一種提升LTE網絡高數據負載場景用戶網頁瀏覽體驗的方法

劉軼康

【摘 要】LTE網絡提供了更高的下載速率，極大的提升了FTP下載應用的用戶體驗。但是同時也造成用戶瀏覽網頁的數據包淹沒在FTP下載的數據包中，容易造成延時增加，丟包加劇等后果，影響了用戶體驗。本文討論了在IP層及LTE RLC層封裝時對HTTP協議數據包設置更高優先級的方法，解決了這一問題，改善了用戶體驗。

【關鍵詞】LTE網絡 優先級 TOS

1 LTE網絡速率提升對用戶典型應用場景的影響

4G LTE技術對電信用戶體驗的改進是巨大的。進入4G時代以后，LTE技術的速率體驗有了大幅提升，TD LTE的單小區速率可以達到110Mbps（cat4終端，上下行時隙配比1：3），而FDD LTE的單小區速率更是可以達到150Mbps，如果再應用載波聚合技術、4×4 MIMO、256QAM調制等技術，FDD LTE的速率可以達到1Gbps。

大幅提升的網絡速率，也必然會帶來用戶應用場景的改變。很多用戶在2G時代只能發短信，瀏覽wap網頁；到了3G時代用戶可以使用即時通信工具，在移動中瀏覽internet；到了4G時代，網絡則完全可以支持用戶進行大文件FTP下載、在線觀看流媒體電影以及高清視頻通話等新的業務應用。因此在4G網絡既需要滿足用戶各種高速率應用的需求，也需要兼容用戶的低速率應用的正常使用。

同時存在的用戶FTP下載與網絡瀏覽業務應用，如果不加以區分，則容易導致低速應用的數據包淹沒在高速應用的數據包中。如果網絡發生擁塞，導致部分數據包丟失時，FTP業務或許只丟失了一部分數據包，可以在延長一定任務時間的情況下完成任務；而網絡瀏覽的數據包卻可能完全丟失，造成用戶根本無法打開網頁。

2 LTE網絡中通過專用承載提供QOS的方法及局限性

LTE網絡本身在設計時，考慮到了對不同業務的服務質量QoS的保證要求。在LTE中通過為特定業務建立專用承載（dedicated bearer）的方式來實現。專用承載在建立過程中，網絡與終端即約定好該專用承載的服務質量，之后終端負責將特定業務的數據包發送到對應的專用承載上來進行傳輸。但是在實際網絡應用中，這種理想化的設計并沒有得到廣泛應用。其原因主要有以下幾個方面：

（1）協議設計中由LTE終端負責將各種不同業務的數據包加以區分并發送到不同的專用承載上，可是實際應用中，LTE終端往往充當了一個通信管道的作用，類似于操作系統中的一個網卡，工作在MAC層；而不同的業務則工作在操作系統中，通過操作系統使用該網卡。不同業務的通信可以通過TCP連接來加以區分，但是對于工作在MAC層的LTE終端來說是無法區分不同的業務的。

（2）即使LTE終端可以區分不同的業務，由于LTE協議中的QoS只能應用到專用承載上，也就是使用不同QoS的應用需要使用不同的專用承載，由于用戶實際使用的應用類型可能有多種，并且在不斷變化中，因此終端與網絡間需要經常進行專用承載的建立和刪除操作，也會極大的增加網絡設備與所服務用戶的信令交互，增大系統開銷。

因此，現有的LTE網絡中，往往僅僅使用了一個默認承載，將用戶的各種應用數據統一通過該默認承載進行傳輸，而并沒有使用協議中定義的專用承載。這樣，用戶瀏覽網頁的小量數據包淹沒在FTP下載的大量數據包中的情況就不可避免了。

3 設置IP層TOS及LTE RLC層改進的方法

為了避免這種問題的發生，就需要改進處理方法，針對不同業務類型進行不同的處理。

首先必須對不同業務的數據包進行區分處理。操作系統的協議棧在進行IP封包的時候，應該根據業務類型的不同，在數據包上體現出來。在IP協議中，定義IP包的格式如圖1所示。其中TOS（Type of Service）域就是用來設置不同的服務類型值的。因此，可以對不同的業務類型設置不同的TOS值。如，將FTP類型的數據包，其IP的TOS設置為1，而將HTTP類型的數據包，其TOS值設置為2。

圖1 IP協議中IP包的定義

其次，在LTE協議棧中，需要根據IP包的TOS值不同，進行不同優先級的服務。LTE技術也可以通過在RLC層的發送和接收數據包隊列的排序算法上，體現出不同優先級的不同處理。RLC層為LTE協議中的一層，主要負責對上層處理過的待發送數據包進行分段，排入發送隊列；同時，對從對端收到的數據包段組成的接收隊列進行處理，將數據包段還原成數據包。排在隊首的數據包段可以較快的被發送到對端。因此，利用RLC層的這一功能，我們可以在這一層中對于IP包頭中TOS設置為2的HTTP數據包，優先進行發送隊列的排隊，或者優先從接收隊列中進行處理；而對于IP包頭中TOS為1的FTP數據包，則可以給予次一級的優先級。從而在LTE協議框架內，實現對瀏覽網頁業務的數據包從發送端操作系統到LTE接入網的優先處理。

最后，在LTE核心網以及通過網關接入Internet以后，對于瀏覽網頁業務的數據包是否能夠再次進行高優先級處理，則取決于該網絡對IP包頭中TOS域的支持情況如何。鑒于現有IP路由網絡以及Internet網絡采用的是“盡力而為服務”的策略，對于瀏覽網頁和FTP下載的數據并不進行區分而提供相同的服務，而對大范圍的網絡進行升級顯然是不現實的，因此在這個范圍內暫時沒有優化的空間，只能達到與改進前相同的效果。

通過以上各個步驟，在利用LTE網絡進行的用戶業務中，即使高負載下也可以實現對網頁瀏覽業務提供優于FTP下載業務的服務，從而改善用戶瀏覽網頁的體驗效果。

參考文獻：

[1]劉思楊.LTE網絡優化技術[J].通信管理與技術，2011（01）.

[2]盧卓君，彭陳發，岑曙煒.TD-LTE網絡優化探討[J].電信技術，2012（07）.