魏 雷 石霄飛 丁 博 許舒健

中郵建技術有限公司

0 引言

當前，無線網(wǎng)絡用戶對于高清視頻業(yè)務的需求迅猛增加，視頻類業(yè)務流量已占總流量的近50%，用戶體驗越來越重要。目前針對視頻業(yè)務，無線網(wǎng)絡優(yōu)化以“增強型決策樹大數(shù)據(jù)建?！睘楹诵氖侄危Y合“SDK單據(jù)+軟采單據(jù)+POI數(shù)據(jù)+15分鐘OMC數(shù)據(jù)”的地理化匯聚和關聯(lián)分析，確立視頻感知和覆蓋、干擾、容量在不同場景下的關系，視頻感知對建網(wǎng)提出了更高的要求。視頻感知提升，需要聚焦視頻質差站點和質差場景，并將視頻容量受限及弱覆蓋問題點納入到后續(xù)的站點規(guī)劃建設及擴容工作中，持續(xù)開展視頻質差站點常態(tài)優(yōu)化，提升視頻質差基站工單解決率。

1 策略算法

在用戶日常的網(wǎng)頁瀏覽/視頻播放等娛樂業(yè)務中，業(yè)務建立時延和業(yè)務速率是影響用戶體驗的重要因素。網(wǎng)頁瀏覽/視頻播放業(yè)務的建立流程中，在無線側影響業(yè)務建立時延的因素包括上行調度和下行調度。通過評估、定界、定位、優(yōu)化，拉通互聯(lián)網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、無線、終端，優(yōu)化視頻業(yè)務質量。

典型的視頻質差單據(jù)分析，數(shù)據(jù)源主要為SDK詳單、SEQ詳單、無線話統(tǒng)數(shù)據(jù)等。

（1）SDK數(shù)據(jù)：主要用來判決用戶無線信號質量、初緩/播放速率及視頻源相關信息；

（2）話統(tǒng)數(shù)據(jù)：結合SDK詳單進行容量、覆蓋、干擾等方面的綜合判定；

（3）信令（SEQ）數(shù)據(jù)：主要是針對要定界的無線問題進行快速定位；

（4）覆蓋原因：建議值RSRP≤-105dBm（SDK指標），參考范圍[-105dBm，-108dBm]；

（5）干擾原因：SINR≤3dB，RSRP＞-105dBm（SDK指標）或者15分鐘粒度每PRB上行干擾噪聲的平均值＞-110dBm（KPI指標）；

（6）上行PRB平均利用率高：指15分鐘粒度上行PRB平均利用率≥50%（KPI指標）；

（7）下行PRB平均利用率高：指15分鐘粒度下行PRB平均利用率≥50%（KPI指標）；

（8）CCE利用率高：指15分鐘粒度CCE利用率≥50%（KPI指標）。

結合實際網(wǎng)絡情況，通過制作初緩時延（卡頓次數(shù)）與覆蓋、干擾、PRB利用率、CCE利用率的關系圖，確定各指標的劣化門限拐點。

在基礎的空口優(yōu)化方法下，引入基于IPv6 TCP包的優(yōu)化策略，實現(xiàn)空口加速等功能，重點提升中、大包的業(yè)務用戶體驗。以下數(shù)據(jù)由某運營商提供，數(shù)據(jù)中共包括2萬多個小區(qū)。

表1 包業(yè)務分類實例

業(yè)務 每E-RAB流量（KB） 業(yè)務細分 細分業(yè)務典型每E-RAB流量（KB）中包類業(yè)務 ≥300＜1000 背景類業(yè)務 300大包類業(yè)務 ≥1000流類業(yè)務 2000文件類業(yè)務 3000

從表1可以看出，目前無線網(wǎng)絡影響用戶感知的流量業(yè)務主要是網(wǎng)頁瀏覽、視頻流、實時游戲。一般實時游戲每E-RAB流量100KB，主要是小包業(yè)務；網(wǎng)頁瀏覽每E-RAB流量在100-2000KB，涉及小、中、大包；視頻流業(yè)務每E-RAB流量在1000-2000KB，主要涉及大包。

