舰船通信业务QoS评估模型设计∗

仇建军 许 林宁 达（.海军驻武汉地区通信军事代表室武汉430079）（.武汉船舶通信研究所武汉430079）

舰船通信业务QoS评估模型设计∗

仇建军1许 林2宁 达2
（1.海军驻武汉地区通信军事代表室武汉430079）（2.武汉船舶通信研究所武汉430079）

为保证舰船无线异构通信网络满足不同用户的业务需求，从分析舰船通信业务服务质量需求出发，建立通信业务质量综合分析评估模型，通过构建半实物仿真试验环境，结合模糊综合评价方法，对通信业务服务质量进行客观有效评价，为舰船通信业务高效运行和网络资源智能调度提供有效支撑。

舰船通信；QoS；业务质量评估

Class Num ber U675

1 引言

舰船通信涵盖短波、超短波、微波、卫通等多种无线异构通信网络，各网根据不同的作战需求传输包含话音、视频、报文等不同业务类型的信息。这些不同种类的信息由不同用户的业务产生，具有不同的服务质量需求。然而，各网在自身的发展过程中，其传输能力与特点不均衡，导致对业务的支撑能力不尽相同，业务服务质量无法得到有效保证。因此，如何保证无线异构通信网络满足不同用户的业务需求成为当前通信领域重要的研究课题。本文拟从分析舰船通信业务服务质量需求出发，建立通信业务服务质量评估模型，研究基于混合策略的综合评估技术，对通信业务服务质量进行客观有效评价，为舰船通信业务高效运行和网络资源智能调度提供有效支撑。

2 相关技术

通信业务服务质量评估主要包括服务质量（Quality of Service，QoS）标准、QoS指标测量和业务服务质量评估等方面的内容。

2.1 QoS标准

目前，已有IP性能度量（IPPM）［1］工作小组和国际电信联盟（ITU）［2］等相关国际标准组织对QoS指标进行标准化研究，其对QoS的定义主要包括：1）IETF：网络在传输数据流时要满足的一系列服务要求，具体可以量化为传输时延、抖动、丢包率、带宽要求等指标；2）ITU-T：QoS是一种服务性能的综合体现，这种服务性能决定了网络在多大程度上满足业务用户的要求。上述国际标准组织提出相应的指标，衡量可靠性、通信质量等性能。具体包括：

·传输时延：IP数据包从网络测量起始端到测量目的端所消耗的时间。

·带宽：在单位时间内所能传输的数据量。

·丢包率：在测量时间段内，数据包由起始端发送至目的端所丢失的数据包占总数据包的百分比。

·时延抖动：分组延迟的变化程度。

2.2 QoS指标测量技术

斯坦福IEPM小组开发的端到端性能监控系统PingER［3］使用ping来测量网络传输时延、丢包率，计算网络性能。SPAND［4］通过用户端与服务器之间发送TCP/UDP包获取网络性能，并通过外加性能参数采集器在网关处辅助测量。国内以网络运营商为主，研究QoS指标测量技术。常用的QoS测试工具和方法［5］如下：

·时延测量：通过Ping工具，采用基于ICMP报文的方式，测量往返时延。

·带宽测量：采用基于数据包模型［6］的方式进行网络带宽测量。

·丢包率测量：采用发送数据包的方式测量网络的丢包率。

·时延抖动测量：采用差值比对的方式，将网络数据包的真实传输时延与数据流的首个数据包传输时延（时延基准值）进行比较。

2.3 业务服务质量评估技术

北京邮电大学在构建业务质量综合评价模型［7~8］的基础上，通过线性加权对业务质量评估结果进行分析。西安交通大学从业务管理和用户对业务质量满意度两方面描述业务质量以此判断业务的执行是否满足要求［9~10］。ITU-TP.861［11］从感知质量测量和感知质量评估两方面对话音服务质量进行分析评估，以此度量用户对话音质量的感知，并针对具体话音现象，建立客观评估模型，采用回归算法计算测量结果。ITU-R BT.500［12］通过对待评估的视频业务进行体验，选取多个视频片断进行评分，统计所有的评分记录，利用平均判分规则计算视频业务质量。

