LTE网络的手游动态QoS方案研究

林志，刘申贤，王闽申，陈智强

LTE网络的手游动态QoS方案研究

林志，刘申贤，王闽申，陈智强

（中国电信股份有限公司福建分公司，福建 福州 350001）

为了解决承载移动互联网游戏的无线网络的不稳定性问题，提升手机游戏用户感知，创新性地提出了手游QoS保障方案，用于降低业务端到端时延。重点研究了QoS原理及开通方法，以腾讯热门手游——王者荣耀为例，从四个维度对QoS开通前后游戏用户感知数据进行分析对比，证明了该方案的可行性，并总结出一套QoS保障方案的无线优化方法。

手机游戏 端到端时延 用户感知 QoS

1 引言

随着智能手机的迅速普及与4G网络的快速发展，中国的移动互联网游戏行业已逐渐成为国内各厂商关注的焦点。移动互联网游戏相对桌面游戏最大的挑战在于无线网络的不稳定性，也就是时延的大小和抖动这两个指标。有报告指出，网络延迟每增加500 ms，放弃游戏的玩家就会增加一倍。当然，玩家可接受的网络延迟量因游戏而异。策略类游戏中的即时战略游戏如王者荣耀等，网络延迟会影响到动作响应的时间间隔，也就会影响到玩家的游戏体验；射击类游戏中的第一人称射击游戏，游戏操作有微小的卡顿或是延迟超过100 ms，就会影响到玩家的游戏体验；而在回合制策略类、卡牌类、棋牌类等游戏中，网络延迟没有那么高的要求，但如果网速慢到影响到游戏状态刷新时，依旧会对玩家体验造成影响。因此，如何将延迟从在线游戏中剔除出去是行业的痛点。本文主要介绍基于QoS（Quality of Service，服务质量）技术方案提升手机游戏时延感知案例。

2 QoS原理及开通方案

移动互联网游戏业务的端到端感知时延（Endto-End，简称E2E时延）如图1所示，主要分为空口、S1-U以及PGW（Provisioning Gateway，业务发放网关）-腾讯手游服务器之间等三段时延。

端到端时延中，互联网侧的时延通过CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）或者专线可以得到解决，移动网络的固网传输部分采用大容量光纤，时延也是可控的。目前腾讯手游服务器集中在上海，三大运营商的IDC（Internet Data Center，互联网数据中心）机房都有部署，而LTE网络中从PGW到腾讯手游服务器之间的骨干网上的时延一般较小（主要是由于骨干网已经过充分优化），相对而言E2E RTT（Round Trip Time，环回时间）时延中作为最后一百米的终端到无线基站的时延，才是端到端时延最大、最具决定性的一段。在LTE无线网络侧，可以通过建立QCI=3的专有承载来保证时延。

3GPP按照QoS要求将业务分成9类，并定义相应的QCI（QoS Class Identifier，等级标识），QCI标准化了业务的QoS要求。每个QCI指示每类业务的资源类型、优先级、时延、丢包率等质量要求，详见表1所示。QCI在核心网、基站、终端中端到端传递，避免了协商和传递大量具体的QoS参数。

现网所有普通用户的QCI均配置为9，QCI3也就是GBR（Guaranteed Bit Rate，保证比特速率）业务定义为实时游戏的专用承载。GBR是保证带宽的，在资源拥塞的情况下也能保证传输速率；而Non-GBR是不保证带宽的，在拥塞场景下可能导致数据完全丢失，无法传输，从而影响用户感知。根据3GGP协议，MME当QCI值为1至4时则为GBR业务，当QCI值为5至9时则为Non-GBR业务。因此，将王者荣耀游戏业务承载由QCI9修改为承载在高优先级的QCI3承载上（即为GBR业务），就可以达到提升用户感知的目的。

QCI3业务保障机制如图2所示，终端上报游戏报文业务于QoS服务器，服务器识别该报文为游戏报文后，下发保障策略于QoS控制服务器，QoS控制服务器告知MME为该用户业务建立专有的QCI3承载。

3 QoS开通前后效果对比

为了验证QoS开通前后对手机游戏的感知提升情况，本文以腾讯王者荣耀为例，对游戏的QCI3请求次数、终端效果、ping时延以及RTT时延这四个维度开通QoS前后的效果进行对比分析。

