浅析移动通信网络中的QoE

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摘要　本文分析了QoE（体验质量）与其他概念（QoS、KPI/KQI）之间的关系，详细列举了各标准组织对QoE的研究现状，并对QoE未来的发展趋势做出预测，最后站在运营商的角度阐述了QoE研究的重要意义和可以着手开展的研究工作。
1、前言
　　很多2G移动网络用户提到3G，都会有共同的问题：与2G相比，3G的优势到底在哪里，3G时代到底带来了什么?简单的回答就是3G将极大地影响用户的生活方式和工作习惯，将带来一个真正的体验经济时代。3G用户将越来越热衷于参与性强、互动性好、有吸引力的各类业务和应用，特别重视体验的效果。随着国外3G网络和业务如火如荼地发展，中国的3G时代也悄然而至。与2G不同，3G业务成功的关键是看用户的体验质量（QoE）的好坏，激烈的市场竞争使运营商意识到：提高终端用户的满意度，留住用户并扩大用户规模是生存和盈利的关键，因此QoE的概念和相关研究应运而生。
　　QoE可以理解为用户体验或者用户感知。即终端用户对移动网络提供的业务性能的主观感受。它可以通过接近量化的方法来表示终端用户对业务与网络的体验和感受，并反映当前业务和网络的质量与用户期望间的差距。QoE的量化指标可以用优秀、很好、好、一般、差5个级别来标识。QoE的评价主体是终端用户，评价对象是业务和支撑业务的网络（主要包括核心网络、无线网络和业务平台）。
2、QoE和QoS、KPI、KQI的关系
　　2.1　QoS
　　提到QoE，当然要涉及到QoS。ITU-T Rec E.800[1]最初定义QoS为“决定用户满意程度的服务性能的综合效果”，包含多个层面较为广泛的内容。QoS提出的最终目标就是当终端用户使用一个特定服务时可以得到最好的体验。考虑到终端用户对QoS的体验随着应用需求的不同而不同，需要为下层协议定义出一组公共参数来明确业务的需求，因此目前业界有时也将QoS狭义地理解为底层分组数据传输的性能指标，如时延、抖动、带宽、误码等。从ITU-T的定义可见QoS提出概念的初衷是和QoE概念相吻合的。
　　QoS机制主要负责从网络的角度进行业务管理和提供业务的差异性，网络实体根据不同的质量需求来处理不同业务。但从终端用户的角度来体验QoS是一个更广、更主观的问题，即QoE所定义的范畴。从移动通信网络的角度来说，要想获得更好的QoE的最佳方案就是提供一个优良的端到端的QoS。
　　2.2　网络性能和KPI
　　对于2G网络，网络性能是运营商关注的重点。网络性能在ITU-T Rec E.800标准中被定义为“网络或网络的部分提供用户间通信机制的能力”。网络性能是保障QoE和QoS需求的基础，相对于难以直接度量的QoE，网络性能是网络运营商和设备厂商便于规划、设计和监测的信息。
　　KPI（关键性能指标）通常是网络层面的可监视可测量的重要参数。在当前移动网络的网络管理中，KPI被理解为网络性能，在网元管理中，KPI被理解为网元性能。
　　2.3　KQI及几者间的关系
　　用户体验管理（CEM）是业界主流无线运营商一起开发的一种业务管理的创新方法（TMF（电信管理论坛）中有研究），重点在于直接实时测量用户体验以及定义用户体验指标（CEI）。而KQI（关键质量指标）是主要针对不同业务提出的贴近用户感受的业务质量参数。从TMF的研究角度而言，CEM是从属于QoE管理范畴的概念；CEI是反映QoE级别的相关关键指标，着眼点是用户，与用户行为相关；KQI是业务层面的关键指标，可能是不同业务或应用的质量参数，因此针对CEI的CEM可以被理解成为QoE管理架构中业务管理的优选方案。
　　图1比较形象地描绘了上述几个概念的关系。当前2G和2.5G网络的业务管理架构通常采用“KPI-KQI”的自下而上方式，而对于3G运营商来说，QoE管理更应该和CEM紧密结合，做到对不同用户的不同业务的CEI的自动管理。表1从技术/非技术的层面对QoE的关键影响因素进行了分析。

表1　QoE的关键影响因素

3、相关标准化组织进展
　　（1）3GPP
　　R97/98是移动网络QoS管理体系演进历程中的第一步，定义了基于PDP上下文内容的QoS架构提供的数据分组之间的区别。R99提出引入新的属性和类别（会话类、流媒体类、交互类、背景类），用来协调GERAN（GSM/EDGE无线接入网络）和UTRAN（UMTS无线接入网）QoS的管理架构。在R5之前，移动网在终端和服务器之间的应用程序协商过程是完全透明的，而运营商的目标是了解、控制、批准甚至掌管该层面所建立的协商内容。R5才真正站在端到端角度上提出了QoS需求的协商，通过引入IMS（IP多媒体子系统）业务，实现了承载QoS授权的标准化。R6则更进一步，在PSS（分组交换流媒体服务）规范中对于RTSP（实时流媒体协议）定义了一些扩展字段，加入了QoE头字段用来保证QoE指标的端到端协商[2]。
　　（2）3GPP2
　　3GPP2发布的cdma2000 1x EV-DO RevA标准已经开始为基于业务实例概念的E2E QoS规定了一些需求和参考模型。cdma2000无线IP网络通过一个或多个分组数据的业务实例来提供对QoS的支持。新标准建议，在MT和BSC之间的不同业务实例下，发送在一个单独PPP（点到点协议）会话中的不同PPP帧，每个PPP帧都应携载不同的业务类别[3]，而每个业务实例都建议采用单独的RLC（无线链路控制）会话。随着业务实例的引入，根据所能提供的4类业务，3GPP2支持的QoS变得更加贴近于3GPP R99。
　　（3）ITU-T
　　ITU-T对QoE的研究最早是从IPTV开始的，其对IPTV的定义中特别强调IPTV业务是通过可管理的IP网络进行传输，而不是在公众互联网上传输，对可管理的IP网的要求是其能提供一定的QoS/QoE，以确保更好的安全性和可靠性。目前IPTV标准工作的重点在于服务需求标准研究上，共有7个方面。ITU-T在做2005～2008年课题研究规划时，就将QoE研究提上日程，其中第12研究组（业务性能及质量）特别设置了“多媒体QoS/QoE性能要求和评估方法”的子课题。
　　（4）ETSI
　　ETSI（欧洲电信标准协会）的QoS架构[4]中，充分考虑了端到端用户的体验。其中对不同类别的业务（主要是直接传送业务和存储转发业务）的性能指标（即业务KPI），以用户的角度加以定义和描述，提出了具体的统计方法和参考点，为QoE KQI到网络/网元KPI的映射分析奠定了基础，但其中有关MOS测量还处于研发阶段。
4、QoE发展预测
　　4.1　标准预测
　　3GPP和3GPP2所定义的端到端QoS体系架构是一个比较超前的解决方案，而目前缺乏详尽的算法并且可用的承载也非常少。现在，2G和2.5G网络仍停留在基于BE方式或基于优先级方式进行简单的QoS区分，3GPP和3GPP2对QoE/QoS的研究都是基于全IP的网络架构。随着3GPP等各个标准组织对IMS标准的不断完善，端到端的QoS体系架构的详细标准和技术协议也会日新月异。
　　ITU-T对业务管理方面的研究[5]一直在进行，包括业务管理发展趋势、不同网络结构下（非NGN架构、NGN体系IMS架构和NGN体系非IMS架构）的CEI体系架构、具体业务的QoE评估方法。预计2008年后这些课题将会有新的进展和结论。
　　4.2　研究预测
　　随着运营商对用户QoE概念的日渐明晰和重视，各个标准组织对相关规范的日渐完善。业界对QoE的研究也呈现百花齐放的局面。而QoE管理架构的环状模型是研究的重点趋势，如图2所示。QoE管理主要包括3部分[1]：QoS预置、QoS与QoE监测和评估优化。

图2　QoE管理架构

　　●QoS预置是指以用户为中心，对不同业务的端到端QoS相关参数的配置和调整。不同于传统的网元数据配置，这里预置的指标主要来源于CEI和KQI，同时可能带来业务规划和网络规划的调整，并为QoS与QoE监测体系奠定基础。
　　●QoS与QoE监测是指对可预置的指标进行监视和测量，主要在NMS（网络管理系统）上实现。它采用合理的监测手段和统计方法，为有效评估QoE提供了有力的支持。同时通过它，运营商可以完善以用户体验管理为驱动的运维管理体系。
　　●评估优化是指对可监测的指标（可以认为是CEI组合）进行有效评估，并以提高QoE为目的进行相关的指标优化。优化后指标将被重新预置并进行新一轮的监测。优化的过程可能较为繁琐，但可能给运营商带来相当可观的回报。
　　通过以上的分析可见，QoE管理是循序渐进的环状模型，只有这种循环式的管理体系才能充分保证运营商的企业核心竞争力。可以大胆地预测今后QoE的研究朝以下几个方向发展。
　　●QoE指标的研究：基于KQI/CEI的指标聚合模型。主要内容包括以业务为对象的QoE KQI与网络KPI的映射建模；对网络KPI到CEI的聚合分析，实现对用户所使用业务的体验评价。聚合方法可以考虑空域、时域和用户域多维度聚合。
　　●QoE管理体系架构的研究：以网络运营商为主导，联合CP/SP（内容提供商/服务提供商）和终端提供商，实现端到端的QoE管理流程。其研究内容包括以用户为中心的业务管理架构[6]及以提高用户QoE为目的的用户、市场、运维前后端互动的管理体系架构。
　　●QoE评测方法、辅助工具和产品的研究：对QoE指标的客观评估并充分反映用户真实感知，也是运营商QoE管理的关键环节。由此派生的相关测试辅助工具和产品也将是测试厂商和工具厂商研究开发的目标。
　　4.3　业界产品
　　当前业界“结合CEM的QoE管理”的研究和产品开发已经兴起，主要体现如下。
　　（1）基于CEM架构的产品开发（以Nokia为代表）
　　Nokia公司已经推出了MQA（终端质量分析器）和SQM（服务质量管理系统）产品[1]。CEM视角是指手机终端本身最终演变成为用户体验的最理想的自动测试点，而安装在用户终端上的MQA可以实现真正意义上的CEI监测，通过SQM实现CEM。SQM可以实现不同类型用户的业务管理以及不同业务的应用管理，从而有助于运营商了解用户感知，实现以用户为中心的业务管理模式。该产品已经被欧洲主流运营商Orange应用。
　　（2）基于QoE的KQI分类方法（以Nortel为代表）
　　Nortel公司开展了“基于QoE的KQI分类方法”的调研，调研了GPRS用户在打开网页时忍受网页浏览时延的情况，并根据用户容忍度，对网页浏览时延的KQI进行了分类。这种针对某种业务或应用进行的QoE KQI分析产品和工具，得到了很多2G/2.5G运营商的青睐。
　　（3）测试设备和方案（以美国Spirent为代表）
　　在ITU 2006年世界电信展上，Spirent公司展示了针对下一代网络的通信测试系统，重点聚焦在三重播放/IPTV、3G、IMS、WiMAX以及无线网络及服务的开发和部署上，并针对Web应用和网络基础设施安全提供全面的测试方案。值得注意的是，Spirent提出为网络性能的优化和QoE的增强提供全面的保障，这无疑是运营商和设备商所需要的。
5、运营商对QoE研究的意义
　　移动通信产业收入的持续增长是运营商追求的目标，而这有赖于丰富的移动业务和应用的普及和成功。运营商必须主动监测和管理其用户在使用业务时的QoE（即QoE的管理），高质量的体验将提高用户对业务和应用的认可度，提升运营商品牌的价值。当前运营商面临的最大挑战就是如何对用户的实际业务质量进行实时观察、实时改进，并将网络运营活动定位到最有价值的用户群体中。这些都是运营商进行QoE研究的意义所在。QoE管理的目标就是收集各种关键统计量，并将其转化为用户体验的知识，帮助运营商构建对用户体验的认识和理解，从而推动网络技术部门对现有资源的优化进程，尤其是对高ARPU用户影响最大的网络性能优化工作。
　　通过QoE管理，运营商可以将网络质量、市场销售和客户服务的诸多前端部门，与网络规划和优化、运营维护、信息支撑等后端部门，有效地互动起来，形成以提升用户体验为目的的面向用户、业务和网络的多方配合协作体系。对于QoE管理方面的研究，运营商可以从以下几个方面入手：
　　一是改进现网，将NMS指标多维度地扩大到以用户体验为中心的端到端的业务性能指标，并为特定用户定制体验测量策略；
　　二是对新建的移动网络，着眼于前后端互动的QoE管理体系架构，针对主流业务和应用整理和分析用户层面的需求，并积极开发专用的QoE管理平台；
　　三是依托老业务的可监测可评估的KQI和CEI，对新的移动业务在特定用户对象中的商用状况进行有效预测，提高移动业务的总体收益。
6、结束语
　　从QoE概念的提出，到相关标准进展和后续研究方向可见，运营商是QoE管理链中的主要推动者，起着举足轻重的作用。运营商不仅要密切跟踪QoE标准和产品的发展，同时要积极地提出其发展和研究方向，以便推动相关厂商和机构对QoE的标准制定和产品开发，从而真正实现基于用户体验的质量管理架构。有关QoE的深入研究将是未来几年移动通信产业的热门方向之一。
　　参考文献
　　1　ITU-T Rec E.800.Terms and definitions related to quality of service and network performance including dependability，1994
　　2　3GPP TS 26.234.Transport end_to_end packet-switched steaming service(PSS)；protocol and codecs(release 6)，Dec 2006
　　3　3GPP2 S.R0079-0.Support for end_to_end QoS，May 2004
　　4　ETSI TS 102 250-2.Definition of QoS parameters and their computation，March 2006
　　5　ITU-T Rec G.1010.End-user multimedia QoS categories，Nov 2001
　　6　Gomez G，Sanchez R著.周胜等译.蜂窝网络的端到端服务质量和用户体验质量：概念、架构以及性能优化.北京：机械工业出版社，2006