以上评估方法仅对网络或业务的某一方面进行评估（比如话音质量、视频画面质量），未考虑业务服务质量指标（时延、抖动等），不能从整体反映网络的综合性能。然而，业务质量最终反映的是用户满意度，因此，需要同时考虑网络层、业务层的客观指标和用户的主观感受，建立业务质量与用户评价的映射关系，实现主客观的融合。

3 通信业务质量评估

3.1 通信业务QoS需求分析

随着舰船通信业务及网络IP化的迅速发展，传统的话音业务已无法满足战场信息传输需求，VoIP、数据、视频会议等业务的出现使得网络业务流量突破千兆，基于IP的舰船通信网络具有更高的可靠性、实时性、安全性，而舰船通信业务的高优先级保障特点越发突出。在网络负载的情况下，优先保障重要业务的传输是研究舰船IP网络QoS的关键任务。针对舰船通信，根据通信业务对时延的敏感度，定义了会话、流媒体、交互以及背景四类基本业务类型。根据各类业务自身特点以及其他相关因素的影响，其QoS需求各不相同。会话类业务对时延要求最敏感，依次为流媒体、交互和背景。会话和流媒体类业务作为实时流量业务，均对时延有较高要求，区别在于对时延的可接受程度。交互和背景类业务作为传统IP应用，对丢包、误码有一定的要求。具体体现在：

1）会话类业务：话音通信作为会话类业务最典型的应用，具有端到端时延小的特点，其面向终端用户，由“用户体验”评估服务质量的QoS类型。

2）流媒体类业务：视频作为流媒体类业务的典型应用，单向传输实时媒体流，时延要求较话音类业务稍低，但对于视频传输需要具有连续性，因此对时延抖动具有较高的要求。

3）交互类业务：交互式Email和Web浏览做主要是请求/响应模式，对时延的要求由用户对等待时间主观容忍度决定，其低于会话高于流媒体。另一方面交互类业务的数据传输是透明的，应具有较低的丢包率。

4）背景类业务：文件下载作为背景类业务的典型应用，对时延要求最低，对丢包率要求严格。

3.2 通信业务质量综合分析评估模型

无线异构网络条件下通信业务质量客观评价方法从用户体验质量（QoE）角度出发，将业务质量评估从衡量网络资源参数层面提升到从用户视角体验网络和业务质量品质的高度。通过建立通信业务质量综合分析评估模型，形成基于用户感知指标的综合体系架构，将主观的用户体验信息与客观的业务质量指标参数进行关联，建立用户需求与业务服务质量间的对应关系，结合定性和定量两个角度完成通信业务质量综合评估。如图1所示。

通信业务质量综合分析评估模型分为网络承载层、业务质量层、用户感知层和用户体验（QoE）层。其中：

1）网络承载层：通过网管系统或仪器仪表获取指标数据，体现的是网络性能质量。

2）业务质量层：通过网管系统获取指标数据，体现的是业务性能质量。

3）用户感知层：通过问卷调查或模拟用户方式获取指标数据，体现用户对业务服务质量的感知状况。

4）用户体验层：通过业务质量层和用户感知层综合评估计算得出，反映的是业务质量的最终评价结果。

3.3 通信业务QoS测试与评估

通信业务服务质量评估结果体现最终的用户满意度，在进行通信业务服务质量评估时，需要从业务质量层和用户感知层两个层面进行考虑，并建立二者之间的映射，实现主客观的融合。在对用户感知层与业务质量层QoS指标进行重要性判定时，需要计算业务指标相对于用户感知的权重。然而，由于在基于IP通信网络QoS判定过程中，存在很多不确定性因素，因此需要采用定性和定量相结合的模糊综合评价方法对评估指标参数权重进行分析，实现对通信业务服务质量的合理、有效评估。

基于前文的理论模型，利用网络仿真损伤仪和模拟业务系统搭建演示环境，获取通信业务服务质量评估所需的相关数据，利用模糊综合评价方法对得到的数据进行处理。仿真实验环境如图2所示。

·业务仿真测试：通过网络损伤仿真仪实现对子网能力的仿真，配合业务系统对QoS指标进行测试，包括时延、丢包、带宽等；

·指标分析评价：将测试数据通过业务系统发送至业务质量评价引擎/模块的指标监控模块，利用质量分析模块对各项指标进行综合分析，同时支持用户对业务的QoS的评价；

·QoS分类映射：依据相应的评价模型，综合得出业务的QoS需求映射表，为业务优化选路提供支撑。

·业务质量分析：通过业务系统输出的质量要求能够指导综合业务通信终端，指示详细分解。

4 结语

本文在对QoS标准、QoS指标测量、业务服务质量评估等相关技术进行分析的基础上，提出了无线异构网络条件下通信业务质量客观评价方法，通过对舰船通信业务服务质量需求分析，构建了通信业务质量综合分析评估模型，通过对用户感知层与业务质量层的指标分解，建立业务质量指标体系，采用模糊层次分析法实现对通信业务质量的合理、有效的评估，为舰船通信业务高效运行和网络资源智能调度提供有效支撑。

［1］IPPM.IPPMworkinggroupof IETF［EB/OL］.［2011-05-19］. https：//datatracker.ietf.org/wg/ippm/.

［2］ITU-T Recommendation Y.1540.Internet Protocol Data Communication Service-IPPacket Transfer and Availabili⁃ty Performance Parameters，2003.

［3］IEPM Home Page.Internet End-to-end Performance Mon⁃itoring（1998）［EB/OL］.http：//www.Iepm-slac.stanford.edu/.

［4］Matthews W，Cottrell L.PingER Project：Active Internet Performance Monitoring for the HENP Community［J］. IEEECommunication Magazine，2000，38（5）：130-136.

［5］杨家海，吴建平，安常青.互联网络测量理论与应用［M］.北京：人民邮电出版社，2009：22-32.

［6］ITU-T G.107 The E-model，a computational model for use in transmission planning［S］.

［7］张奕奎，邱雪松，孟洛明.基于SLA的业务质量评价［J］.电信科学，2007，23（3）：78-83.

［8］朱海萍，李增智，王云岚，夏虹.可变粒度的业务质量评价模型及其算法研究［J］.小型微型计算机系统，2005，29（8）：1400-1404.

［9］ITU-R BT.5OO-11 Methodology for the subjective assess⁃mentof the quality of television pictures［S］.

［10］ITU-T P.910 Subjective video quality assessmentmeth⁃ods formultimediaapplications［S］.

［11］ITU-T P.861 Objective quality measurement of tele⁃phone-band speech codecs［S］.

［12］ITU-R BT.5OO-11 Methodology for the subjective as⁃sessmentof thequality of television pictures［S］.

Design ofQoSEvaluation M odel forW arship Comm unication Service

QIU Jianjun1XU Lin2NING Da2

In order to ensure the heterogeneouswireless communication network ofwarship tomeet different business needs of users，starting from the analysis ofwarship communication quality of service requirements，the paper establishes a comprehensive analysis and evaluationmodel of communication servicequality is established，through the construction of semiphysical simulation testenvironment，combining the fuzzy comprehensive evaluationmethod，realizing the objective evaluation on communication quali⁃ty of service.It provides effective support forwarship communication service intelligent and efficient operation and network source scheduling.

warship communication，QoS，service quality evaluation

U675 DO I：10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.005

2016年11月7日，

2016年12月30日

仇建军，男，硕士，工程师，研究方向：通信系统。许林，男，博士，工程师，研究方向：网络管理。宁达，男，博士，工程师，研究方向：运维管理。

（1.Navy Representative Office of Communication inWuhan，Wuhan 430079）（2.Wuhan Maritime Communication Research Institute，Wuhan 430079）