3.1 开启QoS前后QCI3承载次数对比

如图3所示，2017-03-11至2017-03-13关闭QoS后，全网QCI3承载建立尝试次数接近零；2017-03-14开启QoS后，全网QCI3承载建立尝试次数急剧增长，表明王者荣耀业务专有承载生效。

图1 移动互联网游戏业务的端到端感知时延

表1 QCI等级特性表

图2 QCI3业务保障机制

图3 QoS开通前后全网QCI3专有承载次数对比

3.2 开启QoS前后终端效果对比

如图4所示，关闭QoS的QCI3保障承载，实时监测王者荣耀终端测试的业务RTT时延指标为85 ms，游戏体验良好。

图4 关闭QoS终端效果图

如图5所示，开启QoS的QCI3保障承载，实时监测王者荣耀终端测试的业务RTT时延指标为66 ms，开启QoS后感知提升了19 ms，游戏体验非常顺畅。

通过终端效果对比，进一步验证开启QCI3专有承载后有效提升了游戏感知。

图5 开启QoS终端效果图

3.3 开启QoS前后ping时延对比

如图6所示，对比分析手机侧ping王者荣耀服务器（101.226.103.110）时延情况。通过adb shell从手机ping王者荣耀服务器，在关闭QoS的QCI3保障承载后，E2E ping RTT时延为50 ms左右；在开启QoS的QCI3保障承载后，E2E ping RTT时延为37 ms左右。通过ping王者荣耀服务器时延对比，进一步验证开启QCI3专有承载后提升了游戏感知。

3.4 开启QoS前后SEQ平台RTT时延对比

如图7所示，关闭QoS后，通过DPI大数据平台SEQ工具统计王者荣耀游戏的终端侧RTT为58 ms左右，TCP平均建立时长（交互时长）为24 ms左右；开通QoS后，终端侧RTT为44 ms左右，TCP平均建立时长为20 ms左右。这表明开通QoS后，王者荣耀的用户试验明显缩短。

3.5 开启QoS对其他业务影响分析

通过对比分析全网日常KPI（Key Performance Indicator，关键绩效指标）指标以及网页、视频业务的KQI（Key Quality Indicator，关键质量指标）指标情况，判断开启QoS的QCI3承载前后是否对常规业务有影响。

如图8所示，开启及关闭QoS期间，全网日常KPI指标均无明显波动。

如图9所示，开启及关闭QoS期间，全网网页及视频KQI指标均无明显波动。

因此，可进一步确定开通QoS后对其他业务无影响。

通过对QCI3请求次数、终端效果、ping时延以及RTT时延这四个维度进行对比分析可知，开通QoS的QCI3专有承载后，有效地提升了王者荣耀游戏感知，同时对比分析KPI、KQI指标情况，确定开通QoS后对其他业务无影响。

4 QoS无线优化

核心网开启QCI3承载属于GBR业务，优先级高于QCI9业务，因此在QCI3以及QCI9均为高业务的区域，如何同时保障两种QCI业务感知尤为重要。基于此，本文提出一些优化提升方法，主要包含无线参数优化用于提升两种业务的感知。

4.1 SR及DRX参数优化

图6 QoS开通前后终端至服务器ping时延对比

图7 QoS开通前后RTT时延对比

图8 QoS开通前后常规KPI指标对比

图9 QoS开通前后业务KQI指标对比

厦门高校贝尔设备区域出现用户投诉王者荣耀卡顿现象，无线侧通过修改DRX定时器、SR（Scheduling Request，调度请求）周期等参数后，王者荣耀游戏投诉量减少，首包时延、视频流媒体下载速率以及游戏RTT等感知指标均得到提升。

（1）原理介绍

1）DRX参数

◆drxInactivityTimer：DRX非激活定时器（子帧），表示DRX非激活定时器的长度，值设置越大可降低系统时延，但增加UE耗电量；

◆drxRetransmissionTimer：DRX等待重传数据的定时器（子帧），表示DRX等待重传数据的定时器的长度，值越大UE处于活动期的时间越长，可降低系统时延，但UE会更耗电；

◆onDurationTimer：DRX持续定时器，表示DRX持续定时器的长度，值设置越大可降低系统时延，但增加UE耗电量。

2）SR周期

initPUCCHSRSConfigProfile：SR周期，可以设定为5 ms、10 ms、20 ms、40 ms。SR周期越小，就越可以有效提升ping时延。该参数同时控制SRS、CQI上报周期，可以设置为Basic、Normal、Premium、Super四种级别。

