WCDMA网络下手机QQ接收信息丢包和延迟的研究

侯欢欢

（太原工业学院计算机工程系，山西太原030008）

WCDMA网络下手机QQ接收信息丢包和延迟的研究

侯欢欢

（太原工业学院计算机工程系，山西太原030008）

针对目前某地联通WCDMA网络用户投诉手机QQ接收不到信息或信息延迟的现象，文章以Ping测试模拟小流量数据业务作为切入点，首先在现网数据业务时延和丢包进行相关资源管理机制以及参数优化方面做了研究；然后从TCP数据包重传机制，手机QQ发送信息，手机QQ接收信息丢包、接收信息延迟几个方面获取数据进行测试；最后分析和定位丢包原因，得出优化网络，提升用户感知的方法。

M-TRiX；信令分析；手机QQ丢包；信息延迟

手机QQ在聊天时经常出现信息丢失、延迟接收、重复接收或接收时间错乱等现象[1-2]，引起信息丢失、延迟等原因到底是网络通信协议机制不健全还是手机软件的设计缺陷。针对这一问题，在研究中通过模拟小流量数据业务。对当前主流的三种手机操作系统下QQ软件的使用时丢包及信息延时进行测试，经过一步步的排查分析最终得出结果，此结论对于了解和解决WCDMA网络下其他手机应用软件遇到的丢包、延时等问题具有广泛意义。

1 Ping时延分析与研究

研究是基于小流量数据模拟，由NOKIA5235手机QQ客户端和PC端通信产生数据包，通过Wireshark软件抓取数据包，在M-TRiX信令分析系统[3]下对数据进行分析。首先向联通服务器网（121.31.58.134）和手机新浪网（3g.sina.com.cn）分别发送大小为16字节和1024字节的数据包，将Ping时间间隔分别设为1 000 ms，4 000 ms，5 000 ms，6 000 ms，10 000 ms，测试统计结果如表1：

表1 Ping内外网时延数据对比表

根据测试结果得出以下结论：

1）无论发送的数据包大小，Ping外网的时延总比内网大，且外网丢包率高于内网。

2）无论Ping内网还是外网，当Ping间隔时间小于或等于5 000 ms时，随着Ping数据包增大，时延也有所增大；Ping时间间隔大于5 000 ms时，Ping的时延以及丢包率与Ping数据包的大小没有明显关系。

3）Ping间隔时间小于或等于5 000 ms时，时延较小（正常）；当Ping间隔大于5 000 ms时，时延异常，并存在严重的丢包现象。

经过分析论证，该现象主要是由于网络资源管理机制相关参数设置导致的。利用M-TRiX对各接口的Ping时延进行统计，Ping时间间隔设为默认的600 ms，Ping发送数据包大小为32 bytes进行测试，统计结果如表2所示（单位：ms）：

表2 Ping各接口的时延统计表

由时延分布得出以下结论：

1）导致Ping时延超长的环节都是出自无线接口，其次是Gn口以上，IUPS口时延最短。

2）优化主要从无线接口方面着手，排查无线原因导致的数据传输慢的情况，以提升用户数据包的传输速率。

3）对Gn口以上，可以对各种数据业务服务器响应性能进行优化。

在保证本网优化[4]的基础上，进一步分析手机QQ的丢包原因。下一步对手机QQ发送信息的情况进行测试。

2 手机QQ发送信息正常情况分析

经常多次测试发现手机QQ发送信息不存在数据丢包或明显延迟的现象。这主要是因为在idle状态手机发送信息时，需要首先进行业务请求并建立无线连接（通常整个无线链路建立的时间通常不超过1 500 ms），然后才上发数据包[5-6]。手机QQ发送信息都能成功，说明在向QQ服务器发送数据包之前，无线链路已经建立成功了，证明目前WCDMA网络数据业务功能在设计方面本身没有问题.由此可见，对于目前WCDMA网络，手机QQ发送信息不是研究的重点，目前用户投诉的问题主要集中在手机QQ接收信息上。

3 手机QQ接收信息丢包问题分析

针对手机QQ接收信息丢包问题，对三种主流操作系统Symbian，Android，IOS下手机QQ软件接收PC端发送信息进行测试，包括Gn口信令和IUPS口信令，分析丢包原因。

