付濤

【摘要】? ? 針對(duì)王者榮耀時(shí)延高導(dǎo)致用戶玩王者榮耀手游感知不佳的問(wèn)題，提出了利用Wireshark互聯(lián)網(wǎng)抓包軟件，分析研究手游報(bào)文，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一套利用華為4G的上行智能預(yù)調(diào)度算法參數(shù)進(jìn)行保障優(yōu)化手游環(huán)回感知時(shí)延的方法，提升手游用戶的游戲業(yè)務(wù)感知，為后續(xù)持續(xù)提升4G手游用戶的市場(chǎng)份額打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】? ? 王者榮耀? ? 手游? ? 私有協(xié)議? ? 幀同步? ? TCP報(bào)文? ? UDP報(bào)文? ? 時(shí)延

引言

隨著包含王者榮耀在內(nèi)的MOBA類游戲爆火以及用戶數(shù)激增，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的手游業(yè)務(wù)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。這類游戲?qū)χ鴷r(shí)延有著極高的要求，特別是在高校、住宅區(qū)等熱點(diǎn)區(qū)域，時(shí)延較高，極大的影響用戶的感知。

為了體驗(yàn)王者榮耀手游的時(shí)延影響，優(yōu)化工程師A在測(cè)試手機(jī)上安裝王者榮耀體驗(yàn)手機(jī)游戲，發(fā)現(xiàn)游戲界面右上角顯示的時(shí)延小于100ms時(shí)，玩游戲很順暢;時(shí)延大于200ms后，玩游戲會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。于是開(kāi)展了本次王者榮耀手游時(shí)延優(yōu)化的研究專題，利用上行智能預(yù)調(diào)度、256QAM等一系列創(chuàng)新方案，有效的降低了游戲時(shí)延。

一、王者榮耀手游手機(jī)抓包過(guò)程簡(jiǎn)述

1.1解析抓包數(shù)據(jù)獲取王者榮耀交互服務(wù)器IP地址

在電腦上安裝安卓模擬器，并下載王者榮耀APP，手機(jī)與電腦通過(guò)USB數(shù)據(jù)線共享網(wǎng)絡(luò)為電腦提供上網(wǎng)服務(wù)，使用Wireshark對(duì)游戲過(guò)程中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行抓包分析。解析得到王者榮耀服務(wù)器的IP地址。

1.2獲取客戶端與服務(wù)器之間的TCP長(zhǎng)連接

分析抓包數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)游戲客戶端與服務(wù)器之間建立了一個(gè)TCP長(zhǎng)連接，游戲客戶端通過(guò)這個(gè)TCP長(zhǎng)連接與服務(wù)器進(jìn)行心跳和其它信息交互。

根據(jù)抓包數(shù)據(jù)的通信過(guò)程，繪制王者榮耀游戲心跳流程如下：

通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，王者榮耀的心跳請(qǐng)求消息和心跳響應(yīng)消息的IP報(bào)文長(zhǎng)度都是124字節(jié)。心跳間隔：3秒。當(dāng)連接上有其它報(bào)文交互時(shí)，心跳會(huì)停止，此時(shí)不需要通過(guò)心跳來(lái)檢測(cè)服務(wù)器工作是否正常;當(dāng)沒(méi)有其它報(bào)文交互時(shí)，每隔3秒心跳一次。1、從心跳間隔3秒來(lái)看，與游戲界面右上角顯示時(shí)延的更新周期2秒不一致。2、通過(guò)心跳消息交互測(cè)得的應(yīng)用層環(huán)回時(shí)延大約為60毫秒，游戲界面右上角顯示的時(shí)延為100多毫秒，二者明顯不一致。

