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(wú)線院, 武漢 430000; 2 湖北電信襄陽(yáng)分公司, 襄陽(yáng) 441000）

基于3G用戶優(yōu)先級(jí)的流量?jī)?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(wú)線院, 武漢 430000; 2 湖北電信襄陽(yáng)分公司, 襄陽(yáng) 441000）

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量規(guī)模增長(zhǎng)、應(yīng)用和內(nèi)容極大豐富、用戶個(gè)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(yíng)價(jià)值，是運(yùn)營(yíng)商在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代所亟待解決的難題。本文通過(guò)對(duì)3G用戶行為精細(xì)化分析，實(shí)施EV-DO用戶級(jí)QoS流量?jī)?yōu)化，根據(jù)用戶價(jià)值級(jí)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?jī)r(jià)值。

差異化；QoS模型；權(quán)重；流量調(diào)度

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，流量與收入的剪刀差問(wèn)題越來(lái)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(lái)，電信的移動(dòng)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(chǎng)推廣前期推出了大量包時(shí)長(zhǎng)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(wú)法滿足對(duì)流量需求較大的視頻類業(yè)務(wù)。

通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，不同終端對(duì)流量的占用差異很大，3G無(wú)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(wú)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(duì)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(duì)3G用戶行為進(jìn)行精細(xì)化分析，對(duì)用戶優(yōu)先級(jí)的調(diào)度進(jìn)行了大量測(cè)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(kāi)展用戶QoS模型的流量?jī)?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(duì)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(chǎng)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(yè)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(wú)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(guò)2011年10月本地網(wǎng)的網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)，某地區(qū)6000多個(gè)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(guò)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(guò)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(lái)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(zhǎng)，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(dòng)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(wú)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(jí)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(duì)每個(gè)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(jí)別，并限制數(shù)據(jù)卡用戶在系統(tǒng)忙時(shí)過(guò)多的占用資源，將用戶區(qū)分3類用戶等級(jí)，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(jí)別、用戶級(jí)等級(jí)和配置方案，達(dá)到用戶級(jí)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(gè)用戶的多個(gè)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(qǐng)求機(jī)制。

（2）RAN側(cè)：重點(diǎn)解決多個(gè)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(gè)IP流的IP QoS的資源申請(qǐng)，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(qǐng)流程。

（4）AAA側(cè)：為區(qū)別不同用戶的QoS等級(jí)，存儲(chǔ)每個(gè)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(jí)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(gè)用戶有一個(gè)主連接和零個(gè)或多個(gè)輔連接。用戶級(jí)QoS用以區(qū)分不同用戶的主連接的服務(wù)等級(jí)，每個(gè)用戶等級(jí)對(duì)應(yīng)一套QoS參數(shù)，通過(guò)配置這些參數(shù)可提供如下高級(jí)服務(wù)：前向不同的調(diào)度優(yōu)先級(jí)、反向不同的調(diào)度優(yōu)先級(jí)、反向最高速率的限制、是否忽略用戶過(guò)載控制。用戶級(jí)QoS配置構(gòu)架如圖2所示。

圖2 用戶級(jí)QoS配置構(gòu)架

2.2 用戶等級(jí)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(jí)，那么用戶的等級(jí)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(jí)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(wú)線側(cè)網(wǎng)管上操作開(kāi)啟用戶級(jí)QoS優(yōu)先級(jí)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?jī)?yōu)先級(jí)權(quán)重8級(jí)（0～7）。

（3）在AAA或PDSN側(cè)將需要實(shí)施QoS流量?jī)?yōu)化的用戶設(shè)置優(yōu)先級(jí)權(quán)重3個(gè)級(jí)別（0～2），即VIP、默認(rèn)和一般用戶。

3 測(cè)試驗(yàn)證評(píng)估

為驗(yàn)證用戶級(jí)QoS調(diào)度效果，于2012年3月通過(guò)部分基站對(duì)用戶級(jí)QoS功能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，測(cè)試情況如下。

3.1 用戶級(jí)QoS功能驗(yàn)證

2個(gè)數(shù)據(jù)卡用戶，其中1個(gè)用戶設(shè)置為系統(tǒng)默認(rèn)（權(quán)重因子為1），另外1個(gè)用戶設(shè)置為VIP。通過(guò)修改Flow Weight的值來(lái)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(cè)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(cè)試值，測(cè)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(jí)管理功能有效，在權(quán)限從低到高過(guò)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(jí)用戶下載速率變化

3.2 QoS調(diào)度權(quán)重測(cè)試評(píng)估

6個(gè)數(shù)據(jù)卡用戶，其中3個(gè)用戶設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)（權(quán)重因子為1），另外3個(gè)用戶設(shè)置為VIP用戶。修改Flow Weight的值來(lái)設(shè)置VIP用戶權(quán)重因子，測(cè)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(cè)試表

按照QoS用戶權(quán)重比值分組測(cè)試表中，8種組合分別測(cè)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(cè)試值。測(cè)試評(píng)估指標(biāo)如表2所示。

數(shù)據(jù)分析表明，測(cè)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(jí)權(quán)重是系統(tǒng)默認(rèn)的2倍。

3.3 客戶業(yè)務(wù)感知評(píng)估

對(duì)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(jí)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(jí)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(píng)價(jià)如表3所示。

表2 QoS用戶權(quán)重比值分組測(cè)試結(jié)果

表3 QoS用戶權(quán)重比值分組測(cè)試結(jié)果

根據(jù)以上測(cè)試數(shù)據(jù)，從業(yè)務(wù)速率感知來(lái)講，總體上測(cè)試2組業(yè)務(wù)需求均得到了良好保障，VIP用戶優(yōu)先級(jí)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(dòng)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(gè)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(dòng)終端的無(wú)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(wú)線視頻終端，通過(guò)電信3G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)畫(huà)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(méi)有達(dá)到客戶期望要求，為此采用了用戶級(jí)QoS優(yōu)先級(jí)方式來(lái)提升無(wú)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(jí)調(diào)度實(shí)施策略

與普通EV-DO用戶不同，車載3G無(wú)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(zhǎng)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(jué)效果比較好，一個(gè)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(duì)城管車輛3G無(wú)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(kāi)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(duì)比

DT測(cè)試評(píng)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(cè)試終端中在城區(qū)道路進(jìn)行前后DT路測(cè)，測(cè)試主要采用FTP上傳數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程服務(wù)器，兩個(gè)DT測(cè)試終端測(cè)試結(jié)果分別如表4所示。

表4 兩個(gè)DT測(cè)試終端測(cè)試結(jié)果

實(shí)時(shí)視頻圖像質(zhì)量評(píng)估。通過(guò)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(huà)面視頻實(shí)時(shí)回傳到指揮中心平臺(tái)屏幕上，屏幕上畫(huà)面清晰度和流暢性在終端QoS等級(jí)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