TWI580288B - Action online quality analysis system and method - Google Patents

Description

行動上網品質分析系統及方法

本發明是有關於一種行動上網品質分析系統及方法，特別是一種基於虛擬化基礎架構平台下的實體及虛擬設備週期性的監控和資訊收集評估之行動上網品質分析系統及方法。

近年來，因智慧型手機興起，行動上網人數與訊務量(Traffic Volume)均呈現爆炸性成長，造成用戶行動上網時容易因頻寬不足而壅塞。但既有分析設備所採用的訊務分析方法無法反映用戶上網感受，因此為有效評估用戶實際上網感受與行動上網品質，採用新型訊務分析方法實有其必要性。

既有行動上網訊務分析方法不足之處，例如不同服務伺服器的訊務分析各自獨立，無法反應用戶實際上網行為。以HTTP為例，在開啟單一網頁時，可能因內容需要(如網頁圖片)而須取得數個不同服務伺服器中的資料，但既有分析方法均使用服務伺服器IP與HTTP Host(如www.google.com)進行封包整合，因此無法彙整此類網頁開啟的所有動作，導致分析結果與用戶使用行為有落差。

既有行動上網訊務分析方法不足之處，又加密訊務分析只提供訊務量統計，不易反應用戶上網感受。以HTTPS為例，既有分析方法均只統計用戶HTTPS訊務量多寡，缺少用戶實際上網行為與服務伺服器回應時間等相關分析，因此不易反映用戶上網感受與行動上網品質。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種行動上網品質分析系統及方法，藉由透過用戶行動上網封包分析其上網行為與等待時間，並結合用戶移動行為計算基地台與服務伺服器間封包往返時間，提供行動電信業者有效掌握行動上網品質與用戶感受，進而減少改善網路品質所需之人力與時間。

本發明之行動上網品質分析系統，包含網頁封包擷取裝置、上網用戶擬真行為分析裝置及輸出查詢裝置。網頁封包擷取裝置用以抓取行動上網封包，並濾出所需資訊；上網用戶擬真行為分析裝置用以分析所需資訊中之用戶上網擬真行為與等待時間，並根據用戶移動行為計算用戶所在基地台與服務伺服器間的封包往返時間，進而產生分析結果；輸出查詢裝置用以儲存分析結果並提供圖形化查詢介面。

本發明之行動上網品質分析方法，包含下列步驟：抓取行動上網封包，並濾出所需資訊；分析所需資訊中之用戶上網擬真行為與等待時間，並根據用戶移動行為計算用戶所在基地台與服務伺服器間的封包往返時間，進而產生分析結果；以及儲存分析結果並提供圖形化查詢介面。

承上所述，依本發明之行動上網品質分析系統及方法，其可 具有一或多個下述優點：

1.本發明透過獨創之應用服務分類智慧庫整合行動上網訊務封包，無論該封包是否經過加密都可透過智慧庫內容進行整合，藉以進行用戶上網擬真行為分析並計算其等待時間，讓行動電信業者可透過分析結果瞭解用戶行動上網行為並準確地評估用戶上網感受。

2.本發明透過用戶訊務封包回應狀況與用戶移動行為，計算各基地台與各服務伺服器間的封包往返時間，其結果可用來比較不同基地台與同一服務伺服器間的封包往返時間，藉此確認基地台與數據網路間的連線狀態。

3.本發明整合用戶上網擬真行為分析與基地台封包往返時間分析結果，可從用戶角度及網路角度評估行動上網品質，供行動電信業者有效掌握行動網路運作狀態，以減少改善網路品質所需之人力與時間。

