劉瑞強(qiáng)（中國電信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

1 概述

隨著抖音、快手、虎牙、斗魚等一眾短視頻應(yīng)用及平臺(tái)的快速發(fā)展，人們使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)觀看視頻業(yè)務(wù)的習(xí)慣已逐漸養(yǎng)成，視頻流量的占比越來越高，視頻業(yè)務(wù)已成為推動(dòng)運(yùn)營商流量增長的最關(guān)鍵因素，給運(yùn)營商LTE和5G網(wǎng)絡(luò)帶來巨大機(jī)遇的同時(shí)，也帶來了前所未有的挑戰(zhàn)和沖擊，視頻用戶的感知分析、評(píng)估與優(yōu)化問題也越來越突出。

為了更好地保障用戶在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下觀看視頻業(yè)務(wù)的感知，中國電信從端到端的角度出發(fā)，開展了視頻業(yè)務(wù)的行為分析，并完成了視頻業(yè)務(wù)感知分析、評(píng)估體系與優(yōu)化方案的研究，主要目的是圍繞視頻業(yè)務(wù)播放流程機(jī)制、感知分析評(píng)估方法、視頻優(yōu)化方法等多個(gè)方向，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為電信視頻用戶感知分析、評(píng)估與優(yōu)化提供參考。

2 視頻業(yè)務(wù)感知現(xiàn)狀

隨著視頻業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，對(duì)視頻業(yè)務(wù)的感知分析、評(píng)估與優(yōu)化提出了新的要求和挑戰(zhàn)，當(dāng)前視頻業(yè)務(wù)存在問題定位效率低、缺少統(tǒng)一的分析評(píng)價(jià)方法、監(jiān)控分析困難等諸多問題，概括起來主要包括以下幾個(gè)方面。

a）指標(biāo)較少。當(dāng)前可用的視頻業(yè)務(wù)感知指標(biāo)較少，且無法反映用戶的真實(shí)體驗(yàn)，沒有真實(shí)反映用戶和業(yè)務(wù)感知的評(píng)價(jià)體系。

b）問題定位較為困難。網(wǎng)元數(shù)量多，網(wǎng)元類型多，網(wǎng)元接口多，對(duì)故障處理人員要求高，問題定界定位準(zhǔn)確率低下，投訴處理難度大。

c）終端差異大。由于當(dāng)前終端的多樣性，各終端的差異較大，且性能難已把控。

d）服務(wù)器側(cè)難把控。當(dāng)前視頻業(yè)務(wù)受服務(wù)器影響大，而運(yùn)營商對(duì)服務(wù)器控制能力弱。

e）缺少統(tǒng)一管控平臺(tái)，監(jiān)控分析困難，且主動(dòng)保障能力弱，處理難度大，其體驗(yàn)不可視，不能主動(dòng)保障用戶體驗(yàn)等。

因此，亟需進(jìn)行面向視頻業(yè)務(wù)的用戶感知（Quality of Experience，QoE）［1］分析、評(píng)估體系與優(yōu)化方案的研究，圍繞視頻業(yè)務(wù)的播放流程機(jī)制、感知分析評(píng)估方法、視頻優(yōu)化方法等多個(gè)方向進(jìn)行總結(jié)，以期為視頻業(yè)務(wù)的用戶感知分析、評(píng)估與優(yōu)化提供參考。

3 視頻業(yè)務(wù)播放流程及行為分析

3.1 視頻播放流程簡述

視頻業(yè)務(wù)的播放流程如圖1 所示，主要包含無線側(cè)的連接建立過程、DNS服務(wù)器查詢過程、TCP連接建立過程、視頻下載播放過程等階段。

圖1 視頻播放流程

3.2 抖音播放流程和數(shù)據(jù)加載流程

根據(jù)全網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)前電信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量分布如圖2所示，其中55%為視頻業(yè)務(wù)，而抖音業(yè)務(wù)占據(jù)視頻業(yè)務(wù)流量的69.22%，因此本次選擇抖音作為主要研究對(duì)象，首先詳細(xì)研究抖音業(yè)務(wù)的行為，通過詳細(xì)了解其行為，以期更好地研究評(píng)估、優(yōu)化和提升用戶感知的方法。

圖2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量分布

抖音播放流程如下。

a）客戶端啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)加載并播放首個(gè)視頻。

b）當(dāng)前一個(gè)視頻播放完成后，用戶向上滑屏，此時(shí)可以看到下一個(gè)視頻首幀畫面從屏幕底部滑動(dòng)到頂端。

c）下一個(gè)視頻開始播放。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，抖音業(yè)務(wù)的加載流程如圖3所示。

