EPC整形對(duì)LTE回傳速率影響的研究

賀政，王迎春，劉冬梅，唐智飛（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

EPC整形對(duì)LTE回傳速率影響的研究

賀政，王迎春，劉冬梅，唐智飛
（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

流量突發(fā)會(huì)造成業(yè)務(wù)大量分組丟失，嚴(yán)重影響LTE回傳速率。通過現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，驗(yàn)證EPC整形功能對(duì)流量突發(fā)造成的分組丟失現(xiàn)象的抑制情況，以及對(duì)LTE回傳速率的影響。本文將對(duì)相關(guān)測(cè)試情況進(jìn)行研究分析，進(jìn)而推動(dòng)EPC設(shè)備開啟流量整形功能。

EPC；流量整形；LTE回傳；QoS

1 研究背景

2014年10月份，相繼有運(yùn)營商在路測(cè)中發(fā)現(xiàn)個(gè)別EPC設(shè)備下的多個(gè)LTE基站存在FTP下載速率較低的情況。通過手機(jī)軟件測(cè)試，F(xiàn)TP業(yè)務(wù)下載速率小于30 Mbit/s，最低速率在6～8 Mbit/s之間浮動(dòng)。

經(jīng)過分組抓取分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)速過程中存在嚴(yán)重的流量突發(fā)，大大超過了PTN配置的峰值帶寬PIR，這勢(shì)必會(huì)造成FTP下載業(yè)務(wù)分組丟失，嚴(yán)重影響LTE回傳速率。

綜上，發(fā)生嚴(yán)重分組丟失的主要原因在于現(xiàn)網(wǎng)沒有實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的手段，當(dāng)EPC側(cè)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)模較大的下行流量時(shí)，PTN緩存溢出，引起分組丟失重傳，導(dǎo)致LTE回傳速率下降。因此，開啟EPC側(cè)的流量整形功能勢(shì)在必行。

EPC流量整形功能IPSQM（Internet Protocol Service Quality Management，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)質(zhì)量管理）能夠進(jìn)行基于eNode B粒度的整形，幫助提升S-GW到每一個(gè)eNode B的端到端傳輸效率，減少傳輸共享對(duì)eNode B的影響；并且它能夠基于實(shí)時(shí)IPPM （IP Performance Monitoring，IP網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)）測(cè)量的分組丟失結(jié)果進(jìn)行整形，分組丟失越多，限速越低，避免進(jìn)一步分組丟失；它還能夠進(jìn)行基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的公平調(diào)度，每條承載業(yè)務(wù)都會(huì)根據(jù)不同的權(quán)值進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

2 測(cè)試環(huán)境

本次測(cè)試在南寧移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行，采用華為PTN端到端方案，PTN設(shè)備位于城域核心層和匯聚接入層，用于實(shí)現(xiàn)LTE業(yè)務(wù)的回傳。

測(cè)試分為4種場(chǎng)景，分別為：

PTN配置限速的情況下，EPC不啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試；

PTN配置限速的情況下，EPC啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試；

PTN不配置限速的情況下，EPC不啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試；

PTN不配置限速的情況下，EPC啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試。

3 測(cè)試結(jié)果分析

（1）場(chǎng)景I：PTN配置限速的情況下，EPC不啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試。

設(shè)置CIR/PIR=40 Mbit/s/60 Mbit/s，EPC不開啟整形功能，進(jìn)行FTP下載業(yè)務(wù)測(cè)速，見表1、圖1所示。理論上速率應(yīng)該達(dá)到50 Mbit/s以上，但實(shí)測(cè)差距較大，而且不穩(wěn)定，在20～44 Mbit/s之間浮動(dòng)，最大偏差24 Mbit/s。

圖1 LTE回傳速率曲線圖（場(chǎng)景I）

表1 場(chǎng)景I測(cè)試數(shù)據(jù)

結(jié)果分析：

由于現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試在凌晨進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)空載，突發(fā)比較小。如果按照常規(guī)設(shè)置（CIR/PIR=40 Mbit/s/320 Mbit/s）進(jìn)行測(cè)速，那么和關(guān)閉PTN限速功能的測(cè)試結(jié)果相同，因?yàn)榱髁客话l(fā)沒有超過PTN設(shè)置的峰值帶寬PIR。因此在實(shí)測(cè)過程中，需要對(duì)峰值帶寬PIR做多次調(diào)整，重現(xiàn)流量突發(fā)速率大于PIR的情況。

本次測(cè)試在PIR設(shè)置為60 Mbit/s，關(guān)閉EPC整形功能的情況下，LTE回傳降速明顯。

（2）場(chǎng)景II：PTN配置限速的情況下，EPC啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試。

