王者榮耀手游卡頓優(yōu)化研究

趙煜 杜永剛

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇分公司

0 引言

王者榮耀是騰訊開發(fā)的一款團(tuán)隊(duì)公平競技手游，以多玩家在線對戰(zhàn)為主，呈現(xiàn)競技性強(qiáng)的特點(diǎn)，整個(gè)游戲?qū)r(shí)延極為敏感。隨著移動(dòng)電競的流行，LTE網(wǎng)絡(luò)下玩家數(shù)量無論是范圍的廣度還是區(qū)域的厚度均大幅增長，游戲時(shí)延增大、卡頓率上升等問題逐漸凸顯，用戶體驗(yàn)變差，游戲類投訴率呈上升趨勢，因此對該游戲模型的研究及卡頓優(yōu)化工作迫在眉睫。

本文對該手游模型、游戲用戶大數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，分析出影響游戲卡頓的因素主要是時(shí)延指標(biāo)，應(yīng)用三維度分析、三段一體化優(yōu)化等手段定位會(huì)影響時(shí)延。通過傳統(tǒng)基礎(chǔ)優(yōu)化結(jié)合6種新的解決方案，王者榮耀卡頓率得到明顯下降，游戲感知得到提升。

1 游戲模型研究

游戲分為登錄、游戲加載、游戲?qū)?zhàn)和社交4個(gè)模塊，通過分析及用戶投訴內(nèi)容發(fā)現(xiàn)卡頓主要集中在游戲?qū)?zhàn)階段。

1.1 游戲?qū)?zhàn)

游戲?qū)?zhàn)中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互的服務(wù)器域名為awx.smoba.qq.com，該域名下包含多個(gè)位于上海的IP地址。

在實(shí)時(shí)對戰(zhàn)的過程中，客戶端與服務(wù)器間主要有兩個(gè)交互連接，一個(gè)為TCP連接，一個(gè)為UDP連接，通過UDP報(bào)文檢測時(shí)延。TCP連接用于心跳檢測，UDP連接用于游戲數(shù)據(jù)交互。

1.2 時(shí)延評估

在游戲?qū)?zhàn)過程中，使用UDP進(jìn)行時(shí)延評估會(huì)比較困難，但是可以通過貫穿游戲始終的TCP心跳檢測包進(jìn)行時(shí)延評估。根據(jù)游戲模型分析心跳檢測TCP每3s一次，長度128byte。

分別在UE側(cè)、eNB側(cè)進(jìn)行用戶面數(shù)據(jù)抓包，根據(jù)TCP時(shí)間戳可以判斷空口往返時(shí)延及網(wǎng)絡(luò)側(cè)往返時(shí)延。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定的情況下，UE側(cè)往返時(shí)延約為70ms，其中網(wǎng)絡(luò)側(cè)時(shí)延37ms，空口時(shí)延33ms，利用抓包計(jì)算時(shí)延，如圖1所示。

圖1 游戲抓包計(jì)算時(shí)延

1.3 時(shí)延感知分析

騰訊會(huì)對每局所有包的往返時(shí)間（Round-Trip Time，RTT）進(jìn) 行 抽 樣，分 別 統(tǒng) 計(jì) 區(qū) 間1 （<100ms）、區(qū) 間2 （100～200ms）、區(qū)間3（200～300ms）、區(qū)間4（300～460ms）、區(qū)間5（>460ms）的5個(gè)區(qū)間的包量，卡頓率計(jì)算公式為：

依據(jù)卡頓率高低，將游戲卡頓定義成5個(gè)卡頓等級，見表1?？D率高于15%計(jì)為嚴(yán)重卡頓局，此時(shí)用戶感知極差，需盡快優(yōu)化。

表1 卡頓等級及分級標(biāo)準(zhǔn)

2 游戲用戶大數(shù)據(jù)研究

2.1 用戶場景分布

王者榮耀用戶場景歸屬以學(xué)校最多，占比15.0%，主要分布在城區(qū)的學(xué)校，工業(yè)區(qū)占比7.9%。

2.2 用戶習(xí)慣分析

王者榮耀用戶日均使用次數(shù)均值為4次，日均使用時(shí)長均值為72.7分鐘，王者榮耀用戶數(shù)與流量呈正相關(guān)性，游戲時(shí)間以中午12:00-13:00及晚上19:00-23:00為高峰期，終端RTT保持在35～45ms上下波動(dòng)，可歸納為游戲時(shí)間性較為規(guī)律。

