CN112910720B - 一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法及系统，包括以下步骤：步骤1：获取用户不同操作类别的相关质量指标；步骤2：定义每个相关质量指标的评分，采用加权求和的方法得到每个用户操作类别的评分；根据各个操作类别的评分采用加权求和的方法得到综合得分；步骤3：根据步骤2得到的综合得分，采用SDN北向接口配置网络路由；本发明能够通过真实的用户体验数据与SDN技术结合自动配置网络，节约网络测试、网络配置的人力成本，模拟用户应用，获取真实上网数据，方便网络管理员在用户发现网络质量问题之前，快速定位并解决问题，提高用户上网体验。

Description

一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法及系统。

背景技术

近年来随着SDN（Software Defined Netrork）软件定义网络应用逐渐普及，使得网络调度越来越方便。但是如何充分利用SDN便利性，为用户提供最好的网络服务成为我给您了调度中最重要的问题。单纯的利用网络交换机、路由器提供的性能、告警、QOS等数据，无法反映用户的真实上网体验。如果出现用户上网体验与交换网络指标的背离，很难定位是基础网络的问题还是个别用户终端服务问题。

而现有的网络资源调度方法从网络端参数中业务类别和用户类别以及用户使用业务的数据速率来确定优先级，从而对资源进行调度。该方法尽管考虑了用户对资源的需求，但仅从用户使用业务的数据速率出发来判断用户对资源的需求，并未从其他用户体验（例如不同用户对数据丢包率的要求，用户对该业务的等待时间等）考虑资源的分配，并未做到全面和客观。

发明内容

本发明公开了一种从应用层角度根据用户真实上网体验进行网络调度的基于用户体验量化指标的智能网络调度方法及系统。

本发明采用的技术方案是：

一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获取用户不同操作类别的相关质量指标；

步骤2：定义每个相关质量指标的评分，采用加权求和的方法得到每个用户操作类别的评分；根据各个操作类别的评分采用加权求和的方法得到综合得分；

步骤3：根据步骤2得到的综合得分，采用SDN北向接口配置网络路由。

进一步的，所述步骤1中操作类别包括网页浏览、文件下载、网页视频播放、网络游戏访问；网页浏览相关质量指标包括DNS查询时间、网页第一个渲染完成时间、网页最后一个渲染完成时间、网页总交互时间、网页加载总阻塞时间；文件下载相关质量指标包括文件下载带宽、文件总大小、文件下载总时间；网页视频播放相关质量指标包括播放视频阻塞次数、播放视频阻塞时间、视频播放时间、视频连接时间；网络游戏访问相关质量指标包括游戏报文丢包率、游戏报文时延、游戏报文抖动。

进一步的，所述步骤2中相关质量指标的评分通过建立预期函数计算；采用最小二乘法计算相关质量指标与评分之间的拟合曲线，得到平方误差最小时预期函数多项式的系数；

所述预期函数为n阶多项式；

式中：h(t)为预期函数，x为相关质量指标，a ₀、a ₁…a _n为多项式系数；

平方误差函数为：

式中：ε为平方误差，m为相关质量指标数量，y _t 为真实用户的期望分数；

进一步的，所述步骤3具体过程如下：

根据步骤2得到的评分是否触发设置的告警门限判断，如果触发告警配置则采用轮询的方式切换网络路由配制；如果轮询所有网络链路配制都达不到要求再通知网络管理员，提供原始用户网络相关质量指标。

进一步的，所述步骤1用户不同操作类别的相关质量指标通过部署在靠近用户节点的交换机、路由器或者终端上的客户端进行模拟测试获取。

进一步的，所述客户端向服务器建立TCP长连接，服务器通过心跳检测与客户端维持TCP长连接，并周期性的向客户端下发任务；若客户端首次上线需向服务器端申请唯一的客户端ID，并保存到客户端；若不是第一次登录则读取客户端ID并发送给服务器。

进一步的，所述步骤2中各个操作类别的权重系数为DPI分析得到的不同类型的流量占比。

一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法的智能网络调度系统，包括：

客户端，客户端部署在靠近用户节点的交换机、路由器、用户主机、移动设备上，用于获取用户不同操作类别的相关质量指标；

服务器端，服务器端用于向客户端下达收集信息任务，并接收客户端获取的信息；对数据进行分析得到每个用户操作类别的评分；

SDN控制管理系统，SDN控制管理系统用于接收服务器端的信息，并根据信息配置网络路由。

本发明的有益效果是：

（1）本发明能够通过真实的用户体验数据与SDN技术结合自动配置网络，节约网络测试、网络配置的人力成本；

（2）本发明通过模拟用户应用，获取真实上网数据，方便网络管理员在用户发现网络质量问题之前，快速定位并解决问题，提高用户上网体验；

（3）本发明使用可定制的用户体验评分系统，根据不同用户不同的主管感受实现网络流量的深度定制。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明实施例中根据主观评价计算出的拟合曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获取用户不同操作类别的相关质量指标