1‧‧‧具行動上網功能之設備

2‧‧‧LTE網路架構

21‧‧‧LTE基地台設備

22‧‧‧服務閘道/分封數據網路閘道

3‧‧‧GSM/UMTS網路架構

31‧‧‧GSM/UMTS基地台設備

32‧‧‧無線電網路控制器

33‧‧‧GPRS服務節點

34‧‧‧GPRS閘道節點

4‧‧‧網路封包擷取裝置

5‧‧‧行動上網用戶擬真行為分析裝置

51‧‧‧用戶移動行為分析模組

52‧‧‧用戶上網行為分析模組

53‧‧‧應用服務分類智慧庫模組

54‧‧‧基地台封包往返時間分析模組

6‧‧‧輸出查詢裝置

S510~S542‧‧‧步驟

第1圖係為本發明行動上網品質分析系統之功能方塊圖。

第2圖係為本發明行動上網品質分析方法之用戶移動行為分析流程圖。

第3圖係為本發明行動上網品質分析方法之用戶上網行為分析流程圖。

第4圖係為本發明行動上網品質分析方法之應用服務分類智慧庫模組作業流程圖。

第5圖係為本發明行動上網品質分析方法之基地台封包往返時間分析模組作業流程圖。

本發明之行動上網品質分析系統及方法，係利用一或多個網路封包擷取裝置抓取行動上網封包，並濾出系統所需封包供行動上網用戶擬真行為分析裝置使用。行動上網用戶擬真行為分析裝置則根據服務伺服器IP與通訊協定類型查詢其關聯IP列表以進行封包整合，並結合用戶移動行為計算基地台封包往返時間。最後透過輸出查詢裝置儲存分析結果並提供圖形化介面供行動電信業者查詢。

本發明之行動上網品質分析系統包括用戶移動行為分析模組、用戶上網行為分析模組、應用服務分類智慧庫模組及基地台封包往返時間分析模組。用戶移動行為分析模組接收網路封包擷取裝置從基地台端抓取之行動上網用戶訊務封包，並分析封包中IP層與GTP-U(GPRS Tunnelling Protocol User Plane)層內的IP資訊，藉以瞭解用戶移動行為與其停留時間，如用戶A於1：00PM至2：00PM間停留於基地台A。用戶上網行為分析模組接收網路封包擷取裝置抓取之行動上網用戶訊務封包後，透過應用服務分類智慧庫模組內記載之關聯IP列表等資訊，彙整相關用戶訊務封包以進行用戶上網擬真行為分析並計算其等待時間。應用服務分類智慧庫模組儲存服務伺服器IP、通訊協定類型(如HTTP等)、服務類型(如facebook等)與關聯IP列表資訊，供用戶上網行為分析模組識別各個用戶訊務封包間之關聯性及其服務類型。基地台封包往返時間分析模組結合用戶移動行為分析模組與用戶上網行為分析模組的分析結果，藉以確認用戶上網行為所使用的基地台列表，與該列表中各基地台與服務伺服器間的封 包往返時間。

本發明之行動上網品質分析系統及方法利用網路封包擷取裝置自動化擷取與篩選行動上網封包(Packet)，並由行動上網用戶擬真行為分析裝置進行封包分析以確認用戶行動上網感受，最後透過輸出查詢裝置儲存分析結果與提供圖形化查詢介面之系統。

本發明之行動上網品質分析系統及方法更可透過行動上網封包進行用戶上網擬真行為及其移動行為分析，此處用戶上網擬真行為係彙整用戶執行單一上網動作(如開啟網頁)時，行動終端(手機)與該動作相關服務伺服器(可能不只一個)間的所有封包，藉以反應用戶執行之動作；用戶移動行為則係指用戶在行動上網過程中所使用的基地台順序與其停留時間。透過前述資訊的分析與結合，藉以評估用戶上網感受與基地台連線狀態，其相關技術與分析資訊說明如下：用戶上網擬真行為等待時間：係指透過本發明之行動上網品質分析方法進行用戶上網擬真行為(如開啟網頁、點擊APP功能等)分析後，各擬真行為從開始到結束所花費的時間，藉以瞭解用戶實際上網行為及感受。以HTTPS為例，因其封包內容經過加密無法解析，僅能識別IP資訊，因此本發明預先將各HTTPS網頁之關聯IP列表資訊儲存於應用服務分類智慧庫模組，當用戶開啟HTTPS網頁時，系統會利用服務伺服器IP與通訊協定類型取得該網頁之關聯IP列表，依此資訊整合該網頁相關封包以分析用戶行為，並計算其等待時間。