2.3 用戶畫像分析

王者榮耀用戶年齡分布以18～23歲占比最高，為33.8%；以男性玩家為主，男性占比83%，女性占比17%；套餐用戶以騰訊大王卡最多，占比34.2%，其次為4G冰淇淋國內(nèi)不限量99元，占比3.5%。

2.4 王者榮耀終端畫像

蘋果手機(jī)占比最高，為35.21%，OPPO和VIVO緊隨其后，占比分別為20.23%和18.84%。

3 王者榮耀卡頓優(yōu)化分析

3.1 卡頓優(yōu)化思路

王者榮耀交互數(shù)據(jù)因端到端的網(wǎng)元多，涉及終端、管道和云服務(wù)器等多種復(fù)雜情況，我們通過三維度分析、端到端三段定位開展優(yōu)化，卡頓優(yōu)化分析思路見圖2。

圖2 卡頓優(yōu)化分析思路

3.2 時(shí)延剖析

時(shí)延剖析中，如何對時(shí)延問題進(jìn)行分段并定界成為優(yōu)化的關(guān)鍵。通過T1（通過QCI專用承載）、T21（創(chuàng)新空口優(yōu)化方案）和T22（通過IPPM方法定位傳輸問題）綜合評估游戲時(shí)延T0（騰訊主動(dòng)發(fā)布全國卡頓情況）。游戲時(shí)延計(jì)算公式如下：

時(shí)延通道結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 游戲時(shí)延通道結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 時(shí)延影響因素

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、上行干擾、容量、傳輸路由是影響游戲時(shí)延最大的因素，其他因素如終端RTT時(shí)延、服務(wù)器RTT時(shí)延影響較小。

（1）覆蓋對時(shí)延影響

隨著信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）的惡化，時(shí)延陡增，當(dāng)SINR<-7dB時(shí)、時(shí)延>200ms。

隨著參考信號接收功率(Reference Signal Receiving Power，RSRP)的惡化，時(shí)延陡增，當(dāng)RSRP<-110dBm時(shí)，時(shí)延>200ms。

（2）上行干擾對時(shí)延影響

隨著干擾增加，卡頓概率也隨之增加，上行干擾>-102dBm時(shí)，卡頓嚴(yán)重。

（3）容量對時(shí)延影響

隨著用戶數(shù)增多，卡頓增加，忙時(shí)用戶數(shù)>200時(shí)，卡頓嚴(yán)重。

隨著物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）利用率增大，卡頓增加，下行PRB利用率>80%時(shí)，卡頓嚴(yán)重。

隨著控制信道單元（Control Channel Element，CCE）利用率增大，卡頓增加，CCE利用率>80%時(shí)，卡頓嚴(yán)重。

核心網(wǎng)無線分組業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)（Gateway GPRS Support Node，GGSN）高負(fù)荷對時(shí)延影響大。（4）傳輸路由對時(shí)延影響

漫游用戶：進(jìn)行業(yè)務(wù)中，漫游用戶需要返回歸屬地，路由時(shí)延相對本地用戶要大，一般增加30～70ms。

不同地市的路由差異：不同地市eNB->SGW->服務(wù)器時(shí)延差異較大，eNB->SGW間時(shí)延可通過IPPM檢測傳輸優(yōu)化。

4 王者榮耀卡頓優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)

王者榮耀卡頓優(yōu)化圍繞兩大途徑進(jìn)行，一是使用傳統(tǒng)優(yōu)化手段夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，二是采取新思路新方法進(jìn)行難點(diǎn)攻堅(jiān)。通過兩者結(jié)合，一面發(fā)揮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)手段的優(yōu)勢，另一面進(jìn)行手段優(yōu)化創(chuàng)新，開拓新的感知優(yōu)化方式，最終王者榮耀卡頓率下降顯著，極大提高用戶游戲感知。

4.1 傳統(tǒng)優(yōu)化手段

在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過傳統(tǒng)的優(yōu)化手段，提高空口傳輸時(shí)延。主要采用基礎(chǔ)覆蓋優(yōu)化、質(zhì)差小區(qū)處理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整治、PCI沖突優(yōu)化、負(fù)荷均衡和精準(zhǔn)擴(kuò)容、新站優(yōu)化、干擾處理和重疊覆蓋優(yōu)化等手段。

以南京和蘇州為例，截止到2019年12月底，通過加強(qiáng)深度覆蓋、扇區(qū)擴(kuò)容、干擾排查等優(yōu)化方式，共完成1184個(gè)王者榮耀嚴(yán)重卡頓小區(qū)的優(yōu)化工作。南京王者榮耀卡頓率由0.85%下降至0.48%，蘇州王者榮耀卡頓率由0.82%下降至0.59%，卡頓率改善明顯。

4.2 新的優(yōu)化思路和方法

有些游戲卡頓小區(qū)通過傳統(tǒng)優(yōu)化手段無法解決問題，長期出現(xiàn)在卡頓小區(qū)清單中，對它們的優(yōu)化需要另辟蹊徑。

4.2.1 新優(yōu)化方法1：IPPM檢測識別傳輸質(zhì)差

IPPM檢測功能的核心是定位傳輸問題，開啟IPPM檢測/逐段Ping，定位傳輸故障點(diǎn)。主要包括2個(gè)功能：IPPM檢測和Ping測試。

（1）開啟IPPM檢測：查詢站點(diǎn)所有的IPPM會(huì)話，RTT抖動(dòng)。

（2）使用Ping測試：分段統(tǒng)計(jì)eNB、SGW、SP間時(shí)延及丟包情況。分為3個(gè)動(dòng)作：

① eNB Ping SGW：隔離LTE系統(tǒng)內(nèi)傳輸質(zhì)量；

② SGW Ping Server：隔離骨干網(wǎng)傳輸質(zhì)量；

③ UE Ping Server：通過eNB跟蹤分析eNB到SP間時(shí)延，分析eNB以上傳輸質(zhì)量。

案例：南通王者榮耀Ping時(shí)延過高問題。

通過Ping檢測，發(fā)現(xiàn)南通時(shí)延高于17ms以上的有180個(gè)網(wǎng)元，與傳輸網(wǎng)工程師共同排查原因后發(fā)現(xiàn)，南京至南通有一條路由光纜長度1500km，如表2所示，需傳輸專業(yè)進(jìn)行傳輸路由改造。

表2 南京至南通傳輸路由表

4.2.2 新優(yōu)化方法2：特性參數(shù)優(yōu)化降低時(shí)延

關(guān)閉DRX：終端進(jìn)行游戲交互中，在開啟DRX狀態(tài)的情況下，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包落入休眠期，造成時(shí)延增加。

降低SR周期：SR周期系統(tǒng)是自適應(yīng)配置，可以通過抬升低負(fù)載用戶數(shù)門限，以減少SR發(fā)送周期，縮短上行發(fā)送時(shí)延。

智能預(yù)調(diào)度：當(dāng)UE存在下行MAC SDU調(diào)度時(shí)，eNB主動(dòng)周期發(fā)UL Grant調(diào)度UE，減少上行小包業(yè)務(wù)的時(shí)延。

負(fù)載均衡：通過和鄰區(qū)協(xié)商，負(fù)載很重的小區(qū)向較輕的鄰區(qū)進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，達(dá)到相鄰小區(qū)之間的負(fù)載平衡。

節(jié)能開關(guān)：負(fù)荷門限、RRC連接數(shù)低于設(shè)置門限時(shí)會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)通道、符號關(guān)斷，如果此時(shí)有用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)會(huì)出現(xiàn)通道打開不及時(shí)的情況。

4.2.3 新優(yōu)化方法3：異頻測量與駐留策略優(yōu)化

（1）關(guān)閉異頻GAP測量

經(jīng)多次現(xiàn)場模擬測試復(fù)現(xiàn)游戲卡頓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)終端觸發(fā)異頻GAP測量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致游戲卡頓，GAP測量過程如圖4所示，分析原因如下：

下行：異頻測量期間共有10ms時(shí)間是不調(diào)度的。

上行：GAP測量期間不會(huì)接收數(shù)據(jù)，總共影響18ms。

圖4 GAP測量過程

案例：南京異頻GAP測量優(yōu)化案例。

測試點(diǎn)RSRP在-100dBm左右，修改異頻起測門限為-95dBm容易起GAP，關(guān)閉基于覆蓋的異頻切換開關(guān)。關(guān)閉后效果顯著，平均時(shí)延降低了20ms，最高時(shí)延由120ms降至96ms。