視頻播放卡頓次數(shù)：當用戶播放視頻等多媒體文件時，若視頻下載數(shù)據(jù)量小于播放需求數(shù)據(jù)量時，認為視頻會產生卡頓。

卡頓判定=緩沖剩余數(shù)據(jù)量＜播放需求數(shù)據(jù)量（緩沖剩余數(shù)據(jù)量=實際下載數(shù)據(jù)量-播放消耗數(shù)據(jù)量）

實際下載數(shù)據(jù)量= SUM（tcp_segment_data_DL_Len）為視頻get后到統(tǒng)計點的視頻數(shù)據(jù)下發(fā)量

播放需求數(shù)據(jù)量=BR*T1（T1為時間粒度）

播放消耗數(shù)據(jù)量=BR*T2（T2為視頻資源get的時間點到統(tǒng)計點的時長）

目前無線優(yōu)化手段主要優(yōu)化的是無線環(huán)境、容量、質量三個方面。在此基礎上，參考Qos端到端優(yōu)化思路，可以嘗試利用TCP包的特性進行視頻業(yè)務優(yōu)化，即TCP包空口加速等策略。

視頻空口加速特性會在TCP建鏈階段，通過視頻業(yè)務識別，eNodeB會執(zhí)行預調度，即主動向UE發(fā)起上行調度指示，使得上下行包得到及時調度，以降低業(yè)務建立時延；另一方面，在整個業(yè)務過程中采用更高的上下行調度優(yōu)先級，降低業(yè)務建立時延，提升上下行業(yè)務速率。

圖1 TCP包數(shù)據(jù)傳輸流程示例圖

eNodeB實現(xiàn)視頻業(yè)務識別方式如下：（1）通過視頻業(yè)務的流量特征中的報文大小、流量、上下行報文數(shù)比例等因素來識別；（2）通過視頻應用的服務器標識來識別。

圖2 TCP包數(shù)據(jù)處理流程示例圖

IPV6基于用戶側應用的一個重要作用就是實現(xiàn)網(wǎng)絡加速。IPv4時代的包亂序、TCP包建鏈延遲等問題，在IPv6時代可以通過改進包排序算法優(yōu)化亂序、TCP包建鏈加速、代理等功能加速網(wǎng)絡訪問，實現(xiàn)速度的明顯提升。

主要核心策略如下：

IPv6引入TCP主動排序定時器：當TCP數(shù)據(jù)報文順序到達eNodeB時，eNodeB不緩存數(shù)據(jù)報文，直接發(fā)送給UE；當TCP數(shù)據(jù)報文發(fā)生亂序時，則啟動TCP主動排序定時器，亂序報文到達eNodeB后，eNodeB對其亂序重排，并將亂序恢復的TCP報文發(fā)送給UE；當超過TCP主動排序定時器門限時，亂序報文還未達到時，將已經緩存的所有TCP數(shù)據(jù)報文發(fā)送給UE。對于亂序場景，亂序消除之后能夠提升數(shù)據(jù)傳輸吞吐率。

IPv6 TCP建鏈加速保障功能：啟動TCP建鏈加速保障功能，加速用戶基于HTTP/HTTPS的TCP業(yè)務，打開時延減少。

預估TCP ACK數(shù)據(jù)量的包個數(shù)：用戶BSR在調度之前上報到基站，假設上報的業(yè)務量是BSR1，而實際上行調度的業(yè)務量是BSR2，因為BSR上報和上行調度之間還有下行調度，所以產生更多的TCP Ack，提升實際上行調度數(shù)據(jù)量，縮短TCP Ack時延。

HTTP GET上行調度字節(jié)：在識別SYN+ACK后，對HTTP GET的預調度時間及字節(jié)大小進行優(yōu)化，從而節(jié)省HTTP GET時延。

SRI周期自適應增強優(yōu)化功能：相對于原有SR周期自適應，可以將更多用戶分在SR短周期，降低上行業(yè)務時長。

加速用戶預調度數(shù)據(jù)量：優(yōu)化空口加速業(yè)務的預調度數(shù)據(jù)量，該參數(shù)設置得越大，上行數(shù)據(jù)傳輸時延越低，但上行干擾和UE能耗增加。

