一种提升LTE网络高数据负载场景用户网页浏览体验的方法

刘轶康

【摘 要】LTE网络提供了更高的下载速率，极大的提升了FTP下载应用的用户体验。但是同时也造成用户浏览网页的数据包淹没在FTP下载的数据包中，容易造成延时增加，丢包加剧等后果，影响了用户体验。本文讨论了在IP层及LTE RLC层封装时对HTTP协议数据包设置更高优先级的方法，解决了这一问题，改善了用户体验。

【关键词】LTE网络 优先级 TOS

1 LTE网络速率提升对用户典型应用场景的影响

4G LTE技术对电信用户体验的改进是巨大的。进入4G时代以后，LTE技术的速率体验有了大幅提升，TD LTE的单小区速率可以达到110Mbps（cat4终端，上下行时隙配比1：3），而FDD LTE的单小区速率更是可以达到150Mbps，如果再应用载波聚合技术、4×4 MIMO、256QAM调制等技术，FDD LTE的速率可以达到1Gbps。

大幅提升的网络速率，也必然会带来用户应用场景的改变。很多用户在2G时代只能发短信，浏览wap网页；到了3G时代用户可以使用即时通信工具，在移动中浏览internet；到了4G时代，网络则完全可以支持用户进行大文件FTP下载、在线观看流媒体电影以及高清视频通话等新的业务应用。因此在4G网络既需要满足用户各种高速率应用的需求，也需要兼容用户的低速率应用的正常使用。

同时存在的用户FTP下载与网络浏览业务应用，如果不加以区分，则容易导致低速应用的数据包淹没在高速应用的数据包中。如果网络发生拥塞，导致部分数据包丢失时，FTP业务或许只丢失了一部分数据包，可以在延长一定任务时间的情况下完成任务；而网络浏览的数据包却可能完全丢失，造成用户根本无法打开网页。

2 LTE网络中通过专用承载提供QOS的方法及局限性

LTE网络本身在设计时，考虑到了对不同业务的服务质量QoS的保证要求。在LTE中通过为特定业务建立专用承载（dedicated bearer）的方式来实现。专用承载在建立过程中，网络与终端即约定好该专用承载的服务质量，之后终端负责将特定业务的数据包发送到对应的专用承载上来进行传输。但是在实际网络应用中，这种理想化的设计并没有得到广泛应用。其原因主要有以下几个方面：

（1）协议设计中由LTE终端负责将各种不同业务的数据包加以区分并发送到不同的专用承载上，可是实际应用中，LTE终端往往充当了一个通信管道的作用，类似于操作系统中的一个网卡，工作在MAC层；而不同的业务则工作在操作系统中，通过操作系统使用该网卡。不同业务的通信可以通过TCP连接来加以区分，但是对于工作在MAC层的LTE终端来说是无法区分不同的业务的。

（2）即使LTE终端可以区分不同的业务，由于LTE协议中的QoS只能应用到专用承载上，也就是使用不同QoS的应用需要使用不同的专用承载，由于用户实际使用的应用类型可能有多种，并且在不断变化中，因此终端与网络间需要经常进行专用承载的建立和删除操作，也会极大的增加网络设备与所服务用户的信令交互，增大系统开销。

因此，现有的LTE网络中，往往仅仅使用了一个默认承载，将用户的各种应用数据统一通过该默认承载进行传输，而并没有使用协议中定义的专用承载。这样，用户浏览网页的小量数据包淹没在FTP下载的大量数据包中的情况就不可避免了。

3 设置IP层TOS及LTE RLC层改进的方法

为了避免这种问题的发生，就需要改进处理方法，针对不同业务类型进行不同的处理。

首先必须对不同业务的数据包进行区分处理。操作系统的协议栈在进行IP封包的时候，应该根据业务类型的不同，在数据包上体现出来。在IP协议中，定义IP包的格式如图1所示。其中TOS（Type of Service）域就是用来设置不同的服务类型值的。因此，可以对不同的业务类型设置不同的TOS值。如，将FTP类型的数据包，其IP的TOS设置为1，而将HTTP类型的数据包，其TOS值设置为2。

图1 IP协议中IP包的定义

其次，在LTE协议栈中，需要根据IP包的TOS值不同，进行不同优先级的服务。LTE技术也可以通过在RLC层的发送和接收数据包队列的排序算法上，体现出不同优先级的不同处理。RLC层为LTE协议中的一层，主要负责对上层处理过的待发送数据包进行分段，排入发送队列；同时，对从对端收到的数据包段组成的接收队列进行处理，将数据包段还原成数据包。排在队首的数据包段可以较快的被发送到对端。因此，利用RLC层的这一功能，我们可以在这一层中对于IP包头中TOS设置为2的HTTP数据包，优先进行发送队列的排队，或者优先从接收队列中进行处理；而对于IP包头中TOS为1的FTP数据包，则可以给予次一级的优先级。从而在LTE协议框架内，实现对浏览网页业务的数据包从发送端操作系统到LTE接入网的优先处理。

最后，在LTE核心网以及通过网关接入Internet以后，对于浏览网页业务的数据包是否能够再次进行高优先级处理，则取决于该网络对IP包头中TOS域的支持情况如何。鉴于现有IP路由网络以及Internet网络采用的是“尽力而为服务”的策略，对于浏览网页和FTP下载的数据并不进行区分而提供相同的服务，而对大范围的网络进行升级显然是不现实的，因此在这个范围内暂时没有优化的空间，只能达到与改进前相同的效果。

通过以上各个步骤，在利用LTE网络进行的用户业务中，即使高负载下也可以实现对网页浏览业务提供优于FTP下载业务的服务，从而改善用户浏览网页的体验效果。

参考文献：

[1]刘思杨.LTE网络优化技术[J].通信管理与技术，2011（01）.

[2]卢卓君，彭陈发，岑曙炜.TD-LTE网络优化探讨[J].电信技术，2012（07）.