3.1 NOKIA5235的Symbian系统

3.1.1 测试NOKIA手机Gn口信令

如图 1所示，09：48：00时，#4.tcp.ack=#3. tcp.nxtseq=3515340694，电脑发往NOKIA手机的第一个该数据包下发成功，该数据包经过了三次短时间间隔的重发。09：48：24（与发送第一个数据包间隔30 s），GGSN下发第二个数据包 （tcp.seq= 351534060694且tcp.nxtseq=3515340741）。从信令上看该数据包没有下发成功，从开始的间隔93 s重发一次，到最后固定的间隔2分钟重发一次，一直都没有收到。

图1 NOKIA手机Gn口信令

3.1.2 测试NOKIA手机IUPS口信令

如图2所示，在 09：47：57时，Paging寻呼到RAB指配建立用了3 s的时间，而电脑第一次向手机发信息时间为09：47：53，这个时间是在无线链路建立成功之前，所以GGSN需要重传第一个数据包。由信令我们知道，该数据包前三次下发时间均在无线链路建立成功之前，而最后一次重发是在无线链路建立成功之后，所以下发数据包成功，手机QQ接收到第一条信息。09：48：24时，电脑QQ给手机QQ发送第二个数据包，但是此时正值一次RAB释放，所以GGSN下发数据包时尚没有无线链路可用，所以手机QQ接收第二条信息失败。

图2 NOKIA手机IUPS口信令

3.2 华为U8860的Android系统

3.2.1 测试华为U8860手机Gn口信令

如图3所示，在16：15：57时，电脑向安卓手机发送第一条信息，手机QQ接收成功；16：16：28时（与第一次信息发送间隔30 s时长）电脑向手机发送第二条信息，手机QQ也能成功接收；以此所有数据包，手机QQ都能正常接收。由Gn口信令可以看到，对于安卓手机，GGSN每次下发数据包都会经过若干次短时间间隔的重传。

图3 华为手机Gn口信令

3.2.2 华为U8860手机IUPS口信令

在Gn口信令我们知道，每次GGSN下发数据包都是经过若干次重传最后成功下发的 （16：15：57到16：16：03的6 s时间间隔内，该数据包被GGSN下发了5次），从IUPS口信令可以看到，如图4所示：第一次GGSN下发Seq=2028288064的数据包时（即：16：15：57：847时），RAB尚未建立起来，所以数据包下发失败，但是 16：16：03时，当GGSN第5次重新下发该数据包时，此时RAB建立已经起来，所以该数据包下发成功。

图4 华为U8860手机IUPS口信令

3.3 IPHONE 4S的IOS系统

如5图所示，在17：38：34时，Seq=3940107383的数据包第一次下发，此时触发了一个RAB建立，该RAB建立用了3 s时长，于17：38：37：986时建立成功。17：38：37：843时，GGSN第一次重发 （第二次下发）该数据包，这个时间点在RAB建立成功之前，所以数据包重发的时间正好错过了RAB存在的时间，所以该数据包第一次重发失败。之后在17：38：44，17：38：56，17：39：21，17：40：12，17：41：35时5次重发该数据包，也都由于同样的原因而失败。17：42：43时，Iphone手机主动释放TCP连接，至此该数据包被丢弃，用户使用时表现的现象就是手机收不到该条信息。

图5 IPHONE 4S的IOS的Gn口信令

3.4 三种手机丢包概率对比

研究分别使用三种不同操作系统的手机，模拟用户习惯，在WCDMA网络中登陆手机QQ，然后与电脑QQ随机互发信息300次，统计到手机QQ接收信息失败次数，延迟次数和丢包概论的对比结果如表3所示：

表3 三种手机QQ接收信息失败次数，延迟次数和丢包概论的对比表

通过大量测试，我们可以看到NOKIA手机QQ在接收信息时得信息丢包率和出现信息延迟接收的概率明显大于其他两种操作系统的手机。

3.5 手机QQ接收信息丢包问题分析

根据上面的对比分析，得出WCDMA网络手机QQ丢包原因为：

（1）在GGSN向idle状态手机QQ首次发送数据包失败后会发起重传，在每次重传失败后会逐步拉大重传的时间间隔 （最大可至2分钟），在多次重传失败后最终会导致丢包。因此无论是Symbian手机QQ，Android手机QQ还是IOS手机QQ，都存在由于GGSN下发数据包的时间与无线链路建立的时间错开而导致下发失败的问题。对于手机QQ用户表现为接收不到消息。

