LTE網(wǎng)絡(luò)的手游動態(tài)QoS方案研究

林志，劉申賢，王閩申，陳智強

LTE網(wǎng)絡(luò)的手游動態(tài)QoS方案研究

林志，劉申賢，王閩申，陳智強

（中國電信股份有限公司福建分公司，福建 福州 350001）

為了解決承載移動互聯(lián)網(wǎng)游戲的無線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性問題，提升手機游戲用戶感知，創(chuàng)新性地提出了手游QoS保障方案，用于降低業(yè)務(wù)端到端時延。重點研究了QoS原理及開通方法，以騰訊熱門手游——王者榮耀為例，從四個維度對QoS開通前后游戲用戶感知數(shù)據(jù)進行分析對比，證明了該方案的可行性，并總結(jié)出一套QoS保障方案的無線優(yōu)化方法。

手機游戲 端到端時延 用戶感知 QoS

1 引言

隨著智能手機的迅速普及與4G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，中國的移動互聯(lián)網(wǎng)游戲行業(yè)已逐漸成為國內(nèi)各廠商關(guān)注的焦點。移動互聯(lián)網(wǎng)游戲相對桌面游戲最大的挑戰(zhàn)在于無線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，也就是時延的大小和抖動這兩個指標(biāo)。有報告指出，網(wǎng)絡(luò)延遲每增加500 ms，放棄游戲的玩家就會增加一倍。當(dāng)然，玩家可接受的網(wǎng)絡(luò)延遲量因游戲而異。策略類游戲中的即時戰(zhàn)略游戲如王者榮耀等，網(wǎng)絡(luò)延遲會影響到動作響應(yīng)的時間間隔，也就會影響到玩家的游戲體驗；射擊類游戲中的第一人稱射擊游戲，游戲操作有微小的卡頓或是延遲超過100 ms，就會影響到玩家的游戲體驗；而在回合制策略類、卡牌類、棋牌類等游戲中，網(wǎng)絡(luò)延遲沒有那么高的要求，但如果網(wǎng)速慢到影響到游戲狀態(tài)刷新時，依舊會對玩家體驗造成影響。因此，如何將延遲從在線游戲中剔除出去是行業(yè)的痛點。本文主要介紹基于QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）技術(shù)方案提升手機游戲時延感知案例。

2 QoS原理及開通方案

移動互聯(lián)網(wǎng)游戲業(yè)務(wù)的端到端感知時延（Endto-End，簡稱E2E時延）如圖1所示，主要分為空口、S1-U以及PGW（Provisioning Gateway，業(yè)務(wù)發(fā)放網(wǎng)關(guān)）-騰訊手游服務(wù)器之間等三段時延。

端到端時延中，互聯(lián)網(wǎng)側(cè)的時延通過CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）或者專線可以得到解決，移動網(wǎng)絡(luò)的固網(wǎng)傳輸部分采用大容量光纖，時延也是可控的。目前騰訊手游服務(wù)器集中在上海，三大運營商的IDC（Internet Data Center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）機房都有部署，而LTE網(wǎng)絡(luò)中從PGW到騰訊手游服務(wù)器之間的骨干網(wǎng)上的時延一般較?。ㄖ饕怯捎诠歉删W(wǎng)已經(jīng)過充分優(yōu)化），相對而言E2E RTT（Round Trip Time，環(huán)回時間）時延中作為最后一百米的終端到無線基站的時延，才是端到端時延最大、最具決定性的一段。在LTE無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)，可以通過建立QCI=3的專有承載來保證時延。

3GPP按照QoS要求將業(yè)務(wù)分成9類，并定義相應(yīng)的QCI（QoS Class Identifier，等級標(biāo)識），QCI標(biāo)準(zhǔn)化了業(yè)務(wù)的QoS要求。每個QCI指示每類業(yè)務(wù)的資源類型、優(yōu)先級、時延、丟包率等質(zhì)量要求，詳見表1所示。QCI在核心網(wǎng)、基站、終端中端到端傳遞，避免了協(xié)商和傳遞大量具體的QoS參數(shù)。

現(xiàn)網(wǎng)所有普通用戶的QCI均配置為9，QCI3也就是GBR（Guaranteed Bit Rate，保證比特速率）業(yè)務(wù)定義為實時游戲的專用承載。GBR是保證帶寬的，在資源擁塞的情況下也能保證傳輸速率；而Non-GBR是不保證帶寬的，在擁塞場景下可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)完全丟失，無法傳輸，從而影響用戶感知。根據(jù)3GGP協(xié)議，MME當(dāng)QCI值為1至4時則為GBR業(yè)務(wù)，當(dāng)QCI值為5至9時則為Non-GBR業(yè)務(wù)。因此，將王者榮耀游戲業(yè)務(wù)承載由QCI9修改為承載在高優(yōu)先級的QCI3承載上（即為GBR業(yè)務(wù)），就可以達到提升用戶感知的目的。

