浅议互联网应用服务质量评估研究

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1、东南大学博士学位论文互联网应用服务质量评估研究姓名：成卫青申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：龚俭20090110中英文摘要摘要一直以来互联网网络和各应用服务器主要提供尽力而为的服务，直到近几年才有部分运营商网络对个别业务提供了区别服务，但仍没有达到为用户提供质量有保证的应用服务的程度。因此，虽然各骨干网络带宽不断创新高，用户的抱怨依然时有发生。除了抱怨网络接入中断故障外，其余的抱怨均为用户在感觉上对其所使用应用服务质量不满。IETF及学术界对QoS的研究主要是针对网络服务的QoS的测量与保证，较少直接关心端用户对具体应用服务的QoS需求。ITU．T一直比较重视用户对具体应用的感

2、知服务质量(PQoS)，但未能充分考虑基于IP网络的应用。因此本文关注因特网上用户PQoS的研究。以能够在因特网上提供有保证的应用服务质量为终极目标，本文围绕因特网上用户PQoS的全面评估展开研究，主要工作包括：研究用户对Web和VolP应用的aQoS的客观测量与评价：研究端到端网络QoS较低成本的直接测量方法；初步分析各质量环节对PQoS的影响程度；为监测用户端以及端网络的网络行为，研究文件共享型流量的识别；实验尝试基于PQoS评估网络QoS。具体如下：WebPQoS客观估计：在分析H1rrrP协议、用户访问习惯和Web访问中IP分组的到达规律的基础上，针对Web流量的突发性，提出了突发访

3、问的概念，并定义了两个服务内在性能测度：平均响应延迟和交付速率。两个测度计算都基于在用户方观测到的入方向分组。其中的响应延迟不仅包含客户端至服务器的网络往返时延，还包括服务器检索被请求内容的时延和在服务器的排队时延；而交付速率指一段时间内各次突发访问的分组到达速率的平均值。在实际环境中的实验测试表明，两测度与用户感知的主观评价之间满足线性回归模型，从而证实了可基于平均响应延迟和交付速率这两个单点测度，方便地客观估计用户访问指定Web网站时的PQoS。voIPeQoS客观估计：通过分析VolP流量，发现VolP一般都是P2P的，并且一对用户的通话一般基于一个UDP流。针对VolP流量的流式特性

4、，提出了一个基于语音流流特性，仅利用IP网络测量技术，客观评价VolPPQoS的非侵入单端方法一FSPAV。FSPAV利用中介数学应用理论中提出的个体真值程度度量，将通话片段的3个与用户感知相关的流特性测度：平均语音包大小、语音包平均到达间隔、平均到达间隔抖动的测量值映射成一个通话质量客观评价值。FSPAV不需要监测语音信号，而是监测用户主机接收到的包含对端用户语音数据的IP分组：因不需要同步时钟或解析应用协议，3个单点测度的测量成本低廉；基于真值程度度量，还能得出有助于语音质量降级因素分析的每个特性的优劣程度。在真实网络环境下的实验结果显示客观评价值与主观评价值之间具有相当高的相关性，表明

5、了该方法的有效性。网络Qos测量：首先回顾了ITu．T和IETFIPPM工作组发布的文档中有关QoS、网络QoS、网络性能和网络服务SLA(服务等级协约))的概念及相关参数。针对已有的部分参数对时钟同步要求高、测量代价高，不支持IPv6网络，或缺乏实际意义的问题，定义了3个对时钟同步要求均不高的QoS参数：IP分组时延变化(IPDV)、IP分组传送失败率(IPFR)，IP分组吞吐能力(IPTC)。通过理论上的误差分析论证了IPDV定义的合理性。IPTC不受末端主机等其他冈素影响，能有效度量公用IP网段集维持业务流量模式的能力。IPFR的提出是因为IPv6网络难以区分分组出错和丢失，并且在IP

6、v4网络中区分意义也不东南人学博士学位论文大。基于这些QoS参数理论上可以使网络QoS的直接测量相对容易一些。各质量环节对PQoS的影响分析：通过实验初步分析了W曲和VolP应用服务各质量环对PQoS的影响，实验研究发现用户所感知的应用服务质量并不一定基本取决于核心网络这个质量环节，用户端主机及网络、服务器可能也非常关键。实验显示，用户主机低速接入对W．eb用户PQoS有明显降级，对VolPPQoS影响更为严重。当用户主机接入带宽较高时，用户的其他网络行为对PQoS有影响，发现伴随的文件共享型P2P流量对Web用户PQoS影响较大，而伴随的Web流量对VolP用户感知有突发式的影响。通过估算

7、不同时段Web服务器端的响应延迟研究了Web服务器对PQoS的影响，实验显示网络流量高峰与低谷时段服务器响应延迟的增幅可能超过网络时延的增量，表明服务器也是一个用户感知质量降级不可忽视的因素。通过实验从时延角度发现国内不同运营商之间的互连链路时常是最大的网络瓶颈，其次运营商网络的骨干网、省间互连链路，以及用户端网络。各质量环对PQoS的影响分析是应用服务全面跟踪管理的需要，可为应用服务质量保证提供参考。文件共