基于3G用户优先级的流量优化研究

王雪莹, 王有银

（1 中通服湖北省邮电规划设计公司无线院, 武汉 430000; 2 湖北电信襄阳分公司, 襄阳 441000）

基于3G用户优先级的流量优化研究

王雪莹1, 王有银2

（1 中通服湖北省邮电规划设计公司无线院, 武汉 430000; 2 湖北电信襄阳分公司, 襄阳 441000）

在移动互联网流量规模增长、应用和内容极大丰富、用户个性化需求不断提升的背景下，如何在满足用户不断发展的业务需求的同时，提升网络运营价值，是运营商在移动互联网时代所亟待解决的难题。本文通过对3G用户行为精细化分析，实施EV-DO用户级QoS流量优化，根据用户价值级别和业务属性合理调度网络资源，提升3G用户感知和流量价值。

差异化；QoS模型；权重；流量调度

随着移动互联网时代的来临，流量与收入的剪刀差问题越来越严重，导致网络建设投入和维护成本不断提高，网络效益却未成正比发展。2011年以来，电信的移动业务加速发展，3G网络流量得到了较快提升。由于在市场推广前期推出了大量包时长不限流量上网卡，加大了网络负荷和拥塞程度，部分区域的基站带宽资源受限，网络出现大量超忙小区。在这些超忙小区下，平均用户速率低于40 kbit/s，这一速率仅能满足社交和部分Web需求，无法满足对流量需求较大的视频类业务。

通过对网络的数据进行统计表明，不同终端对流量的占用差异很大，3G无线上网卡每用户消耗流量是3G手机的54倍，而每MB的收益却仅为3G手机的1/5～1/6。由于目前EV-DO网络无差异化用户资源分配方式导致了大量带宽资源被低价值用户占用。同时，在特殊的行业应用中，需要对部分VIP用户3G流量带宽进行高质量保障，为客户提供差异化服务。本文对3G用户行为进行精细化分析，对用户优先级的调度进行了大量测试与分析，结合电信EV-DO网络的实际情况，总结整理出了如何有效的开展用户QoS模型的流量优化，降低网络资源占用不均衡性。

1 3G用户行为规律分析

3G用户对业务的使用行为直接影响到网络数据通信流量。用户的行为主要包含客户所使用的终端类型、经常使用的业务、使用习惯特征等。不同的用户行为需求不一样，所产生网络流量不一样。

1.1 终端类型分析

根据用户使用习惯和市场终端产品分类统计，3G终端主要分为智能手机、普通手机和数据卡三大类。

智能手机：支持多元化的网络应用程序，以连接类业务为主。

普通手机：使用一些比较低端的操作系统，以网页流量等基本应用为主。

数据卡：仅作为接入终端，业务以PC应用为主。

在流量占用方面，根据本地网2012年2月数据统计显示，3G无线上网卡平均每用户产生的流量是3G智能手机的47倍，是3G普通终端的82倍。

1.2 资源占用分析

目前反映EV-DO网络业务负荷指标是前向业务信道时隙占用率。通过2011年10月本地网的网管统计，某地区6000多个EV-DO基站中，前向业务信道时隙占用率在0%～20%的基站数占比为35.35%，20%～40%的基站数占比为39.92%，40%～60%的基站数占比为21.00%，60%～80%和基站数占比分别为3.42%，80%以上的基站数占比0.16%。流量资源占用很不均衡。

1.3 时间分布分析

通过2011年10月本地网EV-DO网络流量统计，EV-DO前反向话务流量忙时集中在晚间，特别是在20：00以后，流量快速上升，最忙时在21：00～22：00。同时周六、周日前反向业务流量高于平时，周日达到流量高峰，高出平均值11%。

1.4 空间分布分析

通过2011年6～12月的本地网网管统计，单基站DO日均流量和单基站DO日均连接次数在城区、郊区、农村三大区域的分布同样是不均衡的。整体来看，城区、郊区、农村三大区域单基站DO日均流量均有不同程度增长，其中农村区域的DO日均流量和单基站DO日均连接次数增加比较明显，但城区数单基站DO日均流量是郊区的1.5倍，是农村的2.5倍。

