通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法

摘要

本发明涉及一种通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法，其中包括网络质量检测模块、指标分析分解模块、指标收集模块和网络问题定位模块，网络质量检测模块在网络质量出现问题时将问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块，指标分析分解模块通过分析和分解业务一级指标，得到二级问题指标，指标收集模块收集二级问题指标对应的所有三级指标，网络问题定位模块分析所有三级指标判断出问题网络元件的位置。采用本发明的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法，不再拘泥于生硬的KPI评估标准，以业务KQI为网络质量分析的基准从而灵活判断通信网络中是否存在问题，实现全面分析的同时确保高准确性，具有更广泛的应用范围。

说明书

技术领域

本发明涉及网络质量分析领域，尤其涉及网络质量分析与问题定位领域，具体是指一种通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法。 

背景技术

国外某运营商的调查显示，在拥有负面用户体验的客户中，98％的客户选择不投诉，其中的一半直接转网，这样也造成运营商有可能在网络运行指标良好的情况下损失大量客户。传统的网络优化与评估方法已经难以适应新的客户需求，以提升用户感知为目标的新型网络优化成为业内的共识。 

传统的网络质量评估是采取KPI(Key Performance Indication)的评价体系，KPI即关键业绩指标，通常是网络层面的可监视可测量的重要参数。KPI可以从一个侧面反映网络质量，但不能反映网络总体的质量，更不能反映用户体验，因为单一的KPI只能从一个侧面放映网络的性能，往往局限性特别高。 

例如，传统的网络质检要求网络满足每项KPI，如果这个网络每项KPI都是刚刚及格，则判断网络质量是合格的，而实际上网络质量很可能并不好；如果网络总体的KPI非常优秀，只有一个非重要KPI刚刚没有达到要求，这时网络很可能质量是很好的，而我们根据KPI会判断网络质量不合格，同样地，一个通信网络可能在视频使用少的地区是合格的，在视频使用多的地区就不行了。 

下面以具体的场景来探讨目前移动网络测试体系面临的问题： 

某地区的某用户用数据网络看视频时，发现体验不好，视频有卡顿和不清晰的现象，但是经过路测数据分析发现该用户地区的关键业绩指标KPI很好，具体表现为该用户所在小区的覆盖率已经为100％，RRC(Radio Resource Control，无线资源控制协议)连接成功率，RAB(Radio Access Bearer，用户平面的承载)建立成功率，无线接通率和RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)软切换成功率等相关指标均为95％以上；而经过核心网测试发现，网络质量KQI(Key Quality Indicators，关键质量指标)也很好：监测到的TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)重传率低，往返时间RTT(Round-Trip Time)较小，时延 小等等；通常情况下，根据这一系列测试认为，网络状况是很好的，已经达标。但是实际情况是用户侧反应出来的却是体验很差，由此可以看出KPI和KQI无法完全反应用户体验。 

所以，在网络质量分析方面更加需要一种对于网络全面评价的指标，急需将KPI和KQI等传统的网络监测指标与不同应用分别对应建模分析，例如采用最接近用户感受的Qoe指标(Quality of Experience，用户体验指标)来反应网络的真实用户体验情况。 

此外，网络中业务决定了网络对于网络质量的需求。一个信息都是电子邮件的网络和一个信息都是即时视频的网络对于网络质量的需求肯定是不同的。不同区域使用的业务、网络负载是不同的，一个网络可能在一个区域可以顺利的完成网络传输的任务，但在另外的区域可能要完成网络传输的任务就会出现问题。 

我国运营商由基于性能指标的网络优化向基于用户感知的网络优化转型。转型过程之中面临如下的困难： 

(1)首先，缺乏基于用户体验的端到端业务质量评测与分析系统，包括采集设备、测试体系以及分析软件工具等，以提升面向用户感知的业务管理和用户体验。 

(2)再次，以用户感知为依据的网络评价体系需要完善和标准化，急需提出一套完整成熟的用户体验质量体系，真实反映用户感知，具有可操作性，其中建立用户体验质指标QoE指标与关键质量指标KQI和关键性能指标KPI之间的关联和映射是评价体系的关键。 