圖3 抖音加載流程

a）數(shù)據(jù)首先加載首幀高清大圖，然后加載第1 個(gè)視頻頭部，加載第1 個(gè)視頻剩余部分，加載第2 個(gè)視頻首幀高清大圖，預(yù)緩存第2 個(gè)視頻頭部，預(yù)緩存第3 個(gè)視頻頭部，加載首幀高清大圖。

b）加載第2 個(gè)視頻剩余部分，預(yù)緩存第4 個(gè)視頻頭部，以此類推。

3.3 抖音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)解析流程

第1 步：DNS 解析，先發(fā)起圖片域名的DNS 解析，并返回對(duì)應(yīng)域名的IP地址。

第2 步：TCP 建鏈客戶端的同時(shí)向DNS 查詢返回的地址并發(fā)起TCP建鏈請(qǐng)求。

第3步：HTTP請(qǐng)求，圖片HTTP請(qǐng)求完成后才會(huì)發(fā)起視頻的請(qǐng)求。

3.4 抖音業(yè)務(wù)行為分析

3.4.1 抖音業(yè)務(wù)特征分析

通過數(shù)據(jù)分析，抖音業(yè)務(wù)文件大小分布如圖4 所示，其中50.17%視頻文件大于10 MB。

圖4 抖音業(yè)務(wù)文件大小分布

抖音業(yè)務(wù)視頻碼率分布如圖5 所示，抖音業(yè)務(wù)分辨率以360P∕480P為主，屬于典型的短視頻業(yè)務(wù)。

圖5 抖音業(yè)務(wù)視頻碼率分布

3.4.2 抖音業(yè)務(wù)體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)速率關(guān)系

如表1 所示，抖音業(yè)務(wù)的主要體驗(yàn)受網(wǎng)絡(luò)速率影響，根據(jù)撥測結(jié)果驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)速率在6.4 Mbit∕s 時(shí)，抖音感知較好，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)速率低于3 Mbit∕s，卡頓較明顯。

表1 抖音業(yè)務(wù)體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)速率關(guān)系統(tǒng)計(jì)

4 視頻業(yè)務(wù)感知評(píng)估體系分析

為了更好地保障用戶在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下觀看視頻業(yè)務(wù)的感知，從端到端的角度出發(fā)，詳細(xì)地對(duì)視頻業(yè)務(wù)感知分析、評(píng)估體系進(jìn)行了研究與建立。

4.1 視頻業(yè)務(wù)端到端分段

為了更好地了解用戶和業(yè)務(wù)的感知情況，從無線段、承載段、核心段、骨干段、SP段等5段進(jìn)行端到端的業(yè)務(wù)感知評(píng)估視頻質(zhì)量情況。

4.2 視頻業(yè)務(wù)端到端評(píng)價(jià)體系

無線側(cè)對(duì)視頻業(yè)務(wù)感知的影響較大，無線側(cè)影響用戶視頻業(yè)務(wù)感知的主要原因有速率和時(shí)延，其中用戶速率主要受到小區(qū)容量、干擾、邊緣覆蓋等因素的影響。承載側(cè)主要影響帶寬利用率、CPU 利用率、傳輸時(shí)延、丟包率等指標(biāo)。核心網(wǎng)側(cè)主要有接口帶寬利用率、CPU 負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、用戶數(shù)據(jù)和路由質(zhì)量等5個(gè)方面的因素［2］。另外，廣義的SP 側(cè)包含DNS、163 骨干網(wǎng)和CDN 等，主要影響因素有DNS 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、骨干網(wǎng)絡(luò)的電路丟包率、出口帶寬利用率、CDN 的CPU 負(fù)荷、調(diào)度能力、片源分辨率、編碼方式、服務(wù)器的帶寬利用率和位置等，具體如圖6所示。

圖6 視頻業(yè)務(wù)端到端影響因素

因此，從無線段、承載段、核心段、骨干段、SP 段等5 段評(píng)估視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量，并提煉為三大類面向用戶和業(yè)務(wù)感知的KQI評(píng)價(jià)體系。