（2）Symbian手机QQ、Android手机 QQ和IOS手机QQ在对TCP数据包重发机制的适应性能上表现的有差异：Android手机和IOS手机QQ在接收信息时，每个数据包接收的过程中，在触发RAB建立到释放的时间内，都存在多次间隔时间很短的数据包重发；而Symbian手机QQ却只是部分数据包在接收时才存在多次间隔时间很短的数据包重发现象，而接收不到的数据包，重发时间间隔都很长，大都固定在2分钟重发一次。所以Symbian手机QQ出现数据丢包的现象比其他手机QQ严重。

4 手机QQ接收信息延迟问题分析

Symbian手机、Android手机和Iphone手机QQ接收信息时，在保证三种手机都只安装同一款QQ软件的情况下，使用相同的测试方法，对后台数据包交互的异同比较，得到大量数据。由数据看到相比Symbian手机，Android手机和Iphone手机接受信息时，后台一直有若干未知的数据包与网络进行实时交互。由此可以得到结论：

（1）手机QQ在用户不发起聊天的情况下也会经常性发起类似：QQ广播、QQ用户数据更新、心跳包、伴随消息等。相比于Symbian手机QQ，对于Android QQ和Iphone手机QQ而言，其发送类似消息的频率远高于Symbian QQ。

（2）Android手机和Iphone两类智能手机通常在后台有很多关不掉的进程经常性的发起数据包传送，与网络实时交互，造成安卓和苹果手机经常性的和WCDMA网络保持连接状态，所以这两类手机对网络资源的占用率高 （无限链路资源存在的时间较长）；而Symbian手机后台很少这种交互信令。

以上这种手机性能上的差异，也可以大大降低Android和Iphone两种手机QQ在接收信息时出现丢包或延迟的概率。

5 结论

根据研究得知，目前某地联通WCDMA网络中手机QQ丢包和时延问题实际与网络的关系不大，可以从以下几个方面来缓解和减少问题，进而提升用户的感知度，其优化建议如下：

缓解方法：（1）目前网络RNC上RRC-Connection-Release timer的设置对3G网络下QQ收发信息时延和丢包问题有影响，建议增大该计时器，可以延长每一次RAB存在的时长，提高数据包下发的成功率。（2）Paging寻呼时长优化：目前该地联通WCDMA网络，每一次GGSN下发数据包时，从Paging到RAB建立一般需要3秒的时长，如果可以缩短这个时长，让RAB尽快建立起来，那么也可以提高数据包下发的成功率。

根本解决途径：Android手机和Iphone手机对于目前WCDMA网络的兼容性好于Symbian手机，并且对网络资源的占用率较高，更耗流量，这对手机数据业务的流量经营有指导作用。基于相同的TCP数据包重传机制，但是三种手机表现出来的数据包重传现象却有很大差异，这也是导致Symbian手机QQ比Android手机QQ，Iphone手机QQ出现数据丢包和信息延迟的概率大的原因，所以需要与腾讯公司对QQ服务器的性能改进进行沟通，使其更适应目前的WCDMA网络。

[1]黎文伟.IP网络中端到端时延和丢包的相关性分析[J].微计算机信息，2010，26（10）：18-20.

[2]张捷.网络控制系统的故障检测与诊断技术[D].南京：南京理工大学，2010.

[3]付越.M-TriX软件功能及使用介绍[R].广州：广州瀚信通信技术有限公司，2011.

[4]窦中兆.WCDMA系统原理与无线网络优化[M].北京：清华大学出版社，2009：38-50.

[5]程松.基于用户感知的WCDMA优化思路探讨[J].科技信息，2012（18）：70-71.

[6]纪元茂.WCDMA无线网络优化的方案分析[J].现代电信科技，2011，41（11）：67-70.

〔责任编辑 高海〕

Research of Packets Loss and Latency from M obile Phone QQ on WCDMA

HOU Huan-huan
（Department of Computer Engineering，Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan，030008）

Based on the complaints from users in Unicom WCDMA network that they could not receivemessages or there is information delay，firstly a small flow of data by Ping commands were used to simulate services as an entry point in this paper，the method was discussed about resourcemanagementmechanisms and parameter optimization，then information data were tested from the TCP packet retransmissionmechanism，mobile QQ sendmessages，mobile QQ receiving information packet loss and delayed in receiving，finally loss reasonswere analysed and found，network optimizationmethod was summarized to improve the user perception.

M-TRiX；signaling analysis；mobile QQ packet loss；information delay

TN921

A

1674－0874（2013）06－0001－04

2013-09-15

侯欢欢（1985-），女，山西忻州人，硕士，助教，研究方向：计算机应用及网络通信。