首先在靠近用户节点的交换机、路由器或者用户主机、移动设备等终端上部署客户端。客户端向服务器建立TCP长连接，如果是首次上线需向服务器申请唯一的客户端ID用于之后发布测试任务时指定客户端，并保存到本地即客户端。如果不是第一次登录则读取本地的客户端ID并发送给服务端，告知服务端该客户端上线。

服务端通过心跳检测与客户端维持TCP长连接，并周期性的向客户端下发任务，用于测试各项性能指标。具体测试任务可通过管理后台进行配置。任务通过json格式下发到具体的客户端。下发的任务包括客户端ID、任务ID、执行ID、任务类型、测试目标域url等字段。

客户端收到服务端下发的任务后，根据任务类型执行具体的测试。具体测试内容包括网页浏览测试、文件下载测试、网页视频播放测试、网络游戏访问测试。具体测试方法如下：

网页浏览测试：通过对接浏览器DevTool开发API模拟用户对url发起访问得到DNS查询时间、网页第一个渲染完成时间、网页最后一个渲染完成时间、网页总交互时间、网页加载总阻塞时间等指标。

网络文件下载测试：使用FTP协议模拟用户对特定文件下载，获取到包括文件下载带宽，文件总大小、文件下载总时间等指标。

网页视频播放测试：使用标准流媒体传输协议如RTP/RTCP、RTSP、SIP等于视频提供者建立连接，并模拟用户进行视频播放，对比视频下载、解码、播放时间以及视频本身时长获取包括播放视频阻塞次数、播放视频阻塞时间、视频播放时间、视频连接时间等指标。

网络游戏访问测试：通过模拟各类游戏的TCP/UDP报文，访问游戏服务器获取包括游戏报文丢包率、游戏报文时延、游戏报文抖动等指标。

客户端获取到相关的质量指标之后，通过TCP长连接将获取的数据以json报文的形式返回给服务端，便于服务器分析处理。具体返回格式包括客户端ID、任务ID、执行ID、任务类型、测试目标域url、具体测试结果、测试状态等字段。

客户端除了执行服务器下发的任务并执行返回之外，还需要实时收集交换机、路由器或者用户终端使用流量类型，并定时返回到服务器。方便服务端统计各个节点网络流量比例，进行网络流量深度优化。

步骤2：定义每个相关质量指标的评分，采用加权求和的方法得到每个用户操作类别的评分；

通过前期用户预期分数调研与实际测试分数计算出拟合曲线。本实施例中采用6阶多项式拟合期望函数。例如期望的dns查询时延分数与实际dns查询时间的对应关系，如表1所示。

表1.期望的dns查询时延分数与实际dns查询时间的对应关系

通过最小二乘法计算出6阶拟合曲线，如图2所示。其中6阶拟合多项式系数为：

根据

得到本实施例中dns查询时延计算分数为：

其他质量指标评分计算公式根据该方法均可计算出。得到各个指标的评分之后分别根据网页浏览测试、网络文件下载测试、网页视频播放测试、网络游戏访问测试的加权计算系数计算出各个类型的质量评分。

网页浏览评分=DNS查询时间分数×DNS查询时间权重+网页第一个渲染完成时间分数×网页第一个渲染完成时间权重+网页最后一个渲染完成时间分数×网页最后一个渲染完成时间+网页总交互时间分数×网页总交互时间权重+网页加载总阻塞时间分数×网页加载总阻塞时间权重。

其他文件下载评分计算公式、网页视频播放评分计算公式、网络游戏访问评分计算公式与网页浏览评分同理。

其中各项指标权重本实施例也采用深度可定制的方式实现，用户可以根据自己的侧重点自主的分配各项指标的权重。

通过DPI分析得到不同类型的流量占比结合各个操作类别的流量占比结合各个类别的评分，最后得到综合评分计算公式：

综合得分=网页浏览评分×网页浏览流量占比+文件下载评分×文件下载流量占比+网页视频播放评分×网页视频播放流量占比+网络游戏访问×网络游戏访问流量占比。

使用该方法可以根据不同用户对网络质量的追求不同实现深度定制化，真正做到合理利用网络资源，对资源深度按需分配。

步骤3：根据步骤2得到的综合得分，采用SDN北向接口配置网络路由。

在前面的步骤中，已经得到了具体客户端节点执行任务的得分。最后通过比较执行任务得分与管理后台设置的分数告警门限去决定SDN的配置。具体为判断评分是否触发设置的告警门限，如果触发告警配置则采用轮询的方式切换网络路由配置。如果轮询所有网络链路配置都达不到要求再通知网络管理员，并提供原始用户网络质量指标便于快速定位。