(3)最后，面向用户感知的优化理论和优化方法还不成熟，需要继续探索和实践。 

相对应的，对于无线网络问题检测，目前面临如下几个问题： 

(1)如何通过判断业务质量，来判断网络是否存在问题，或是网络是否能满足当前的业务需要。 

(2)当确认当前网络有问题或是不能满足当前的业务需要，我们如何根据表现不好的指标，估计网络哪里可能出现问题以及估计网络哪个元件可能损坏或不满足需求。 

(3)在查出问题之前需要收集大量的业务出错数据，从中提取不能满足需求的业务数据，依靠每个不能满足需求的业务可能由哪些网络问题导致的来确定网络中哪个元件出了问题。 

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够通过业务质量判断网络质量是否存在问题、从网络质量层层递推找出具体的问题网络元件、避免传统的网络质量评估无法发现用户体验问题、分析全面、准确性高的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法。 

为了实现上述目的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法，本发明的具有如下构成： 

该通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统，其主要特点是，所述的系统包括： 

网络质量检测模块，用以在网络质量出现问题时将问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块； 

指标分析分解模块，用以分析所述的网络的各个业务对应的一级指标得到存在问题的一级问题指标，并分解所述的一级问题指标得到对应的二级指标，以及分析所述的二级指标得到存在问题的二级问题指标； 

指标收集模块，用以收集所述的二级问题指标对应的所有三级指标，并将所述的所有三级指标发送至网络问题定位模块； 

网络问题定位模块，用以分析所述的指标收集模块收集的所有三级指标，并根据分析结果判断出问题网络元件的位置。 

其中，所述的一级指标为所述的网络中各业务对应的关键质量指标，所述的二级指标为所述的一级问题指标对应的关键绩效指标，所述的三级指标为所述的二级问题指标对应的网络元件的关键绩效指标。 

此外，本发明还提供一种通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的方法，该方法包括以下步骤： 

(1)所述的网络质量检测模块在网络质量出现问题时将所述的问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块； 

(2)所述的指标分析分解模块接收所述的问题分析指令，并分析所述的网络的各个业务对应的一级指标得到存在问题的一级问题指标； 

(3)所述的指标分析分解模块分解所述的一级问题指标得到对应的二级指标，并分析所述的二级指标得到存在问题的二级问题指标； 

(4)所述的指标收集模块收集所述的二级问题指标对应的所有三级指标，并将所述的所有三级指标发送至所述的网络问题定位模块； 

(5)所述的网络问题定位模块分析所述的所有三级指标，并根据分析结果判断出问题网络元件的位置。 

进一步地，所述的网络质量检测模块在网络质量出现问题时将所述的问题分析指令发送至所述的指标分解模块，包括以下步骤： 

(1.1)所述的网络质量检测模块根据所述的网络对应的用户体验指标判断网络质量是否 存在问题； 

(1.2)如果判断结果为网络质量存在问题，则继续步骤(1.3)，否则继续步骤(1.1)； 

(1.3)所述的网络质量检测模块将所述的问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块。 

更进一步地，所述的步骤(1)之前，包括以下步骤： 

(0)所述的网络质量检测模块测量出所述的网络的各个业务对应的业务质量指标，并根据所述的业务质量指标计算得到所述的用户体验指标。 

进一步地，所述的步骤(3)和(4)之间，还包括以下步骤： 

(3.1)所述的指标分析分解模块将所述的二级问题指标的信息发送至所述的指标收集模块。 

采用了通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法，当QoE低于某一特定值时，我们将各种业务KQI分解为KPI进而发现问题所在的位置，网络质量的分析不再是对于KPI的生硬要求，取而代之的是一种灵活的网络质量分析方法。 

同时，由于不同环境的通信网络对于业务有着不同的具体质量要求，本发明对于通信网络中的业务进行了整合与分类，分成六大类型和其对应的子业务，在分析网络质量时将通信网络对于不同种类业务要求不同以及对应子业务要求也不同而产生的影响考虑进去，做到以业务KQI为网络质量分析的基准，使得网络质量分析的结果更加与用户体验相一致。 

我们网络质量分析的目的是评估用户的体验和检测网络的性能，用户体验只能由业务质量来评估的，所以通过业务KQI来分析网络质量，所以我们一开始没必要分析网络元件的质量，也没必要分析网络中各个业务的KPI，我们只需要分析业务性能即可。业务性能是很难通过业务KPI直接检测出来的，因为业务性能除了由网络性能决定，还由终端性能与应用服务端的性能决定，所以通过业务KQI来分析网络质量比通过业务KPI进行分析更加可靠。 

