王雪瑩, 王有銀

（1 中通服湖北省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)公司無線院, 武漢 430000; 2 湖北電信襄陽分公司, 襄陽 441000）

基于3G用戶優(yōu)先級的流量優(yōu)化研究

王雪瑩1, 王有銀2

（1 中通服湖北省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)公司無線院, 武漢 430000; 2 湖北電信襄陽分公司, 襄陽 441000）

在移動互聯(lián)網(wǎng)流量規(guī)模增長、應(yīng)用和內(nèi)容極大豐富、用戶個性化需求不斷提升的背景下，如何在滿足用戶不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營價(jià)值，是運(yùn)營商在移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代所亟待解決的難題。本文通過對3G用戶行為精細(xì)化分析，實(shí)施EV-DO用戶級QoS流量優(yōu)化，根據(jù)用戶價(jià)值級別和業(yè)務(wù)屬性合理調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，提升3G用戶感知和流量價(jià)值。

差異化；QoS模型；權(quán)重；流量調(diào)度

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨，流量與收入的剪刀差問題越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入和維護(hù)成本不斷提高，網(wǎng)絡(luò)效益卻未成正比發(fā)展。2011年以來，電信的移動業(yè)務(wù)加速發(fā)展，3G網(wǎng)絡(luò)流量得到了較快提升。由于在市場推廣前期推出了大量包時(shí)長不限流量上網(wǎng)卡，加大了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和擁塞程度，部分區(qū)域的基站帶寬資源受限，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)大量超忙小區(qū)。在這些超忙小區(qū)下，平均用戶速率低于40 kbit/s，這一速率僅能滿足社交和部分Web需求，無法滿足對流量需求較大的視頻類業(yè)務(wù)。

通過對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，不同終端對流量的占用差異很大，3G無線上網(wǎng)卡每用戶消耗流量是3G手機(jī)的54倍，而每MB的收益卻僅為3G手機(jī)的1/5～1/6。由于目前EV-DO網(wǎng)絡(luò)無差異化用戶資源分配方式導(dǎo)致了大量帶寬資源被低價(jià)值用戶占用。同時(shí)，在特殊的行業(yè)應(yīng)用中，需要對部分VIP用戶3G流量帶寬進(jìn)行高質(zhì)量保障，為客戶提供差異化服務(wù)。本文對3G用戶行為進(jìn)行精細(xì)化分析，對用戶優(yōu)先級的調(diào)度進(jìn)行了大量測試與分析，結(jié)合電信EV-DO網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，總結(jié)整理出了如何有效的開展用戶QoS模型的流量優(yōu)化，降低網(wǎng)絡(luò)資源占用不均衡性。

1 3G用戶行為規(guī)律分析

3G用戶對業(yè)務(wù)的使用行為直接影響到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信流量。用戶的行為主要包含客戶所使用的終端類型、經(jīng)常使用的業(yè)務(wù)、使用習(xí)慣特征等。不同的用戶行為需求不一樣，所產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)流量不一樣。

1.1 終端類型分析

根據(jù)用戶使用習(xí)慣和市場終端產(chǎn)品分類統(tǒng)計(jì)，3G終端主要分為智能手機(jī)、普通手機(jī)和數(shù)據(jù)卡三大類。

智能手機(jī)：支持多元化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，以連接類業(yè)務(wù)為主。

普通手機(jī)：使用一些比較低端的操作系統(tǒng)，以網(wǎng)頁流量等基本應(yīng)用為主。

數(shù)據(jù)卡：僅作為接入終端，業(yè)務(wù)以PC應(yīng)用為主。

在流量占用方面，根據(jù)本地網(wǎng)2012年2月數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，3G無線上網(wǎng)卡平均每用戶產(chǎn)生的流量是3G智能手機(jī)的47倍，是3G普通終端的82倍。