如图1所示，一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法的智能网络调度系统，包括：

客户端，客户端部署在靠近用户节点的交换机、路由器、用户主机、移动设备上，用于获取用户不同操作类别的相关质量指标；

服务器端（即数据分析管理系统），服务器端用于向客户端下达收集信息任务，并接收客户端获取的信息；对数据进行分析得到每个用户操作类别的评分；

SDN控制管理系统，SDN控制管理系统用于接收服务器端的信息，并根据信息配置网络路由。

当然本实例只是SDN应用配置中的一个简单例子，在获取到各项用户体验量化数据之后，也可基于相关数据进行更加深度的网络定制。

本发明能够通过真实的用户体验数据与SDN技术结合自动配置网络，节约网络测试、网络配置的人力成本；通过模拟用户应用，获取真实上网数据，方便网络管理员在用户发现网络质量问题之前，快速定位并解决问题，提高用户上网体验。使用可定制的用户体验评分系统，可以根据不同用户不同的主观感受实现网络流量的深度定制。

Claims (6)

1.一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取用户不同操作类别的相关质量指标；所述步骤1中操作类别包括网页浏览、文件下载、网页视频播放、网络游戏访问；网页浏览相关质量指标包括DNS查询时间、网页第一个渲染完成时间、网页最后一个渲染完成时间、网页总交互时间、网页加载总阻塞时间；文件下载相关质量指标包括文件下载带宽、文件总大小、文件下载总时间；网页视频播放相关质量指标包括播放视频阻塞次数、播放视频阻塞时间、视频播放时间、视频连接时间；网络游戏访问相关质量指标包括游戏报文丢包率、游戏报文时延、游戏报文抖动；

步骤2：定义每个相关质量指标的评分，采用加权求和的方法得到每个用户操作类别的评分；根据各个操作类别的评分采用加权求和的方法得到综合得分；

所述步骤2中相关质量指标的评分通过建立预期函数计算；采用最小二乘法计算相关质量指标与评分之间的拟合曲线，得到平方误差最小时预期函数多项式的系数；

所述预期函数为n阶多项式；

h(t)＝a₀xⁿ+a₁x^n-1+…+a_n-1x+a_n

式中：h(t)为预期函数，x为相关质量指标，a₀、a₁…a_n为多项式系数；

平方误差函数为：

式中：ε为平方误差，m为相关质量指标数量，y_t为真实用户的期望分数；

步骤3：根据步骤2得到的综合得分，采用SDN北向接口配置网络路由。

2.根据权利要求1所述的一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，其特征在于，所述步骤3具体过程如下：

根据步骤2得到的评分是否触发设置的告警门限判断，如果触发告警配置则采用轮询的方式切换网络路由配制；如果轮询所有网络链路配制都达不到要求再通知网络管理员，提供原始用户网络相关质量指标。

3.根据权利要求1所述的一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，其特征在于，所述步骤1用户不同操作类别的相关质量指标通过部署在靠近用户节点的交换机、路由器或者终端上的客户端进行模拟测试获取。

4.根据权利要求3所述的一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，其特征在于，所述客户端向服务器建立TCP长连接，服务器通过心跳检测与客户端维持TCP长连接，并周期性的向客户端下发任务；若客户端首次上线需向服务器端申请唯一的客户端ID，并保存到客户端；若不是第一次登录则读取客户端ID并发送给服务器。

5.根据权利要求1所述的一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法，其特征在于，所述步骤2中各个操作类别的权重系数为DPI分析得到的不同类型的流量占比。

6.一种基于用户体验量化指标的智能网络调度方法的智能网络调度系统，其特征在于，包括：

客户端，客户端部署在靠近用户节点的交换机、路由器、用户主机、移动设备上，用于获取用户不同操作类别的相关质量指标；

操作类别包括网页浏览、文件下载、网页视频播放、网络游戏访问；网页浏览相关质量指标包括DNS查询时间、网页第一个渲染完成时间、网页最后一个渲染完成时间、网页总交互时间、网页加载总阻塞时间；文件下载相关质量指标包括文件下载带宽、文件总大小、文件下载总时间；网页视频播放相关质量指标包括播放视频阻塞次数、播放视频阻塞时间、视频播放时间、视频连接时间；网络游戏访问相关质量指标包括游戏报文丢包率、游戏报文时延、游戏报文抖动；

服务器端，服务器端用于向客户端下达收集信息任务，并接收客户端获取的信息；对数据进行分析得到每个用户操作类别的评分；

数据分析过程如下：

定义每个相关质量指标的评分，采用加权求和的方法得到每个用户操作类别的评分；根据各个操作类别的评分采用加权求和的方法得到综合得分；

所述步骤2中相关质量指标的评分通过建立预期函数计算；采用最小二乘法计算相关质量指标与评分之间的拟合曲线，得到平方误差最小时预期函数多项式的系数；

所述预期函数为n阶多项式；

h(t)＝a₀xⁿ+a₁x^n-1+…+a_n-1x+a_n

式中：h(t)为预期函数，x为相关质量指标，a₀、a₁…a_n为多项式系数；

平方误差函数为：

式中：ε为平方误差，m为相关质量指标数量，y_t为真实用户的期望分数；

SDN控制管理系统，SDN控制管理系统用于接收服务器端的信息，并根据信息配置网络路由。

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