基于WLAN智能管道平臺的精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

陳贛等

1 引言

WLAN（Wireless Local Area Networks，無線局域網(wǎng)）智能管道能夠提升傳統(tǒng)WLAN數(shù)據(jù)管道的價值，彌補(bǔ)傳統(tǒng)粗放型管理手段的不足，深度挖掘用戶和網(wǎng)絡(luò)的流量價值，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化優(yōu)化和運(yùn)營。通過協(xié)同網(wǎng)管平臺，WLAN智能管道既可以滿足網(wǎng)絡(luò)可管理的要求，也達(dá)到了用戶可識別、業(yè)務(wù)可區(qū)分、流量可調(diào)控差異化競爭手段，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的最大效能，從而為進(jìn)一步維系和提升用戶滿意度、提供差異化的競爭優(yōu)勢和開拓新的創(chuàng)收模式提供了保障。

本文結(jié)合WLAN智能管道平臺，提出一種基于WLAN智能管道平臺的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段，通過分階段采集數(shù)據(jù)，制定分析流程，從而提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

2 WLAN智能管道平臺介紹

考慮網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和各節(jié)點(diǎn)關(guān)系，智能管道系統(tǒng)需與AC（Access Control，接入控制器）、ACG（Application Control Gateway，應(yīng)用控制網(wǎng)關(guān)）、城域網(wǎng)BRAS（Broadband Remote Access Server，寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器）交互數(shù)據(jù)。所有業(yè)務(wù)流通過匯聚交換機(jī)，應(yīng)用控制網(wǎng)關(guān)以板卡旁掛方式連接匯聚交換機(jī)，并可以基于QinQ（Double VLAN，雙VLAN）信息、基于熱點(diǎn)、基于用戶及網(wǎng)段進(jìn)行引流操作，只有指定流量才會經(jīng)過ACG進(jìn)行流控。引流策略由智能管道平臺根據(jù)監(jiān)控或管理需求進(jìn)行生成和下發(fā)，由ACG執(zhí)行對交換機(jī)策略，該方式能夠很好地避免串接方式導(dǎo)致流量控制設(shè)備成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題以及大業(yè)務(wù)流對智能管道性能沖擊，保證網(wǎng)絡(luò)彈性、可靠性和扁平化。智能管道平臺同時與BRAS連接，實(shí)時采集監(jiān)控用戶上下線情況及IP、賬號、計費(fèi)報文。應(yīng)用控制網(wǎng)管是流量識別的核心設(shè)備，可以采用多板卡方式進(jìn)行負(fù)載均衡。

3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)智能管道與不同平臺接口數(shù)據(jù)流特點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，這2類數(shù)據(jù)區(qū)分處理。靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括AC信息、熱點(diǎn)信息、AP（Access Point，接入點(diǎn)）信息；動態(tài)數(shù)據(jù)包括用戶上線信息、DPI（Deep Packet Inspection，深度數(shù)據(jù)包檢測）信息和HTTP審計信息。具體如圖1所示。

用戶上線分配地址為動態(tài)地址，BRAS接口獲取的信息與ACG獲取信息通過用戶動態(tài)IP地址進(jìn)行匹配，形成用戶賬號與DPI數(shù)據(jù)、HTTP數(shù)據(jù)、QinQ、AP MAC、用戶MAC的關(guān)聯(lián)關(guān)系。進(jìn)一步通過QinQ與熱點(diǎn)的匹配關(guān)系、AP MAC地址的匹配關(guān)系，形成鍵值組合關(guān)系：<用戶賬號，DPI/HTTP信息，熱點(diǎn)，AP信息，用戶MAC地址>。鍵值組合關(guān)系可按分析功能需求進(jìn)行信息組合和取舍，便于Hadoop Map/Reduce實(shí)現(xiàn)。動態(tài)IP地址信息沒有實(shí)際分析用途，映射完成后可丟棄。

4 分析及控制流程

4.1 分析流程

如圖2所示，分5個階段展開分析，分別為準(zhǔn)備階段、確定分析目標(biāo)階段、預(yù)采集階段、后采集階段和效果評估階段。

準(zhǔn)備階段需確定采集時間、采集頻度、策略定制及對比分析所需的關(guān)鍵參數(shù)或指標(biāo)，并依據(jù)參數(shù)或指標(biāo)的來源定制自動化工具實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)收集。