1.2 資源占用分析

目前反映EV-DO網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負(fù)荷指標(biāo)是前向業(yè)務(wù)信道時(shí)隙占用率。通過2011年10月本地網(wǎng)的網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)，某地區(qū)6000多個EV-DO基站中，前向業(yè)務(wù)信道時(shí)隙占用率在0%～20%的基站數(shù)占比為35.35%，20%～40%的基站數(shù)占比為39.92%，40%～60%的基站數(shù)占比為21.00%，60%～80%和基站數(shù)占比分別為3.42%，80%以上的基站數(shù)占比0.16%。流量資源占用很不均衡。

1.3 時(shí)間分布分析

通過2011年10月本地網(wǎng)EV-DO網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計(jì)，EV-DO前反向話務(wù)流量忙時(shí)集中在晚間，特別是在20：00以后，流量快速上升，最忙時(shí)在21：00～22：00。同時(shí)周六、周日前反向業(yè)務(wù)流量高于平時(shí)，周日達(dá)到流量高峰，高出平均值11%。

1.4 空間分布分析

通過2011年6～12月的本地網(wǎng)網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)，單基站DO日均流量和單基站DO日均連接次數(shù)在城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村三大區(qū)域的分布同樣是不均衡的。整體來看，城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村三大區(qū)域單基站DO日均流量均有不同程度增長，其中農(nóng)村區(qū)域的DO日均流量和單基站DO日均連接次數(shù)增加比較明顯，但城區(qū)數(shù)單基站DO日均流量是郊區(qū)的1.5倍，是農(nóng)村的2.5倍。

由上可以看出3G移動網(wǎng)絡(luò)中用戶行為的多元化、網(wǎng)絡(luò)資源配置的不均衡化以及客戶感知保障的無差異化。大量資源被低價(jià)值用戶和業(yè)務(wù)消耗，影響了其他用戶體驗(yàn)；忙時(shí)熱點(diǎn)區(qū)域用戶數(shù)多，缺乏有序的管控策略。

2 3G用戶級QoS技術(shù)原理

電信的EV-DO Rev A網(wǎng)絡(luò)中引入了靈活和有效的QoS控制機(jī)制，使系統(tǒng)和終端可以基于應(yīng)用配置不同QoS要求，對每個高層數(shù)據(jù)流進(jìn)行資源分配和調(diào)度控制，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，可以滿足不同數(shù)據(jù)流的傳輸要求。為在EV-DO網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施差異化服務(wù)，保證高端優(yōu)質(zhì)用戶享有更高的調(diào)度級別，并限制數(shù)據(jù)卡用戶在系統(tǒng)忙時(shí)過多的占用資源，將用戶區(qū)分3類用戶等級，分別為VIP，系統(tǒng)默認(rèn)和一般用戶，并定義不同的調(diào)度級別、用戶級等級和配置方案，達(dá)到用戶級流量調(diào)度優(yōu)化目的。

EV-DO Rev A提供端到端的QoS業(yè)務(wù)，能夠區(qū)分不同用戶和單個用戶的多個業(yè)務(wù)應(yīng)用的QoS屬性。從AT～AAA，可以歸納出如下QoS實(shí)現(xiàn)流程。

（1）空口側(cè)：引入了多IP流及多RLP流的思想，定義了相應(yīng)的QoS請求機(jī)制。

（2）RAN側(cè)：重點(diǎn)解決多個IP流、RLP流、A8及A10連接情況下彼此間的映射關(guān)系。BSC執(zhí)行業(yè)務(wù)流IP QoS向接入層QoS的映射。BTS觸發(fā)準(zhǔn)入控制機(jī)制。

（3）PDSN側(cè)：為解決每個IP流的IP QoS的資源申請，提出了業(yè)務(wù)流模板、QoS規(guī)格等概念，規(guī)定了基于IP流的資源申請流程。

（4）AAA側(cè)：為區(qū)別不同用戶的QoS等級，存儲每個用戶的QoS規(guī)格。

QoS控制機(jī)制圖如圖1所示。

2.1 用戶間等級配置

圖1 QoS控制機(jī)制結(jié)構(gòu)圖

EV-DO Rev A支持用戶多連接，以承載不同QoS的IP流，并提供不同的服務(wù)。一個用戶有一個主連接和零個或多個輔連接。用戶級QoS用以區(qū)分不同用戶的主連接的服務(wù)等級，每個用戶等級對應(yīng)一套QoS參數(shù)，通過配置這些參數(shù)可提供如下高級服務(wù)：前向不同的調(diào)度優(yōu)先級、反向不同的調(diào)度優(yōu)先級、反向最高速率的限制、是否忽略用戶過載控制。用戶級QoS配置構(gòu)架如圖2所示。