如果网络质量差仅仅是因为客户端质量差或者应用服务端质量差造成的，那么我们在判断出QoE不合标准后是可以通过业务KPI判断出来的。这样我们就不会因为客户端质量差或者应用服务端质量差而错误的判断网络元件存在问题，实现全网全业务的分析，进而能快速准确的反映出用户使用业务的真实体验感知，具有更加广泛的应用范围。 

附图说明

图1为本发明的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统的结构框图。 

图2为本发明的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的方法的总流程图。 

图3为本发明的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的方法的业务和KQI的对应关系图。 

图4为本发明的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的方法的传输速度与无量纲化的KPI数据对应关系图。 

图5为本发明的通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的方法的KPI、KQI及QoE的对应关系图。 

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。 

请参阅图1所示，在一种实施方式中，通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统包括： 

网络质量检测模块，用以在网络质量出现问题时将问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块； 

指标分析分解模块，用以分析所述的网络的各个业务对应的一级指标得到存在问题的一级问题指标，并分解所述的一级问题指标得到对应的二级指标，以及分析所述的二级指标得到存在问题的二级问题指标； 

指标收集模块，用以收集所述的二级问题指标对应的所有三级指标，并将所述的所有三级指标发送至网络问题定位模块； 

网络问题定位模块，用以分析所述的指标收集模块收集的所有三级指标，并根据分析结果判断出问题网络元件的位置。 

其中，所述的一级指标为所述的网络中各业务对应的关键质量指标，所述的二级指标为所述的一级问题指标对应的关键绩效指标，所述的三级指标为所述的二级问题指标对应的网络元件的关键绩效指标。 

此外，本发明还提供一种通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的方法，如图2所示，该方法包括以下步骤： 

(1)所述的网络质量检测模块在网络质量出现问题时将所述的问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块； 

(2)所述的指标分析分解模块接收所述的问题分析指令，并分析所述的网络的各个业务对应的一级指标得到存在问题的一级问题指标； 

(3)所述的指标分析分解模块分解所述的一级问题指标得到对应的二级指标，并分析所 述的二级指标得到存在问题的二级问题指标； 

(4)所述的指标收集模块收集所述的二级问题指标对应的所有三级指标，并将所述的所有三级指标发送至所述的网络问题定位模块； 

(5)所述的网络问题定位模块分析所述的所有三级指标，并根据分析结果判断出问题网络元件的位置。 

在一种优选的实施方式中，所述的网络质量检测模块在网络质量出现问题时将所述的问题分析指令发送至所述的指标分解模块，包括以下步骤： 

(1.1)所述的网络质量检测模块根据所述的网络对应的用户体验指标判断网络质量是否存在问题； 

(1.2)如果判断结果为网络质量存在问题，则继续步骤(1.3)，否则继续步骤(1.1)； 

(1.3)所述的网络质量检测模块将所述的问题分析指令发送至所述的指标分析分解模块。 

在一种更优选的实施方式中，所述的步骤(1)之前，包括以下步骤： 

(0)所述的网络质量检测模块测量出所述的网络的各个业务对应的业务质量指标，并根据所述的业务质量指标计算得到所述的用户体验指标。 

在一种优选的实施方式中，所述的步骤(3)和(4)之间，还包括以下步骤： 

(3.1)所述的指标分析分解模块将所述的二级问题指标的信息发送至所述的指标收集模块。 

所述的系统根据各业务的业务质量指标判断用户体验指标QoE是否存在问题，而每种业务质量指标又是由该业务的KQI进行决定，用户体验指标QoE虽然不能完全在网络端测量，但是却可以根据业务质量指标进行估计，考虑到不同业务的网络有着不同的具体质量要求，所以在上述的系统及方法的基础上提出了一种更加优化的具体实施方式，该具体实施方式包含两个部分： 

1)首先，检测网络中各种业务的子业务KQI指标，求出各种业务的业务KQI指标，然后根据网络中的不同业务的使用频率估计用户体验指标QoE。 

2)当用户体验指标出现问题，我们将各种业务的子业务KQI指标进行分解，分解为网络中对应的子业务KPI指标，在分解得到的子业务KPI指标中，对于有问题的子业务KPI指标，我们进一步检测网络中相应的具体KPI指标，进一步检测的具体KPI指标是可能导致被分解的KPI指标出现问题的原因，进而发现问题所在的位置。 

