不同網(wǎng)絡(luò)制式下QQ業(yè)務(wù)性能分析及優(yōu)化方案

蘇健，王小奇，黃宇紅

（中國移動通信研究院，北京 100053）

1 QQ業(yè)務(wù)特征分析

1.1 特征概述

在中國，手機(jī)QQ的業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，根據(jù)QQ官方統(tǒng)計，目前手機(jī)QQ注冊用戶已達(dá)2億，其中活躍用戶1億，同時在線用戶數(shù)高達(dá)2000萬，QQ業(yè)務(wù)巨大的應(yīng)用需求對移動通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了極大的沖擊。

表1對于通常情況下QQ業(yè)務(wù)的部分參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計。

可以總結(jié)出QQ業(yè)務(wù)具備小數(shù)據(jù)分組和不連續(xù)傳輸兩項基本特征，以下對這兩個特征進(jìn)行分析。

1.2 小數(shù)據(jù)分組傳輸

雖然目前QQ客戶端可以提供的應(yīng)用類型非常多樣，包括語音、視頻聊天，圖片、文件傳輸?shù)龋瞧渲饕獞?yīng)用還是文字類信息的傳送（即普通聊天），尤其是在手機(jī)終端上。在聊天過程中，每次傳輸可能只是幾十個字節(jié)，數(shù)據(jù)分組非常小。在無線資源靜態(tài)分配的情況下，一般分配帶寬遠(yuǎn)大于傳輸小數(shù)據(jù)分組的需求，這將造成網(wǎng)絡(luò)資源利用不充分，傳輸效率低，甚至為建立傳輸所需的信令內(nèi)容大于實際傳輸?shù)男畔?nèi)容。

1.3 不連續(xù)傳輸

用戶在使用QQ業(yè)務(wù)時，傳輸?shù)男畔⒅饕獊碓从?個方面。

表1 QQ業(yè)務(wù)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

（1）心跳消息：周期性發(fā)送，主要用于保持用戶在服務(wù)器上的在線狀態(tài)；

（2）好友狀態(tài)更新通知：當(dāng)好友狀態(tài)發(fā)生改變時發(fā)送；

（3）應(yīng)用層數(shù)據(jù)：即用戶的聊天信息、文件傳輸?shù)取?/p>

圖1 QQ業(yè)務(wù)傳輸各類信息示意圖

根據(jù)圖1可以看出，3類信息在總體上呈現(xiàn)出不連續(xù)發(fā)送的特征?；谔岣邿o線網(wǎng)絡(luò)資源利用率的考慮，當(dāng)一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，用于傳輸?shù)某休d將被釋放掉，而這個延遲的時間非常短暫（以GSM網(wǎng)絡(luò)為例，只有1s），遠(yuǎn)小于相鄰兩次信息發(fā)送的間隔。當(dāng)下一條信息發(fā)送時，又需要重新建立承載。因此，QQ業(yè)務(wù)將產(chǎn)生大量的承載建立和釋放流程，消耗網(wǎng)絡(luò)控制信令資源，根據(jù)統(tǒng)計，一個QQ用戶所產(chǎn)生的指派信令流量是下載、網(wǎng)頁瀏覽用戶的5～10倍。

根據(jù)以上分析，QQ業(yè)務(wù)由于其特有的特征，對于移動通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了較大的沖擊。經(jīng)過中國移動與騰迅公司的協(xié)商，在兼顧雙方利益的前提下，對手機(jī)QQ軟件進(jìn)行了修改。取消了心跳分組，并將好友狀態(tài)更新通知固定為每3min發(fā)送一次，在一定程度上降低了網(wǎng)絡(luò)承載建立和釋放的頻率。騰迅公司在2009年9月及后續(xù)發(fā)布的手機(jī)QQ軟件版本已經(jīng)支持以上修改。但是，QQ業(yè)務(wù)固有的小數(shù)據(jù)分組、應(yīng)用層數(shù)據(jù)不連續(xù)發(fā)送特征無法通過修改軟件而改變。

2 不同制式網(wǎng)絡(luò)下QQ業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)性能的影響

2.1 信令面

由于QQ業(yè)務(wù)具有不連續(xù)傳輸?shù)奶攸c，需要不斷的建立和釋放承載，消耗了大量的控制信令資源。但是，由于不同網(wǎng)絡(luò)的能力不同，抵御QQ業(yè)務(wù)信令沖擊的效果也有所不同。

在GSM網(wǎng)絡(luò)中，接入網(wǎng)不能支持無線承載永遠(yuǎn)在線，并且網(wǎng)絡(luò)支持的同時在線用戶數(shù)有限，單載波情況下只有32個，因此不能為QQ業(yè)務(wù)建立永遠(yuǎn)在線的承載，只能采用不斷釋放和重建承載的方式。在承載建立的過程中，基站需要向終端發(fā)送立即指派消息，在GSM系統(tǒng)中，立即指派消息和尋呼消息是共享控制信道資源的，并且立即指派消息具有更高的優(yōu)先級。因此，大量QQ業(yè)務(wù)所引入的立即指派信令搶占了尋呼消息的資源，使得尋呼擁塞，對話音業(yè)務(wù)的沖擊尤為嚴(yán)重。在部分省的商業(yè)區(qū)域，GSM系統(tǒng)話音業(yè)務(wù)尋呼成功率長期低于90%，嚴(yán)重影響了用戶感知。

