基于TCP的微波回程鏈路自適應(yīng)優(yōu)化技術(shù)研究

廖俊鋒+朱曉光+周文端

由于微波的方便部署和低成本，使得越來(lái)越多的移動(dòng)回程網(wǎng)通過微波傳輸實(shí)現(xiàn)。為了提高微波回程鏈路的傳輸性能，通過對(duì)誤碼率的性能統(tǒng)計(jì)，提出了相關(guān)TCP優(yōu)化參數(shù)、自適應(yīng)優(yōu)化架構(gòu)和處理方法，從而改善微波傳輸?shù)母哒`碼特性，提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

微波 回程鏈路 TCP 自適應(yīng)優(yōu)化

Research on Adaptive Optimization Technology of Microwave Backhaul Link

Based on TCP

LIAO Jun-feng， ZHU Xiao-guang， ZHOU Wen-duan

（Zhongxing Telecommunication Equipment Corporation， Shenzhen 518057， China）

Because of the convenient deployment and low cost of microwave， more and more mobile backhaul networks are achieved by microwave transmission. In order to enhance the transmission performance of microwave backhaul link， the TCP optimization parameters， adaptive optimization framework and processing method are proposed through the performance statistics on the bit error rate， which improves the high bit error performance of microwave transmission and enhances the stability of mobile network system.

microwave backhaul link TCP adaptive optimization

1 概述

近年來(lái)，移動(dòng)通信服務(wù)飛速發(fā)展并在世界范圍得到廣泛普及。以國(guó)內(nèi)為例，截止到2013年6月底，移動(dòng)通信用戶數(shù)達(dá)11.8億。移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)也從基于電路域的2G技術(shù)到基于電路域和分組域的3G技術(shù)，再到當(dāng)前完全基于分組域的移動(dòng)寬帶LTE技術(shù)，以滿足移動(dòng)用戶對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)，尤其是對(duì)當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的迫切需求，因此移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商分別部署了從2G到3G再到LTE的網(wǎng)絡(luò)，基站數(shù)量猛增。以中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA基站數(shù)量為例，經(jīng)歷五期建設(shè)后已達(dá)到29萬(wàn)個(gè)，預(yù)計(jì)2014年將達(dá)到40萬(wàn)個(gè)，但這僅僅是其2G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的60%的區(qū)域。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)部署如圖1所示。由分布多個(gè)不同覆蓋區(qū)域的基站通過回程網(wǎng)連接到匯聚網(wǎng)元，如2G系統(tǒng)中，多個(gè)BTS（Base Transceiver Station，基站收發(fā)臺(tái)）通過回程網(wǎng)匯聚到BSC（Base Station Controller，基站控制器），BSC再與核心網(wǎng)通訊；3G系統(tǒng)中，多個(gè)Node B通過回程網(wǎng)匯聚到RNC（Radio Network Controller，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器），RNC再與核心網(wǎng)通訊；LTE系統(tǒng)中，多個(gè)eNodeB通過回程網(wǎng)匯聚到核心網(wǎng)?；爻叹W(wǎng)可以通過有線作為傳輸鏈路傳送通訊數(shù)據(jù)（如光纖或電纜），也可以通過無(wú)線作為傳輸鏈路傳送通訊數(shù)據(jù)（如微波），或者一部分無(wú)線和一部分有線混合方式作為傳輸鏈路。

圖1 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)部署

針對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商選擇微波方式作為回程網(wǎng)傳輸鏈路，一方面受網(wǎng)絡(luò)部署的客觀地理因素影響，如海島、河流或山川等地區(qū)，架設(shè)電纜和光纜比較困難；另一方面受網(wǎng)絡(luò)部署的主觀成本因素影響，移動(dòng)基站站址選擇后，架設(shè)光纜成本高于微波，如農(nóng)村和城市郊區(qū)等。然而，微波傳輸系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)，微波傳輸屬于無(wú)線傳輸，有無(wú)線傳輸?shù)囊恍┤觞c(diǎn)，如微波不能被阻擋、易受干擾、衰落和反射等因素的影響導(dǎo)致高誤碼率等，其信號(hào)質(zhì)量不如電纜和光纜傳輸那樣穩(wěn)定易受控制，在極端天氣情況下微波傳輸?shù)恼`幀率（FER）超過5%，遠(yuǎn)大于有線網(wǎng)絡(luò)的0.1%誤幀率。因此，相比有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，微波構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)有其特有的鏈路特性。

