不同网络制式下QQ业务性能分析及优化方案

苏健，王小奇，黄宇红

（中国移动通信研究院，北京 100053）

1 QQ业务特征分析

1.1 特征概述

在中国，手机QQ的业务发展迅猛，根据QQ官方统计，目前手机QQ注册用户已达2亿，其中活跃用户1亿，同时在线用户数高达2000万，QQ业务巨大的应用需求对移动通信网络产生了极大的冲击。

表1对于通常情况下QQ业务的部分参数指标进行了统计。

可以总结出QQ业务具备小数据分组和不连续传输两项基本特征，以下对这两个特征进行分析。

1.2 小数据分组传输

虽然目前QQ客户端可以提供的应用类型非常多样，包括语音、视频聊天，图片、文件传输等，但是其主要应用还是文字类信息的传送（即普通聊天），尤其是在手机终端上。在聊天过程中，每次传输可能只是几十个字节，数据分组非常小。在无线资源静态分配的情况下，一般分配带宽远大于传输小数据分组的需求，这将造成网络资源利用不充分，传输效率低，甚至为建立传输所需的信令内容大于实际传输的信息内容。

1.3 不连续传输

用户在使用QQ业务时，传输的信息主要来源于3个方面。

表1 QQ业务关键参数指标

（1）心跳消息：周期性发送，主要用于保持用户在服务器上的在线状态；

（2）好友状态更新通知：当好友状态发生改变时发送；

（3）应用层数据：即用户的聊天信息、文件传输等。

图1 QQ业务传输各类信息示意图

根据图1可以看出，3类信息在总体上呈现出不连续发送的特征。基于提高无线网络资源利用率的考虑，当一段时间内没有数据发送时，用于传输的承载将被释放掉，而这个延迟的时间非常短暂（以GSM网络为例，只有1s），远小于相邻两次信息发送的间隔。当下一条信息发送时，又需要重新建立承载。因此，QQ业务将产生大量的承载建立和释放流程，消耗网络控制信令资源，根据统计，一个QQ用户所产生的指派信令流量是下载、网页浏览用户的5～10倍。

根据以上分析，QQ业务由于其特有的特征，对于移动通信网络产生了较大的冲击。经过中国移动与腾迅公司的协商，在兼顾双方利益的前提下，对手机QQ软件进行了修改。取消了心跳分组，并将好友状态更新通知固定为每3min发送一次，在一定程度上降低了网络承载建立和释放的频率。腾迅公司在2009年9月及后续发布的手机QQ软件版本已经支持以上修改。但是，QQ业务固有的小数据分组、应用层数据不连续发送特征无法通过修改软件而改变。

2 不同制式网络下QQ业务对于网络性能的影响

2.1 信令面

由于QQ业务具有不连续传输的特点，需要不断的建立和释放承载，消耗了大量的控制信令资源。但是，由于不同网络的能力不同，抵御QQ业务信令冲击的效果也有所不同。

在GSM网络中，接入网不能支持无线承载永远在线，并且网络支持的同时在线用户数有限，单载波情况下只有32个，因此不能为QQ业务建立永远在线的承载，只能采用不断释放和重建承载的方式。在承载建立的过程中，基站需要向终端发送立即指派消息，在GSM系统中，立即指派消息和寻呼消息是共享控制信道资源的，并且立即指派消息具有更高的优先级。因此，大量QQ业务所引入的立即指派信令抢占了寻呼消息的资源，使得寻呼拥塞，对话音业务的冲击尤为严重。在部分省的商业区域，GSM系统话音业务寻呼成功率长期低于90%，严重影响了用户感知。

在TD-SCDMA系统中，数据业务会优先承载在HSDPA上。HSDPA用户数受限于伴随信道数量，典型配置下HSDPA单载波最多只可以支持24个数据业务用户同时在线。但是在3G系统中，3GPP为终端定义了CELL_FACH状态，处于该状态的终端，可以通过FACH信道和RACH信道与基站进行小数据量的传输并且不需要维持同步。由于FACH信道和RACH信道为多用户复用的信道，因此通过FACH信道和RACH信道承载的CELL_FACH状态用户数理论上仅受限于系统的处理能力和多个用户总的数据吞吐量，非常适合小数据量且非连续发送数据业务的承载。因此可以根据QQ业务的数据量和数据发送间隔等特征，配置终端状态转换参数，使QQ业务终端保持在CELL_FACH状态，降低由于状态转移或承载重建引入的信令开销。即时在终端对CELL_FACH状态不支持的情况下，由于TD-SCDMA系统可以支持同时接入的用户数量高达几百个，也可以满足QQ用户重建承载的需求。

在TD-LTE系统中，同时支持的在线用户数理论上可以达到约6万个，实际受限于硬件能力，大约为1200个。考虑到TD-LTE系统强大的容量能力，并支持无线承载永远在线，因此完全可以为QQ业务建立永远在线的承载，避免承载反复建立和释放的流程，节约系统信令开销。即使需要释放和建立承载，由于控制信令映射到物理层共享信道资源上，资源丰富，也不影响寻呼消息。

2.2 用户面

在GSM系统中，采用固定资源分配的方式，一个用户占用的信道数量固定，目前网络中多基于终端能力进行分配，采用4（下行）+1（上行）的配置，不区分业务类型。但是，从QQ业务实际需求分析，1+1的配置已经能够满足需求。

由表2中也可以看出，GSM系统中，QQ业务的信道利用率远低于其它业务类型。

表2 GSM系统典型数据业务信道利用率

TD-SCDMA（R4）系统对数据业务采用专用信道承载方式，承载建立初期分配最少数量的专用信道，速率为8kbit/s，后续可以根据实际业务需求向上调整。但是，考虑到QQ实际的业务需求可能只有2～3kbit/s左右，仍然可能造成浪费。在TD-SCDMA系统中，如果令QQ用户保持在CELL_FACH状态，用户共享FACH/PACH信道，则不存在资源浪费的问题。

对于TD-SCDMA（HSDPA）系统和TD-LTE系统，由于采用动态资源分配的方式，根据用户的实时流量需求分配资源，因此QQ业务对网络数据面的影响较小。

综上所述，由于GSM网络的容量和资源分配方式受限，QQ业务对其产生的冲击最为严重，已经造成了信令拥塞和业务信道传输效率低下的问题，严重影响到用户感受和网络利用率。根据中国移动部分省公司GSM现网的统计，QQ业务占据了超过3/4的信道资源，对于WAP网关、防火墙等资源的占用也超过了整体的一半以上，但是由于其实际流量小，产生的收益非常有限。

对于TD-SCDMA和TD-LTE系统，虽然QQ业务还不足以严重影响网络性能，但也可以通过一定的优化方式，使其更合理的使用网络资源。

3 不同制式网络下QQ优化方案

不同制式的接入网络，由于其网络结构、承载建立方式、空口资源调度方式等方面的不同，QQ业务对于网络性能的影响方式和程度有所不同，针对性优化的方式也有所不同。

3.1 2G（GSM）

QQ业务可能造成GSM网络的信令拥塞，并严重降低数据信道资源的利用率；因此，GSM网络针对QQ业务的优化主要着眼于降低对网络的冲击。

（1） 信令面优化：可以采用的手段包括开启多CCCH信道，提供更充分的寻呼信令资源供话音业务使用；开启话音寻呼优先功能，或者直接降低QQ业务立即指派消息优先级，使其低于话音业务寻呼消息优先级，保证话音业务的寻呼消息能够及时发出；

（2） 调整用户复用度：由于QQ业务的流量较小，因此可以提高其所在数据信道的用户复用度，使得更多用户可以分享该数据信道资源，QQ用户占用资源进一步降低；

（3） 调整数据信道分配数量：根据QQ业务的实际需求，为其在上下行各分配一个数据信道，而不是基于终端能力分配更多的信道；

（4） 调整调度时长：为QQ业务配置更低的调度优先级，降低其被调度的频率，保证其它业务优先使用资源，同时降低QQ实际占用的资源。

3.2 3G（TD-SCDMA）

由于QQ业务不会对TD-SCDMA系统产生明显冲击，因此TD-SCDMA网络应充分发挥其作为3G制式的数据承载优势，根据实际情况合理调整QQ等业务的数据承载方式，提高无线资源的利用效率。

（1） CELL_FACH状态承载：网络侧开启CELL_FACH状态，根据QQ业务的数据量和数据发送周期等特征，配置终端状态转换参数，引导QQ业务尽可能承载在Cell_FACH状态上，并合理配置适当数量的S-CCPCH信道和PRACH信道，提升对FACH信道和RACH信道的承载能力；

（2） 用R4方式承载：对于CELL_FACH能力支持情况不好的终端，可以考虑用R4承载方式承载QQ类业务，不同于其它数据业务会优先采用HSDPA承载方式。并且，保持上下行均采用较低的速率，如8kbit/s，以减少对R4专用码道资源的占用；

（3） 引入增强型 CELL_FACH 状态：在引入HSPA+中的增强型CELL_FACH状态后，FACH信道和RACH信道由共享信道承载，极大的提升了UE在CELL_FACH状态下的数据承载能力，可以承载更多的QQ业务。

3.3 B3G（TD-LTE）

由于QQ业务不会对TD-LTE网络产生明显的冲击，因此TD-LTE网络针对QQ的优化主要考虑使其更合理的使用网络资源，同时获得更优的性能。主要考虑以下几个方面。

（1） 无线承载永远在线： TD-LTE系统可以支持的同时在线用户数远远满足应用需求，并支持无线承载永远在线，因此可以为QQ业务建立永远在线的无线承载；同时TD-LTE系统采用动态资源调度方式，根据QQ业务的实际需求分配资源，不会造成系统资源的浪费；

（2） 采用更短的DRX降低时延：在TD-LTE系统中，为节约终端耗电采用DRX技术，当终端没有数据传输时，使其暂时休眠并定时醒来监听寻呼消息；针对QQ业务特性，可以为其设置更短的DRX，保证用户能及时收到消息；

（3） 采用分散式的资源分配方式：TD-LTE系统是宽带系统，整个带宽被分为若干个相互正交的子载波；由于QQ业务多为小分组发送，数据量小，如果采用连续式的资源分配，数据只占用有限几个相邻的子载波；如果这几个子载波恰好处于深衰落，则整个数据分组都将受到严重影响，甚至无法解码；如果采用分散式的资源分配方式，数据被散布在整个带宽上，全部受到深衰落影响的概率将极大降低。