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會優(yōu)先承載在HSDPA上。HSDPA用戶數(shù)受限于伴隨信道數(shù)量，典型配置下HSDPA單載波最多只可以支持24個數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶同時在線。但是在3G系統(tǒng)中，3GPP為終端定義了CELL_FACH狀態(tài)，處于該狀態(tài)的終端，可以通過FACH信道和RACH信道與基站進(jìn)行小數(shù)據(jù)量的傳輸并且不需要維持同步。由于FACH信道和RACH信道為多用戶復(fù)用的信道，因此通過FACH信道和RACH信道承載的CELL_FACH狀態(tài)用戶數(shù)理論上僅受限于系統(tǒng)的處理能力和多個用戶總的數(shù)據(jù)吞吐量，非常適合小數(shù)據(jù)量且非連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載。因此可以根據(jù)QQ業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)發(fā)送間隔等特征，配置終端狀態(tài)轉(zhuǎn)換參數(shù)，使QQ業(yè)務(wù)終端保持在CELL_FACH狀態(tài)，降低由于狀態(tài)轉(zhuǎn)移或承載重建引入的信令開銷。即時在終端對CELL_FACH狀態(tài)不支持的情況下，由于TD-SCDMA系統(tǒng)可以支持同時接入的用戶數(shù)量高達(dá)幾百個，也可以滿足QQ用戶重建承載的需求。

在TD-LTE系統(tǒng)中，同時支持的在線用戶數(shù)理論上可以達(dá)到約6萬個，實際受限于硬件能力，大約為1200個?？紤]到TD-LTE系統(tǒng)強(qiáng)大的容量能力，并支持無線承載永遠(yuǎn)在線，因此完全可以為QQ業(yè)務(wù)建立永遠(yuǎn)在線的承載，避免承載反復(fù)建立和釋放的流程，節(jié)約系統(tǒng)信令開銷。即使需要釋放和建立承載，由于控制信令映射到物理層共享信道資源上，資源豐富，也不影響尋呼消息。

2.2 用戶面

在GSM系統(tǒng)中，采用固定資源分配的方式，一個用戶占用的信道數(shù)量固定，目前網(wǎng)絡(luò)中多基于終端能力進(jìn)行分配，采用4（下行）+1（上行）的配置，不區(qū)分業(yè)務(wù)類型。但是，從QQ業(yè)務(wù)實際需求分析，1+1的配置已經(jīng)能夠滿足需求。

由表2中也可以看出，GSM系統(tǒng)中，QQ業(yè)務(wù)的信道利用率遠(yuǎn)低于其它業(yè)務(wù)類型。

表2 GSM系統(tǒng)典型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道利用率

TD-SCDMA（R4）系統(tǒng)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用專用信道承載方式，承載建立初期分配最少數(shù)量的專用信道，速率為8kbit/s，后續(xù)可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求向上調(diào)整。但是，考慮到QQ實際的業(yè)務(wù)需求可能只有2～3kbit/s左右，仍然可能造成浪費。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，如果令QQ用戶保持在CELL_FACH狀態(tài)，用戶共享FACH/PACH信道，則不存在資源浪費的問題。

對于TD-SCDMA（HSDPA）系統(tǒng)和TD-LTE系統(tǒng)，由于采用動態(tài)資源分配的方式，根據(jù)用戶的實時流量需求分配資源，因此QQ業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面的影響較小。

綜上所述，由于GSM網(wǎng)絡(luò)的容量和資源分配方式受限，QQ業(yè)務(wù)對其產(chǎn)生的沖擊最為嚴(yán)重，已經(jīng)造成了信令擁塞和業(yè)務(wù)信道傳輸效率低下的問題，嚴(yán)重影響到用戶感受和網(wǎng)絡(luò)利用率。根據(jù)中國移動部分省公司GSM現(xiàn)網(wǎng)的統(tǒng)計，QQ業(yè)務(wù)占據(jù)了超過3/4的信道資源，對于WAP網(wǎng)關(guān)、防火墻等資源的占用也超過了整體的一半以上，但是由于其實際流量小，產(chǎn)生的收益非常有限。

對于TD-SCDMA和TD-LTE系統(tǒng)，雖然QQ業(yè)務(wù)還不足以嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能，但也可以通過一定的優(yōu)化方式，使其更合理的使用網(wǎng)絡(luò)資源。

3 不同制式網(wǎng)絡(luò)下QQ優(yōu)化方案

不同制式的接入網(wǎng)絡(luò)，由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、承載建立方式、空口資源調(diào)度方式等方面的不同，QQ業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)性能的影響方式和程度有所不同，針對性優(yōu)化的方式也有所不同。