通過(guò)上面的2點(diǎn)分析可以得出：游戲界面右上角顯示的時(shí)延并不是通過(guò)心跳連接測(cè)得的環(huán)回時(shí)延。

1.3客戶端和服務(wù)器之間交互的UDP報(bào)文

進(jìn)一步觀察研究抓包報(bào)文，發(fā)現(xiàn)只要登錄王者榮耀手游客戶端，客戶端就會(huì)和服務(wù)器建立一個(gè)TCP長(zhǎng)連接。當(dāng)玩家玩第一局游戲時(shí)，客戶端和當(dāng)前服務(wù)器之間開(kāi)始交互UDP游戲報(bào)文。玩完一局游戲后，如果玩家不退出手游客戶端，接著再玩一局游戲，客戶端訪問(wèn)的服務(wù)器IP地址會(huì)在域名解析得到的IP地址列表中隨機(jī)選取更換一個(gè)IP服務(wù)器，更換服務(wù)器的依據(jù)待進(jìn)一步研究推理。

客戶端和服務(wù)器之間交互的報(bào)文，除了TCP長(zhǎng)連接報(bào)文以外，還有大量的UDP報(bào)文。上行UDP報(bào)文：客戶端通過(guò)上行UDP報(bào)文將玩家所做的操作上報(bào)給服務(wù)器。下行UDP報(bào)文：服務(wù)器匯總參加對(duì)戰(zhàn)的所有玩家的操作，通過(guò)下行UDP報(bào)文廣播給參加對(duì)戰(zhàn)的所有玩家的手機(jī)客戶端。

1.4時(shí)延測(cè)量UDP報(bào)文

客戶端和服務(wù)器之間交互的UDP報(bào)文除了游戲報(bào)文以外，還有專門用來(lái)測(cè)量時(shí)延的UDP報(bào)文，每隔5秒測(cè)量一次。服務(wù)器端口為：5002客戶端-->服務(wù)器：UDP報(bào)文為60字節(jié)，打包成IP報(bào)文后為104字節(jié);服務(wù)器-->客戶端：UDP報(bào)文為58字節(jié)，打包成IP報(bào)文后為102字節(jié)。游戲端到端時(shí)延測(cè)量結(jié)果，在一局游戲結(jié)束后，手機(jī)會(huì)上報(bào)到服務(wù)器。

二、創(chuàng)新解決方案研究

2.1 游戲時(shí)延要求

互聯(lián)網(wǎng)查詢得到的騰訊王者榮耀服務(wù)器對(duì)環(huán)回時(shí)延的要求如下：

王者榮耀端到端時(shí)延與游戲體驗(yàn)要求：

1）流暢：100ms以下

2）一般：100～200ms

3）體驗(yàn)不好：200～460ms

4）服務(wù)器視為丟包，不處理：460ms以上

根據(jù)上文抓包分析，推測(cè)游戲界面右上角顯示的RTT時(shí)延受3個(gè)因素影響：網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延、客戶端手機(jī)的處理時(shí)延、服務(wù)器處理玩家報(bào)文的時(shí)延。

2.2? 網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延研究

2.2.1 幀同步機(jī)制分析，建立互聯(lián)網(wǎng)幀同步模型

通過(guò)對(duì)抓包獲取的報(bào)文進(jìn)行大量研究觀察，推演出手機(jī)終端手游APP與服務(wù)器之間是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)幀同步技術(shù)，讓分布在世界各地的互聯(lián)網(wǎng)上的手游玩家能夠聯(lián)網(wǎng)同步對(duì)戰(zhàn)游戲的。

1）游戲場(chǎng)景與互聯(lián)網(wǎng)同步技術(shù)研究

參加對(duì)戰(zhàn)游戲的玩家手機(jī)制式（3G/4G/5G/WLAN）有可能不同，而不同制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)延差別比較大，很容易出現(xiàn)各玩家的游戲步調(diào)不一致的情況。為了避免這種情況的出現(xiàn)，手機(jī)游戲開(kāi)發(fā)商在設(shè)計(jì)時(shí)采用了幀同步機(jī)制，確保參加對(duì)戰(zhàn)游戲的各玩家步調(diào)一致。

網(wǎng)速理想場(chǎng)景對(duì)戰(zhàn)游戲的幀同步原理見(jiàn)下圖：

服務(wù)器收集各玩家上報(bào)的各自操作，進(jìn)行匯總，以固定的時(shí)間間隔向參加對(duì)方的各玩家廣播所有玩家的操作。各客戶端接收到廣播，知道了所有玩家的操作，按照相同的游戲邏輯進(jìn)行運(yùn)算，得到相同的結(jié)果，呈現(xiàn)在游戲界面上。