確定分析目標(biāo)的關(guān)鍵任務(wù)是依據(jù)收集的數(shù)據(jù)來篩選熱點(diǎn)，為了能夠體現(xiàn)策略應(yīng)用后的效果，選擇的熱點(diǎn)必須有大量用戶使用的有一定“熱度”的熱點(diǎn)。同時，可由該階段用戶和應(yīng)用分析輸出數(shù)據(jù)有的放矢地制定控制策略，策略定制以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)總體性能為目標(biāo)，以不影響用戶感知為前提。

完成該分析目標(biāo)確定和制定控制策略后，開始評估數(shù)據(jù)采集。評估數(shù)據(jù)采集分為預(yù)采集和后采集這2個階段開展，預(yù)采集的目的是獲取策略調(diào)整前數(shù)據(jù)，后采集的目的是獲取策略下發(fā)后數(shù)據(jù)；在效果評估階段通過對比數(shù)據(jù)來分析前后變化。需注意的是，策略下發(fā)在現(xiàn)網(wǎng)中開展必須保證不影響現(xiàn)網(wǎng)用戶感知。因此，在下發(fā)策略后應(yīng)對熱點(diǎn)下用戶進(jìn)行抽樣回訪，尤其關(guān)注前期分析中高流量、高頻率使用用戶，在犧牲部分高值用戶感知下來提升網(wǎng)絡(luò)性能的方法是不可取的。

4.2 數(shù)據(jù)采集

為確定目標(biāo)熱點(diǎn)，對商務(wù)樓宇、高校、連鎖酒店類型的7個熱點(diǎn)進(jìn)行2周的跟蹤，數(shù)據(jù)來源為用戶話單和智能管道平臺導(dǎo)出數(shù)據(jù)。通過AP吞吐量指標(biāo)情況選定目標(biāo)熱點(diǎn)，并從2個維度指標(biāo)來指導(dǎo)策略制定：一個是不同類型DPI流量維度；另一個是用戶流量和激活時長維度。

在指標(biāo)對比分析中需考慮網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)關(guān)注熱點(diǎn)流量指標(biāo)；用戶指標(biāo)關(guān)注用戶上下行調(diào)制速率指標(biāo)和用戶繁忙率指標(biāo)。目前有以下3種方式來采集調(diào)制速率和信道利用率等關(guān)鍵指標(biāo)：

（1）采用測試人員到現(xiàn)場借助儀表掃描方式來獲取信息，這種方式對人員和儀表要求較高，又不容易遍歷所有AP和終端。

（2）OID節(jié)點(diǎn)采集方式，但通過定時掃描信道方式采集信道利用率對空口資源開銷較大，廠家對該節(jié)點(diǎn)的支持度也參差不齊。

（3）通過AC指令方式獲取信息，這種方式能按具體AP具體信道方式查看信道利用率，并且可以并行采集其他網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)信息，在現(xiàn)場問題排查中也較為常用。

綜上所述，本次采用方式（3），通過定制工具與AC進(jìn)行交互實(shí)現(xiàn)無人值守的獲取相關(guān)指標(biāo)。為便于對比分析，本次預(yù)采集和后采集作業(yè)執(zhí)行1周，從周一采集到周日，采集時間嚴(yán)格一致。

4.3 控制策略

策略控制從2個維度進(jìn)行：DPI業(yè)務(wù)流量分析維度和用戶組成維度。本次通過對用戶話單和智能管道平臺數(shù)據(jù)采集后統(tǒng)計，綜合考慮用戶激活時長、流量及DPI應(yīng)用占比統(tǒng)計結(jié)果，制定策略考慮如下：

（1）排名前9位的流媒體類型速率限制為6Mbps。流媒體采用MPEG或H.264壓縮，以目前流行的高清電影為例，H.264壓縮的720/30fps高清片源，碼流為4～6Mbps，因此可以對流媒體進(jìn)行速率限制，在不影響用戶體驗(yàn)的前提下，優(yōu)化這部分用戶對信道搶占式的占用導(dǎo)致的信道利用率過高帶來的網(wǎng)絡(luò)QoS惡化問題。

（2）統(tǒng)計用戶流量占比和激活時長占比較高用戶，對這部分用戶中流媒體流量占比在70%以上的用戶制定調(diào)高一級優(yōu)先級策略。

根據(jù)統(tǒng)計顯示，高流量和長激活的20%用戶對網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)較大，為了保證這部分用戶體驗(yàn)良好，可調(diào)高這些用戶的DSCP優(yōu)先級，這樣既保證了高值用戶的良好體驗(yàn)，又有足夠資源應(yīng)對其他80%用戶的帶寬需求。

5 效果評估

效果評估可從幾個方面進(jìn)行：一是熱點(diǎn)無線流量總體規(guī)模變化；二是預(yù)采集和后采集階段用戶抽樣回訪對比；三是策略定制前后指標(biāo)對比。

根據(jù)熱點(diǎn)無線流量分析顯示，調(diào)整后無線流量總體有所提升，日均無線流量從140GB提升到了156GB，從周一到周日呈上升趨勢。

調(diào)制速率和信道利用率共采集13 000條記錄，剔除其中的無效記錄，主要是AP無用戶時，該AP瞬時客戶端調(diào)制速率無法獲得，2次采集的有效記錄數(shù)據(jù)均約為7 000條。通過前后對比可以看出，AP側(cè)（Tx調(diào)制速率）和用戶側(cè)（Rx調(diào)制速率）平均值均有所提升。網(wǎng)絡(luò)總計流量增加的情況下，調(diào)制速率反而提高了，進(jìn)一步驗(yàn)證了優(yōu)化效用，具體如圖3所示。

上文分析了流媒體的限制可以防止高值用戶的搶占式信道占用導(dǎo)致的信道過度繁忙問題，一般在信道繁忙率達(dá)到60%以上時，用戶感知會明顯下降。本次統(tǒng)計綜合信道繁忙率大于60%的比例，調(diào)整前為12.7%，策略下發(fā)調(diào)整后為11.6%，降低了1.1%。熱點(diǎn)平均Rx/Tx信道利用率均有所下降，具體如圖4所示。

對全局性應(yīng)用策略最有可能受影響的用戶進(jìn)行抽樣回訪，從預(yù)采集和后采集中流量都在前50的用戶中隨機(jī)抽取15名用戶，其中5名用戶附加DSCP優(yōu)先級調(diào)整策略，從抽樣受訪用戶反饋對比來看，用戶體驗(yàn)沒有下降，抽樣方法及問答樣本本文不再詳述。

綜上所述，策略調(diào)整后，網(wǎng)絡(luò)總體流量提升明顯，并且從調(diào)整后1周來看呈現(xiàn)上升趨勢；在總體無線流量提升的情況下，用戶側(cè)和AP側(cè)的調(diào)制速率沒有下降，反有小幅上升；智能管道策略調(diào)整可在一定程度上降低高值用戶搶占式占用對信道繁忙率的影響，一方面高繁忙率設(shè)備采樣點(diǎn)占比降低，另一方面所有采樣點(diǎn)的平均繁忙率有所下降。在用戶體驗(yàn)沒有受損的前提下，網(wǎng)絡(luò)流量規(guī)模得到提升，頻率容量和網(wǎng)絡(luò)的支撐能力也有所提升。

6 結(jié)論

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的規(guī)模發(fā)展和多元化趨勢對WLAN的用戶體驗(yàn)提出了新的挑戰(zhàn)，如何在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不斷增加的背景下保持甚至提升用戶體驗(yàn)，是今后WLAN網(wǎng)絡(luò)能否良性發(fā)展的保證。

WLAN智能管道為WLAN網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)化運(yùn)營和優(yōu)化提供了手段，本文基于WLAN智能管道在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用提出了一種創(chuàng)新探索，從應(yīng)用效果看，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化預(yù)分析，指定合理的控制策略，在用戶流量規(guī)模增長的情況下，AP和客戶端平均調(diào)制速率有所提高，信道繁忙率有所下降，這表明在不影響用戶體驗(yàn)的前提下，智能管道策略既降低了無線信道利用率，又改善了無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

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