大唐移動(dòng)無線TCP優(yōu)化技術(shù)，解除TD-SCDMA數(shù)據(jù)束縛

引言：

中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有TD-SCDMA用戶中，有很大一部分是數(shù)據(jù)卡用戶，手機(jī)用戶中相當(dāng)高比例的用戶有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用需求，因此拓展TD-SCDMA用戶量及業(yè)務(wù)收入的一個(gè)基礎(chǔ)條件就是TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和部署能夠保證終端用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的完美體驗(yàn)。

目前中國(guó)移動(dòng)國(guó)內(nèi)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)還沒有達(dá)到100%完全無縫覆蓋，各地TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)中有大量區(qū)域的沒有經(jīng)過很好的規(guī)劃完善和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，存在著大量的弱信號(hào)覆蓋和強(qiáng)干擾的區(qū)域。移動(dòng)用戶使用TD-SCDMA終端進(jìn)入這些區(qū)域時(shí)，在使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過程中會(huì)發(fā)生傳輸速率陡降、速率不穩(wěn)定甚至斷線的情況。這給終端用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)帶來了困擾，讓TD-SCDMA用戶感知體驗(yàn)較差，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)的滿意度大大降低，引發(fā)投訴，這也成為中國(guó)移動(dòng)進(jìn)一步拓展TD-SCDMA用戶的一大阻礙。

大唐移動(dòng)針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)弱覆蓋、強(qiáng)干擾區(qū)域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)下降的問題進(jìn)行了專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，提出在RNC側(cè)實(shí)施TCP傳輸功能優(yōu)化的解決方案，并在浙江移動(dòng)金華現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行了規(guī)模驗(yàn)證，確認(rèn)對(duì)TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能有顯著的改善和提升。

TCP協(xié)議概述

標(biāo)準(zhǔn)定義

TCP即Transmission Control Protocol（傳輸控制協(xié)議），是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，在OSI基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)模型中，TCP完成傳輸層所指定的功能，由IETF的RFC 793定義。

圖一 TCP協(xié)議在OSI網(wǎng)絡(luò)模型中的位置

在Internet網(wǎng)絡(luò)上TCP協(xié)議有廣泛的應(yīng)用，主要提供進(jìn)程間的通信機(jī)制，處理端到端的差錯(cuò)控制和流量控制，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

基本工作原理

網(wǎng)絡(luò)通信中，應(yīng)用層向傳輸層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，然后傳輸層的TCP協(xié)議按照數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳送單元（MTU）的設(shè)置，將數(shù)據(jù)流封裝成一個(gè)或數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)包報(bào)文，之后TCP將數(shù)據(jù)包傳給網(wǎng)絡(luò)層，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議將包傳送給接收端的TCP層。

TCP交互中，為了保證通信過程中不發(fā)生丟包，傳送過程中會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包編上序號(hào)，并保證傳送到接收端的數(shù)據(jù)包的按序接收；接收端對(duì)已成功收到的數(shù)據(jù)包回發(fā)一個(gè)確認(rèn)(ACK)；如果發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)包后，在預(yù)期的時(shí)間段(RTT)內(nèi)未收到確認(rèn)，那么TCP就認(rèn)為該數(shù)據(jù)包丟失，并啟動(dòng)重傳機(jī)制。

接收到數(shù)據(jù)包后，TCP采用校驗(yàn)和函數(shù)來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送過程中是否有錯(cuò)誤，在發(fā)送和接收時(shí)都要計(jì)算校驗(yàn)和，如果校驗(yàn)錯(cuò)誤，TCP也會(huì)發(fā)起重傳。

圖二 TCP通信的三步握手機(jī)制

可靠性機(jī)制

TCP通信的三步握手機(jī)制通過以下手段確保數(shù)據(jù)包準(zhǔn)確及時(shí)的從發(fā)送端傳送到接收端：

當(dāng)發(fā)送端的TCP發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)包后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器（協(xié)商好的時(shí)間段），等待接收端返回正確接收到數(shù)據(jù)包的確認(rèn)信息，如果不能及時(shí)收到確認(rèn)，TCP就會(huì)啟動(dòng)重傳機(jī)制，重新發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)包；

采用端到端的校驗(yàn)和方式（數(shù)據(jù)包首部和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和）確保數(shù)據(jù)包的準(zhǔn)確性，如果收到的數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)和有差錯(cuò)，TCP將丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)包，并且不會(huì)給出確認(rèn)信息返回；

數(shù)據(jù)包傳送中有可能失序，因此TCP會(huì)對(duì)收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序重組，將正確的數(shù)據(jù)流發(fā)給應(yīng)用層；

對(duì)于重復(fù)收到的數(shù)據(jù)包，TCP會(huì)丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)包；