連得上：主要包含網(wǎng)絡(luò)連接成功率=RRC 連接成功率×QCI=9 的E-RAB 建立成功率×PGW 承載修改成功率×DNS查詢成功率。

啟動(dòng)快：主要涵蓋上行RTT 時(shí)延、下行RTT 時(shí)延、DNS查詢時(shí)延。

播放優(yōu)：主要包括視頻下載速率、速率碼率優(yōu)良比、卡頓率。

4.3 視頻業(yè)務(wù)端到端評(píng)價(jià)詳解

通過深入研究，并結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)各省4G 和5G 網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，對(duì)業(yè)務(wù)感知KQI指標(biāo)及其權(quán)重進(jìn)行相應(yīng)的量化，詳細(xì)信息如表2所示。

表2 視頻業(yè)務(wù)端到端評(píng)價(jià)詳表

4.4 當(dāng)前各省視頻業(yè)務(wù)感知情況現(xiàn)狀

根據(jù)已建立的視頻業(yè)務(wù)感知評(píng)價(jià)體系，對(duì)全國各省視頻業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，該評(píng)價(jià)體系能夠較好地反映視頻業(yè)務(wù)的用戶感知情況。

分析結(jié)果如圖7 所示，全國視頻業(yè)務(wù)感知情況總體較好，部分省視頻業(yè)務(wù)的感知較好，其中上下行RTT時(shí)延、視頻下載速率、速率碼率優(yōu)良比、DNS 查詢時(shí)延等都較好；但部分省的感知較差，與相關(guān)省有一定的差距，需重點(diǎn)關(guān)注和提升下行RTT 時(shí)延、DNS 查詢時(shí)延和視頻下載速率等指標(biāo)。

圖7 相關(guān)省各維度感知情況分析

5 抖音業(yè)務(wù)感知影響因素研究

5.1 抖音速率和5G覆蓋關(guān)系研究

通過研究發(fā)現(xiàn)，抖音速率和5G 覆蓋關(guān)系如圖8 所示，抖音速率和NR 覆蓋相關(guān)，當(dāng)NR 覆蓋為-115 dBm以下時(shí)，抖音速率明顯下降，影響5G用戶感知。

圖8 抖音速率和5G覆蓋關(guān)系研究

5.2 小包業(yè)務(wù)參數(shù)優(yōu)化研究

5G 感知測試共測試了10 個(gè)場景。其中游戲類、視頻流媒體、即時(shí)通信、購物場景出現(xiàn)問題次數(shù)較多。因此針對(duì)感知問題，進(jìn)行5G小包業(yè)務(wù)參數(shù)驗(yàn)證。

方案：根據(jù)小包業(yè)務(wù)的特性，選取2個(gè)小區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，詳細(xì)方案如表3所示。

表3 小包業(yè)務(wù)參數(shù)驗(yàn)證方案

單用戶時(shí)延指標(biāo)驗(yàn)證結(jié)果如表4 所示，當(dāng)測試卡占用5G 小包業(yè)務(wù)參數(shù)修改的2 個(gè)小區(qū)后，優(yōu)化后整體終端時(shí)延由11.23 ms 優(yōu)化至9.48 ms；多數(shù)應(yīng)用時(shí)延均有降低。

表4 小包業(yè)務(wù)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

通過對(duì)小范圍驗(yàn)證，其前后時(shí)延對(duì)比如圖9所示，其中購物、即時(shí)通信、視頻流媒體終端側(cè)時(shí)延明顯降低，網(wǎng)頁瀏覽因流量增加明顯導(dǎo)致終端側(cè)時(shí)延增加。

圖9 5G小包參數(shù)優(yōu)化前后各業(yè)務(wù)時(shí)延對(duì)比

重要場景驗(yàn)證結(jié)果如表5 所示：5G 小包業(yè)務(wù)在重要場景進(jìn)行驗(yàn)證，涉及182個(gè)小區(qū)、33個(gè)BBU。經(jīng)過驗(yàn)證，區(qū)域內(nèi)5G小包參數(shù)業(yè)務(wù)優(yōu)化后，覆蓋好點(diǎn)PING時(shí)延由17.61 ms 降至16.11 ms；覆蓋中點(diǎn)PING 時(shí)延由21.1 ms 降至17.3 ms；覆蓋差點(diǎn)PING 時(shí)延由33.07 ms降至31.5 ms。