加速用戶預調度最小間隔周期：優(yōu)化加速業(yè)務的最短預調度時間間隔，該值設置得越大，上行業(yè)務時延改善的性能越差，但UE能耗和上行干擾降低。

加速用戶預調度最大持續(xù)時間：該參數(shù)表示加速業(yè)務預調度的最大持續(xù)時間。增加該參數(shù)的取值，加速用戶業(yè)務時延改善的性能越好，但UE能耗和上行干擾可能增加。

策略核心腳本如下：

圖3 核心策略腳本截圖

適用場景：（1）網(wǎng)絡業(yè)務空口加速功能適用于運營商對某項業(yè)務的用戶體驗比較關注，特別是對業(yè)務建立時延需要重點保障的網(wǎng)絡；（2）需要保障的對象有明確的DNS或者IP地址信息的基于TCP協(xié)議的業(yè)務；（3）不同的業(yè)務可以配置不同的加速保障策略，配置差異化的預調度參數(shù)和調度優(yōu)先級；（4）在網(wǎng)絡資源受限場景（如忙時PRB利用率＞80%的比例超過10%）增益比較明顯。

增益：對于訪問特定DNS/IP地址的用戶，縮短用戶的網(wǎng)絡業(yè)務建立時延，提升網(wǎng)絡業(yè)務的下載速率。DRX打開時，業(yè)務建立時延（TCP SYN到第一個下行業(yè)務包的時延）最大可以改善10%。對于網(wǎng)絡空口資源受限且業(yè)務對吞吐率有較高要求的網(wǎng)絡，用戶的速率最大可以改善20%。

影響：（1）對用戶采用主動發(fā)起調度指示，會引起上行PRB利用率增加、上行IBLER降低、上行干擾增加和CCE利用率增加等指標波動。（2）對用戶提高調度權重，當用戶處于遠點較多時，會引起小區(qū)吞吐率下降、用戶感知吞吐率下降、IBLER上升、PRB利用率上升等；當用戶處于近點較多時，會引起小區(qū)吞吐率上升、用戶感知速率上升、IBLER下降、PRB利用率下降等。

2 效果驗證

結合某地市試點共挑選了60個視頻卡頓站點，其中30個位于密集城區(qū)，30個位于郊區(qū)/農村，同時開啟視頻空口加速特性驗證，挑選原則以近1周質差單據(jù)數(shù)多及質差單據(jù)占比高的為優(yōu)先。

典型密集城區(qū)實驗站周邊卡頓事件分布（連續(xù)7天）：密集城區(qū)策略實施后，驗證站點的日均視頻劣化話單數(shù)約從2.45次/站下降至1.72次/站，改善幅度約30%；日均卡頓劣化話單數(shù)從0.64下降至0.41，改善幅度約37%；日均卡頓頻次從3.99次降低至2.36次，改善幅度約41%；平均下載速率從4.4Mbps提升至4.6Mbps，提升約6%。

典型郊區(qū)/農村實驗站周邊卡頓事件分布（連續(xù)7天）：郊區(qū)農村策略實施后，驗證站點的日均視頻劣化話單數(shù)約從2.44次/站下降至1.77次/站，改善幅度約27%；日均卡頓劣化話單數(shù)從0.90下降至0.39，改善幅度約57%；日均卡頓頻次從5.98次降低至2.75次，改善幅度約54%；平均下載速率從4.3Mbps提升至4.75Mbps，提升約10%。

3 結束語

本研究提出一種改進的TCP包加速算法，并通過不同場景下的實驗驗證了在密集城區(qū)和郊區(qū)農村都能較好減少視頻卡頓、改善初緩劣化，提升下行速率。在密集城區(qū)由于受到高負荷小區(qū)多等容量限制，總體提升幅度約6%，郊區(qū)農村提升幅度能達到約10%，效果較理想，建議在無線性能優(yōu)化的同時推廣TCP包優(yōu)化策略，提升視頻業(yè)務用戶感知。