圖2 用戶級QoS配置構(gòu)架

2.2 用戶等級調(diào)度信令流程

要實(shí)現(xiàn)PDSN到AT的QoS資源綁定與空口激活，期間必須完成多流映射與綁定。采用AN AAA的用戶等級，那么用戶的等級信息在接入鑒權(quán)時(shí)獲得，其調(diào)度信令流程如圖3所示。

圖3 獲取用戶等級信令流程

2.3 配置方法

根據(jù)以上原理和模型策略分析，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際，具體配置方法如下。

（1）在無線側(cè)網(wǎng)管上操作開啟用戶級QoS優(yōu)先級功能。

（2）在全網(wǎng)或部分高流量負(fù)荷基站和扇區(qū)上設(shè)置QoS流量優(yōu)先級權(quán)重8級（0～7）。

（3）在AAA或PDSN側(cè)將需要實(shí)施QoS流量優(yōu)化的用戶設(shè)置優(yōu)先級權(quán)重3個級別（0～2），即VIP、默認(rèn)和一般用戶。

3 測試驗(yàn)證評估

為驗(yàn)證用戶級QoS調(diào)度效果，于2012年3月通過部分基站對用戶級QoS功能進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際測試，測試情況如下。

3.1 用戶級QoS功能驗(yàn)證

2個數(shù)據(jù)卡用戶，其中1個用戶設(shè)置為系統(tǒng)默認(rèn)（權(quán)重因子為1），另外1個用戶設(shè)置為VIP。通過修改Flow Weight的值來設(shè)置VIP用戶權(quán)重因子，依次為0.25、0.5、2、3、4、5、6、7、8，代表權(quán)限從低到高。分別測試上傳和下載，在用戶速率穩(wěn)定的情況下記時(shí)3 min，監(jiān)控并取平均速率為測試值，測試結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，VIP用戶群組優(yōu)先級管理功能有效，在權(quán)限從低到高過程中能合理多占用空口資源，但隨著權(quán)限進(jìn)一步提高，空口資源占用能力趨于穩(wěn)定。

圖4 不同等級用戶下載速率變化

3.2 QoS調(diào)度權(quán)重測試評估

6個數(shù)據(jù)卡用戶，其中3個用戶設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)（權(quán)重因子為1），另外3個用戶設(shè)置為VIP用戶。修改Flow Weight的值來設(shè)置VIP用戶權(quán)重因子，測試權(quán)重比值設(shè)置如表1所示。

表1 QoS用戶權(quán)重比值分組測試表

按照QoS用戶權(quán)重比值分組測試表中，8種組合分別測試下載，在用戶速率穩(wěn)定的情況下記時(shí)3 min，監(jiān)控并取平均速率為測試值。測試評估指標(biāo)如表2所示。

數(shù)據(jù)分析表明，測試2組小區(qū)下行吞吐量達(dá)到了最大值，VIP用戶優(yōu)先級權(quán)重是系統(tǒng)默認(rèn)的2倍。

3.3 客戶業(yè)務(wù)感知評估

對目前3G網(wǎng)絡(luò)部分業(yè)務(wù)質(zhì)量保障的需求帶寬速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，文件傳輸、收發(fā)電子郵件等業(yè)務(wù)，滿足感知要求的等級可大致分為高速(大于200 kbit/s）、 中速（大于100 kbit/s，小于200 kbit/s）、低速（小于100 kbit/s）。視頻流媒體等業(yè)務(wù)，滿足感知要求的等級可大致分為清晰流暢(大于400 kbit/s）、 大部分清晰流暢（大于150 kbit/s，小于400 kbit/s）、不清晰不流暢（小于150 kbit/s）。上述系統(tǒng)默認(rèn)和VIP用戶感知評價(jià)如表3所示。

