一種提升LTE網(wǎng)絡(luò)高數(shù)據(jù)負(fù)載場(chǎng)景用戶網(wǎng)頁(yè)瀏覽體驗(yàn)的方法

劉軼康

【摘 要】LTE網(wǎng)絡(luò)提供了更高的下載速率，極大的提升了FTP下載應(yīng)用的用戶體驗(yàn)。但是同時(shí)也造成用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù)包淹沒(méi)在FTP下載的數(shù)據(jù)包中，容易造成延時(shí)增加，丟包加劇等后果，影響了用戶體驗(yàn)。本文討論了在IP層及LTE RLC層封裝時(shí)對(duì)HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)包設(shè)置更高優(yōu)先級(jí)的方法，解決了這一問(wèn)題，改善了用戶體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】LTE網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)先級(jí) TOS

1 LTE網(wǎng)絡(luò)速率提升對(duì)用戶典型應(yīng)用場(chǎng)景的影響

4G LTE技術(shù)對(duì)電信用戶體驗(yàn)的改進(jìn)是巨大的。進(jìn)入4G時(shí)代以后，LTE技術(shù)的速率體驗(yàn)有了大幅提升，TD LTE的單小區(qū)速率可以達(dá)到110Mbps（cat4終端，上下行時(shí)隙配比1：3），而FDD LTE的單小區(qū)速率更是可以達(dá)到150Mbps，如果再應(yīng)用載波聚合技術(shù)、4×4 MIMO、256QAM調(diào)制等技術(shù)，F(xiàn)DD LTE的速率可以達(dá)到1Gbps。

大幅提升的網(wǎng)絡(luò)速率，也必然會(huì)帶來(lái)用戶應(yīng)用場(chǎng)景的改變。很多用戶在2G時(shí)代只能發(fā)短信，瀏覽wap網(wǎng)頁(yè)；到了3G時(shí)代用戶可以使用即時(shí)通信工具，在移動(dòng)中瀏覽internet；到了4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)則完全可以支持用戶進(jìn)行大文件FTP下載、在線觀看流媒體電影以及高清視頻通話等新的業(yè)務(wù)應(yīng)用。因此在4G網(wǎng)絡(luò)既需要滿足用戶各種高速率應(yīng)用的需求，也需要兼容用戶的低速率應(yīng)用的正常使用。

同時(shí)存在的用戶FTP下載與網(wǎng)絡(luò)瀏覽業(yè)務(wù)應(yīng)用，如果不加以區(qū)分，則容易導(dǎo)致低速應(yīng)用的數(shù)據(jù)包淹沒(méi)在高速應(yīng)用的數(shù)據(jù)包中。如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)包丟失時(shí)，F(xiàn)TP業(yè)務(wù)或許只丟失了一部分?jǐn)?shù)據(jù)包，可以在延長(zhǎng)一定任務(wù)時(shí)間的情況下完成任務(wù)；而網(wǎng)絡(luò)瀏覽的數(shù)據(jù)包卻可能完全丟失，造成用戶根本無(wú)法打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)專(zhuān)用承載提供QOS的方法及局限性

LTE網(wǎng)絡(luò)本身在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到了對(duì)不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量QoS的保證要求。在LTE中通過(guò)為特定業(yè)務(wù)建立專(zhuān)用承載（dedicated bearer）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。專(zhuān)用承載在建立過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)與終端即約定好該專(zhuān)用承載的服務(wù)質(zhì)量，之后終端負(fù)責(zé)將特定業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包發(fā)送到對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用承載上來(lái)進(jìn)行傳輸。但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，這種理想化的設(shè)計(jì)并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。其原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）協(xié)議設(shè)計(jì)中由LTE終端負(fù)責(zé)將各種不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包加以區(qū)分并發(fā)送到不同的專(zhuān)用承載上，可是實(shí)際應(yīng)用中，LTE終端往往充當(dāng)了一個(gè)通信管道的作用，類(lèi)似于操作系統(tǒng)中的一個(gè)網(wǎng)卡，工作在MAC層；而不同的業(yè)務(wù)則工作在操作系統(tǒng)中，通過(guò)操作系統(tǒng)使用該網(wǎng)卡。不同業(yè)務(wù)的通信可以通過(guò)TCP連接來(lái)加以區(qū)分，但是對(duì)于工作在MAC層的LTE終端來(lái)說(shuō)是無(wú)法區(qū)分不同的業(yè)務(wù)的。

（2）即使LTE終端可以區(qū)分不同的業(yè)務(wù)，由于LTE協(xié)議中的QoS只能應(yīng)用到專(zhuān)用承載上，也就是使用不同QoS的應(yīng)用需要使用不同的專(zhuān)用承載，由于用戶實(shí)際使用的應(yīng)用類(lèi)型可能有多種，并且在不斷變化中，因此終端與網(wǎng)絡(luò)間需要經(jīng)常進(jìn)行專(zhuān)用承載的建立和刪除操作，也會(huì)極大的增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與所服務(wù)用戶的信令交互，增大系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。

因此，現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)中，往往僅僅使用了一個(gè)默認(rèn)承載，將用戶的各種應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過(guò)該默認(rèn)承載進(jìn)行傳輸，而并沒(méi)有使用協(xié)議中定義的專(zhuān)用承載。這樣，用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)的小量數(shù)據(jù)包淹沒(méi)在FTP下載的大量數(shù)據(jù)包中的情況就不可避免了。

3 設(shè)置IP層TOS及LTE RLC層改進(jìn)的方法

為了避免這種問(wèn)題的發(fā)生，就需要改進(jìn)處理方法，針對(duì)不同業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行不同的處理。

首先必須對(duì)不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行區(qū)分處理。操作系統(tǒng)的協(xié)議棧在進(jìn)行IP封包的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型的不同，在數(shù)據(jù)包上體現(xiàn)出來(lái)。在IP協(xié)議中，定義IP包的格式如圖1所示。其中TOS（Type of Service）域就是用來(lái)設(shè)置不同的服務(wù)類(lèi)型值的。因此，可以對(duì)不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型設(shè)置不同的TOS值。如，將FTP類(lèi)型的數(shù)據(jù)包，其IP的TOS設(shè)置為1，而將HTTP類(lèi)型的數(shù)據(jù)包，其TOS值設(shè)置為2。

圖1 IP協(xié)議中IP包的定義

其次，在LTE協(xié)議棧中，需要根據(jù)IP包的TOS值不同，進(jìn)行不同優(yōu)先級(jí)的服務(wù)。LTE技術(shù)也可以通過(guò)在RLC層的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包隊(duì)列的排序算法上，體現(xiàn)出不同優(yōu)先級(jí)的不同處理。RLC層為L(zhǎng)TE協(xié)議中的一層，主要負(fù)責(zé)對(duì)上層處理過(guò)的待發(fā)送數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段，排入發(fā)送隊(duì)列；同時(shí)，對(duì)從對(duì)端收到的數(shù)據(jù)包段組成的接收隊(duì)列進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)包段還原成數(shù)據(jù)包。排在隊(duì)首的數(shù)據(jù)包段可以較快的被發(fā)送到對(duì)端。因此，利用RLC層的這一功能，我們可以在這一層中對(duì)于IP包頭中TOS設(shè)置為2的HTTP數(shù)據(jù)包，優(yōu)先進(jìn)行發(fā)送隊(duì)列的排隊(duì)，或者優(yōu)先從接收隊(duì)列中進(jìn)行處理；而對(duì)于IP包頭中TOS為1的FTP數(shù)據(jù)包，則可以給予次一級(jí)的優(yōu)先級(jí)。從而在LTE協(xié)議框架內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)瀏覽網(wǎng)頁(yè)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包從發(fā)送端操作系統(tǒng)到LTE接入網(wǎng)的優(yōu)先處理。

最后，在LTE核心網(wǎng)以及通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入Internet以后，對(duì)于瀏覽網(wǎng)頁(yè)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包是否能夠再次進(jìn)行高優(yōu)先級(jí)處理，則取決于該網(wǎng)絡(luò)對(duì)IP包頭中TOS域的支持情況如何。鑒于現(xiàn)有IP路由網(wǎng)絡(luò)以及Internet網(wǎng)絡(luò)采用的是“盡力而為服務(wù)”的策略，對(duì)于瀏覽網(wǎng)頁(yè)和FTP下載的數(shù)據(jù)并不進(jìn)行區(qū)分而提供相同的服務(wù)，而對(duì)大范圍的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)顯然是不現(xiàn)實(shí)的，因此在這個(gè)范圍內(nèi)暫時(shí)沒(méi)有優(yōu)化的空間，只能達(dá)到與改進(jìn)前相同的效果。

通過(guò)以上各個(gè)步驟，在利用LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的用戶業(yè)務(wù)中，即使高負(fù)載下也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)頁(yè)瀏覽業(yè)務(wù)提供優(yōu)于FTP下載業(yè)務(wù)的服務(wù)，從而改善用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)的體驗(yàn)效果。

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