基于微波傳輸?shù)幕爻叹W(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)類似，可以采用傳統(tǒng)的TCP算法。本文針對(duì)微波回程鏈路傳輸高誤碼率特性，提出基于TCP的自適應(yīng)優(yōu)化技術(shù)以滿足微波回程傳輸環(huán)境，并根據(jù)誤碼率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化參數(shù)。

2 微波回程鏈路的TCP優(yōu)化參數(shù)

TCP即傳輸層協(xié)議，對(duì)應(yīng)OSI中的傳輸控制層。與UDP不同，它提供的是一種面向連接的、可靠的字節(jié)流服務(wù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。TCP層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸是通過復(fù)雜嚴(yán)密的算法來(lái)保證的，如采用滑動(dòng)窗口、超時(shí)重傳、擁塞控制等機(jī)制，并通過對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)窗口、慢啟動(dòng)算法與擁塞控制、快速重傳與快速恢復(fù)、RTO（Retransmission Time Out，重傳超時(shí)時(shí)間）等算法來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大化。根據(jù)OSI分層原則，TCP層須對(duì)等通信，盡管TCP協(xié)議層并不需要了解底層的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，但要通過底層的IP層、物理層等協(xié)議層來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此TCP的性能不可避免地受到底層鏈路特性的影響。

微波回程鏈路的高誤碼率對(duì)TCP性能的影響有：高誤碼率導(dǎo)致的丟幀會(huì)使TCP層認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞而啟動(dòng)嚴(yán)厲的慢啟動(dòng)算法來(lái)降低吞吐量，從而無(wú)法利用微波提供的傳輸帶寬；快速啟動(dòng)和快速重傳算法是假設(shè)收到連續(xù)3個(gè)重復(fù)ACK后，判斷存在丟包，這個(gè)假設(shè)很符合微波傳輸高誤碼率場(chǎng)景，因此這兩種算法可以應(yīng)用在基于微波傳輸?shù)幕爻叹W(wǎng)；持續(xù)的較高的誤碼率將導(dǎo)致TCP頻繁拆建，而每次TCP拆建都會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用報(bào)文被丟棄，并要求應(yīng)用重新發(fā)送應(yīng)用報(bào)文，因此高誤碼率情況下需要盡量避免TCP的頻繁拆建。endprint

高誤碼率的微波回程鏈路對(duì)TCP參數(shù)影響較大，因此需要優(yōu)化TCP參數(shù)。表1羅列了高誤碼率微波回程鏈路的TCP參數(shù)優(yōu)化。

3 基于TCP的微波回程鏈路的自適應(yīng)優(yōu)化

微波回程鏈路的TCP參數(shù)優(yōu)化主要依據(jù)的性能數(shù)據(jù)是微波傳輸鏈路的誤碼率，而自適應(yīng)優(yōu)化是在無(wú)人為干預(yù)的情況下，根據(jù)誤碼率的變化自動(dòng)優(yōu)化TCP參數(shù)，提高微波回程鏈路的傳輸性能。

基于TCP的微波回程鏈路的自適應(yīng)優(yōu)化架構(gòu)如圖2所示。為了降低基站的性能統(tǒng)計(jì)參數(shù)處理負(fù)荷（如果基站負(fù)荷可以承擔(dān)，也可以把自適應(yīng)算法分布部署到基站上控制，圖2中以部署在操作維護(hù)中心O&M上進(jìn)行自適應(yīng)），基站將性能參數(shù)上報(bào)到O&M，O&M根據(jù)優(yōu)化策略（算法）對(duì)每個(gè)基站的誤碼率統(tǒng)計(jì)并集中實(shí)施TCP參數(shù)優(yōu)化控制，每個(gè)基站對(duì)TCP參數(shù)進(jìn)行功能控制。由于每個(gè)基站的微波回程傳輸環(huán)境不同，因此每個(gè)基站的微波傳輸?shù)腡CP參數(shù)也不同。即使同一個(gè)基站，在不同時(shí)間段其微波回程傳輸環(huán)境也不同，所以需要O&M根據(jù)誤碼率定期優(yōu)化TCP參數(shù)。