表2 QoS用戶權(quán)重比值分組測試結(jié)果

表3 QoS用戶權(quán)重比值分組測試結(jié)果

根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)，從業(yè)務(wù)速率感知來講，總體上測試2組業(yè)務(wù)需求均得到了良好保障，VIP用戶優(yōu)先級權(quán)重是系統(tǒng)默認(rèn)的2倍。

4 應(yīng)用實(shí)例

隨著3G移動業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，視頻處理能力的快速提高，基于EV-DO網(wǎng)絡(luò)承載視頻業(yè)務(wù)的增值產(chǎn)品不斷應(yīng)用到各個領(lǐng)域，促使監(jiān)控模式從傳統(tǒng)固定有線視頻監(jiān)控走向移動終端的無線視頻監(jiān)控，在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控更加集中、高效、實(shí)時(shí)。在2013年本地網(wǎng)為市城管局的“數(shù)字城管項(xiàng)目”提供了網(wǎng)絡(luò)解決方案。在清潔作業(yè)車輛、執(zhí)法車輛等安裝3G無線視頻終端，通過電信3G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場作業(yè)畫面實(shí)時(shí)上傳到監(jiān)控大廳屏幕，便于監(jiān)控人員可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)度。在系統(tǒng)部署完成之后，3G視頻業(yè)務(wù)的流暢性和清晰度沒有達(dá)到客戶期望要求，為此采用了用戶級QoS優(yōu)先級方式來提升無線網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬最大保障能力，視頻顯示效果得到了較好改善。

4.1 QoS等級調(diào)度實(shí)施策略

與普通EV-DO用戶不同，車載3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要占用上行帶寬，實(shí)時(shí)上傳視頻圖像，長時(shí)間高流量的數(shù)據(jù)傳輸，上傳速率越高影像越清晰，上傳速率在300 kbit/s以上時(shí)視頻圖像顯示清晰，視覺效果比較好，一個EV-DO載扇可以同時(shí)支持2～3用戶，占用網(wǎng)絡(luò)資源比較大。為保障上行穩(wěn)定傳輸帶寬，對城管車輛3G無線視頻傳輸終端由系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置成VIP用戶，根據(jù)以上QoS策略，在AAA或PDSN側(cè)進(jìn)行策略配置，同時(shí)在網(wǎng)管上開啟QoS調(diào)度功能屬性并設(shè)置Flow Weight。

4.2 調(diào)整前后效果分析對比

DT測試評估。取出兩輛清掃車3G車載視頻監(jiān)控終端UIM卡，分別插入到兩張數(shù)據(jù)卡測試終端中在城區(qū)道路進(jìn)行前后DT路測，測試主要采用FTP上傳數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程服務(wù)器，兩個DT測試終端測試結(jié)果分別如表4所示。

表4 兩個DT測試終端測試結(jié)果

實(shí)時(shí)視頻圖像質(zhì)量評估。通過兩輛搭載3G車載視頻監(jiān)控終端清掃車實(shí)施作業(yè)，作業(yè)畫面視頻實(shí)時(shí)回傳到指揮中心平臺屏幕上，屏幕上畫面清晰度和流暢性在終端QoS等級調(diào)整后較調(diào)整前明顯得到了改善，客戶感知得到了明顯提升。

Probling the traffic optimization based on the priority of 3G user-level

WANG Xue-ying1, WANG You-yin2
(1 The Radio Design Institute of Hubei Design Company of China Comservice, Wuhan 430000, China;Hubei Telecom Xiangyang Branch, Xiangyang 441000, China)

With the mobile Internet traffc growth, increasingly rich and colorful applications and content, more and more users personalized needs,how to meet the user's evolving business needs and improve the network operation value, is a problem the telecom operators in the mobile Internet era to be settled urgently.In this paper, through the detailed analysis of 3G user behavior, the EV-DO user level QoS traffc optimization is actualized, by reasonable scheduling of net resource based on the customer value level and service attribute, the 3G users’ perception and fow value are improved.

differentiation; QoS model; weight; traffc scheduling

TN929.5

A

1008-5599（2014）02-0080-05

2013-1-28