基于家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)的智能選路解決方案

一、引言

家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)是由中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心（以下簡(jiǎn)稱智家中心）推出的一款針對(duì)教育、超高清視頻、游戲、VR等家庭業(yè)務(wù)進(jìn)行加速的產(chǎn)品。依托于中國(guó)移動(dòng)覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)資源，智家中心借助承載網(wǎng)提供的底層線路能力與SD-WAN技術(shù)，構(gòu)建了具備超低時(shí)延、超低丟包等特征的家庭骨干加速網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了傳輸網(wǎng)絡(luò)-虛擬網(wǎng)絡(luò)-應(yīng)用層三段拉通，提供了業(yè)界一流的專屬化、智能化加速服務(wù)。截止到目前，家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)累計(jì)簽約用戶90W+，整網(wǎng)每日平均轉(zhuǎn)發(fā)流量達(dá)1.9TB。

二、家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)介紹

智家中心推出的家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，旨在提升全千兆業(yè)務(wù)端到端業(yè)務(wù)體驗(yàn)，提供高品質(zhì)的家庭骨干網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建端到端的智能加速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加速能力按需供給和重點(diǎn)業(yè)務(wù)體驗(yàn)不斷超越。

圖1 家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)

智家中心推出的家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)，具備如下三個(gè)特點(diǎn)：

精細(xì)運(yùn)營(yíng)編排：支持業(yè)務(wù)自動(dòng)開通，網(wǎng)絡(luò)靈活調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)切片編排，實(shí)現(xiàn)了家庭網(wǎng)絡(luò)的自服務(wù)和業(yè)務(wù)隔離。

全網(wǎng)資源整合：充分發(fā)揮中國(guó)移動(dòng)自身的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，完成多方網(wǎng)絡(luò)資源整合，部署境內(nèi)外加速網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，搭建家庭Overlay智能加速網(wǎng)絡(luò)。

全業(yè)務(wù)場(chǎng)景支持：支持多接入、多切片、協(xié)議加速等控制轉(zhuǎn)發(fā)能力，支撐為不同業(yè)務(wù)劃分不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)切片，滿足云游戲、音視頻通信、AR/VR等家庭業(yè)務(wù)的差異化網(wǎng)絡(luò)需求。

三、智能選路解決方案介紹

體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）是一種以用戶為中心的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以直觀反映用戶的第一體驗(yàn)感。以QoE為導(dǎo)向，可以在有限的資源內(nèi)為每個(gè)用戶合理的分配資源，避免出現(xiàn)資源過度分配的情況，在保障用戶體驗(yàn)的同時(shí)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度與使用。本文提出一種基于QoE的家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)智能選路解決方案，該方案建模及主要思想介紹如下：

網(wǎng)絡(luò)資源建模：將家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)記為一個(gè)無向圖G,G=(N_a,N_b,L_a,L_ab，L_b）。其中：Na表示接入節(jié)點(diǎn)集合，

。N_b表示加速節(jié)點(diǎn)集合，。L_a表示接入節(jié)點(diǎn)之間的鏈路集合，。L_ab表示接入節(jié)點(diǎn)與加速節(jié)點(diǎn)之間的鏈路集合，，L_b表示加速節(jié)點(diǎn)之間的鏈路集合，。

將由接入節(jié)點(diǎn)、加速節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)鏈路三個(gè)元素構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)路徑表示為P=(V_a，[L_a],L_ab,[L_b],N_b)。其中：[L_a]與[L_b]表示可選鏈路，不一定出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)路徑中。將路徑P上當(dāng)前可用的帶寬資源記為B_a，每個(gè)用戶已使用的平均帶寬記為B_avg，將當(dāng)前用戶占用的平均歷史帶寬記為B_u，將路徑P的端到端時(shí)延記為D。

基于上述網(wǎng)絡(luò)建模，智能選路解決方案的過程分為如下三個(gè)階段：

接入POP點(diǎn)篩選階段：編排器接收到用戶接入請(qǐng)求后，首先根據(jù)請(qǐng)求中攜帶的公網(wǎng)接入IP，從地址庫(kù)中查詢出該IP所屬的城市，隨后根據(jù)城市信息與接入節(jié)點(diǎn)集合N_a，篩選出符合要求的候選接入節(jié)點(diǎn)集合

加速鏈路篩選階段：編排器篩選出與N'_a相關(guān)的鏈路集合。其中：L'_a為候選接入節(jié)點(diǎn)間鏈路集合，L'_b為候選加速節(jié)點(diǎn)間鏈路集合，L'_ab為候選接入節(jié)點(diǎn)與加速節(jié)點(diǎn)之間的鏈路集合。

編排器根據(jù)接入節(jié)點(diǎn)集合N'_a，鏈路集合L，確定加速節(jié)點(diǎn)集合N'_b，并將三者組合為網(wǎng)絡(luò)路徑集合U_p，并根據(jù)以下公式對(duì)集合中的路徑進(jìn)行篩選，形成候選路徑池U'_p。

其中，表示每條網(wǎng)絡(luò)路徑的得分。

MOS值計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)路徑確定：候選路徑池U'_p確定后，根據(jù)如下公式計(jì)算每條線路的MOS值。其中，MOS（平均意見評(píng)分，Mean Opinion Score）是目前使用最廣泛的主觀評(píng)價(jià)方法，可以與QoE進(jìn)行有效的映射，放映用戶體驗(yàn)質(zhì)量。本方案通過計(jì)算每條路徑的MOS值，確定網(wǎng)絡(luò)路徑的QoE得分情況，最終篩選出最優(yōu)的接入POP點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)路徑。

MOS=F[f(B_a，B_avg，B_u)，f(D)]

其中，f(B_a，B_avg，B_u)表示路徑帶寬得分計(jì)算函數(shù)，f(D)表示端到端路徑時(shí)延得分計(jì)算函數(shù)。

四、展望

本文提出了一種服務(wù)于家庭智能加速網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的智能選路解決方案，有助于為每個(gè)用戶提供更好的端到端業(yè)務(wù)體驗(yàn)，更優(yōu)的調(diào)度與利用網(wǎng)絡(luò)資源。下一步將考慮更多的端到端影響因素，如吞吐量、丟包、抖動(dòng)等，對(duì)用戶的主觀體驗(yàn)進(jìn)行更精確的描述，提供更加智能化的家庭業(yè)務(wù)加速服務(wù)。