QCI3業(yè)務(wù)保障機制如圖2所示，終端上報游戲報文業(yè)務(wù)于QoS服務(wù)器，服務(wù)器識別該報文為游戲報文后，下發(fā)保障策略于QoS控制服務(wù)器，QoS控制服務(wù)器告知MME為該用戶業(yè)務(wù)建立專有的QCI3承載。

3 QoS開通前后效果對比

為了驗證QoS開通前后對手機游戲的感知提升情況，本文以騰訊王者榮耀為例，對游戲的QCI3請求次數(shù)、終端效果、ping時延以及RTT時延這四個維度開通QoS前后的效果進行對比分析。

3.1 開啟QoS前后QCI3承載次數(shù)對比

如圖3所示，2017-03-11至2017-03-13關(guān)閉QoS后，全網(wǎng)QCI3承載建立嘗試次數(shù)接近零；2017-03-14開啟QoS后，全網(wǎng)QCI3承載建立嘗試次數(shù)急劇增長，表明王者榮耀業(yè)務(wù)專有承載生效。

圖1 移動互聯(lián)網(wǎng)游戲業(yè)務(wù)的端到端感知時延

表1 QCI等級特性表

圖2 QCI3業(yè)務(wù)保障機制

圖3 QoS開通前后全網(wǎng)QCI3專有承載次數(shù)對比

3.2 開啟QoS前后終端效果對比

如圖4所示，關(guān)閉QoS的QCI3保障承載，實時監(jiān)測王者榮耀終端測試的業(yè)務(wù)RTT時延指標(biāo)為85 ms，游戲體驗良好。

圖4 關(guān)閉QoS終端效果圖

如圖5所示，開啟QoS的QCI3保障承載，實時監(jiān)測王者榮耀終端測試的業(yè)務(wù)RTT時延指標(biāo)為66 ms，開啟QoS后感知提升了19 ms，游戲體驗非常順暢。

通過終端效果對比，進一步驗證開啟QCI3專有承載后有效提升了游戲感知。

圖5 開啟QoS終端效果圖

3.3 開啟QoS前后ping時延對比

如圖6所示，對比分析手機側(cè)ping王者榮耀服務(wù)器（101.226.103.110）時延情況。通過adb shell從手機ping王者榮耀服務(wù)器，在關(guān)閉QoS的QCI3保障承載后，E2E ping RTT時延為50 ms左右；在開啟QoS的QCI3保障承載后，E2E ping RTT時延為37 ms左右。通過ping王者榮耀服務(wù)器時延對比，進一步驗證開啟QCI3專有承載后提升了游戲感知。

3.4 開啟QoS前后SEQ平臺RTT時延對比

如圖7所示，關(guān)閉QoS后，通過DPI大數(shù)據(jù)平臺SEQ工具統(tǒng)計王者榮耀游戲的終端側(cè)RTT為58 ms左右，TCP平均建立時長（交互時長）為24 ms左右；開通QoS后，終端側(cè)RTT為44 ms左右，TCP平均建立時長為20 ms左右。這表明開通QoS后，王者榮耀的用戶試驗明顯縮短。

3.5 開啟QoS對其他業(yè)務(wù)影響分析

通過對比分析全網(wǎng)日常KPI（Key Performance Indicator，關(guān)鍵績效指標(biāo)）指標(biāo)以及網(wǎng)頁、視頻業(yè)務(wù)的KQI（Key Quality Indicator，關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)）指標(biāo)情況，判斷開啟QoS的QCI3承載前后是否對常規(guī)業(yè)務(wù)有影響。

如圖8所示，開啟及關(guān)閉QoS期間，全網(wǎng)日常KPI指標(biāo)均無明顯波動。

如圖9所示，開啟及關(guān)閉QoS期間，全網(wǎng)網(wǎng)頁及視頻KQI指標(biāo)均無明顯波動。

因此，可進一步確定開通QoS后對其他業(yè)務(wù)無影響。

通過對QCI3請求次數(shù)、終端效果、ping時延以及RTT時延這四個維度進行對比分析可知，開通QoS的QCI3專有承載后，有效地提升了王者榮耀游戲感知，同時對比分析KPI、KQI指標(biāo)情況，確定開通QoS后對其他業(yè)務(wù)無影響。