基地台與服務伺服器封包往返時間(簡稱基地台封包往返時間)：係指上述用戶上網擬真行為中，用戶所在基地台與其服務伺服器間封 包往返所花費的時間，藉以確認各基地台與各服務伺服器間的連結是否正常。以HTTPS為例，其往返時間即從基地台傳送封包至HTTPS伺服器開始，到收到HTTPS伺服器回應所需之時間。

本發明之行動上網品質分析系統與方法適用於GPRS(General Packet Radio Service)、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)與LTE(Long Term Evolution)網路，並可全天候24小時自動進行封包分析與彙整，讓行動電信業者可透過圖形化介面即時查詢分析結果。

請參考第1圖，其係為本發明行動上網品質分析系統之架構圖。本發明之行動上網品質分析系統組成元件包含網路封包擷取裝置4、行動上網用戶擬真行為分析裝置5與輸出查詢裝置6，分析資料來源則為LTE網路架構2與GSM/UMTS網路架構3中基地台後端介面之用戶訊務封包。第1圖中各元件說明如下：行動上網設備1：泛指所有可行動上網之設備。LTE網路架構2：為3GPP規範之LTE行動網路架構，包含LTE基地台設備21與服務閘道/分封數據網路閘道22。GSM/UMTS網路架構3：為3GPP規範之GSM與UMTS行動網路架構，包含GSM/UMTS基地台設備31、無線網路控制器32、GPRS服務節點33與GPRS閘道節點34。網路封包擷取裝置4：為具備網路封包擷取與過濾能力之裝置，用來擷取行動上網用戶訊務封包，並從中取得系統所需資訊。行動上網用戶擬真行為分析裝置5：負責分析行動上網用戶訊務封包，進行用戶上網擬真行為分析並計算其等待時間及基地台封包往返時間，藉以評估行動上網品質。輸出查詢裝置6：負責儲存行 動上網用戶擬真行為分析裝置5之分析結果，並可整合其他行動網路管理系統提供之用戶門號與IP對應表，以提供行動電信業者透過用戶門號進行查詢。行動上網用戶擬真行為分析裝置5由用戶移動行為分析模組51、用戶上網行為分析模組52、應用服務分類智慧庫53與基地台封包往返時間分析模組54組成，各模組功能及運作模式簡述如下：用戶移動行為分析模組51接收行動上網用戶訊務封包後，針對封包時間、封包中IP層之基地台IP與GTP-U層之用戶IP進行整合，並更新系統儲存之用戶位置紀錄與輸出，藉以確認用戶移動行為與各基地台停留時間。用戶上網行為分析模組52接收行動上網用戶訊務封包後，會使用服務伺服器IP與通訊協定類型查詢應用服務分類智慧庫模組，藉以取得服務類型與關聯IP列表，再透過關聯IP列表內之IP資訊彙整相關封包以進行用戶上網擬真行為分析並計算其等待時間。應用服務分類智慧庫模組53儲存服務伺服器IP、通訊協定類型、服務類型與關聯IP列表資訊(如服務伺服器IP：74.125.23.132，其HTTP通訊協定封包屬於google服務且關聯IP列表為173.194.72.94)，供用戶上網行為分析模組52識別各個用戶訊務封包間之關聯性及其服務類型。基地台封包往返時間分析模組54結合用戶移動行為分析模組與用戶上網行為分析模組的分析結果，藉以確認用戶各個上網行為所使用的基地台列表，並計算列表中各基地台與服務伺服器間的封包往返時間。

此外，應用服務分類智慧庫模組53適用之通訊協定包括現行各種網路通訊協定，如HTTP、HTTPS與RTSP等，其可分析之服務類型包括現行各類服務，如LINE、Facebook與Youtube等。

請參考第2圖，其係為本發明用戶移動行為分析模組51作業流程。由步驟510接收行動上網用戶訊務封包後，透過步驟511取出IP層內包含之基地台IP，及GTP-U層內包含之用戶IP資訊，完成後進行步驟512依用戶IP確認該用戶位置是否已儲存在系統紀錄中。若已存在，則執行步驟514更新該用戶位置紀錄；若不存在，則執行步驟513建立新的用戶位置紀錄，其中包含開始時間、結束時間、用戶IP與基地台IP。當步驟513與步驟514完成後，本模組會將用戶位置資訊提供給後端基地台封包往返時間分析模組使用，完成後回到步驟510接收後續用戶訊務封包。

請參考第3圖，其係為本發明用戶上網行為分析模組52作業流程，由步驟520接收行動上網用戶訊務封包後，透過步驟521配對其請求與回應封包，配對完成後執行步驟522確認服務伺服器IP是否為既有用戶上網擬真行為(簡稱擬真行為)之關聯IP。若是，則執行步驟524將該筆記錄併入對應擬真行為中；若否，則執行步驟523建立新的擬真行為，並透過服務伺服器IP與通訊協定類型查詢應用服務分類智慧庫模組，取出其服務類型與關聯IP列表，以透過關聯IP列表內之IP資訊彙整相關用戶訊務封包。當上述步驟523與步驟524完成後，模組會透過步驟525確認各筆擬真行為的完成狀態，即其結束時間與當前時間差距是否已超過門檻值(T1，可為數秒或數分鐘)。若有擬真行為超過門檻值，表示行動終端與服務伺服器間已有一段時間無封包傳輸，則模組會認為該上網行為已完成而執行步驟527計算其用戶等待時間(擬真行為開始時間與結束時間之差距)，完成後執行步驟526。但若各擬真行為均未超過門檻值，則直接執行步驟526。步驟526會將封包配對資訊及擬真行為資訊提供給基地台封包往 返時間分析模組54使用，同時輸出已結束之擬真行為資訊及其等待時間給輸出查詢裝置，輸出完成後回到步驟520接收後續用戶訊務封包。

請參考第4圖，其係為本發明應用服務分類智慧庫模組53作業流程，由步驟530自動化接收用戶上網行為分析模組52之查詢要求與參數(包含服務伺服器IP及通訊協定類型)，接收後執行步驟531查詢智慧庫內容，並將查詢所得到之服務類型與關聯IP列表提供給用戶上網行為分析模組52使用，完成後回到步驟530接收下一個查詢需求。

請參考第5圖，其係為本發明基地台封包往返時間分析模組54作業流程，由步驟540接收用戶移動行為模組之分析結果並儲存於系統中，接著執行步驟541接收用戶上網行為分析模組之分析結果(包含用戶訊務封包配對結果與用戶上網擬真行為分析結果)，接收完成後執行步驟542找出每筆用戶上網擬真行為內包含之封包配對，並結合用戶移動行為取得各擬真行為所使用的基地台列表，藉以計算用戶上網過程所使用之各基地台與各服務伺服器間的封包往返時間，並將結果輸出給輸出查詢裝置後回到步驟540接收後續分析結果。

綜上所述，本發明之行動上網品質分析系統及方法可全天候24小時自動進行封包分析與彙整，係可應用於GPRS、UMTS與LTE網路，讓行動電信業者可透過圖形化介面即時查詢分析結果，透過本系統分析結果可真實反應行動上網品質與用戶感受。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧具行動上網功能之設備

2‧‧‧LTE網路架構

21‧‧‧LTE基地台設備

22‧‧‧服務閘道/分封數據網路閘道

3‧‧‧GSM/UMTS網路架構

31‧‧‧GSM/UMTS基地台設備

32‧‧‧無線電網路控制器

33‧‧‧GPRS服務節點

34‧‧‧GPRS閘道節點

4‧‧‧網路封包擷取裝置

5‧‧‧行動上網用戶擬真行為分析裝置

51‧‧‧用戶移動行為分析模組

52‧‧‧用戶上網行為分析模組

53‧‧‧應用服務分類智慧庫模組

54‧‧‧基地台封包往返時間分析模組

6‧‧‧輸出查詢裝置

Claims (10)