設(shè)置CIR/PIR=40 Mbit/s/60 Mbit/s，設(shè)置EPC整形速率為60 Mbit/s，進(jìn)行FTP下載業(yè)務(wù)測(cè)速，見表2、圖2所示。理論上速率應(yīng)該達(dá)到50 Mbit/s以上的速率，實(shí)測(cè)平均速率53 Mbit/s，而且速率非常穩(wěn)定，偏差在1 Mbit/s以內(nèi)。

表2 場(chǎng)景II測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2 LTE回傳速率曲線圖（場(chǎng)景II）

結(jié)果分析：

通過EPC設(shè)備的流量整形功能，限制FTP下載業(yè)務(wù)的流量與突發(fā)，使這類業(yè)務(wù)以比較均勻的速度向外發(fā)送。當(dāng)報(bào)文的發(fā)送速度過快時(shí)，首先在緩沖區(qū)進(jìn)行緩存，并在相應(yīng)的QoS控制機(jī)制下，再均勻地發(fā)送這些被緩沖的報(bào)文。

本次測(cè)試開啟EPC整形功能之后，LTE回傳速率明顯提升，基本可以達(dá)到PTN設(shè)置的峰值帶寬PIR。

（3）場(chǎng)景III：PTN不配置限速的情況下，EPC不啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試。

PTN不開啟限速功能，EPC不開啟整形功能，進(jìn)行FTP下載業(yè)務(wù)測(cè)速，見表3、圖3。速率不穩(wěn)定，在43～62 Mbit/s之間浮動(dòng)，最大偏差達(dá)到19 Mbit/s。

結(jié)果分析：

圖3 LTE回傳速率曲線圖（場(chǎng)景III）

表3 場(chǎng)景III測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 場(chǎng)景IV測(cè)試數(shù)據(jù)

由于現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試在凌晨進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)空載，突發(fā)比較小。因此，在不開啟PTN限速，以及EPC整形功能關(guān)閉的情況下，可以觀察到FTP下載業(yè)務(wù)最大下載速率在60 Mbit/s左右，這與測(cè)試1中經(jīng)過多次調(diào)測(cè)得到的PIR值相近，可以驗(yàn)證本次測(cè)試中將PIR設(shè)置為60 Mbit/s的合理性。

因?yàn)闊o法得知在關(guān)閉PTN限速功能的情況下，承載該條FTP下載業(yè)務(wù)的LSP的峰值帶寬的具體數(shù)值。所以，我們推斷FTP下載業(yè)務(wù)速率小于60 Mbit/s的原因是由于承載該業(yè)務(wù)的LTE基站下的所有業(yè)務(wù)的突發(fā)速率之和超過了該基站的峰值帶寬。

在該測(cè)試場(chǎng)景下， LTE回傳速率雖然有所改善，但是速率變化不穩(wěn)定，變化區(qū)間較大，這會(huì)導(dǎo)致分組數(shù)據(jù)從發(fā)送方到達(dá)接收方所經(jīng)歷的時(shí)間長短變化比較劇烈，從而加劇網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)。

（4）場(chǎng)景IV：PTN不配置限速的情況下，EPC啟用整形時(shí)FTP下載速率測(cè)試。

PTN不開啟限速功能，設(shè)置EPC整形速率為60 Mbit/s，進(jìn)行FTP下載業(yè)務(wù)測(cè)速，見表4、圖4所示。速率比較穩(wěn)定，在55～59 Mbit/s之間浮動(dòng)，最大偏差4 Mbit/s。

結(jié)果分析：

在該測(cè)試場(chǎng)景下，LTE回傳速率改善明顯，速率變化穩(wěn)定，變化區(qū)間較小，一定程度上抑制了網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)。

本次測(cè)試開啟EPC整形功能之后，效果明顯，驗(yàn)證了EPC整形功能提高LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的有效性。

圖4 LTE回傳速率曲線圖（場(chǎng)景IV）

4 小結(jié)

通過以上4種場(chǎng)景的現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，可以看到開啟EPC整形功能對(duì)改善業(yè)務(wù)下載速率，抑制網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，提高LTE回傳網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量是立竿見影的。

但是由于測(cè)試環(huán)境的約束，還無法清晰的驗(yàn)證PTN限速功能與EPC整形功能組成的層次化QoS對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提升。

下一步的工作主要集中于通過更加充分的現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試以及結(jié)果分析，推動(dòng)EPC設(shè)備開啟流量整形功能，配合PTN設(shè)備的限速功能，解決承載LTE回傳業(yè)務(wù)的帶寬配置問題。在滿足LTE網(wǎng)絡(luò)承載需求的條件下，通過對(duì)帶寬配置、收斂比等參數(shù)的調(diào)整，減輕傳輸網(wǎng)絡(luò)多余的負(fù)擔(dān)，節(jié)省建設(shè)投資。

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