表5 5G小包參數(shù)優(yōu)化前后重要場景時(shí)延對(duì)比（單位：ms）

5.3 服務(wù)器對(duì)抖音業(yè)務(wù)影響因素研究

對(duì)某省全網(wǎng)抖音占用服務(wù)器RTT 時(shí)延進(jìn)行分析，結(jié)果如表6 所示。從表6 可以看出，使用本地服務(wù)器的服務(wù)器RTT 時(shí)延最優(yōu)。全網(wǎng)5G 抖音流量TOP50 的服務(wù)器中，主要來自四川電信和重慶電信，其中重慶電信服務(wù)器RTT 時(shí)延為11 ms，優(yōu)于異地服務(wù)器RTT時(shí)延，但本地服務(wù)器流量占比較低，只占總流量的18.23%。

表6 全網(wǎng)抖音服務(wù)器RTT時(shí)延分析表

同時(shí)對(duì)本地服務(wù)器進(jìn)行了詳細(xì)分析，其感知情況如表7所示，本地服務(wù)器的業(yè)務(wù)感知情況均較好，但也存在一定的感知差距。

表7 全網(wǎng)抖音服務(wù)器本地化感知對(duì)比表

5.4 網(wǎng)絡(luò)插花等影響用戶感知體驗(yàn)

對(duì)于1.8 GHz 錨點(diǎn)，15 MHz 和20 MHz 插花組網(wǎng)場景下，由于切換不及時(shí)，異頻測量發(fā)起GAP 對(duì)NSA 用戶感知影響較大。

測試發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)插花對(duì)用戶感知體驗(yàn)影響較大，如表8 所示。在5G 電平差不多的情況下，好點(diǎn)平均速率為823 Mbit∕s，干擾時(shí)差點(diǎn)速率350 Mbit∕s，發(fā)起異頻時(shí)差點(diǎn)速率301 Mbit∕s，且均出現(xiàn)抖音感知不良現(xiàn)象。

表8 網(wǎng)絡(luò)插花對(duì)用戶感知的影響

另外，抖音業(yè)務(wù)占用不同頻段時(shí)的感知情況分析如圖10 所示，當(dāng)占用LTE 800 MHz 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，感知明顯較差，在800 MHz 時(shí)的相關(guān)KQI 指標(biāo)明顯差于其他頻段；分析各頻段抖音視頻下載速率質(zhì)差小區(qū)（視頻下載速率小于3 Mbit∕s）顯示，800 MHz 質(zhì)差小區(qū)占所有800 MHz 小區(qū)的比例較高，明顯高于1.8 GHz 和2.1 GHz質(zhì)差小區(qū)的比例。

圖10 抖音業(yè)務(wù)占用不同頻段感知情況分析

6 視頻業(yè)務(wù)感知優(yōu)化方案及建議

6.1 推進(jìn)共建共享、插花場景等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

推進(jìn)共建共享區(qū)域錨點(diǎn)的共享，推進(jìn)室內(nèi)外錨點(diǎn)共享的優(yōu)化。

共建共享邊界場景優(yōu)化建議：邊界區(qū)域使用方NSA 用戶異頻切換不及時(shí)，同頻干擾問題，導(dǎo)致使用方NSA 用戶感知嚴(yán)重受影響，因此采取邊界場景緩沖帶策略進(jìn)行優(yōu)化，提升用戶感知。

空閑態(tài)：從中國聯(lián)通單錨點(diǎn)區(qū)域往雙錨點(diǎn)區(qū)域，在雙錨點(diǎn)區(qū)域共享緩沖帶小區(qū)，共享緩沖帶小區(qū)后，對(duì)緩沖帶小區(qū)設(shè)置如下策略：用戶基于PLMN 的專用重選優(yōu)先級(jí)，使得中國電信用戶從單錨點(diǎn)區(qū)域到雙錨點(diǎn)區(qū)域的緩沖帶區(qū)域后，通過設(shè)置的重選優(yōu)先級(jí)重選回到中國電信的4G網(wǎng)絡(luò)，隨后接入5G。

連接態(tài)：從中國聯(lián)通單錨點(diǎn)區(qū)域往雙錨點(diǎn)區(qū)域，在雙錨點(diǎn)區(qū)域共享緩沖帶小區(qū)，共享緩沖帶小區(qū)后，對(duì)緩沖帶小區(qū)設(shè)置如下策略：基于頻率優(yōu)先級(jí)切換，使得中國電信用戶從單錨點(diǎn)區(qū)域到雙錨點(diǎn)區(qū)域的緩沖帶區(qū)域后，通過設(shè)置的基于頻率優(yōu)先級(jí)切換，切換回中國電信的4G網(wǎng)絡(luò)，隨后接入5G。

