侯歡歡

（太原工業(yè)學院計算機工程系，山西太原030008）

WCDMA網(wǎng)絡下手機QQ接收信息丟包和延遲的研究

侯歡歡

（太原工業(yè)學院計算機工程系，山西太原030008）

針對目前某地聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡用戶投訴手機QQ接收不到信息或信息延遲的現(xiàn)象，文章以Ping測試模擬小流量數(shù)據(jù)業(yè)務作為切入點，首先在現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務時延和丟包進行相關(guān)資源管理機制以及參數(shù)優(yōu)化方面做了研究；然后從TCP數(shù)據(jù)包重傳機制，手機QQ發(fā)送信息，手機QQ接收信息丟包、接收信息延遲幾個方面獲取數(shù)據(jù)進行測試；最后分析和定位丟包原因，得出優(yōu)化網(wǎng)絡，提升用戶感知的方法。

M-TRiX；信令分析；手機QQ丟包；信息延遲

手機QQ在聊天時經(jīng)常出現(xiàn)信息丟失、延遲接收、重復接收或接收時間錯亂等現(xiàn)象[1-2]，引起信息丟失、延遲等原因到底是網(wǎng)絡通信協(xié)議機制不健全還是手機軟件的設計缺陷。針對這一問題，在研究中通過模擬小流量數(shù)據(jù)業(yè)務。對當前主流的三種手機操作系統(tǒng)下QQ軟件的使用時丟包及信息延時進行測試，經(jīng)過一步步的排查分析最終得出結(jié)果，此結(jié)論對于了解和解決WCDMA網(wǎng)絡下其他手機應用軟件遇到的丟包、延時等問題具有廣泛意義。

1 Ping時延分析與研究

研究是基于小流量數(shù)據(jù)模擬，由NOKIA5235手機QQ客戶端和PC端通信產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，通過Wireshark軟件抓取數(shù)據(jù)包，在M-TRiX信令分析系統(tǒng)[3]下對數(shù)據(jù)進行分析。首先向聯(lián)通服務器網(wǎng)（121.31.58.134）和手機新浪網(wǎng)（3g.sina.com.cn）分別發(fā)送大小為16字節(jié)和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)包，將Ping時間間隔分別設為1 000 ms，4 000 ms，5 000 ms，6 000 ms，10 000 ms，測試統(tǒng)計結(jié)果如表1：

表1 Ping內(nèi)外網(wǎng)時延數(shù)據(jù)對比表

根據(jù)測試結(jié)果得出以下結(jié)論：

1）無論發(fā)送的數(shù)據(jù)包大小，Ping外網(wǎng)的時延總比內(nèi)網(wǎng)大，且外網(wǎng)丟包率高于內(nèi)網(wǎng)。

2）無論Ping內(nèi)網(wǎng)還是外網(wǎng)，當Ping間隔時間小于或等于5 000 ms時，隨著Ping數(shù)據(jù)包增大，時延也有所增大；Ping時間間隔大于5 000 ms時，Ping的時延以及丟包率與Ping數(shù)據(jù)包的大小沒有明顯關(guān)系。

3）Ping間隔時間小于或等于5 000 ms時，時延較?。ㄕ＃?；當Ping間隔大于5 000 ms時，時延異常，并存在嚴重的丟包現(xiàn)象。

經(jīng)過分析論證，該現(xiàn)象主要是由于網(wǎng)絡資源管理機制相關(guān)參數(shù)設置導致的。利用M-TRiX對各接口的Ping時延進行統(tǒng)計，Ping時間間隔設為默認的600 ms，Ping發(fā)送數(shù)據(jù)包大小為32 bytes進行測試，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示（單位：ms）：

表2 Ping各接口的時延統(tǒng)計表

由時延分布得出以下結(jié)論：

1）導致Ping時延超長的環(huán)節(jié)都是出自無線接口，其次是Gn口以上，IUPS口時延最短。

2）優(yōu)化主要從無線接口方面著手，排查無線原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)傳輸慢的情況，以提升用戶數(shù)據(jù)包的傳輸速率。