微波回程鏈路的TCP參數(shù)自優(yōu)化處理過程如圖3所示。基站統(tǒng)計(jì)微波鏈路的誤碼率并通過南向接口上報(bào)到O&M的性能管理，由性能管理根據(jù)優(yōu)化策略算法對(duì)TCP參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并同步到O&M的配置管理數(shù)據(jù)庫(kù)，由配置管理將TCP優(yōu)化參數(shù)同步到對(duì)應(yīng)基站，形成一個(gè)TCP參數(shù)的閉環(huán)優(yōu)化處理過程。

圖3 微波回程鏈路的TCP參數(shù)自優(yōu)化處理

4 系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

4.1 實(shí)驗(yàn)室模擬的對(duì)比驗(yàn)證

針對(duì)上述自優(yōu)化方法，在實(shí)驗(yàn)室中采用CDMA基站系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具體驗(yàn)證方案和對(duì)比數(shù)據(jù)包括：回程傳輸鏈路采用E1鏈路，誤碼情況通過各種粒度以及包長(zhǎng)進(jìn)行模擬，如粒度從0.000 1s到2.5s，應(yīng)用包長(zhǎng)從100Byte到2 000Byte。結(jié)果好壞對(duì)比是根據(jù)數(shù)據(jù)同步成功率來(lái)判斷。

為了簡(jiǎn)化說(shuō)明各誤碼情況，只取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明，具體如表2所示：

表2 TCP參數(shù)優(yōu)化前后對(duì)比序

號(hào) 誤碼

場(chǎng)景 優(yōu)化前 優(yōu)化后

誤

碼

率 數(shù)據(jù)同步成功率/% 誤幀率/% 數(shù)據(jù)同步成功率/% TCP優(yōu)化確定的主要參數(shù)情況

最小cwnd/Byte MTU/Byte RTO是否指數(shù)退避 TCP斷鏈的重傳次數(shù)

1 10-2 0 100 95 1 200 50 否 20

2 10-3 0 8 100 1 200 50 否 20

3 10-4 5 2 100 1 200 50 否 20

4 10-6 10 0.1 100 536

（缺省最小值） 1 500 是 3

（1）誤碼率10-2：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.000 1s插入2bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-2的誤碼（2/0.000 1/（2*106）=10-2）。

（2）誤碼率10-3：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.025s插入50bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-3的誤碼（50/0.025/（2*106）=10-3）。

（3）誤碼率10-4：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.25s插入50bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-4的誤碼（50/0.25/（2*106）=10-4）。

（4）誤碼率10-6：對(duì)于一條2M的E1，如通過每2.5s插入5bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-6的誤碼（5/2.5/（2*106）=10-6）。

（5）數(shù)據(jù)同步成功率是指連續(xù)操作20次，如果成功10次，則是50%的成功率。

（6）誤幀率=（1-鏈路層統(tǒng)計(jì)的接收HDLC好幀/鏈路層統(tǒng)計(jì)的接收的所有幀）*100%。

（7）測(cè)試時(shí)的優(yōu)化策略主要如下：

◆根據(jù)誤碼率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整MTU（測(cè)試中是基站上報(bào)原始數(shù)據(jù)，O&M根據(jù)策略來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整）。通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，選擇的一個(gè)簡(jiǎn)單策略為：誤幀率>5%時(shí)，MTU為50；誤幀率<1%時(shí)，MTU為1 500。

◆RTO是否指數(shù)退避通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整：誤幀率>5%時(shí)，RTO一直不退避；誤幀率<1%時(shí)，RTO指數(shù)退避。

◆TCP斷鏈的重傳次數(shù)通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整：誤幀率>5%時(shí)，TCP斷鏈的重傳次數(shù)為20；誤幀率<1%時(shí)，TCP斷鏈的重傳次數(shù)為3。