1. 一種行動上網品質分析系統，包含：一或多個網頁封包擷取裝置，用以抓取用戶行動上網封包，並濾出所需資訊；一或多個上網用戶擬真行為分析裝置，用以透過該所需資訊分析之用戶上網擬真行為與其等待時間，並根據用戶移動行為計算用戶所在基地台與服務伺服器間的封包往返時間，進而產生分析結果；以及一或多個輸出查詢裝置，用以儲存該分析結果並提供圖形化查詢介面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之行動上網品質分析系統，其中該上網用戶擬真行為分析裝置包含：用戶移動行為分析模組，用以分析用戶所在基地台及用戶移動行為；用戶上網行為分析模組，用以從用戶角度整合其加密與未加密之用戶訊務封包，藉以進行用戶上網擬真行為分析並計算其等待時間；應用服務分類智慧庫模組，用以儲存服務伺服器之伺服器位置(IP)、通訊協定類型、服務類型與關聯IP列表，提供用戶上網行為分析模組辨識封包關聯性；以及基地台封包往返時間分析模組，用以整合用戶移動行為與用戶擬真上網行為，並計算用戶所在基地台與服務伺服器間的封包往返時間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之行動上網品質分析系統，其中用戶移動行為分析模組是透過用戶訊務封包的封包時間、用戶IP與基地台IP分析用戶移動行為，並提供基地台封包往返時間分析模組使用。
4. 如申請專利範圍第2項所述之行動上網品質分析系統，其中用戶上網行為分析模組係分析用戶訊務封包，並使用服務伺服器IP與通訊協定類型 查詢應用服務分類智慧庫模組，以取得其服務類型與關聯IP列表，並根據關聯IP列表內之IP資訊整合該些訊務封包，以進行用戶上網擬真行為分析並計算等待時間。
5. 如申請專利範圍第2項所述之行動上網品質分析系統，其中該應用服務分類智慧庫模組儲存服務伺服器位置IP、通訊協定類型，及服務類型與關聯IP列表，供用戶上網行為分析模組查詢以識別用戶訊務封包之關聯性。
6. 如申請專利範圍第2項所述之行動上網品質分析系統，其中該基地台封包往返時間分析模組根據用戶移動行為分析模組與用戶上網行為分析模組的分析結果，確認用戶擬真上網行為所使用的一基地台列表，及基地台列表中基地台與服務伺服器間的封包往返時間。
7. 如申請專利範圍第2項所述之行動上網品質分析系統，其中該用戶上網擬真行為之等待時間，係透過應用服務分類智慧庫資訊分析用戶上網擬真行為，並計算用戶上網擬真行為從開始到結束所花費的時間。
8. 如申請專利範圍第2項所述之行動上網品質分析系統，其中該封包往返時間係根據用戶上網行為與用戶移動行為，從基地台角度計算用戶所在基地台與服務伺服器間請求封包與對應回應封包的一間隔時間。
9. 一種行動上網品質分析方法，包含：抓取行動上網封包，並濾出所需資訊；分析該所需資訊中之用戶上網擬真行為與等待時間，並根據用戶移動行為計算用戶所在基地台與服務伺服器間的封包往返時間，進而產生分析結果；以及 儲存該分析結果並提供一圖形化查詢介面。
10. 如申請專利範圍第9項所述之行動上網品質分析方法，其更包含下列步驟：分析該用戶所在基地台之該用戶移動行為；從用戶角度整合複數個加密與未加密之用戶訊務封包，藉以進行該用戶上網擬真行為分析並計算等待時間；儲存服務伺服器之伺服器位置(IP)、通訊協定類型、服務類型與關聯IP列表，並藉以辨識封包關聯性；以及整合用戶移動行為與用戶擬真上網行為，並計算用戶所在基地台與服務伺服器間的該封包往返時間。