EPC整形对LTE回传速率影响的研究

贺政，王迎春，刘冬梅，唐智飞（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

EPC整形对LTE回传速率影响的研究

贺政，王迎春，刘冬梅，唐智飞
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

流量突发会造成业务大量分组丢失，严重影响LTE回传速率。通过现网测试，验证EPC整形功能对流量突发造成的分组丢失现象的抑制情况，以及对LTE回传速率的影响。本文将对相关测试情况进行研究分析，进而推动EPC设备开启流量整形功能。

EPC；流量整形；LTE回传；QoS

1 研究背景

2014年10月份，相继有运营商在路测中发现个别EPC设备下的多个LTE基站存在FTP下载速率较低的情况。通过手机软件测试，FTP业务下载速率小于30 Mbit/s，最低速率在6～8 Mbit/s之间浮动。

经过分组抓取分析，发现测速过程中存在严重的流量突发，大大超过了PTN配置的峰值带宽PIR，这势必会造成FTP下载业务分组丢失，严重影响LTE回传速率。

综上，发生严重分组丢失的主要原因在于现网没有实时监控和优化的手段，当EPC侧短时间内产生规模较大的下行流量时，PTN缓存溢出，引起分组丢失重传，导致LTE回传速率下降。因此，开启EPC侧的流量整形功能势在必行。

EPC流量整形功能IPSQM（Internet Protocol Service Quality Management，网络协议服务质量管理）能够进行基于eNode B粒度的整形，帮助提升S-GW到每一个eNode B的端到端传输效率，减少传输共享对eNode B的影响；并且它能够基于实时IPPM （IP Performance Monitoring，IP网络性能监测）测量的分组丢失结果进行整形，分组丢失越多，限速越低，避免进一步分组丢失；它还能够进行基于业务优先级的公平调度，每条承载业务都会根据不同的权值进行转发。

2 测试环境

本次测试在南宁移动现网进行，采用华为PTN端到端方案，PTN设备位于城域核心层和汇聚接入层，用于实现LTE业务的回传。

测试分为4种场景，分别为：

PTN配置限速的情况下，EPC不启用整形时FTP下载速率测试；

PTN配置限速的情况下，EPC启用整形时FTP下载速率测试；

PTN不配置限速的情况下，EPC不启用整形时FTP下载速率测试；

PTN不配置限速的情况下，EPC启用整形时FTP下载速率测试。

3 测试结果分析

（1）场景I：PTN配置限速的情况下，EPC不启用整形时FTP下载速率测试。

设置CIR/PIR=40 Mbit/s/60 Mbit/s，EPC不开启整形功能，进行FTP下载业务测速，见表1、图1所示。理论上速率应该达到50 Mbit/s以上，但实测差距较大，而且不稳定，在20～44 Mbit/s之间浮动，最大偏差24 Mbit/s。

图1 LTE回传速率曲线图（场景I）

表1 场景I测试数据

结果分析：

由于现网测试在凌晨进行，网络空载，突发比较小。如果按照常规设置（CIR/PIR=40 Mbit/s/320 Mbit/s）进行测速，那么和关闭PTN限速功能的测试结果相同，因为流量突发没有超过PTN设置的峰值带宽PIR。因此在实测过程中，需要对峰值带宽PIR做多次调整，重现流量突发速率大于PIR的情况。

本次测试在PIR设置为60 Mbit/s，关闭EPC整形功能的情况下，LTE回传降速明显。

（2）场景II：PTN配置限速的情况下，EPC启用整形时FTP下载速率测试。

设置CIR/PIR=40 Mbit/s/60 Mbit/s，设置EPC整形速率为60 Mbit/s，进行FTP下载业务测速，见表2、图2所示。理论上速率应该达到50 Mbit/s以上的速率，实测平均速率53 Mbit/s，而且速率非常稳定，偏差在1 Mbit/s以内。

表2 场景II测试数据

图2 LTE回传速率曲线图（场景II）

结果分析：

通过EPC设备的流量整形功能，限制FTP下载业务的流量与突发，使这类业务以比较均匀的速度向外发送。当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区进行缓存，并在相应的QoS控制机制下，再均匀地发送这些被缓冲的报文。

本次测试开启EPC整形功能之后，LTE回传速率明显提升，基本可以达到PTN设置的峰值带宽PIR。

（3）场景III：PTN不配置限速的情况下，EPC不启用整形时FTP下载速率测试。

PTN不开启限速功能，EPC不开启整形功能，进行FTP下载业务测速，见表3、图3。速率不稳定，在43～62 Mbit/s之间浮动，最大偏差达到19 Mbit/s。

结果分析：

图3 LTE回传速率曲线图（场景III）

表3 场景III测试数据

表4 场景IV测试数据

由于现网测试在凌晨进行，网络空载，突发比较小。因此，在不开启PTN限速，以及EPC整形功能关闭的情况下，可以观察到FTP下载业务最大下载速率在60 Mbit/s左右，这与测试1中经过多次调测得到的PIR值相近，可以验证本次测试中将PIR设置为60 Mbit/s的合理性。

因为无法得知在关闭PTN限速功能的情况下，承载该条FTP下载业务的LSP的峰值带宽的具体数值。所以，我们推断FTP下载业务速率小于60 Mbit/s的原因是由于承载该业务的LTE基站下的所有业务的突发速率之和超过了该基站的峰值带宽。

在该测试场景下， LTE回传速率虽然有所改善，但是速率变化不稳定，变化区间较大，这会导致分组数据从发送方到达接收方所经历的时间长短变化比较剧烈，从而加剧网络抖动。

（4）场景IV：PTN不配置限速的情况下，EPC启用整形时FTP下载速率测试。

PTN不开启限速功能，设置EPC整形速率为60 Mbit/s，进行FTP下载业务测速，见表4、图4所示。速率比较稳定，在55～59 Mbit/s之间浮动，最大偏差4 Mbit/s。

结果分析：

在该测试场景下，LTE回传速率改善明显，速率变化稳定，变化区间较小，一定程度上抑制了网络抖动。

本次测试开启EPC整形功能之后，效果明显，验证了EPC整形功能提高LTE网络服务质量的有效性。

图4 LTE回传速率曲线图（场景IV）

4 小结

通过以上4种场景的现网测试，可以看到开启EPC整形功能对改善业务下载速率，抑制网络抖动，提高LTE回传网络服务质量是立竿见影的。

但是由于测试环境的约束，还无法清晰的验证PTN限速功能与EPC整形功能组成的层次化QoS对网络质量的提升。

下一步的工作主要集中于通过更加充分的现网测试以及结果分析，推动EPC设备开启流量整形功能，配合PTN设备的限速功能，解决承载LTE回传业务的带宽配置问题。在满足LTE网络承载需求的条件下，通过对带宽配置、收敛比等参数的调整，减轻传输网络多余的负担，节省建设投资。

Influence of traffic shaping on the speed of LTE back haul

HE Zheng， WANG Ying-chun， LIU Dong-mei， TANG Zhi-fei
（China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd.， Beijing 100080， China）

Traffi c burst causes lots of packet loss， which makes the speed of LTE back haul deteriorated. This paper validates the restrain effect of the EPC shaping on the packet loss caused by traffi c burst， based on real network testing.

EPC； traffi c shaping； LTE back haul； QoS

TN915

A

1008-5599（2016）07-0088-03

2015-12-07