4 QoS無線優(yōu)化

核心網(wǎng)開啟QCI3承載屬于GBR業(yè)務(wù)，優(yōu)先級高于QCI9業(yè)務(wù)，因此在QCI3以及QCI9均為高業(yè)務(wù)的區(qū)域，如何同時保障兩種QCI業(yè)務(wù)感知尤為重要。基于此，本文提出一些優(yōu)化提升方法，主要包含無線參數(shù)優(yōu)化用于提升兩種業(yè)務(wù)的感知。

4.1 SR及DRX參數(shù)優(yōu)化

圖6 QoS開通前后終端至服務(wù)器ping時延對比

圖7 QoS開通前后RTT時延對比

圖8 QoS開通前后常規(guī)KPI指標(biāo)對比

圖9 QoS開通前后業(yè)務(wù)KQI指標(biāo)對比

廈門高校貝爾設(shè)備區(qū)域出現(xiàn)用戶投訴王者榮耀卡頓現(xiàn)象，無線側(cè)通過修改DRX定時器、SR（Scheduling Request，調(diào)度請求）周期等參數(shù)后，王者榮耀游戲投訴量減少，首包時延、視頻流媒體下載速率以及游戲RTT等感知指標(biāo)均得到提升。

（1）原理介紹

1）DRX參數(shù)

◆drxInactivityTimer：DRX非激活定時器（子幀），表示DRX非激活定時器的長度，值設(shè)置越大可降低系統(tǒng)時延，但增加UE耗電量；

◆drxRetransmissionTimer：DRX等待重傳數(shù)據(jù)的定時器（子幀），表示DRX等待重傳數(shù)據(jù)的定時器的長度，值越大UE處于活動期的時間越長，可降低系統(tǒng)時延，但UE會更耗電；

◆onDurationTimer：DRX持續(xù)定時器，表示DRX持續(xù)定時器的長度，值設(shè)置越大可降低系統(tǒng)時延，但增加UE耗電量。

2）SR周期

initPUCCHSRSConfigProfile：SR周期，可以設(shè)定為5 ms、10 ms、20 ms、40 ms。SR周期越小，就越可以有效提升ping時延。該參數(shù)同時控制SRS、CQI上報周期，可以設(shè)置為Basic、Normal、Premium、Super四種級別。

四種PUCCH/SRS configuration profile參數(shù)的定義如下：

◆Super下，P_CQI周期為10 ms，SR周期為5 ms，SRS周期為10 ms；

◆Premium下，P_CQI周期為20 ms，SR周期為20 ms，SRS周期為20 ms；

◆Normal下，P_CQI周期為40 ms，SR周期為40 ms，SRS周期為40 ms；

◆Basic下，P_CQI周期為80 ms，SR周期為40 ms，SRS周期為80 ms。

貝爾區(qū)域?qū)R周期改為Super模式。

（2）優(yōu)化效果

貝爾全網(wǎng)DRX相關(guān)參數(shù)修改完成，各項指標(biāo)均有所改善，詳見表2所示：

表2 SR及DRX參數(shù)優(yōu)化前后感知對比

其中，首包時延由173 ms提升至151 ms，提升12.8%；頁面打開時延由1 036 ms提升至941 ms，提升9.2%；TCP第三次握手時延由70 ms提升至58 ms，提升17.1%；王者榮耀游戲類終端側(cè)RTT時延由80 ms提升至62 ms，提升22.5%；視頻流媒體下載速率由1 173 kb/s提升至1 295 kb/s，提升10.4%。

4.2 SRI發(fā)送門限優(yōu)化

（1）原理介紹

當(dāng)UE有上行數(shù)據(jù)到達時，會向eNB發(fā)送調(diào)度請求SR，eNB側(cè)調(diào)度器為UE分配合理資源。SR周期系統(tǒng)根據(jù)用戶數(shù)多少進行自適應(yīng)配置，默認(rèn)是小區(qū)10個用戶以下周期是5 ms，10個用戶以上是20 ms。可通過抬升用戶數(shù)門限，以減少SR發(fā)送周期，縮短上行發(fā)送時延。

（2）優(yōu)化效果

誠毅學(xué)院區(qū)域內(nèi)所有基站完成SRI發(fā)送門限修改（10改為30），觀察各項指標(biāo)均有所改善，詳見表3所示：

表3 SRI發(fā)送門限優(yōu)化前后感知對比

其中，首包時延由131 ms提升至118 ms，提升9.9%；頁面打開時延由759 ms提升至553 ms，提升27.1%；TCP第三次握手時延由44 ms提升至38 ms，提升13.6%；王者榮耀游戲類終端側(cè)RTT時延由51 ms提升至40 ms，提升21.6%；但是視頻流媒體下載速率由1 354 kb/s惡化至1 268 kb/s。

