对评分进行修正并取整。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明使用的KPI指标基本都是基于码流中数据包进行分析的，指标标准、客观且易于获取。本发明的步骤简单，易于实现，评估过程没有对正常Web网页访问业务网络传输产生任何影响，只需在终端和服务端收集所需要的指标，再根据本发明的评估模型进行相应的计算处理就能够得到对一个Web网页访问业务较为客观真实公正的评估结果。本发明能够很好的体现Web网页访问业务的整体质量，也能根据每个KQI指标的得分来针对Web网页访问业务中的不同环节进行评估，对那些评分较低的指标对应的模块进行有针对性的优化。
附图说明
图1为本发明采集信息的映射关系示意图；
图2为本发明DNS协议报文头部格式示意图；
图3为本发明HTTP协议报文头部格式示意图；
图4所示为本发明基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明主要针对Web网页访问业务的各种KPI指标通过抓包的方式进行采集，并通过分析包头中各个字段来对所需要的KPI指标进行计算，图1所示为本发明采集信息的映射关系示意图。由最右侧一列的各项KPI指标进行计算得到中间一列的KQI指标(例如由访问发起总数和页面成功响应总次数计算页面响应成功率)，再将各KQI指标(例如页面响应成功率、页面响应平均时延以及页面加载时长等)按照在Web业务中所占的比重大小进加权得到最终的QoE(Quality of Experience，体验质量)指标。在本发明实施例中，采集信息主要是对网络码流中的HTTP包和DNS(Domain Name System，域名系统)包的包头和进行解析，下面对各项KPI指标的具体获取方式进行说明。
图2所示为本发明DNS协议报文头部格式示意图，其中各个字段说明如下：ID是一个用户发送查询的时候定义的随机数，当服务器返回结果的时候，返回包的ID与用户发送的一致。QR为查询/响应的标志位，1为响应，0为查询。OPCODE为定义查询或响应的类型，若为0则表示是标准的，若为1则是反向的，若为2则是服务器状态请求。AA为授权回答的标志位，该标志位在响应报文中有效，1表示名字服务器是有权限的服务器。TC为截断标志位，1表示响应已超过512字节并已被截断。RD为期望递归(Recursion Desired)标志位，这个比特位被请求设置，应答的时候使用相同的值返回。如果设置了RD，就建议域名服务器进行递归解析，递归查询的支持是可选的，为1则表示客户端希望得到递归回答，为0时则反之。RA为支持递归(Recursion Available)标志位，这个比特位在应答中设置或取消，用来代表服务器是否支持递归查询，值为1时表示可以得到递归响应。Z为保留位，长度为3，值为0时作为保留字段。Rcode为返回码，表示响应的差错状态，值为0时表示没有错误、1表示格式错误、2表示服务器错误、3表示名字错误、4表示服务器不支持、5表示拒绝。QCOUNT为报文请求段中的问题记录数。余下部分为DNS报文的荷载部分以及一些其他的记录，本发明没有用到相关字段故省略。
图3所示为本发明参照的DNS协议报文头部格式示意图。在本发明实施例中，HTTP报文格式分为请求报文和响应报文。HTTP报文主要有三个部分：起始行、首部和主体，起始行主要描述服务器应该执行的操作，请求URL描述了要对哪个资源执行这个方法。请求报文的起始行中还包含HTTP的版本，用来告知服务器，客户端使用的是哪种HTTP版本。HTTP首部字段向请求报文和响应报文中添加了一些附加信息，本质上来说，即为一些名/值对的列表。HTTP的主体部分是可选的实体部分，主要是HTTP报文的负荷也就是HTTP要传输的内容。
图4所示为本发明基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法的流程图，具体包括以下步骤：
步骤1计算Web网页访问业务的KPI指标。在本发明实施例中，需要通过抓包采集并计算Web网页访问业务的KPI指标，包括以下参数：
访问发起总数：HTTP请求的总次数，即在抓到的HTTP请求报文的起始行部分为不同URL的HTTP(Get、Post)数量总和；
页面成功响应总次数：终端成功响应HTTP请求的次数。如果终端收到响应报文中的代码为HTTP(4**)、HTTP(5**)或者没有收到任何响应，则为响应失败，否则为响应成功；
HTTP访问发起总数：抓到的所有包中的HTTP请求报文的总数；
页面显示时延：定义为发起对页面的访问请求后，收到的该页面的最后一个成功响应的响应报文的时间点与收到的该页面的第一个成功响应的响应报文的时间点之差。计算方法即找到定义的两个响应报文即可，即HTTP服务器第一个响应包的接收时间点与time_Last_(HTTP_200_OK)Received即单次访问时，最后收到的HTTP_(200,ok)响应的时间点之差，单位为秒(s)；
页面响应时延：表示用户发起访问网页的请求到服务器做出响应所经历的时延，计算公式为服务器第一个响应包的接收时间点与点击网页访问后，DNS请求包的发送时间点之差，即为抓到的DNS包的包头时间戳的差值，单位为秒(s)；
终端发送DnsRequst时间：终端发送DnsRequst时间，即抓包中DNS报文头部QR字段值为0时的包的时间戳；
终端接收到DnsResponse时间：终端接收到DnsResponse时间，即抓包中DNS报文头部QR字段值为1时的包的时间戳；
完整Web页面大小：抓到的所有HTTP响应报文中起始行出现HTTP_200_ok的响应报文的content_length字段之和，单位为千比特(kb)。
步骤2计算Web网页访问业务的KQI指标。在本发明实施例中，计算的KQI具体如下：
页面响应成功率：定义为页面成功响应总次数与发起的访问页面的HTTP请求的总次数之比。页面响应结果表明对页面请求访问后得到的响应结果，该结果可以简单地分为成功和失败两种。针对客户端对网页的请求，首先执行的HTTP事务必定是用来获取该页面对应的HTML文档，对HTML文档类型的资源的请求可以通过HTTP请求报文中的首部字段Accept的值判断得到，找到服务器对该页面HTML文档的响应报文，响应报文的首部字段Content-Type可进一步验证响应资源的类型，响应报文的起始行中有一个状态码，判断该状态码，如果状态码为4**或5**，或者客户端没有收到任何响应，则此项指标的判定结果为失败，否则为成功。页面成功响应总次数通过对页面响应结果为成功的情况进行计数得到；发起的访问页面的HTTP请求的总次数通过对页面HTML文档的HTTP请求报文进行计数得到；
页面响应平均时延：定义为每次页面响应时延之和/HTTP访问发起总数；
页面加载时长：定义为页面显示时延+页面响应时延；
页面显示平均时延：定义为每次页面显示时延之和与HTTP访问发起总数之比；
页面DNS响应时延：定义为发送DNS请求包的时间点与接收到DNS响应包的时间点之差。由于用户短时间内多次访问同一网址时，一般会存在DNS缓存，后续对该网址对应的Web服务器IP地址的解析不再需要发送DNS请求，而是通过读取用户本机上的DNS缓存即可得到，在这种情况下，该项指标的值接近为0。计算公式为终端发送DnsRequst时间-终端接收到DnsResponse时间；
页面显示成功率：定义为页面成功响应的总次数与HTTP访问发起总数之比。页面显示成功定义为用户发起访问网页的请求后在客户端上得到的该页面的显示结果，分为成功和失败两种。一个页面通常而言是一组资源的集合，Web浏览器会发布一系列的HTTP事务来获取这些资源，最终才能显示完整的页面。但通常而言，并不是所有的资源对于页面的显示都是十分重要的，因此可以根据页面设定一个百分比的阈值，在页面响应成功的资源数占资源总数的比例达到了该阈值的情况下，判定页面显示结果为成功，否则为失败。其中，判断请求的资源属于同一个页面的方法是先找到对页面访问发起的第一个请求，也就是页面对应的HTML文档的请求，找到该请求包中的Host字段以及请求行中的文件路径，由这两个值拼接得到该网页资源的URL；然后，对于后续非HTML文档类型的资源请求，如果请求报文中的Referer字段与该URL匹配，则表明后续这些资源的请求是由该页面HTML文档所触发的，属于该页面的嵌入式资源。对于后续HTML文档类型的资源的请求，如果其对应请求报文的Referer字段也与原页面HTML文档的URL匹配，则该HTML文档资源可能属于原页面的嵌入式资源，也可能属于一个新页面的HTML文档，这种情况下则需要另外判断；
页面下载速率：定义为页面资源总大小与页面加载时长之比。其中，页面资源总大小取页面各资源对应的响应报文中的首部字段Content-Length的值之和。计算公式为完整web页面大小/(页面显示时延+页面响应时延)。
步骤3计算Web网页访问业务的QoE指标。在本发明实施例中，利用本发明提出的KQI模型对每一项都进行分数评估，按照用户的基本感知将每一项分为1～5分进行评估。为了得出比较好的评估模型，本发明提出了一个得到各项KQI值与对应的评分S映射关系的算法，算法公式如下：
其中，C表示可调整常数，根据所测的不同的指标而进行调整，目的是使分数尽可能的落在1～5的分值区域；KQI表示当前指标的KQI值；KQI0表示一个对当前指标的KQI值的最小预估值，即用户对这项指标的用户感知最好的情况下，由于这一公式是一个先验的公式，因此需要在用户进行实际体验之后进行后验的修正；Δ表示一个可变的修正值，由于评分为1～5的整数形式，在计算出评分S值之后，要根据后验的用户给出的业务评价来对评分进行修正并取整。最终在得到所有需要的值之后就可以对Web网页访问业务的各项KQI指标进行评分，得到的评分应该呈对数趋势离散分布。在本发明实施例中，根据上述公式得到的具体分数如下：
页面响应成功率：
页面响应平均时延：
页面加载时长：
页面显示平均时延：
页面DNS响应时延：
页面显示成功率：
页面下载速率：