由上可以看出3G移动网络中用户行为的多元化、网络资源配置的不均衡化以及客户感知保障的无差异化。大量资源被低价值用户和业务消耗，影响了其他用户体验；忙时热点区域用户数多，缺乏有序的管控策略。

2 3G用户级QoS技术原理

电信的EV-DO Rev A网络中引入了灵活和有效的QoS控制机制，使系统和终端可以基于应用配置不同QoS要求，对每个高层数据流进行资源分配和调度控制，在保证系统稳定性的前提下，可以满足不同数据流的传输要求。为在EV-DO网络中实施差异化服务，保证高端优质用户享有更高的调度级别，并限制数据卡用户在系统忙时过多的占用资源，将用户区分3类用户等级，分别为VIP，系统默认和一般用户，并定义不同的调度级别、用户级等级和配置方案，达到用户级流量调度优化目的。

EV-DO Rev A提供端到端的QoS业务，能够区分不同用户和单个用户的多个业务应用的QoS属性。从AT～AAA，可以归纳出如下QoS实现流程。

（1）空口侧：引入了多IP流及多RLP流的思想，定义了相应的QoS请求机制。

（2）RAN侧：重点解决多个IP流、RLP流、A8及A10连接情况下彼此间的映射关系。BSC执行业务流IP QoS向接入层QoS的映射。BTS触发准入控制机制。

（3）PDSN侧：为解决每个IP流的IP QoS的资源申请，提出了业务流模板、QoS规格等概念，规定了基于IP流的资源申请流程。

（4）AAA侧：为区别不同用户的QoS等级，存储每个用户的QoS规格。

QoS控制机制图如图1所示。

2.1 用户间等级配置

图1 QoS控制机制结构图

EV-DO Rev A支持用户多连接，以承载不同QoS的IP流，并提供不同的服务。一个用户有一个主连接和零个或多个辅连接。用户级QoS用以区分不同用户的主连接的服务等级，每个用户等级对应一套QoS参数，通过配置这些参数可提供如下高级服务：前向不同的调度优先级、反向不同的调度优先级、反向最高速率的限制、是否忽略用户过载控制。用户级QoS配置构架如图2所示。

图2 用户级QoS配置构架

2.2 用户等级调度信令流程

要实现PDSN到AT的QoS资源绑定与空口激活，期间必须完成多流映射与绑定。采用AN AAA的用户等级，那么用户的等级信息在接入鉴权时获得，其调度信令流程如图3所示。

图3 获取用户等级信令流程

2.3 配置方法

根据以上原理和模型策略分析，结合现网实际，具体配置方法如下。

（1）在无线侧网管上操作开启用户级QoS优先级功能。

（2）在全网或部分高流量负荷基站和扇区上设置QoS流量优先级权重8级（0～7）。

（3）在AAA或PDSN侧将需要实施QoS流量优化的用户设置优先级权重3个级别（0～2），即VIP、默认和一般用户。

3 测试验证评估

为验证用户级QoS调度效果，于2012年3月通过部分基站对用户级QoS功能进行现场实际测试，测试情况如下。

3.1 用户级QoS功能验证

2个数据卡用户，其中1个用户设置为系统默认（权重因子为1），另外1个用户设置为VIP。通过修改Flow Weight的值来设置VIP用户权重因子，依次为0.25、0.5、2、3、4、5、6、7、8，代表权限从低到高。分别测试上传和下载，在用户速率稳定的情况下记时3 min，监控并取平均速率为测试值，测试结果如图4所示。

从图4中可以看出，VIP用户群组优先级管理功能有效，在权限从低到高过程中能合理多占用空口资源，但随着权限进一步提高，空口资源占用能力趋于稳定。

图4 不同等级用户下载速率变化

3.2 QoS调度权重测试评估

6个数据卡用户，其中3个用户设置系统默认（权重因子为1），另外3个用户设置为VIP用户。修改Flow Weight的值来设置VIP用户权重因子，测试权重比值设置如表1所示。