四种PUCCH/SRS configuration profile参数的定义如下：

◆Super下，P_CQI周期为10 ms，SR周期为5 ms，SRS周期为10 ms；

◆Premium下，P_CQI周期为20 ms，SR周期为20 ms，SRS周期为20 ms；

◆Normal下，P_CQI周期为40 ms，SR周期为40 ms，SRS周期为40 ms；

◆Basic下，P_CQI周期为80 ms，SR周期为40 ms，SRS周期为80 ms。

贝尔区域将SR周期改为Super模式。

（2）优化效果

贝尔全网DRX相关参数修改完成，各项指标均有所改善，详见表2所示：

表2 SR及DRX参数优化前后感知对比

其中，首包时延由173 ms提升至151 ms，提升12.8%；页面打开时延由1 036 ms提升至941 ms，提升9.2%；TCP第三次握手时延由70 ms提升至58 ms，提升17.1%；王者荣耀游戏类终端侧RTT时延由80 ms提升至62 ms，提升22.5%；视频流媒体下载速率由1 173 kb/s提升至1 295 kb/s，提升10.4%。

4.2 SRI发送门限优化

（1）原理介绍

当UE有上行数据到达时，会向eNB发送调度请求SR，eNB侧调度器为UE分配合理资源。SR周期系统根据用户数多少进行自适应配置，默认是小区10个用户以下周期是5 ms，10个用户以上是20 ms。可通过抬升用户数门限，以减少SR发送周期，缩短上行发送时延。

（2）优化效果

诚毅学院区域内所有基站完成SRI发送门限修改（10改为30），观察各项指标均有所改善，详见表3所示：

表3 SRI发送门限优化前后感知对比

其中，首包时延由131 ms提升至118 ms，提升9.9%；页面打开时延由759 ms提升至553 ms，提升27.1%；TCP第三次握手时延由44 ms提升至38 ms，提升13.6%；王者荣耀游戏类终端侧RTT时延由51 ms提升至40 ms，提升21.6%；但是视频流媒体下载速率由1 354 kb/s恶化至1 268 kb/s。

贝尔区域DRX及SR参数修改后，王者荣耀游戏感知以及其他网页的视频感知提升明显；SRI发送门限优化后，王者荣耀游戏感知提升明显，但是视频流媒体下载速率稍微恶化，建议在高校等实时游戏类负载高区域进行推广。

此外，关闭DRX同样可以提升游戏类感知时延，推荐在部分投诉频次较高区域关闭DRX。

5 结束语

综上所述，本文研究了移动互联网游戏业务的保障方案及QoS的开通方法，分析了开启QoS后王者荣耀游戏各个维度的感知提升情况，证明了该套方案可以明显改善手机游戏用户感知，并验证了开启QoS前后对其他业务无影响。文中通过验证并总结出一套无线参数优化方法，计划下一步进行全网性经验推广。

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林志：工程师，学士毕业于福州大学计算机专业，现任职于中国电信股份有限公司福建分公司无线网络优化中心，D级人才，主要从事端到端优化管理工作。

刘申贤：工程师，硕士毕业于北京邮电大学通信工程专业，现任职于中国电信股份有限公司福建分公司网络运营支撑中心，C级人才，主要从事端到端优化管理工作。

王闽申：工程师，硕士毕业于四川大学通信工程专业，现任职于中国电信股份有限公司福建分公司无线网络优化中心，C级人才，主要从事LTE&CDMA2000 1x EV-DO互操作以及LTE移动性优化、网优参数规范化管理工作。

Research on Dynamic QoS Scheme for Mobile Game in LTE Network

LIN Zhi, LIU Shenxian, WANG Minshen, CHEN Zhiqiang
(China Telecom Co., Ltd., Fujian Branch, Fuzhou 350001, China)

In order to deal with the instability of wireless networks bearing mobile Internet game and improve the user perception of mobile game, a mobile game QoS guarantee scheme was innovatively proposed to reduce the end-toend latency. QoS principle and opening method were investigated in depth. Taking the popular mobile game of King Glory as the example, the user perception data before and after QoS opening was analyzed and compared from four dimensions. The feasibility was validated and a set of wireless optimization methods of QoS guarantee schemes.

mobile game end-to-end latency user perception QoS

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.16.008

TN929.5

A

1006-1010(2017)16-0037-06

林志,刘申贤,王闽申,等. LTE网络的手游动态QoS方案研究[J]. 移动通信, 2017,41(16): 37-42.

2017-05-26

责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn