TD—LTE系統(tǒng)中QoE管理研究

【摘要】在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，由于用戶體驗質(zhì)量直接體現(xiàn)出用戶對移動網(wǎng)絡(luò)的滿意程度，影響著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和管理的各種策略的制定與實施，網(wǎng)絡(luò)管理的重點逐漸從以保障網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service QoS）為中心向保障用戶質(zhì)量體驗質(zhì)量（Quality of Experience）方向演進(jìn)。因此，本文中將介紹TD-LTE系統(tǒng)中的QoE管理，并分別從非主觀因素（QoS）以及主觀因素的這兩方面對其進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】TD-LTE；QoE管理；QoS管理

1.引言

回顧2013年，全球4G LTE商用網(wǎng)絡(luò)數(shù)量呈現(xiàn)迅猛增長之勢，越來越多的運(yùn)營商已經(jīng)開展了商用網(wǎng)絡(luò)部署。根據(jù)GSA統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，截止2013年12月，全球有251家運(yùn)營商已經(jīng)在93個國家推出了商用LTE服務(wù)，其中包括近25張TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)。而2013年12月4日，工信部給中國移動發(fā)放TD-LTE牌照，中國電信、中國聯(lián)通均獲發(fā)TD-LTE和FD-LTE牌照。中國移動4G獲得TD-LTE牌照后，在國內(nèi)的部分地區(qū)陸續(xù)開始商用。TD-LTE系統(tǒng)作為一種純分組網(wǎng)絡(luò)，其低延時和高寬帶的特點對提高QoE（用戶質(zhì)量體驗Quality of Experience）提供了有利優(yōu)勢。

2.QoE概述

網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的目標(biāo)是獲得最大的用戶排名（QoE），而網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量（QoS）是有效到達(dá)此目的的措施的主要組成部分。然而，QoE不僅受限于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)性能，它同時受到大量影響全體用戶整體感知的非技術(shù)因素的作用。圖1所示顯示了一個影響QoE的技術(shù)和非技術(shù)因素的示例。

圖1 QoE受到業(yè)務(wù)的技術(shù)因素和非技術(shù)因素的影響

QoE是描述用戶對于所使用業(yè)務(wù)的感覺如何，對于業(yè)務(wù)滿意程度如何，例如在可用性、可達(dá)性，可保持性和業(yè)務(wù)完整性方面。而QoS被定義為能夠保證業(yè)務(wù)水平方式提供某種服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力。圖2為在LTE系統(tǒng)中QoE以及QoS的概念圖。

圖2 TD-LTE系統(tǒng)QoE及QoS概念圖

雖然在大部分情況下更好的網(wǎng)絡(luò)QoS會引起更好的QoE，但是滿足了所有的QoS參數(shù)不一定能夠保證使客戶滿意。例如，如果在一個很小距離范圍內(nèi)沒有信號覆蓋，即使網(wǎng)絡(luò)中一部分吞吐量很好對于整個QoE也是無益的。因此，在本文中將從技術(shù)層面（QoS保障）以及非技術(shù)層面（用戶主觀感受）這兩方面對TD-LTE系統(tǒng)的QoE管理進(jìn)行研究。

3.技術(shù)（QoS）層面的QoE管理

QoE和QoS是一個有機(jī)整體，如果不談及QoS來空談QoE是不完整的，系統(tǒng)的QoS保障是從技術(shù)層面提高系統(tǒng)QoE措施的一個重要組成部分。因此，本節(jié)重點介紹TD-LTE系統(tǒng)所提供的QoS保障。

QoS保障是在網(wǎng)絡(luò)和移動終端中部署QoS的過程。這個過程要把規(guī)劃的結(jié)果轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)單元和移動終端能夠理解的算法和參數(shù)，并在設(shè)備和儀器上進(jìn)一步配置這些算法和參數(shù)。QoS保障可以分為三類：無線、核心網(wǎng)和配置網(wǎng)路內(nèi)部算法的傳輸網(wǎng)QoS保障；業(yè)務(wù)QoS保障會將業(yè)務(wù)映射為QoS屬性（承載層業(yè)務(wù)屬性集）；終端QoS保障。終端QoS保障可以給終端提供特定的業(yè)務(wù)應(yīng)用QoS信息。

3.1 傳輸網(wǎng)QoS保障

在TD-LTE系統(tǒng)中可通過參數(shù)設(shè)置以及QoS策略對網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行配置和維護(hù)。無線、核心網(wǎng)和傳輸（IP和DLL）QoS保障的第一個目標(biāo)是保障網(wǎng)絡(luò)所有層能提供不同的QoS機(jī)制（采用不同的隊列結(jié)構(gòu)、調(diào)度和接入控制等）；第二個目的是在層間部署QoS映射，并對不同層間的比特通道映射予以考慮。

在TD-LTE系統(tǒng)中，在傳輸網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)當(dāng)通過內(nèi)部算法以及策略配置和維護(hù)以下功能：

無線QoS功能：無線承載控制RBC功能（位于E-UTRAN）；無線接納控制RAC（位于E-UTRAN）；分組調(diào)度PS-動態(tài)資源分配DRA（位于E-UTRAN）；負(fù)荷均衡功能（位于E-UTRAN）；翻譯（位于UE）；映射（位于MME）；

核心網(wǎng)QoS功能：EPS承載管理；EPS狀態(tài)管理；分類管理和維護(hù)接入/容量控制；翻譯；映射；

PCC功能：基于QoS的動態(tài)策略和計費(fèi)控制。

IP QoS功能：分類；排隊；調(diào)度。

3.2 業(yè)務(wù)QoS保障

TD-LTE系統(tǒng)的業(yè)務(wù)QoS保障主要是通過EPS承載（EPS承載相當(dāng)于2G GPRS和3G UMTS中使用的“PDP上下文”，為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中傳輸?shù)某休d通路）來實現(xiàn)的。TD-LTE中的EPS承載業(yè)務(wù)構(gòu)架（如圖3）沿用了UMTS系統(tǒng)相似的QoS框架--分層次、分區(qū)域的QoS體系結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)端到端的QoS，即每一層的承載業(yè)務(wù)通過其下一層的承載業(yè)務(wù)來提供。

圖3 EPS承載構(gòu)架

在TD-LTE系統(tǒng)中在3GPP系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上提出了一些新的承載類型概念，比如默認(rèn)承載、專用承載、GBR承載和Non-GBR承載等，其主要從以下幾個方面加強(qiáng)了系統(tǒng)的QoS保障，提高用戶體驗。

（1）默認(rèn)承載：在UE初始附著過程中按照用戶簽約的默認(rèn)QoS等級建立一個默認(rèn)承載，在PDN連接業(yè)務(wù)存在期間會始終保持這個默認(rèn)承載，給用戶提供“永遠(yuǎn)在線”的體驗。

（2）專用承載：連接到相同PDN的其他EPS承載，對某些特定業(yè)務(wù)所使用的EPS承載。一般情況下專用EPS承載的QoS比默認(rèn)QoS的要求高。

（3）GBR承載：與保證比特速率（GBR）承載相關(guān)的專用網(wǎng)絡(luò)資源，在承載建立或修改過程中通過例如eNode B的接納控制等功能永久分配給某個承載，這個承載在比特速率上要求能夠保證不變。GBR承載主要用于語音、視頻和實時游戲等業(yè)務(wù)，采用專用承載和靜態(tài)調(diào)度的方式進(jìn)行承載，給用戶提供高質(zhì)量、連續(xù)性、不卡頓的使用體驗。

（4）Non-GBR承載：與GBR承載相反，網(wǎng)絡(luò)資源不能永久分配給某個承載，即不能保證該承載的比特速率不變，就是Non-GBR承載。Non-GBR承載主要用于各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載。

3.3 終端QoS保障

一旦HSS和各種網(wǎng)絡(luò)單元的QoS確定，下面的問題就是如何讓移動設(shè)備的應(yīng)用程序知道使用哪個APN和其對應(yīng)的QoS，設(shè)備可以知道對QoS敏感的應(yīng)用程序需要何種QoS。應(yīng)用需要經(jīng)常處理不同的比特率和帶寬。除此之外，特定應(yīng)用所要求的QoS還要依據(jù)用戶的簽約情況。它需要終端用戶對終端設(shè)備上的不同應(yīng)用進(jìn)行手工配置QoS，這對于終端用戶來說是非常困難的。最好的解決方法就是通過空中保障QoS，例如在設(shè)備簽約時就確定好QoS。目前有很多專有的方法可以通過空口來配置設(shè)備和應(yīng)用，但是今后的趨勢是采用開放移動聯(lián)盟（OMA）指定的設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)。

4.非技術(shù)（主觀）層面的QoE管理

QoE是指用戶對設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)、應(yīng)用或業(yè)務(wù)的質(zhì)量和性能（包括有效性和可用性等方面）的綜合主觀感受，也就是從業(yè)務(wù)應(yīng)用的舒適度來定義的。因此，在保障系統(tǒng)QoS的同時，運(yùn)營商還應(yīng)當(dāng)在用戶感知層面加強(qiáng)對QoE的管理。

在2G網(wǎng)絡(luò)下用戶感知主要體現(xiàn)在話音質(zhì)量的提升，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和終端也比較簡單；3G網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)繁多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在QoE管理上采用端對端的解決方案來為用戶提供獨特的業(yè)務(wù)體驗；TD-LTE系統(tǒng)中，在2G/3G系統(tǒng)QoE管理的基礎(chǔ)之上可以通過以下措施來提高用戶的使用體驗滿意度。

（1）ALWAYS ONLINE

在TD-LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)與搭建過程中，為了降低控制和用戶平面的延時，滿足地時延（控制面延遲小于100ms，用戶層面時延小于5ms）的要求，將3G系統(tǒng)中的NodeB-RNC-CN的結(jié)構(gòu)簡化，充分發(fā)揮LTE網(wǎng)絡(luò)所具有的低延時和高寬帶的特點與優(yōu)勢讓用戶獲得“Always online”的體驗。例如，對視頻流、游戲等高寬帶業(yè)務(wù)給用戶帶來高質(zhì)量的體驗效果。

（2）多業(yè)務(wù)無縫整合

利用低時延和高寬帶的特點與優(yōu)勢，給用戶提供超強(qiáng)的業(yè)務(wù)體驗，實現(xiàn)對位置信息共享、協(xié)同辦公系統(tǒng)、動態(tài)實時的視頻會議、3D街道實景、手機(jī)電視頻道的快速切換、家庭視頻在線檢索、網(wǎng)站的高速瀏覽等業(yè)務(wù)進(jìn)行有效、無縫化的的整合。

（3）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大

在TD-LTE系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，為了給用戶更高的體驗質(zhì)量，運(yùn)營商需要可以與不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)互連共同構(gòu)建全新的網(wǎng)絡(luò)[9]，在TD-LTE的基礎(chǔ)之上有效的提高TD-LTE系統(tǒng)的商用成熟度，給用戶帶來更高的業(yè)務(wù)感知，推進(jìn)新一代全新商務(wù)模式的建立。

（4）增大信號覆蓋范圍

目前移動2G信號覆蓋十分的廣泛，地下車庫、地鐵、山區(qū)均已覆蓋，但是聯(lián)通3G以及移動LTE卻時常出現(xiàn)信號不強(qiáng)或無信號的情況，使用戶的上網(wǎng)中出現(xiàn)斷網(wǎng)或者視頻延時等現(xiàn)象。因此若想提高TD-LTE系統(tǒng)的QoE，擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋范圍[10]將是必不可少的一部分。

（5）加快TD-LTE系統(tǒng)的建設(shè)和相關(guān)技術(shù)的研發(fā)

如果要給TD-LTE系統(tǒng)用戶提供高質(zhì)量的體驗，就必須滿足對大量配套設(shè)施、幾十萬個基站和數(shù)量龐大的多模終端[11]的需求。在增大信號覆蓋范圍的同時，加強(qiáng)終端成熟度等方面的建設(shè)，只有這樣在提高QoE（用戶體驗質(zhì)量）的同時才能進(jìn)一步降低用戶的使用成本，使TD-LTE系統(tǒng)真正得到大范圍的推廣和應(yīng)用。

5.結(jié)論

TD-LTE系統(tǒng)中，在QoE管理方面，充分利用系統(tǒng)高帶寬低時延的特點來提高用戶的業(yè)務(wù)體驗；在QoS管理方面，沿用UMTS中定義的端到端QoS結(jié)構(gòu)的同時引入多種承載及處理機(jī)制，使得QoS參數(shù)更為簡單，也更利于不同設(shè)備、不同網(wǎng)絡(luò)之間的互通，為用戶跨越不同網(wǎng)絡(luò)時提供端到端的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證，在保障QoS的同時，帶來更好的網(wǎng)絡(luò)使用體驗（QoE）。

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