通過(guò)上述幀同步機(jī)制，基本可以保證參加對(duì)戰(zhàn)的各玩家游戲步調(diào)是一致的。

2）大時(shí)延場(chǎng)景對(duì)戰(zhàn)游戲的幀同步機(jī)制：

假定服務(wù)器和客戶端2之間的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延突然變大，導(dǎo)致服務(wù)器下發(fā)第N+1幀廣播時(shí)沒(méi)有收到客戶端2在收到第N幀廣播時(shí)上報(bào)的操作信息，也就是說(shuō)N+1幀的廣播中沒(méi)有包含客戶端2所做的操作，到了N+2幀才廣播給各對(duì)戰(zhàn)玩家：

客戶端2玩家會(huì)發(fā)現(xiàn)游戲突然卡了一下：自己做了某個(gè)操作之后很長(zhǎng)時(shí)間才有反應(yīng)。

3）服務(wù)器廣播報(bào)文研究

觀察一段5v5對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)景下抓取的報(bào)文，解析出廣播間隔大約是60ms。對(duì)本局對(duì)戰(zhàn)游戲進(jìn)行全量報(bào)文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到如下統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：

1、報(bào)文大小：最小68字節(jié)，最大313字節(jié)，平均190.8字節(jié)。

2、王者榮耀服務(wù)器每隔60ms廣播一次，每次廣播的報(bào)文個(gè)數(shù)不同，有的場(chǎng)景每次廣播1個(gè)報(bào)文，有的場(chǎng)景每次2個(gè)報(bào)文，還有的場(chǎng)景每次3個(gè)報(bào)文。

4）手機(jī)操作上報(bào)報(bào)文研究

大部分報(bào)文大小都是140字節(jié)，少量為68字節(jié)。操作上報(bào)報(bào)文的個(gè)數(shù)應(yīng)該與玩家所做的操作有關(guān)，操作越頻繁，操作上報(bào)報(bào)文個(gè)數(shù)越。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延推演

推測(cè)：游戲界面右上角顯示的時(shí)延是通過(guò)UDP報(bào)文測(cè)量得到的。

1）環(huán)回時(shí)延的測(cè)量：服務(wù)器測(cè)量發(fā)出廣播報(bào)文到收到客戶端操作上報(bào)報(bào)文的時(shí)間間隔，作為1個(gè)RTT：（Round-Trip Time：往返時(shí)間）。2）服務(wù)器環(huán)回時(shí)延的計(jì)算方法：對(duì)2秒時(shí)間內(nèi)測(cè)得的所有RTT取平均。3）手游APP時(shí)延的顯示：服務(wù)器將平均RTT下發(fā)給手游APP客戶端顯示出來(lái)。

2.2.3 利用無(wú)線智能預(yù)調(diào)度，降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)除了我們?nèi)粘Ｓ龅降娜醺采w、高負(fù)荷、高干擾、承載網(wǎng)傳輸瓶頸等問(wèn)題外，上行預(yù)調(diào)度的相關(guān)算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延影響也很大。

用戶數(shù)很多的情況下，SRI（上行調(diào)度請(qǐng)求指示）調(diào)度周期很長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延很大。為此創(chuàng)新的提出了利用智能預(yù)調(diào)度算法來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)環(huán)回時(shí)延。開(kāi)啟智能預(yù)調(diào)度算法，預(yù)調(diào)度的數(shù)據(jù)量應(yīng)不低于UDP報(bào)文中的平均字節(jié)長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)大量研究，智能預(yù)調(diào)度200字節(jié)效果較好;智能預(yù)調(diào)度的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)要足夠長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)大量研究，智能預(yù)調(diào)度持續(xù)時(shí)長(zhǎng)大于兩個(gè)手游的廣播幀周期2*60ms=120ms效果最好。