貝爾區(qū)域DRX及SR參數(shù)修改后，王者榮耀游戲感知以及其他網(wǎng)頁的視頻感知提升明顯；SRI發(fā)送門限優(yōu)化后，王者榮耀游戲感知提升明顯，但是視頻流媒體下載速率稍微惡化，建議在高校等實時游戲類負載高區(qū)域進行推廣。

此外，關(guān)閉DRX同樣可以提升游戲類感知時延，推薦在部分投訴頻次較高區(qū)域關(guān)閉DRX。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文研究了移動互聯(lián)網(wǎng)游戲業(yè)務(wù)的保障方案及QoS的開通方法，分析了開啟QoS后王者榮耀游戲各個維度的感知提升情況，證明了該套方案可以明顯改善手機游戲用戶感知，并驗證了開啟QoS前后對其他業(yè)務(wù)無影響。文中通過驗證并總結(jié)出一套無線參數(shù)優(yōu)化方法，計劃下一步進行全網(wǎng)性經(jīng)驗推廣。

[1] 許紅敬. 手游市場高成長的背后亟需創(chuàng)新與專注[J]. 消費電子, 2014(3)： 43-46.

[2] 韓志剛. LTE FDD技術(shù)原理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃[M]. 北京： 人民郵電出版社, 2012.

[3] Alrifai M, Risse T, Nejdl W. A hybrid approach for efficient Web service composition with end-to-end QoS constraints[J]. ACM Transactions on the Web, 2012,6(2)：1-31.

[4] Yu T, Zhang Y, Lin K J. Efficient algorithms for Web services selection with end-to-end QoS constraints[J]. Acm Transactions on the Web, 2007,1(1)： 6.

[5] 孫夢琳. 手機游戲的UI在手持設(shè)備中的交互研究——以游戲《荒古》界面設(shè)計為例[D]. 哈爾濱： 哈爾濱師范大學(xué), 2016.

[6] Luo X, Luo H, Chang X. Online Optimization of Collaborative Web Service QoS Prediction Based on Approximate Dynamic Programming[J]. International Journal of Distributed Sensor Networks, 2015： 80-83.

[7] 焦祝軍,張威. J2ME無線通信技術(shù)應(yīng)用開發(fā)[M]. 北京：北京希望電子出版, 2002.

[8] 裴廣信,范蕓. 手機游戲產(chǎn)業(yè)分析[J]. 通信管理與技術(shù), 2007(5)： 24-25.

[9] 黃蕗. 手機游戲：娛樂和信息產(chǎn)業(yè)的又一亮點[J]. 江西通信科技, 2010(2)： 46-48.

[10] 曹煒卿. 微信平臺益智類游戲的設(shè)計[J]. 電子技術(shù)與軟件工程, 2017(7)： 44.

[11] 于涵. 網(wǎng)絡(luò)游戲的互動性因素探究[D]. 青島： 青島理工大學(xué), 2016.★

林志：工程師，學(xué)士畢業(yè)于福州大學(xué)計算機專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司福建分公司無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心，D級人才，主要從事端到端優(yōu)化管理工作。

劉申賢：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司福建分公司網(wǎng)絡(luò)運營支撐中心，C級人才，主要從事端到端優(yōu)化管理工作。

王閩申：工程師，碩士畢業(yè)于四川大學(xué)通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司福建分公司無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心，C級人才，主要從事LTE&CDMA2000 1x EV-DO互操作以及LTE移動性優(yōu)化、網(wǎng)優(yōu)參數(shù)規(guī)范化管理工作。

Research on Dynamic QoS Scheme for Mobile Game in LTE Network

LIN Zhi, LIU Shenxian, WANG Minshen, CHEN Zhiqiang
(China Telecom Co., Ltd., Fujian Branch, Fuzhou 350001, China)

In order to deal with the instability of wireless networks bearing mobile Internet game and improve the user perception of mobile game, a mobile game QoS guarantee scheme was innovatively proposed to reduce the end-toend latency. QoS principle and opening method were investigated in depth. Taking the popular mobile game of King Glory as the example, the user perception data before and after QoS opening was analyzed and compared from four dimensions. The feasibility was validated and a set of wireless optimization methods of QoS guarantee schemes.

mobile game end-to-end latency user perception QoS

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.16.008

TN929.5

A

1006-1010(2017)16-0037-06

林志,劉申賢,王閩申,等. LTE網(wǎng)絡(luò)的手游動態(tài)QoS方案研究[J]. 移動通信, 2017,41(16): 37-42.

2017-05-26

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn