基于3G用戶優先級的流量優化研究

王雪瑩, 王有銀

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

基于3G用戶優先級的流量優化研究

王雪瑩1, 王有銀2

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

在移動互聯網流量規模增長、應用和內容極大豐富、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展的業務需求的同時，提升網絡運營價值，是運營商在移動互聯網時代所亟待解決的難題。本文通過對3G用戶行為精細化分析，實施EV-DO用戶級QoS流量優化，根據用戶價值級別和業務屬性合理調度網絡資源，提升3G用戶感知和流量價值。

差異化；QoS模型；權重；流量調度

隨著移動互聯網時代的來臨，流量與收入的剪刀差問題越來越嚴重，導致網絡建設投入和維護成本不斷提高，網絡效益卻未成正比發展。2011年以來，電信的移動業務加速發展，3G網絡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長不限流量上網卡，加大了網絡負荷和擁塞程度，部分區域的基站帶寬資源受限，網絡出現大量超忙小區。在這些超忙小區下，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務。

通過對網絡的數據進行統計表明，不同終端對流量的占用差異很大，3G無線上網卡每用戶消耗流量是3G手機的54倍，而每MB的收益卻僅為3G手機的1/5～1/6。由于目前EV-DO網絡無差異化用戶資源分配方式導致了大量帶寬資源被低價值用戶占用。同時，在特殊的行業應用中，需要對部分VIP用戶3G流量帶寬進行高質量保障，為客戶提供差異化服務。本文對3G用戶行為進行精細化分析，對用戶優先級的調度進行了大量測試與分析，結合電信EV-DO網絡的實際情況，總結整理出了如何有效的開展用戶QoS模型的流量優化，降低網絡資源占用不均衡性。

1 3G用戶行為規律分析

3G用戶對業務的使用行為直接影響到網絡數據通信流量。用戶的行為主要包含客戶所使用的終端類型、經常使用的業務、使用習慣特征等。不同的用戶行為需求不一樣，所產生網絡流量不一樣。

1.1 終端類型分析

根據用戶使用習慣和市場終端產品分類統計，3G終端主要分為智能手機、普通手機和數據卡三大類。

智能手機：支持多元化的網絡應用程序，以連接類業務為主。

普通手機：使用一些比較低端的操作系統，以網頁流量等基本應用為主。

數據卡：僅作為接入終端，業務以PC應用為主。

在流量占用方面，根據本地網2012年2月數據統計顯示，3G無線上網卡平均每用戶產生的流量是3G智能手機的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網絡業務負荷指標是前向業務信道時隙占用率。通過2011年10月本地網的網管統計，某地區6000多個EV-DO基站中，前向業務信道時隙占用率在0%～20%的基站數占比為35.35%，20%～40%的基站數占比為39.92%，40%～60%的基站數占比為21.00%，60%～80%和基站數占比分別為3.42%，80%以上的基站數占比0.16%。流量資源占用很不均衡。

1.3 時間分布分析

通過2011年10月本地網EV-DO網絡流量統計，EV-DO前反向話務流量忙時集中在晚間，特別是在20：00以后，流量快速上升，最忙時在21：00～22：00。同時周六、周日前反向業務流量高于平時，周日達到流量高峰，高出平均值11%。

1.4 空間分布分析

通過2011年6～12月的本地網網管統計，單基站DO日均流量和單基站DO日均連接次數在城區、郊區、農村三大區域的分布同樣是不均衡的。整體來看，城區、郊區、農村三大區域單基站DO日均流量均有不同程度增長，其中農村區域的DO日均流量和單基站DO日均連接次數增加比較明顯，但城區數單基站DO日均流量是郊區的1.5倍，是農村的2.5倍。

由上可以看出3G移動網絡中用戶行為的多元化、網絡資源配置的不均衡化以及客戶感知保障的無差異化。大量資源被低價值用戶和業務消耗，影響了其他用戶體驗；忙時熱點區域用戶數多，缺乏有序的管控策略。

2 3G用戶級QoS技術原理

電信的EV-DO Rev A網絡中引入了靈活和有效的QoS控制機制，使系統和終端可以基于應用配置不同QoS要求，對每個高層數據流進行資源分配和調度控制，在保證系統穩定性的前提下，可以滿足不同數據流的傳輸要求。為在EV-DO網絡中實施差異化服務，保證高端優質用戶享有更高的調度級別，并限制數據卡用戶在系統忙時過多的占用資源，將用戶區分3類用戶等級，分別為VIP，系統默認和一般用戶，并定義不同的調度級別、用戶級等級和配置方案，達到用戶級流量調度優化目的。

EV-DO Rev A提供端到端的QoS業務，能夠區分不同用戶和單個用戶的多個業務應用的QoS屬性。從AT～AAA，可以歸納出如下QoS實現流程。

（1）空口側：引入了多IP流及多RLP流的思想，定義了相應的QoS請求機制。

（2）RAN側：重點解決多個IP流、RLP流、A8及A10連接情況下彼此間的映射關系。BSC執行業務流IP QoS向接入層QoS的映射。BTS觸發準入控制機制。

（3）PDSN側：為解決每個IP流的IP QoS的資源申請，提出了業務流模板、QoS規格等概念，規定了基于IP流的資源申請流程。

（4）AAA側：為區別不同用戶的QoS等級，存儲每個用戶的QoS規格。

QoS控制機制圖如圖1所示。

2.1 用戶間等級配置

圖1 QoS控制機制結構圖

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。一個用戶有一個主連接和零個或多個輔連接。用戶級QoS用以區分不同用戶的主連接的服務等級，每個用戶等級對應一套QoS參數，通過配置這些參數可提供如下高級服務：前向不同的調度優先級、反向不同的調度優先級、反向最高速率的限制、是否忽略用戶過載控制。用戶級QoS配置構架如圖2所示。

圖2 用戶級QoS配置構架

2.2 用戶等級調度信令流程

要實現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時獲得，其調度信令流程如圖3所示。

圖3 獲取用戶等級信令流程

2.3 配置方法

根據以上原理和模型策略分析，結合現網實際，具體配置方法如下。

（1）在無線側網管上操作開啟用戶級QoS優先級功能。

（2）在全網或部分高流量負荷基站和扇區上設置QoS流量優先級權重8級（0～7）。

（3）在AAA或PDSN側將需要實施QoS流量優化的用戶設置優先級權重3個級別（0～2），即VIP、默認和一般用戶。

3 測試驗證評估

為驗證用戶級QoS調度效果，于2012年3月通過部分基站對用戶級QoS功能進行現場實際測試，測試情況如下。

3.1 用戶級QoS功能驗證

2個數據卡用戶，其中1個用戶設置為系統默認（權重因子為1），另外1個用戶設置為VIP。通過修改Flow Weight的值來設置VIP用戶權重因子，依次為0.25、0.5、2、3、4、5、6、7、8，代表權限從低到高。分別測試上傳和下載，在用戶速率穩定的情況下記時3 min，監控并取平均速率為測試值，測試結果如圖4所示。

從圖4中可以看出，VIP用戶群組優先級管理功能有效，在權限從低到高過程中能合理多占用空口資源，但隨著權限進一步提高，空口資源占用能力趨于穩定。

圖4 不同等級用戶下載速率變化

3.2 QoS調度權重測試評估

6個數據卡用戶，其中3個用戶設置系統默認（權重因子為1），另外3個用戶設置為VIP用戶。修改Flow Weight的值來設置VIP用戶權重因子，測試權重比值設置如表1所示。

表1 QoS用戶權重比值分組測試表

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

數據分析表明，測試2組小區下行吞吐量達到了最大值，VIP用戶優先級權重是系統默認的2倍。

3.3 客戶業務感知評估

對目前3G網絡部分業務質量保障的需求帶寬速率進行統計，文件傳輸、收發電子郵件等業務，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）。視頻流媒體等業務，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）。上述系統默認和VIP用戶感知評價如表3所示。

表2 QoS用戶權重比值分組測試結果

表3 QoS用戶權重比值分組測試結果

根據以上測試數據，從業務速率感知來講，總體上測試2組業務需求均得到了良好保障，VIP用戶優先級權重是系統默認的2倍。

4 應用實例

隨著3G移動業務的飛速發展，視頻處理能力的快速提高，基于EV-DO網絡承載視頻業務的增值產品不斷應用到各個領域，促使監控模式從傳統固定有線視頻監控走向移動終端的無線視頻監控，在實現遠程視頻監控更加集中、高效、實時。在2013年本地網為市城管局的“數字城管項目”提供了網絡解決方案。在清潔作業車輛、執法車輛等安裝3G無線視頻終端，通過電信3G網絡將現場作業畫面實時上傳到監控大廳屏幕，便于監控人員可以進行實時監控、遠程調度。在系統部署完成之后，3G視頻業務的流暢性和清晰度沒有達到客戶期望要求，為此采用了用戶級QoS優先級方式來提升無線網絡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等級調度實施策略

與普通EV-DO用戶不同，車載3G無線視頻監控系統主要占用上行帶寬，實時上傳視頻圖像，長時間高流量的數據傳輸，上傳速率越高影像越清晰，上傳速率在300 kbit/s以上時視頻圖像顯示清晰，視覺效果比較好，一個EV-DO載扇可以同時支持2～3用戶，占用網絡資源比較大。為保障上行穩定傳輸帶寬，對城管車輛3G無線視頻傳輸終端由系統默認設置成VIP用戶，根據以上QoS策略，在AAA或PDSN側進行策略配置，同時在網管上開啟QoS調度功能屬性并設置Flow Weight。

4.2 調整前后效果分析對比

DT測試評估。取出兩輛清掃車3G車載視頻監控終端UIM卡，分別插入到兩張數據卡測試終端中在城區道路進行前后DT路測，測試主要采用FTP上傳數據到遠程服務器，兩個DT測試終端測試結果分別如表4所示。

表4 兩個DT測試終端測試結果

實時視頻圖像質量評估。通過兩輛搭載3G車載視頻監控終端清掃車實施作業，作業畫面視頻實時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等級調整后較調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