2.3? 終端性能優(yōu)化，降低客戶端的處理時(shí)延

從實(shí)際抓包心跳連接統(tǒng)計(jì)的時(shí)延來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延只有幾十毫秒的情況下，游戲界面右上角顯示的時(shí)延有100多毫秒，說(shuō)明客戶端的處理時(shí)延還是比較大的?？蛻舳说奶幚頃r(shí)延主要受手機(jī)的性能影響。為了提高游戲體驗(yàn)，建議玩游戲時(shí)配置為“性能模式”。

2.4? 服務(wù)器的報(bào)文處理時(shí)延研究

從實(shí)際抓包心跳連接統(tǒng)計(jì)的時(shí)延來(lái)看，正常情況服務(wù)器時(shí)延大約是1-20ms，但在游戲高峰期，玩家暴增的情況下，服務(wù)器處理UDP報(bào)文的性能受服務(wù)器CPU的性能影響，有可能出現(xiàn)時(shí)延陡增的情況，推測(cè)騰訊目前推出的游戲加速包就是在游戲高峰期進(jìn)行的服務(wù)器差異化調(diào)度的一種減小時(shí)延，提升游戲體驗(yàn)的方法，服務(wù)器的性能是有限的，VIP付費(fèi)用戶應(yīng)該優(yōu)先得到調(diào)度響應(yīng)。

2.5? 影響游戲感知主要因素

綜合上文研究，可以看出影響游戲感知的主要因素可以細(xì)分為以下幾個(gè)方面：1）終端：終端性能、節(jié)電模式、用戶行為。2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：覆蓋質(zhì)量、負(fù)荷、調(diào)度策略。3）傳輸網(wǎng)：接入、匯聚傳輸環(huán)路容量、傳輸鏈路帶寬。4）服務(wù)器：服務(wù)器性能差異、服務(wù)器與用戶距離、服務(wù)器流控策略。

由于終端設(shè)備及游戲服務(wù)器不可控性，網(wǎng)絡(luò)側(cè)主要通過(guò)優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整傳輸資源降低游戲時(shí)延，提升用戶游戲業(yè)務(wù)感知。

三、具體實(shí)施步驟及應(yīng)用效果

3.1無(wú)線側(cè)智能預(yù)調(diào)度算法匹配手游幀同步協(xié)議參數(shù)優(yōu)化創(chuàng)新

根據(jù)上述研究成果，開(kāi)啟4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能預(yù)調(diào)度算法功能，設(shè)計(jì)優(yōu)化預(yù)調(diào)度的數(shù)據(jù)量不低于手游UDP報(bào)文中的平均字節(jié)長(zhǎng)度，智能預(yù)調(diào)度200字節(jié);設(shè)計(jì)智能預(yù)調(diào)度的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)匹配手游的幀同步周期130ms，大于兩個(gè)手游的廣播幀周期2*60ms=120ms保證在兩個(gè)游戲幀廣播周期內(nèi)能夠及時(shí)響應(yīng)上報(bào)服務(wù)器要求的UDP報(bào)文。具體措施和腳本如下：

1）關(guān)閉預(yù)調(diào)度，打開(kāi)智能預(yù)調(diào)度

MOD CELLALGOSWITCH：LOCALCELLID=0，ULSCHSWITCH=PreAllocationSwitch-0&SmartPreAllocationSwitch-1;

2）修改智能預(yù)調(diào)度字節(jié)數(shù)到200字節(jié)，預(yù)調(diào)度時(shí)間延長(zhǎng)到130ms

MOD CELLULSCHALGO：LOCALCELLID=0，PREALLOCATIONSIZE=200，SMARTPREALLOCATIONDURATION=130;

3.2無(wú)線側(cè)調(diào)制參數(shù)優(yōu)化提升空口數(shù)傳效率創(chuàng)新

新鄉(xiāng)高校室內(nèi)場(chǎng)景，已經(jīng)全部完成4G室分部署，無(wú)線信號(hào)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較好，為解決空口容量問(wèn)題，本次研究課題創(chuàng)新使用4G網(wǎng)絡(luò)的256QAM提升無(wú)線口傳輸效率，打開(kāi)256QAM算法開(kāi)關(guān)，提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，實(shí)施MML腳本如下：