第一部分由网络质量检测模块来执行，第二部分由指标分析分解模块、指标收集模块和 网络问题定位模块来处理。 

通过参考标准化组织3gpp2的标准化文件3GPP2 S.R0079-A“Support for End-to-End QoS”，发现该文件将业务分为即时会话类、交互类、流媒体类以及背景类，根据通信网络中的不同业务来分析网络质量，不同类型的业务要有不同的网络质量要求。和3gpp2此标准文件一样，本发明在分析网络质量时也将业务进行分类，从而分析网络质量是否满足业务要求，如图3所示，将业务分为六个类型，包括网页浏览业务、页面视频业务、FTP下载业务、游戏业务、邮件和即时通信业务，在通信网络中使用环境决定了不同业务使用频率不一样，而不同业务KQI对用户体验指标QoE的影响不一样，所以利用不同业务KQI计算用户体验指标QoE时需要考虑权重。 

根据每种业务KQI及其对应的业务权重通过计算可以估计用户体验指标QoE，其中，所述的业务权重是由业务的使用频率决定的，如果我们能获得整个通信网络的活动情况，那么我们可以对于通信网络的所有业务情况有详细的了解，如果我们只能收集网络中的部分数据，那么我们就需要根据我们收集数据中各业务的出现频率来估计通信网络中各业务的出现频率。不同地理位置的业务使用频率可能是不同的，所以不同的业务需要根据业务出现频率来客观地分析网络质量，所述的业务权重用wi表示(i＝a,b,c,d,e,f)，将六个类型的关键质量指标，即网页浏览KQI、页面视频KQI、FTP下载KQI、游戏KQI、邮件KQI和即时通信KQI记为KQIa、KQIb、KQIc、KQId、KQIe以及KQIf，用户体验指标公式如下式所示： 

QoE＝wa×KQIa+wb×KQIb+wc×KQIc+wd×KQId+we×KQIe+wf×KQIf 

此外，如图3所示，不同的业务可以按照及时性、可用性和流畅性进行分类得到子业务KQI并且子业务KQI与对应的子业务KPI有特定的映射关系，并且在所述的网络质量检测模块采集网络的子业务KPI数据后，需要将各个子业务KPI数据无量纲化，例如，通常各种传输速度与无量纲化的子业务KPI数据对应关系图如图4所示，下载速度低于一定限度也可以说明网络有问题，比如拥塞问题或是其他什么问题，但当下载速度低于某一特定值后，其无量纲化子业务KPI迅速下降，这是因为此时下载速率很难证明网络质量的好坏，下载速率慢完全可能是因为用户购买的带宽有限造成的。 

通信网络是由各种网络元件组成的，这些网络元件决定了网络性能，比如丢包率的高低等，而网络性能决定了业务性能，比如页面端到端时延的大小等，同时，业务性能决定了用户的体验，以视频业务为例，视频的传输质量本质上是由通信网络中的网络元件决定的，由于网络元件决定通信网络中的丢包率等网络性能对应的业务KPI以及该业务KPI对应的子业务KQI，包括视频端到端时延KQI、视频端到端成功率KQI和视频传输速度这样的业务部分 质量KQI，这些视频业务的子业务KQI决定了视频业务KQI，获得的视频业务KQI与获得的其他业务的KQI共同决定通信网络的用户体验指标QoE的值。 

根据上述的对应关系，将六个类型的关键质量指标，即网页浏览KQI、页面视频KQI、FTP下载KQI、游戏KQI、邮件KQI和即时通信KQI记为KQIa、KQIb、KQIc、KQId、KQIe以及KQIf，每个业务对应的数个子业务的关键质量指标记为KQI1，KQI2，KQI3。每个子业务对应的子业务权重分别为w1，w2，w3，不同子业务KQI对应的子业务权重对业务KQI的影响是不同的，比如说邮件时延子业务对应的邮件时延权重对邮件业务的影响就很低，即时通信端到端时延子业务对应的即时通信端到端时权重对于即时通信业务的影响却高。所以对于不同的子业务，对应的w1、w2、w3会有显著的不同。 

我们利用业务的子业务KQI以及其对应的子业务权重估计业务KQI，其中所述的子业务权重是由其重要性决定的，以页面浏览业务为例，子业务KQI1、子业务KQI2和子业务KQI3分别代表网页浏览端到端时延KQI，网页浏览端到端成功率KQI和网页浏览下载速率KQI，其对应的子业务权重分别是w1、w2、w3，页面浏览业务KQI的数学公式如下式所示： 