4.2 系統(tǒng)測(cè)試和外場(chǎng)商用環(huán)境驗(yàn)證

TCP參數(shù)優(yōu)化前后的實(shí)驗(yàn)室鏈路系統(tǒng)測(cè)試對(duì)比如表3和圖4所示。其中，TCP參數(shù)優(yōu)化前，回程網(wǎng)單向誤幀率大于5%時(shí)，基站與匯聚網(wǎng)元之間的傳輸鏈路異常告警，基站失控，當(dāng)回程網(wǎng)單向誤幀率大于10%時(shí)，進(jìn)一步TCP不能建立，當(dāng)鏈路處于10-4誤碼時(shí)，O&M向基站同步數(shù)據(jù)失敗；TCP參數(shù)優(yōu)化后，雙向環(huán)回誤幀率小于60%（單向誤幀率<40%）時(shí)，基站與匯聚網(wǎng)元之間的鏈路狀態(tài)無(wú)異常告警。

在某實(shí)際商用網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證結(jié)果是：TCP參數(shù)優(yōu)化前，當(dāng)遇到打雷下雨天氣時(shí)，O&M中的告警管理多次統(tǒng)計(jì)到微波傳輸鏈路通訊異常告警信息，運(yùn)營(yíng)商也收到多起用戶打不通電話投訴；TCP參數(shù)優(yōu)化后，相同環(huán)境下的3個(gè)月內(nèi)，O&M的告警管理沒有統(tǒng)計(jì)到微波傳輸鏈路通訊異常告警信息，也未收到用戶投訴。

5 結(jié)論

微波作為移動(dòng)通信的回程傳輸鏈路，有其部署便利和低成本的優(yōu)勢(shì)，但高誤碼率傳輸影響移動(dòng)通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過性能統(tǒng)計(jì)誤碼率，自適應(yīng)優(yōu)化TCP相關(guān)參數(shù)，可提高微波的傳輸性能，改善微波作為回程網(wǎng)的高誤碼率特性，對(duì)提升移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] W Richard Stevens. TCP/IP詳解（卷1：協(xié)議）[M]. 范建華，等譯. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2000.

[2] Allman M， Stevens W. TCP Congestion Control[S]. IETF RFC 2581， 1999.

[3] Mathis M， Mahdavi J. TCP Selective Acknowledgment Options[S]. IETF RFC 2018， 1996.

[4] 謝大雄，朱曉光，江華. 移動(dòng)寬帶技術(shù)——LTE[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[5] Ishac J， Allman M. On the Performance of TCP Spoofing in Satellite Networks[J]. Proceedings of IEEE MILCOM'01， 2001： 700-704.

[6] Xylomenos G， Polyzos GC， Mahonen P， et al. TCP Performance Issues over Wireless Links[J]. IEEE Communications Magazine 2001， 2001，39（4）： 52-58.

[7] 陳康. TCP協(xié)議在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用優(yōu)化[J]. 煤炭技術(shù)， 2011（7）： 149-151.endprint

高誤碼率的微波回程鏈路對(duì)TCP參數(shù)影響較大，因此需要優(yōu)化TCP參數(shù)。表1羅列了高誤碼率微波回程鏈路的TCP參數(shù)優(yōu)化。

3 基于TCP的微波回程鏈路的自適應(yīng)優(yōu)化

微波回程鏈路的TCP參數(shù)優(yōu)化主要依據(jù)的性能數(shù)據(jù)是微波傳輸鏈路的誤碼率，而自適應(yīng)優(yōu)化是在無(wú)人為干預(yù)的情況下，根據(jù)誤碼率的變化自動(dòng)優(yōu)化TCP參數(shù)，提高微波回程鏈路的傳輸性能。