MOD PUSCHCFG：LOCALCELLID=0，UL256QAMALGOSWITCH=UL_256QAM_SWITCH-1;

MOD CELLALGOSWITCH：LOCALCELLID=0，DL256QAMALGOSWITCH=Dl256QamSwitch-1&Dl256QamAccessorySwitch-1;

3.3 承載網(wǎng)傳輸側(cè)優(yōu)化保障參數(shù)調(diào)整消除傳輸瓶頸

分析研究新鄉(xiāng)高校區(qū)域承載網(wǎng)傳輸環(huán)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域1個(gè)傳輸環(huán)下掛站點(diǎn)一般都多于40個(gè)站點(diǎn)，傳輸資源明顯存在瓶頸。為驗(yàn)證問(wèn)題，可以先優(yōu)化問(wèn)題站點(diǎn)CIR保障帶寬由40Mbps提升到800Mbps。后續(xù)進(jìn)行傳輸環(huán)分裂擴(kuò)容最終解決傳輸瓶頸問(wèn)題。

3.4研究應(yīng)用效果

創(chuàng)新措施執(zhí)行優(yōu)化前，新鄉(xiāng)科技學(xué)院10號(hào)宿舍樓投訴游戲卡頓較多，單局卡頓次數(shù)10次以上，時(shí)延200ms以上占比40%左右。

新鄉(xiāng)科技學(xué)院10號(hào)宿舍樓執(zhí)行創(chuàng)新優(yōu)化措施后，通過(guò)端到端的TCP23步時(shí)延觀察，傳輸優(yōu)化過(guò)CIR/PIR參數(shù)后，時(shí)延平均值由103.2毫秒降低至53.6毫秒，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)預(yù)調(diào)度參數(shù)精準(zhǔn)適配王者榮耀手游協(xié)議廣播周期后，時(shí)延進(jìn)一步降低至39.2毫秒。詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

回訪新鄉(xiāng)科技學(xué)院10號(hào)宿舍樓的王者榮耀游戲玩家，游戲非常流暢，基本沒(méi)有再出現(xiàn)過(guò)游戲卡頓現(xiàn)象。

陸續(xù)將該創(chuàng)新措施在河師大、新鄉(xiāng)學(xué)院、新鄉(xiāng)工學(xué)院、小店職業(yè)技術(shù)學(xué)院進(jìn)修推廣，約解決100多例游戲卡頓投訴。

四、總結(jié)

本文提出了通過(guò)分析互聯(lián)網(wǎng)交互報(bào)文抓包，推演手游私有協(xié)議和幀同步關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而利用華為智能預(yù)調(diào)度算法參數(shù)優(yōu)化和傳輸承載網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化改善王者榮耀體驗(yàn)時(shí)延的方案，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該方案可以大幅度改善手游卡頓體驗(yàn)，提升用戶手游類業(yè)務(wù)感知，在改善用戶滿意度和市場(chǎng)推廣上有很大參考價(jià)值。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 張新雨 張曉林? 基于LDPC碼約束條件的多幀聯(lián)合幀同步方法[J] 信息通信 2020年01期

[2] 張波? 一種提高幀同步性能的方法[J] 現(xiàn)代電子技術(shù) 2018年21期

[3] 鈕遠(yuǎn) 盧海楊等? 手機(jī)上網(wǎng)業(yè)務(wù)質(zhì)量端到端分析方法和系統(tǒng)[J] 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化 2016年07期

[4] 胡琳欣 廖章雄等? 基于DPI大數(shù)據(jù)的5G手機(jī)上網(wǎng)性能自適應(yīng)評(píng)價(jià)[C] 5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會(huì)（2020） 2020-09-22

[5] 徐付湘? 手機(jī)游戲時(shí)延優(yōu)化研究[J] 電信技術(shù) 2019年S1期

[6] 趙根.? LTE網(wǎng)絡(luò)王者榮耀時(shí)延優(yōu)化的討探[J] 信息通信. 2018年05期