KQIa＝w1×KQI1+w2×KQI2+w3×KQI3 

其他几种类型的业务KQI与其子业务KQI及其对应权重的关系以此类推，再通过所得的业务KQI求得对应的用户体验指标。 

如图5所示，为通信网络中的KPI、KQI以及QoE的对应关系图，我们可以测量出网络中的KPI指标，也可以直接测量出各业务的部分质量KQI指标，进而得出各业务的KQI指标。在网络质量检测模块中，我们根据KQI判断网络的QoE是否达到指标。 

如图5所示，网络信号通过Ue(User Equipment，用户设备)、NodeB(3G网络的基站)、RNC、MSC(Mobile Switching Center，移动交换中心)等网络组成部分。用户上网有Call Attemp(尝试呼叫)、Call Alert(呼叫提示)、Call Connection(呼叫连接)、Call Termination(终止呼叫)等步骤，由此产生了会话数据记录(SDR，Session Data Record)，SDR可以间接的表现用户的通话感受，我们通过SDR判断业务KQI，进而判断QoE是否合格。网络不同部分之间是可以得到传输数据记录(TDR，Transaction Data Record)，从TDR之中，我们是可以得到KPI和KQI之间有对应的映射关系，网络的KPI参数决定了业务KQI。 

当QoE低于一定值时，我们认为网络出现了问题。这时需要寻找网络中的问题。这个任务由指标分析分解模块、指标收集模块网络问题定位模块来处理。我们首先判断一级指标，即子业务KQI的大小，据此判断这部分业务质量是否出问题了，如果业务质量出问题了，我们继续将一级指标分解为对应的二级指标，即将子业务KQI分解成对应的子业务KPI，分解 过程如下表1所示，检测二级指标并判断二级指标中哪一个存在问题，找出存在问题的二级指标后，我们检测二级问题指标对应的网络位置的具体KPI指标，即三级指标，比如无线端的指标，核心网的指标，进而判断哪个网络元件存在问题。 

由于一个网络之中有诸多KPI的指标，我们没必要检测所有的KPI指标，只需要检测与出二级问题指标相关的具体KPI指标即可，比如说如果TCP连接时长出了问题，我们就可以检测与TCP连接时长相关的KPI系数。当判断出某个KPI系数出问题时，我们罗列这个系数出问题的各种可能性，收集大量业务出问题数据，进而判断具体哪个元件出问题了。 

因为网络的根本问题是元件造成的，而我们了解元件的性能的方式只能通过KPI了解，一个KPI出问题，有许多元件问题的可能性。比如说丢包率太严重了，可能是因为网络容量小，拥塞造成的，也可能是因为网络信号质量不好造成的。所以需要通过收集大量的数据，通过比较流量大时的丢包率与流量小时的丢包率来判断到底是网络容量有问题还是信号质量有问题，进而确定到有问题的元件。 

表1 子业务KQI与子业务KPI的分解对应关系 

采用了通信网络中实现网络质量问题分析定位控制的系统及方法，当QoE低于某一特定值时，我们将各种业务KQI分解为KPI进而发现问题所在的位置，网络质量的分析不再是对 于KPI的生硬要求，取而代之的是一种灵活的网络质量分析方法。 

同时，由于不同环境的通信网络对于业务有着不同的具体质量要求，本发明对于通信网络中的业务进行了整合与分类，分成六大类型和其对应的子业务，在分析网络质量时将通信网络对于不同种类业务要求不同以及对应子业务要求也不同而产生的影响考虑进去，做到以业务KQI为网络质量分析的基准，使得网络质量分析的结果更加与用户体验相一致。 

我们网络质量分析的目的是评估用户的体验和检测网络的性能，用户体验只能由业务质量来评估的，所以通过业务KQI来分析网络质量，所以我们一开始没必要分析网络元件的质量，也没必要分析网络中各个业务的KPI，我们只需要分析业务性能即可。业务性能是很难通过业务KPI直接检测出来的，因为业务性能除了由网络性能决定，还由终端性能与应用服务端的性能决定，所以通过业务KQI来分析网络质量比通过业务KPI进行分析更加可靠。 

如果网络质量差仅仅是因为客户端质量差或者应用服务端质量差造成的，那么我们在判断出QoE不合标准后是可以通过业务KPI判断出来的。这样我们就不会因为客户端质量差或者应用服务端质量差而错误的判断网络元件存在问题，实现全网全业务的分析，进而能快速准确的反映出用户使用业务的真实体验感知，具有更加广泛的应用范围。 

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。