3）對Gn口以上，可以對各種數(shù)據(jù)業(yè)務服務器響應性能進行優(yōu)化。

在保證本網(wǎng)優(yōu)化[4]的基礎上，進一步分析手機QQ的丟包原因。下一步對手機QQ發(fā)送信息的情況進行測試。

2 手機QQ發(fā)送信息正常情況分析

經(jīng)常多次測試發(fā)現(xiàn)手機QQ發(fā)送信息不存在數(shù)據(jù)丟包或明顯延遲的現(xiàn)象。這主要是因為在idle狀態(tài)手機發(fā)送信息時，需要首先進行業(yè)務請求并建立無線連接（通常整個無線鏈路建立的時間通常不超過1 500 ms），然后才上發(fā)數(shù)據(jù)包[5-6]。手機QQ發(fā)送信息都能成功，說明在向QQ服務器發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，無線鏈路已經(jīng)建立成功了，證明目前WCDMA網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務功能在設計方面本身沒有問題.由此可見，對于目前WCDMA網(wǎng)絡，手機QQ發(fā)送信息不是研究的重點，目前用戶投訴的問題主要集中在手機QQ接收信息上。

3 手機QQ接收信息丟包問題分析

針對手機QQ接收信息丟包問題，對三種主流操作系統(tǒng)Symbian，Android，IOS下手機QQ軟件接收PC端發(fā)送信息進行測試，包括Gn口信令和IUPS口信令，分析丟包原因。

3.1 NOKIA5235的Symbian系統(tǒng)

3.1.1 測試NOKIA手機Gn口信令

如圖 1所示，09：48：00時，#4.tcp.ack=#3. tcp.nxtseq=3515340694，電腦發(fā)往NOKIA手機的第一個該數(shù)據(jù)包下發(fā)成功，該數(shù)據(jù)包經(jīng)過了三次短時間間隔的重發(fā)。09：48：24（與發(fā)送第一個數(shù)據(jù)包間隔30 s），GGSN下發(fā)第二個數(shù)據(jù)包 （tcp.seq= 351534060694且tcp.nxtseq=3515340741）。從信令上看該數(shù)據(jù)包沒有下發(fā)成功，從開始的間隔93 s重發(fā)一次，到最后固定的間隔2分鐘重發(fā)一次，一直都沒有收到。

圖1 NOKIA手機Gn口信令

3.1.2 測試NOKIA手機IUPS口信令

如圖2所示，在 09：47：57時，Paging尋呼到RAB指配建立用了3 s的時間，而電腦第一次向手機發(fā)信息時間為09：47：53，這個時間是在無線鏈路建立成功之前，所以GGSN需要重傳第一個數(shù)據(jù)包。由信令我們知道，該數(shù)據(jù)包前三次下發(fā)時間均在無線鏈路建立成功之前，而最后一次重發(fā)是在無線鏈路建立成功之后，所以下發(fā)數(shù)據(jù)包成功，手機QQ接收到第一條信息。09：48：24時，電腦QQ給手機QQ發(fā)送第二個數(shù)據(jù)包，但是此時正值一次RAB釋放，所以GGSN下發(fā)數(shù)據(jù)包時尚沒有無線鏈路可用，所以手機QQ接收第二條信息失敗。

圖2 NOKIA手機IUPS口信令

3.2 華為U8860的Android系統(tǒng)

3.2.1 測試華為U8860手機Gn口信令

如圖3所示，在16：15：57時，電腦向安卓手機發(fā)送第一條信息，手機QQ接收成功；16：16：28時（與第一次信息發(fā)送間隔30 s時長）電腦向手機發(fā)送第二條信息，手機QQ也能成功接收；以此所有數(shù)據(jù)包，手機QQ都能正常接收。由Gn口信令可以看到，對于安卓手機，GGSN每次下發(fā)數(shù)據(jù)包都會經(jīng)過若干次短時間間隔的重傳。

圖3 華為手機Gn口信令

3.2.2 華為U8860手機IUPS口信令

在Gn口信令我們知道，每次GGSN下發(fā)數(shù)據(jù)包都是經(jīng)過若干次重傳最后成功下發(fā)的 （16：15：57到16：16：03的6 s時間間隔內(nèi)，該數(shù)據(jù)包被GGSN下發(fā)了5次），從IUPS口信令可以看到，如圖4所示：第一次GGSN下發(fā)Seq=2028288064的數(shù)據(jù)包時（即：16：15：57：847時），RAB尚未建立起來，所以數(shù)據(jù)包下發(fā)失敗，但是 16：16：03時，當GGSN第5次重新下發(fā)該數(shù)據(jù)包時，此時RAB建立已經(jīng)起來，所以該數(shù)據(jù)包下發(fā)成功。

圖4 華為U8860手機IUPS口信令

3.3 IPHONE 4S的IOS系統(tǒng)

如5圖所示，在17：38：34時，Seq=3940107383的數(shù)據(jù)包第一次下發(fā)，此時觸發(fā)了一個RAB建立，該RAB建立用了3 s時長，于17：38：37：986時建立成功。17：38：37：843時，GGSN第一次重發(fā) （第二次下發(fā)）該數(shù)據(jù)包，這個時間點在RAB建立成功之前，所以數(shù)據(jù)包重發(fā)的時間正好錯過了RAB存在的時間，所以該數(shù)據(jù)包第一次重發(fā)失敗。之后在17：38：44，17：38：56，17：39：21，17：40：12，17：41：35時5次重發(fā)該數(shù)據(jù)包，也都由于同樣的原因而失敗。17：42：43時，Iphone手機主動釋放TCP連接，至此該數(shù)據(jù)包被丟棄，用戶使用時表現(xiàn)的現(xiàn)象就是手機收不到該條信息。

圖5 IPHONE 4S的IOS的Gn口信令

3.4 三種手機丟包概率對比

研究分別使用三種不同操作系統(tǒng)的手機，模擬用戶習慣，在WCDMA網(wǎng)絡中登陸手機QQ，然后與電腦QQ隨機互發(fā)信息300次，統(tǒng)計到手機QQ接收信息失敗次數(shù)，延遲次數(shù)和丟包概論的對比結(jié)果如表3所示：

表3 三種手機QQ接收信息失敗次數(shù)，延遲次數(shù)和丟包概論的對比表

通過大量測試，我們可以看到NOKIA手機QQ在接收信息時得信息丟包率和出現(xiàn)信息延遲接收的概率明顯大于其他兩種操作系統(tǒng)的手機。

3.5 手機QQ接收信息丟包問題分析

根據(jù)上面的對比分析，得出WCDMA網(wǎng)絡手機QQ丟包原因為：

（1）在GGSN向idle狀態(tài)手機QQ首次發(fā)送數(shù)據(jù)包失敗后會發(fā)起重傳，在每次重傳失敗后會逐步拉大重傳的時間間隔 （最大可至2分鐘），在多次重傳失敗后最終會導致丟包。因此無論是Symbian手機QQ，Android手機QQ還是IOS手機QQ，都存在由于GGSN下發(fā)數(shù)據(jù)包的時間與無線鏈路建立的時間錯開而導致下發(fā)失敗的問題。對于手機QQ用戶表現(xiàn)為接收不到消息。

（2）Symbian手機QQ、Android手機 QQ和IOS手機QQ在對TCP數(shù)據(jù)包重發(fā)機制的適應性能上表現(xiàn)的有差異：Android手機和IOS手機QQ在接收信息時，每個數(shù)據(jù)包接收的過程中，在觸發(fā)RAB建立到釋放的時間內(nèi)，都存在多次間隔時間很短的數(shù)據(jù)包重發(fā)；而Symbian手機QQ卻只是部分數(shù)據(jù)包在接收時才存在多次間隔時間很短的數(shù)據(jù)包重發(fā)現(xiàn)象，而接收不到的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時間間隔都很長，大都固定在2分鐘重發(fā)一次。所以Symbian手機QQ出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包的現(xiàn)象比其他手機QQ嚴重。

4 手機QQ接收信息延遲問題分析

Symbian手機、Android手機和Iphone手機QQ接收信息時，在保證三種手機都只安裝同一款QQ軟件的情況下，使用相同的測試方法，對后臺數(shù)據(jù)包交互的異同比較，得到大量數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)看到相比Symbian手機，Android手機和Iphone手機接受信息時，后臺一直有若干未知的數(shù)據(jù)包與網(wǎng)絡進行實時交互。由此可以得到結(jié)論：