表1 QoS用户权重比值分组测试表

按照QoS用户权重比值分组测试表中，8种组合分别测试下载，在用户速率稳定的情况下记时3 min，监控并取平均速率为测试值。测试评估指标如表2所示。

数据分析表明，测试2组小区下行吞吐量达到了最大值，VIP用户优先级权重是系统默认的2倍。

3.3 客户业务感知评估

对目前3G网络部分业务质量保障的需求带宽速率进行统计，文件传输、收发电子邮件等业务，满足感知要求的等级可大致分为高速(大于200 kbit/s）、 中速（大于100 kbit/s，小于200 kbit/s）、低速（小于100 kbit/s）。视频流媒体等业务，满足感知要求的等级可大致分为清晰流畅(大于400 kbit/s）、 大部分清晰流畅（大于150 kbit/s，小于400 kbit/s）、不清晰不流畅（小于150 kbit/s）。上述系统默认和VIP用户感知评价如表3所示。

表2 QoS用户权重比值分组测试结果

表3 QoS用户权重比值分组测试结果

根据以上测试数据，从业务速率感知来讲，总体上测试2组业务需求均得到了良好保障，VIP用户优先级权重是系统默认的2倍。

4 应用实例

随着3G移动业务的飞速发展，视频处理能力的快速提高，基于EV-DO网络承载视频业务的增值产品不断应用到各个领域，促使监控模式从传统固定有线视频监控走向移动终端的无线视频监控，在实现远程视频监控更加集中、高效、实时。在2013年本地网为市城管局的“数字城管项目”提供了网络解决方案。在清洁作业车辆、执法车辆等安装3G无线视频终端，通过电信3G网络将现场作业画面实时上传到监控大厅屏幕，便于监控人员可以进行实时监控、远程调度。在系统部署完成之后，3G视频业务的流畅性和清晰度没有达到客户期望要求，为此采用了用户级QoS优先级方式来提升无线网络传输带宽最大保障能力，视频显示效果得到了较好改善。

4.1 QoS等级调度实施策略

与普通EV-DO用户不同，车载3G无线视频监控系统主要占用上行带宽，实时上传视频图像，长时间高流量的数据传输，上传速率越高影像越清晰，上传速率在300 kbit/s以上时视频图像显示清晰，视觉效果比较好，一个EV-DO载扇可以同时支持2～3用户，占用网络资源比较大。为保障上行稳定传输带宽，对城管车辆3G无线视频传输终端由系统默认设置成VIP用户，根据以上QoS策略，在AAA或PDSN侧进行策略配置，同时在网管上开启QoS调度功能属性并设置Flow Weight。

4.2 调整前后效果分析对比

DT测试评估。取出两辆清扫车3G车载视频监控终端UIM卡，分别插入到两张数据卡测试终端中在城区道路进行前后DT路测，测试主要采用FTP上传数据到远程服务器，两个DT测试终端测试结果分别如表4所示。

表4 两个DT测试终端测试结果

实时视频图像质量评估。通过两辆搭载3G车载视频监控终端清扫车实施作业，作业画面视频实时回传到指挥中心平台屏幕上，屏幕上画面清晰度和流畅性在终端QoS等级调整后较调整前明显得到了改善，客户感知得到了明显提升。

Probling the traffic optimization based on the priority of 3G user-level

WANG Xue-ying1, WANG You-yin2
(1 The Radio Design Institute of Hubei Design Company of China Comservice, Wuhan 430000, China;Hubei Telecom Xiangyang Branch, Xiangyang 441000, China)

With the mobile Internet traffc growth, increasingly rich and colorful applications and content, more and more users personalized needs,how to meet the user's evolving business needs and improve the network operation value, is a problem the telecom operators in the mobile Internet era to be settled urgently.In this paper, through the detailed analysis of 3G user behavior, the EV-DO user level QoS traffc optimization is actualized, by reasonable scheduling of net resource based on the customer value level and service attribute, the 3G users’ perception and fow value are improved.

differentiation; QoS model; weight; traffc scheduling

TN929.5

A

1008-5599（2014）02-0080-05

2013-1-28