（2）異頻駐留策略優(yōu)化

利用FDD-LTE2100網(wǎng)的信道質(zhì)量優(yōu)、用戶速率高、資源負(fù)荷低等優(yōu)勢，更多地承載用戶，從而降低FDD-LTE1800網(wǎng)的卡頓小區(qū)數(shù)、或者卡頓小區(qū)的卡頓率，兩個(gè)頻段的對比見圖5。

案例：南京異頻駐留策略優(yōu)化案例。

圖5 頻段優(yōu)異點(diǎn)對比

調(diào)整全網(wǎng)異頻駐留策略，用戶空閑態(tài)時(shí)優(yōu)先選擇駐留FDD-LTE2100網(wǎng)小區(qū)，當(dāng)FDD-LTE2100網(wǎng)小區(qū)用戶數(shù)均衡門限調(diào)到240，即盡可能將用戶駐留在FDD-LTE2100網(wǎng)上，通過異頻策略優(yōu)化，王者榮耀卡頓小區(qū)數(shù)明顯減少，效果如圖6所示。

圖6 南京異頻駐留策略優(yōu)化后卡頓小區(qū)數(shù)變化趨勢

4.2.4 新優(yōu)化方法4：QCI差異化調(diào)度保障

QCI3差異化用戶調(diào)度方案，通過UGW進(jìn)行業(yè)務(wù)識別（協(xié)議或IP方式），并在PCRF網(wǎng)元針對識別用戶下發(fā)QCI3承載；eNB針對QCI3的GBR業(yè)務(wù)，做專用承載保障。

經(jīng)過驗(yàn)證，QCI3保障業(yè)務(wù)用戶相對于非保障業(yè)務(wù)用戶平均時(shí)延改善20～60ms（具體時(shí)延增益與保障用戶分布及數(shù)量相關(guān)）。

4.2.5 新優(yōu)化方法5：增大最小保證速率

增大上下行最小保證速率，目前主要業(yè)務(wù)在QCI6上，上下行均默認(rèn)參數(shù)1kbit/s，該參數(shù)設(shè)置得越小，該QCI的業(yè)務(wù)得到保證的速率越小，反之該QCI的業(yè)務(wù)得到保證的速率越大。涉及參數(shù)如表3所示。

表3 最小保障速率參數(shù)修改表

參數(shù)修改后，卡頓率下降明顯，如表4所示。

表4 最小保障速率參數(shù)修改前后卡頓率變化情況

4.2.6 新優(yōu)化方法6：SC(Service Classification)方案

SC方案是在eNB側(cè)通過業(yè)務(wù)的流量模型來進(jìn)行業(yè)務(wù)識別，包括基于SC的業(yè)務(wù)識別和基于SC的加速保障用戶識別兩部分。eNB針對QCI6～QCI9的SC識別保障用戶做專載保障。

SC識別出空口加速用戶，進(jìn)而通過差異化調(diào)度改善時(shí)延，主要功能點(diǎn)如表5所示。

表5 SC優(yōu)化功能點(diǎn)

案例：鎮(zhèn)江高鐵嚴(yán)重卡頓小區(qū)優(yōu)化案例。

分三種場景，試驗(yàn)了SC功能時(shí)延改善效果，結(jié)果如表6所示。對鎮(zhèn)江高鐵小區(qū)按照表6的三種場景分類，在高負(fù)荷場景實(shí)施SC調(diào)度優(yōu)化，在中、低負(fù)荷場景實(shí)施SC資源優(yōu)化和SC誤碼優(yōu)化，優(yōu)化后王者榮耀高鐵小區(qū)嚴(yán)重卡頓小區(qū)數(shù)明顯下降。

表6 分場景SC優(yōu)化功能效果驗(yàn)證

5 結(jié)束語

通過對當(dāng)前熱門手游王者榮耀的感知指標(biāo)卡頓率的游戲模型、用戶大數(shù)據(jù)研究，在全面分析的基礎(chǔ)上形成清晰的指標(biāo)提升思路。對影響時(shí)延的4種因素進(jìn)行了分析，找到了2條提升用戶游戲感知的途徑，克服了交互數(shù)據(jù)端到端的網(wǎng)元多，涉及終端、管道和云服務(wù)器等多種復(fù)雜情況的困難。通過采取IPPM檢測識別傳輸質(zhì)差、優(yōu)化特性參數(shù)降低時(shí)延等6項(xiàng)舉措，有效地優(yōu)化了卡頓情況，降低了卡頓率。