（1）手機QQ在用戶不發(fā)起聊天的情況下也會經(jīng)常性發(fā)起類似：QQ廣播、QQ用戶數(shù)據(jù)更新、心跳包、伴隨消息等。相比于Symbian手機QQ，對于Android QQ和Iphone手機QQ而言，其發(fā)送類似消息的頻率遠高于Symbian QQ。

（2）Android手機和Iphone兩類智能手機通常在后臺有很多關(guān)不掉的進程經(jīng)常性的發(fā)起數(shù)據(jù)包傳送，與網(wǎng)絡實時交互，造成安卓和蘋果手機經(jīng)常性的和WCDMA網(wǎng)絡保持連接狀態(tài)，所以這兩類手機對網(wǎng)絡資源的占用率高 （無限鏈路資源存在的時間較長）；而Symbian手機后臺很少這種交互信令。

以上這種手機性能上的差異，也可以大大降低Android和Iphone兩種手機QQ在接收信息時出現(xiàn)丟包或延遲的概率。

5 結(jié)論

根據(jù)研究得知，目前某地聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡中手機QQ丟包和時延問題實際與網(wǎng)絡的關(guān)系不大，可以從以下幾個方面來緩解和減少問題，進而提升用戶的感知度，其優(yōu)化建議如下：

緩解方法：（1）目前網(wǎng)絡RNC上RRC-Connection-Release timer的設置對3G網(wǎng)絡下QQ收發(fā)信息時延和丟包問題有影響，建議增大該計時器，可以延長每一次RAB存在的時長，提高數(shù)據(jù)包下發(fā)的成功率。（2）Paging尋呼時長優(yōu)化：目前該地聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡，每一次GGSN下發(fā)數(shù)據(jù)包時，從Paging到RAB建立一般需要3秒的時長，如果可以縮短這個時長，讓RAB盡快建立起來，那么也可以提高數(shù)據(jù)包下發(fā)的成功率。

根本解決途徑：Android手機和Iphone手機對于目前WCDMA網(wǎng)絡的兼容性好于Symbian手機，并且對網(wǎng)絡資源的占用率較高，更耗流量，這對手機數(shù)據(jù)業(yè)務的流量經(jīng)營有指導作用?；谙嗤腡CP數(shù)據(jù)包重傳機制，但是三種手機表現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)包重傳現(xiàn)象卻有很大差異，這也是導致Symbian手機QQ比Android手機QQ，Iphone手機QQ出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包和信息延遲的概率大的原因，所以需要與騰訊公司對QQ服務器的性能改進進行溝通，使其更適應目前的WCDMA網(wǎng)絡。

[1]黎文偉.IP網(wǎng)絡中端到端時延和丟包的相關(guān)性分析[J].微計算機信息，2010，26（10）：18-20.

[2]張捷.網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的故障檢測與診斷技術(shù)[D].南京：南京理工大學，2010.

[3]付越.M-TriX軟件功能及使用介紹[R].廣州：廣州瀚信通信技術(shù)有限公司，2011.

[4]竇中兆.WCDMA系統(tǒng)原理與無線網(wǎng)絡優(yōu)化[M].北京：清華大學出版社，2009：38-50.

[5]程松.基于用戶感知的WCDMA優(yōu)化思路探討[J].科技信息，2012（18）：70-71.

[6]紀元茂.WCDMA無線網(wǎng)絡優(yōu)化的方案分析[J].現(xiàn)代電信科技，2011，41（11）：67-70.

〔責任編輯 高?！?/p>

Research of Packets Loss and Latency from M obile Phone QQ on WCDMA

HOU Huan-huan
（Department of Computer Engineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan，030008）

Based on the complaints from users in Unicom WCDMA network that they could not receivemessages or there is information delay，firstly a small flow of data by Ping commands were used to simulate services as an entry point in this paper，the method was discussed about resourcemanagementmechanisms and parameter optimization，then information data were tested from the TCP packet retransmissionmechanism，mobile QQ sendmessages，mobile QQ receiving information packet loss and delayed in receiving，finally loss reasonswere analysed and found，network optimizationmethod was summarized to improve the user perception.

M-TRiX；signaling analysis；mobile QQ packet loss；information delay

TN921

A

1674－0874（2013）06－0001－04

2013-09-15

侯歡歡（1985-），女，山西忻州人，碩士，助教，研究方向：計算機應用及網(wǎng)絡通信。