6.2 推進(jìn)LTE 800 MHz質(zhì)差網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

推進(jìn)將4G 15 MHz 插花小區(qū)進(jìn)行擴(kuò)頻至20 MHz，減少插花問題帶來的影響。針對(duì)目前中國電信LTE 800 MHz 小區(qū)抖音業(yè)務(wù)感知指標(biāo)差的問題，建議根據(jù)情況對(duì)LTE 800 MHz 小區(qū)進(jìn)行負(fù)載均衡的優(yōu)化，盡量把800 MHz 小區(qū)上面的負(fù)荷往1.8 GHz 上趕，降低800 MHz 小區(qū)的負(fù)荷，讓1.8 GHz 承擔(dān)更多的業(yè)務(wù)量，提高整體的感知。

6.3 服務(wù)器優(yōu)化措施和建議

統(tǒng)計(jì)某省移動(dòng)網(wǎng)和固網(wǎng)的TOP30 服務(wù)器，數(shù)據(jù)顯示局向流量分布基本一致，非本省電信服務(wù)器流量最大，本省本地流量占比較低，針對(duì)該省本地服務(wù)器進(jìn)行分析，本地服務(wù)器基本為代理商代理，非真正意義上的本地化。本次統(tǒng)計(jì)該省電信服務(wù)器視頻下載速率平均值為5.5 Mbit∕s；不同服務(wù)器間受SP提供商資源調(diào)度策略控制，初步核實(shí)SP 速率低的質(zhì)差原因如表9所示，其主要問題為用戶側(cè)帶寬擁塞問題，后續(xù)需持續(xù)推動(dòng)用戶服務(wù)器側(cè)優(yōu)化。

表9 速率低SP側(cè)質(zhì)差原因統(tǒng)計(jì)

通過Ping 不同視頻服務(wù)器進(jìn)行RTT 時(shí)延對(duì)比，相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息如表10 所示，從表10 可以看出，Ping 異地服務(wù)器時(shí)，時(shí)延明顯高于本地服務(wù)器，導(dǎo)致平均端到端Ping RTT時(shí)延增加。由于運(yùn)營商A和B主要使用異地服務(wù)器，而C 主要使用本地服務(wù)器，在平均Fist Hop RTT 時(shí)延相當(dāng)?shù)那闆r下，異地服務(wù)器過大的平均sGi口以上的RTT時(shí)延導(dǎo)致了運(yùn)營商C的RTT均值優(yōu)于運(yùn)營商A和B。

表10 本地服務(wù)器與異地服務(wù)器相關(guān)時(shí)延統(tǒng)計(jì)

建議針對(duì)重點(diǎn)典型業(yè)務(wù)的服務(wù)器開展整改，增加本地歸屬服務(wù)器數(shù)量；同時(shí)優(yōu)化外省服務(wù)器路由，減少RTT時(shí)延。

6.4 小包業(yè)務(wù)參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)抖音、微信等小包類業(yè)務(wù)開展5G特性化參數(shù)優(yōu)化，提升小包類業(yè)務(wù)感知，根據(jù)上述已完成的范圍驗(yàn)證，建議對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)保障場景，開啟小包參數(shù)優(yōu)化。

7 結(jié)束語

當(dāng)前抖音作為用戶使用頻次最高的應(yīng)用，感知體驗(yàn)直接影響用戶的滿意度測評(píng)。本文總結(jié)分析了抖音業(yè)務(wù)的播放流程、數(shù)據(jù)加載解析流程，針對(duì)服務(wù)器本地和異地對(duì)業(yè)務(wù)的影響進(jìn)行驗(yàn)證，推動(dòng)服務(wù)器本地化，可以減小業(yè)務(wù)時(shí)延，同時(shí)針對(duì)本地服務(wù)器，分析存在速率較低的情況，找出質(zhì)差服務(wù)器，影響用戶感知體驗(yàn)，需要進(jìn)一步推動(dòng)整改。

在5G 建設(shè)初期，用戶對(duì)業(yè)務(wù)的感知體驗(yàn)，對(duì)運(yùn)營商的品牌推廣有重要影響，本文總結(jié)分析了在共建共享場景下，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存在一些典型問題，并給出解決措施和優(yōu)化建議，同時(shí)驗(yàn)證測試了5G 網(wǎng)絡(luò)下，覆蓋和用戶體驗(yàn)之間的閾值，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化向面向用戶、面向業(yè)務(wù)的端到端KQI優(yōu)化方向轉(zhuǎn)換。