3.1 2G（GSM）

QQ業(yè)務(wù)可能造成GSM網(wǎng)絡(luò)的信令擁塞，并嚴(yán)重降低數(shù)據(jù)信道資源的利用率；因此，GSM網(wǎng)絡(luò)針對QQ業(yè)務(wù)的優(yōu)化主要著眼于降低對網(wǎng)絡(luò)的沖擊。

（1） 信令面優(yōu)化：可以采用的手段包括開啟多CCCH信道，提供更充分的尋呼信令資源供話音業(yè)務(wù)使用；開啟話音尋呼優(yōu)先功能，或者直接降低QQ業(yè)務(wù)立即指派消息優(yōu)先級，使其低于話音業(yè)務(wù)尋呼消息優(yōu)先級，保證話音業(yè)務(wù)的尋呼消息能夠及時發(fā)出；

（2） 調(diào)整用戶復(fù)用度：由于QQ業(yè)務(wù)的流量較小，因此可以提高其所在數(shù)據(jù)信道的用戶復(fù)用度，使得更多用戶可以分享該數(shù)據(jù)信道資源，QQ用戶占用資源進(jìn)一步降低；

（3） 調(diào)整數(shù)據(jù)信道分配數(shù)量：根據(jù)QQ業(yè)務(wù)的實際需求，為其在上下行各分配一個數(shù)據(jù)信道，而不是基于終端能力分配更多的信道；

（4） 調(diào)整調(diào)度時長：為QQ業(yè)務(wù)配置更低的調(diào)度優(yōu)先級，降低其被調(diào)度的頻率，保證其它業(yè)務(wù)優(yōu)先使用資源，同時降低QQ實際占用的資源。

3.2 3G（TD-SCDMA）

由于QQ業(yè)務(wù)不會對TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生明顯沖擊，因此TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)應(yīng)充分發(fā)揮其作為3G制式的數(shù)據(jù)承載優(yōu)勢，根據(jù)實際情況合理調(diào)整QQ等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)承載方式，提高無線資源的利用效率。

（1） CELL_FACH狀態(tài)承載：網(wǎng)絡(luò)側(cè)開啟CELL_FACH狀態(tài)，根據(jù)QQ業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)發(fā)送周期等特征，配置終端狀態(tài)轉(zhuǎn)換參數(shù)，引導(dǎo)QQ業(yè)務(wù)盡可能承載在Cell_FACH狀態(tài)上，并合理配置適當(dāng)數(shù)量的S-CCPCH信道和PRACH信道，提升對FACH信道和RACH信道的承載能力；

（2） 用R4方式承載：對于CELL_FACH能力支持情況不好的終端，可以考慮用R4承載方式承載QQ類業(yè)務(wù)，不同于其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會優(yōu)先采用HSDPA承載方式。并且，保持上下行均采用較低的速率，如8kbit/s，以減少對R4專用碼道資源的占用；

（3） 引入增強(qiáng)型 CELL_FACH 狀態(tài)：在引入HSPA+中的增強(qiáng)型CELL_FACH狀態(tài)后，F(xiàn)ACH信道和RACH信道由共享信道承載，極大的提升了UE在CELL_FACH狀態(tài)下的數(shù)據(jù)承載能力，可以承載更多的QQ業(yè)務(wù)。

3.3 B3G（TD-LTE）

由于QQ業(yè)務(wù)不會對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生明顯的沖擊，因此TD-LTE網(wǎng)絡(luò)針對QQ的優(yōu)化主要考慮使其更合理的使用網(wǎng)絡(luò)資源，同時獲得更優(yōu)的性能。主要考慮以下幾個方面。

（1） 無線承載永遠(yuǎn)在線： TD-LTE系統(tǒng)可以支持的同時在線用戶數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足應(yīng)用需求，并支持無線承載永遠(yuǎn)在線，因此可以為QQ業(yè)務(wù)建立永遠(yuǎn)在線的無線承載；同時TD-LTE系統(tǒng)采用動態(tài)資源調(diào)度方式，根據(jù)QQ業(yè)務(wù)的實際需求分配資源，不會造成系統(tǒng)資源的浪費；

（2） 采用更短的DRX降低時延：在TD-LTE系統(tǒng)中，為節(jié)約終端耗電采用DRX技術(shù)，當(dāng)終端沒有數(shù)據(jù)傳輸時，使其暫時休眠并定時醒來監(jiān)聽尋呼消息；針對QQ業(yè)務(wù)特性，可以為其設(shè)置更短的DRX，保證用戶能及時收到消息；

（3） 采用分散式的資源分配方式：TD-LTE系統(tǒng)是寬帶系統(tǒng)，整個帶寬被分為若干個相互正交的子載波；由于QQ業(yè)務(wù)多為小分組發(fā)送，數(shù)據(jù)量小，如果采用連續(xù)式的資源分配，數(shù)據(jù)只占用有限幾個相鄰的子載波；如果這幾個子載波恰好處于深衰落，則整個數(shù)據(jù)分組都將受到嚴(yán)重影響，甚至無法解碼；如果采用分散式的資源分配方式，數(shù)據(jù)被散布在整個帶寬上，全部受到深衰落影響的概率將極大降低。