基于TCP的微波回程鏈路的自適應(yīng)優(yōu)化架構(gòu)如圖2所示。為了降低基站的性能統(tǒng)計(jì)參數(shù)處理負(fù)荷（如果基站負(fù)荷可以承擔(dān)，也可以把自適應(yīng)算法分布部署到基站上控制，圖2中以部署在操作維護(hù)中心O&M上進(jìn)行自適應(yīng)），基站將性能參數(shù)上報(bào)到O&M，O&M根據(jù)優(yōu)化策略（算法）對(duì)每個(gè)基站的誤碼率統(tǒng)計(jì)并集中實(shí)施TCP參數(shù)優(yōu)化控制，每個(gè)基站對(duì)TCP參數(shù)進(jìn)行功能控制。由于每個(gè)基站的微波回程傳輸環(huán)境不同，因此每個(gè)基站的微波傳輸?shù)腡CP參數(shù)也不同。即使同一個(gè)基站，在不同時(shí)間段其微波回程傳輸環(huán)境也不同，所以需要O&M根據(jù)誤碼率定期優(yōu)化TCP參數(shù)。

微波回程鏈路的TCP參數(shù)自優(yōu)化處理過程如圖3所示?；窘y(tǒng)計(jì)微波鏈路的誤碼率并通過南向接口上報(bào)到O&M的性能管理，由性能管理根據(jù)優(yōu)化策略算法對(duì)TCP參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并同步到O&M的配置管理數(shù)據(jù)庫(kù)，由配置管理將TCP優(yōu)化參數(shù)同步到對(duì)應(yīng)基站，形成一個(gè)TCP參數(shù)的閉環(huán)優(yōu)化處理過程。

圖3 微波回程鏈路的TCP參數(shù)自優(yōu)化處理

4 系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

4.1 實(shí)驗(yàn)室模擬的對(duì)比驗(yàn)證

針對(duì)上述自優(yōu)化方法，在實(shí)驗(yàn)室中采用CDMA基站系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具體驗(yàn)證方案和對(duì)比數(shù)據(jù)包括：回程傳輸鏈路采用E1鏈路，誤碼情況通過各種粒度以及包長(zhǎng)進(jìn)行模擬，如粒度從0.000 1s到2.5s，應(yīng)用包長(zhǎng)從100Byte到2 000Byte。結(jié)果好壞對(duì)比是根據(jù)數(shù)據(jù)同步成功率來(lái)判斷。

為了簡(jiǎn)化說(shuō)明各誤碼情況，只取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明，具體如表2所示：

表2 TCP參數(shù)優(yōu)化前后對(duì)比序

號(hào) 誤碼

場(chǎng)景 優(yōu)化前 優(yōu)化后

誤

碼

率 數(shù)據(jù)同步成功率/% 誤幀率/% 數(shù)據(jù)同步成功率/% TCP優(yōu)化確定的主要參數(shù)情況

最小cwnd/Byte MTU/Byte RTO是否指數(shù)退避 TCP斷鏈的重傳次數(shù)

1 10-2 0 100 95 1 200 50 否 20

2 10-3 0 8 100 1 200 50 否 20

3 10-4 5 2 100 1 200 50 否 20

4 10-6 10 0.1 100 536

（缺省最小值） 1 500 是 3

（1）誤碼率10-2：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.000 1s插入2bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-2的誤碼（2/0.000 1/（2*106）=10-2）。

（2）誤碼率10-3：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.025s插入50bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-3的誤碼（50/0.025/（2*106）=10-3）。

（3）誤碼率10-4：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.25s插入50bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-4的誤碼（50/0.25/（2*106）=10-4）。

（4）誤碼率10-6：對(duì)于一條2M的E1，如通過每2.5s插入5bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-6的誤碼（5/2.5/（2*106）=10-6）。

（5）數(shù)據(jù)同步成功率是指連續(xù)操作20次，如果成功10次，則是50%的成功率。

（6）誤幀率=（1-鏈路層統(tǒng)計(jì)的接收HDLC好幀/鏈路層統(tǒng)計(jì)的接收的所有幀）*100%。

（7）測(cè)試時(shí)的優(yōu)化策略主要如下：

◆根據(jù)誤碼率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整MTU（測(cè)試中是基站上報(bào)原始數(shù)據(jù)，O&M根據(jù)策略來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整）。通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，選擇的一個(gè)簡(jiǎn)單策略為：誤幀率>5%時(shí)，MTU為50；誤幀率<1%時(shí)，MTU為1 500。