最终再对这些KQI指标的得分S进行加权，通过测量的KPI指标得出移动Web网页访问的整体用户评估得分。求和的形式如下：
QoE＝∑ωi×Si
其中，ωi表示第i个KQI指标的得分的加权系数；Si表示第i个KQI指标的得分。根据每个KQI的重要程度，最终的QoE指标计算如下：
QoE＝0.2405×页面响应成功率得分+0.0485×页面响应平均时延得分
+0.0058×页面加载时长得分+0.16×页面显示平均时延得分。
+0.046×页面DNS响应时延得分+0.4483×页面显示成功率得分
+0.0923×页面下载速率得分
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于网络KPI的移动Web网页访问用户体验感知评测方法，其特征在于，包括：
步骤1通过抓包采集并计算Web网页访问业务的KPI指标，所述KPI指标包括访问发起总数、页面成功响应总次数、HTTP访问发起总数、页面显示时延、页面响应时延、终端发送DnsRequst时间、终端接收到DnsResponse时间以及完整Web页面大小；采集信息是对网络码流中的HTTP包和DNS包的包头和进行解析；
步骤2根据所述KPI指标计算Web网页访问业务的KQI指标，所述KQI指标包括页面响应成功率、页面响应平均时延、页面加载时长、页面显示平均时延、页面DNS响应时延、页面显示成功率以及页面下载速率；
步骤3根据KQI模型对每一项KQI指标进行分数评估，再对所述KQI指标的得分进行加权，计算得到Web网页访问业务的QoE指标，其中，所述KQI模型按照用户的基本感知将每一项KQI指标分为1～5分进行评估，各项KQI指标与对应的评分映射关系的算法公式如下：
其中，C表示可调整常数，根据所测的不同的指标而进行调整，使分数尽可能的落在1～5的分值区域；KQI表示当前指标的KQI值；KQI0表示一个对当前指标的KQI值的最小预估值；Δ表示一个可变的修正值，由于评分为1～5的整数形式，在计算出评分值之后，要根据后验的用户给出的业务评价来对评分进行修正并取整；
在所述步骤1中，所述访问发起总数为HTTP请求的总次数，即在抓到的HTTP请求报文的起始行部分为不同URL的HTTP(Get、Post)数量总和；
所述页面成功响应总次为终端成功响应HTTP请求的次数，如果终端收到响应报文中的代码为HTTP(4**)、HTTP(5**)或者没有收到任何响应，则为响应失败，否则为响应成功；
所述HTTP访问发起总数为抓到的所有包中的HTTP请求报文的总数；
所述页面显示时延定义为发起对页面的访问请求后，收到的该页面的最后一个成功响应的响应报文的时间点与收到的该页面的第一个成功响应的响应报文的时间点之差，单位为秒；
所述页面响应时延表示用户发起访问网页的请求到服务器做出响应所经历的时延，计算公式为服务器第一个响应包的接收时间点与点击网页访问后，DNS请求包的发送时间点之差，即为抓到的DNS包的包头时间戳的差值，单位为秒；
所述终端发送DnsRequst时间为抓包中DNS报文头部QR字段值为0时的包的时间戳，其中QR为查询/响应的标志位，1为响应，0为查询；
所述终端接收到DnsResponse时间为抓包中DNS报文头部QR字段值为1时的包的时间戳；
所述完整Web页面大小为抓到的所有HTTP响应报文中起始行出现HTTP_200_ok的响应报文的content_length字段之和，单位为千比特；在所述步骤2中，所述页面响应成功率定义为页面成功响应总次数与发起的访问页面的HTTP请求的总次数之比；
所述页面响应平均时延定义为每次页面响应时延之和/HTTP访问发起总数；
所述页面加载时长定义为页面显示时延+页面响应时延；
所述页面显示平均时延定义为每次页面显示时延之和与HTTP访问发起总数之比；
所述页面DNS响应时延定义为发送DNS请求包的时间点与接收到DNS响应包的时间点之差，计算公式为终端发送DnsRequst时间-终端接收到DnsResponse时间；
所述页面显示成功率定义为页面成功响应的总次数与HTTP访问发起总数之比；
所述页面下载速率：定义为页面资源总大小与页面加载时长之比，其中，页面资源总大小取页面各资源对应的响应报文中的首部字段Content-Length的值之和，计算公式为完整web页面大小/(页面显示时延+页面响应时延)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，根据页面设定一个百分比的阈值，在页面响应成功的资源数占资源总数的比例达到了所述阈值的情况下，判定页面显示结果为成功，否则为失败。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，对所述KQI指标的得分进行加权得到Web网页访问业务的QoE指标的公式如下：
QoE＝∑ωi×Si
其中，ωi表示第i个KQI指标的加权系数；Si表示第i个KQI指标的得分。
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