◆RTO是否指數(shù)退避通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整：誤幀率>5%時(shí)，RTO一直不退避；誤幀率<1%時(shí)，RTO指數(shù)退避。

◆TCP斷鏈的重傳次數(shù)通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整：誤幀率>5%時(shí)，TCP斷鏈的重傳次數(shù)為20；誤幀率<1%時(shí)，TCP斷鏈的重傳次數(shù)為3。

4.2 系統(tǒng)測(cè)試和外場(chǎng)商用環(huán)境驗(yàn)證

TCP參數(shù)優(yōu)化前后的實(shí)驗(yàn)室鏈路系統(tǒng)測(cè)試對(duì)比如表3和圖4所示。其中，TCP參數(shù)優(yōu)化前，回程網(wǎng)單向誤幀率大于5%時(shí)，基站與匯聚網(wǎng)元之間的傳輸鏈路異常告警，基站失控，當(dāng)回程網(wǎng)單向誤幀率大于10%時(shí)，進(jìn)一步TCP不能建立，當(dāng)鏈路處于10-4誤碼時(shí)，O&M向基站同步數(shù)據(jù)失?。籘CP參數(shù)優(yōu)化后，雙向環(huán)回誤幀率小于60%（單向誤幀率<40%）時(shí)，基站與匯聚網(wǎng)元之間的鏈路狀態(tài)無(wú)異常告警。

在某實(shí)際商用網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證結(jié)果是：TCP參數(shù)優(yōu)化前，當(dāng)遇到打雷下雨天氣時(shí)，O&M中的告警管理多次統(tǒng)計(jì)到微波傳輸鏈路通訊異常告警信息，運(yùn)營(yíng)商也收到多起用戶打不通電話投訴；TCP參數(shù)優(yōu)化后，相同環(huán)境下的3個(gè)月內(nèi)，O&M的告警管理沒有統(tǒng)計(jì)到微波傳輸鏈路通訊異常告警信息，也未收到用戶投訴。

5 結(jié)論

微波作為移動(dòng)通信的回程傳輸鏈路，有其部署便利和低成本的優(yōu)勢(shì)，但高誤碼率傳輸影響移動(dòng)通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過性能統(tǒng)計(jì)誤碼率，自適應(yīng)優(yōu)化TCP相關(guān)參數(shù)，可提高微波的傳輸性能，改善微波作為回程網(wǎng)的高誤碼率特性，對(duì)提升移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] W Richard Stevens. TCP/IP詳解（卷1：協(xié)議）[M]. 范建華，等譯. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2000.

[2] Allman M， Stevens W. TCP Congestion Control[S]. IETF RFC 2581， 1999.

[3] Mathis M， Mahdavi J. TCP Selective Acknowledgment Options[S]. IETF RFC 2018， 1996.

[4] 謝大雄，朱曉光，江華. 移動(dòng)寬帶技術(shù)——LTE[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[5] Ishac J， Allman M. On the Performance of TCP Spoofing in Satellite Networks[J]. Proceedings of IEEE MILCOM'01， 2001： 700-704.

[6] Xylomenos G， Polyzos GC， Mahonen P， et al. TCP Performance Issues over Wireless Links[J]. IEEE Communications Magazine 2001， 2001，39（4）： 52-58.

[7] 陳康. TCP協(xié)議在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用優(yōu)化[J]. 煤炭技術(shù)， 2011（7）： 149-151.endprint

高誤碼率的微波回程鏈路對(duì)TCP參數(shù)影響較大，因此需要優(yōu)化TCP參數(shù)。表1羅列了高誤碼率微波回程鏈路的TCP參數(shù)優(yōu)化。

3 基于TCP的微波回程鏈路的自適應(yīng)優(yōu)化

微波回程鏈路的TCP參數(shù)優(yōu)化主要依據(jù)的性能數(shù)據(jù)是微波傳輸鏈路的誤碼率，而自適應(yīng)優(yōu)化是在無(wú)人為干預(yù)的情況下，根據(jù)誤碼率的變化自動(dòng)優(yōu)化TCP參數(shù)，提高微波回程鏈路的傳輸性能。

基于TCP的微波回程鏈路的自適應(yīng)優(yōu)化架構(gòu)如圖2所示。為了降低基站的性能統(tǒng)計(jì)參數(shù)處理負(fù)荷（如果基站負(fù)荷可以承擔(dān)，也可以把自適應(yīng)算法分布部署到基站上控制，圖2中以部署在操作維護(hù)中心O&M上進(jìn)行自適應(yīng)），基站將性能參數(shù)上報(bào)到O&M，O&M根據(jù)優(yōu)化策略（算法）對(duì)每個(gè)基站的誤碼率統(tǒng)計(jì)并集中實(shí)施TCP參數(shù)優(yōu)化控制，每個(gè)基站對(duì)TCP參數(shù)進(jìn)行功能控制。由于每個(gè)基站的微波回程傳輸環(huán)境不同，因此每個(gè)基站的微波傳輸?shù)腡CP參數(shù)也不同。即使同一個(gè)基站，在不同時(shí)間段其微波回程傳輸環(huán)境也不同，所以需要O&M根據(jù)誤碼率定期優(yōu)化TCP參數(shù)。

微波回程鏈路的TCP參數(shù)自優(yōu)化處理過程如圖3所示?；窘y(tǒng)計(jì)微波鏈路的誤碼率并通過南向接口上報(bào)到O&M的性能管理，由性能管理根據(jù)優(yōu)化策略算法對(duì)TCP參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并同步到O&M的配置管理數(shù)據(jù)庫(kù)，由配置管理將TCP優(yōu)化參數(shù)同步到對(duì)應(yīng)基站，形成一個(gè)TCP參數(shù)的閉環(huán)優(yōu)化處理過程。

圖3 微波回程鏈路的TCP參數(shù)自優(yōu)化處理

4 系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

4.1 實(shí)驗(yàn)室模擬的對(duì)比驗(yàn)證

針對(duì)上述自優(yōu)化方法，在實(shí)驗(yàn)室中采用CDMA基站系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具體驗(yàn)證方案和對(duì)比數(shù)據(jù)包括：回程傳輸鏈路采用E1鏈路，誤碼情況通過各種粒度以及包長(zhǎng)進(jìn)行模擬，如粒度從0.000 1s到2.5s，應(yīng)用包長(zhǎng)從100Byte到2 000Byte。結(jié)果好壞對(duì)比是根據(jù)數(shù)據(jù)同步成功率來(lái)判斷。

為了簡(jiǎn)化說(shuō)明各誤碼情況，只取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明，具體如表2所示：

表2 TCP參數(shù)優(yōu)化前后對(duì)比序

號(hào) 誤碼

場(chǎng)景 優(yōu)化前 優(yōu)化后

誤

碼

率 數(shù)據(jù)同步成功率/% 誤幀率/% 數(shù)據(jù)同步成功率/% TCP優(yōu)化確定的主要參數(shù)情況

最小cwnd/Byte MTU/Byte RTO是否指數(shù)退避 TCP斷鏈的重傳次數(shù)

1 10-2 0 100 95 1 200 50 否 20

2 10-3 0 8 100 1 200 50 否 20

3 10-4 5 2 100 1 200 50 否 20

4 10-6 10 0.1 100 536

（缺省最小值） 1 500 是 3

（1）誤碼率10-2：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.000 1s插入2bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-2的誤碼（2/0.000 1/（2*106）=10-2）。

（2）誤碼率10-3：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.025s插入50bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-3的誤碼（50/0.025/（2*106）=10-3）。

（3）誤碼率10-4：對(duì)于一條2M的E1，如通過每0.25s插入50bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-4的誤碼（50/0.25/（2*106）=10-4）。

（4）誤碼率10-6：對(duì)于一條2M的E1，如通過每2.5s插入5bit錯(cuò)誤來(lái)仿真10-6的誤碼（5/2.5/（2*106）=10-6）。

（5）數(shù)據(jù)同步成功率是指連續(xù)操作20次，如果成功10次，則是50%的成功率。

（6）誤幀率=（1-鏈路層統(tǒng)計(jì)的接收HDLC好幀/鏈路層統(tǒng)計(jì)的接收的所有幀）*100%。

（7）測(cè)試時(shí)的優(yōu)化策略主要如下：

◆根據(jù)誤碼率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整MTU（測(cè)試中是基站上報(bào)原始數(shù)據(jù)，O&M根據(jù)策略來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整）。通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，選擇的一個(gè)簡(jiǎn)單策略為：誤幀率>5%時(shí)，MTU為50；誤幀率<1%時(shí)，MTU為1 500。

◆RTO是否指數(shù)退避通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整：誤幀率>5%時(shí)，RTO一直不退避；誤幀率<1%時(shí)，RTO指數(shù)退避。

◆TCP斷鏈的重傳次數(shù)通過采樣最近15分鐘的誤幀率來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整：誤幀率>5%時(shí)，TCP斷鏈的重傳次數(shù)為20；誤幀率<1%時(shí)，TCP斷鏈的重傳次數(shù)為3。

4.2 系統(tǒng)測(cè)試和外場(chǎng)商用環(huán)境驗(yàn)證

TCP參數(shù)優(yōu)化前后的實(shí)驗(yàn)室鏈路系統(tǒng)測(cè)試對(duì)比如表3和圖4所示。其中，TCP參數(shù)優(yōu)化前，回程網(wǎng)單向誤幀率大于5%時(shí)，基站與匯聚網(wǎng)元之間的傳輸鏈路異常告警，基站失控，當(dāng)回程網(wǎng)單向誤幀率大于10%時(shí)，進(jìn)一步TCP不能建立，當(dāng)鏈路處于10-4誤碼時(shí)，O&M向基站同步數(shù)據(jù)失?。籘CP參數(shù)優(yōu)化后，雙向環(huán)回誤幀率小于60%（單向誤幀率<40%）時(shí)，基站與匯聚網(wǎng)元之間的鏈路狀態(tài)無(wú)異常告警。

在某實(shí)際商用網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證結(jié)果是：TCP參數(shù)優(yōu)化前，當(dāng)遇到打雷下雨天氣時(shí)，O&M中的告警管理多次統(tǒng)計(jì)到微波傳輸鏈路通訊異常告警信息，運(yùn)營(yíng)商也收到多起用戶打不通電話投訴；TCP參數(shù)優(yōu)化后，相同環(huán)境下的3個(gè)月內(nèi)，O&M的告警管理沒有統(tǒng)計(jì)到微波傳輸鏈路通訊異常告警信息，也未收到用戶投訴。

5 結(jié)論

微波作為移動(dòng)通信的回程傳輸鏈路，有其部署便利和低成本的優(yōu)勢(shì)，但高誤碼率傳輸影響移動(dòng)通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過性能統(tǒng)計(jì)誤碼率，自適應(yīng)優(yōu)化TCP相關(guān)參數(shù)，可提高微波的傳輸性能，改善微波作為回程網(wǎng)的高誤碼率特性，對(duì)提升移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] W Richard Stevens. TCP/IP詳解（卷1：協(xié)議）[M]. 范建華，等譯. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2000.

[2] Allman M， Stevens W. TCP Congestion Control[S]. IETF RFC 2581， 1999.

[3] Mathis M， Mahdavi J. TCP Selective Acknowledgment Options[S]. IETF RFC 2018， 1996.

[4] 謝大雄，朱曉光，江華. 移動(dòng)寬帶技術(shù)——LTE[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[5] Ishac J， Allman M. On the Performance of TCP Spoofing in Satellite Networks[J]. Proceedings of IEEE MILCOM'01， 2001： 700-704.

[6] Xylomenos G， Polyzos GC， Mahonen P， et al. TCP Performance Issues over Wireless Links[J]. IEEE Communications Magazine 2001， 2001，39（4）： 52-58.

[7] 陳康. TCP協(xié)議在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用優(yōu)化[J]. 煤炭技術(shù)， 2011（7）： 149-151.endprint