TCP連接采用緩沖空間協(xié)商的方式提供流量控制，接收端的TCP只允許發(fā)送端傳送本端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)，這可以防止較快主機(jī)致使較慢主機(jī)的緩沖區(qū)溢出。

無線TCP傳輸分析

無線鏈路特征

TCP通信交互中采用流量控制機(jī)制和資源分配策略都有默認(rèn)的前提：假定底層的物理媒質(zhì)是高度可靠的，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃韵鄬?duì)較高。這一前提在有線網(wǎng)絡(luò)中可以充分保證，但對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)基本不適應(yīng)，因此在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，TCP的相關(guān)機(jī)制和策略并不一定適用有效。

無線通信鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是帶寬較低、誤碼率較高，且傳輸過程易受其他信號(hào)干擾、多徑傳播衰減的影響。無線信道的通信行為和特性會(huì)隨時(shí)間、地理位置、環(huán)境而發(fā)生隨機(jī)變化，無線鏈路層的差錯(cuò)控制對(duì)包一級(jí)的QoS的影響也是隨時(shí)間變化的。

無線TCP分析

無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在著誤碼率高、傳輸帶寬低、移動(dòng)性及終端供電有限等特點(diǎn)，使得原本為固定主機(jī)、有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的TCP協(xié)議在這種環(huán)境下出現(xiàn)了很多不適應(yīng)的問題，缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

在包含有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的端到端環(huán)境中缺乏有效的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。通過校驗(yàn)或超時(shí)未接到確認(rèn)，TCP只能檢測(cè)到發(fā)生了錯(cuò)誤，即有數(shù)據(jù)包被丟棄，而無法檢測(cè)出錯(cuò)誤的性質(zhì)。TCP對(duì)檢測(cè)到的錯(cuò)誤，均假設(shè)丟包由于網(wǎng)絡(luò)擁塞造成。這種假設(shè)對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)是成立的，但對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不適用；

缺乏有效的錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制。一旦檢測(cè)出丟包，TCP便觸發(fā)擁塞控制處理過程，首先重傳未被確認(rèn)的包，減小擁塞窗口從而降低發(fā)送速率；然后激活擁塞控制機(jī)制，包括超時(shí)指數(shù)回退、減小慢啟動(dòng)閾值；最后進(jìn)入擁塞避免階段以確保擁塞得以解除。如果丟包是由于無線網(wǎng)絡(luò)的誤碼率高或者移動(dòng)設(shè)備切換的原因發(fā)生的，而不是網(wǎng)絡(luò)的擁塞，那么TCP的這種錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制會(huì)導(dǎo)致協(xié)議性能下降，包括吞吐量的下降和延遲的增加；

在無線環(huán)境下，移動(dòng)終端可用帶寬較有線網(wǎng)絡(luò)低，從而使得TCP源端的發(fā)送速率受到限制，使其用較小的擁塞窗口發(fā)送數(shù)據(jù)。這種情況下，一旦有數(shù)據(jù)包丟失，發(fā)送端不能收到足夠多的確認(rèn)數(shù)據(jù)包從而觸發(fā)快速重傳，而只能通過超時(shí)機(jī)制恢復(fù)，因而降低了可用帶寬的使用效率并且增加了延遲；

由于缺乏有效的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)機(jī)制，TCP在無線環(huán)境下的能量使用效率也不高。例如，當(dāng)無線鏈路上發(fā)生了不頻繁的隨機(jī)短暫突發(fā)性錯(cuò)誤時(shí)，TCP源端便降低其擁塞窗口，之后隨著無線傳輸?shù)母纳�，TCP很保守地逐步增加擁塞窗口的大小。在擁塞窗口緩慢地膨脹過程中，無錯(cuò)傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)便被浪費(fèi)了，并且增加了通訊時(shí)間。當(dāng)錯(cuò)誤持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（例如衰減信道、鏈路頻繁的突發(fā)性錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)擁塞）時(shí)，TCP發(fā)送端盡管降低了其擁塞窗口大小，但仍然在反復(fù)嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)，造成更多數(shù)據(jù)包的丟失。盡管吞吐量會(huì)有所增加，但是卻消耗了更多的能量，降低了能量使用的效率。也就是說，在有線/無線綜合的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，當(dāng)需要TCP回退更多時(shí)，TCP沒有這樣操作；而不需要時(shí)它卻這樣做了。

綜上，在有線網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)尚佳的TCP缺乏網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)性，在無線鏈路中并不能取得很好的運(yùn)行性能，這主要是由于在有線網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)為鏈路是相當(dāng)可靠的，而這一假定的前提在無線網(wǎng)絡(luò)中并不成立，即無線網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文的丟失或時(shí)延在很大程度上是由于無線鏈路本身傳輸?shù)奶匦运�造成，如噪聲的突發(fā)性、干擾、頻譜有限、高誤碼率等。

當(dāng)傳統(tǒng)的基于有線的TCP協(xié)議應(yīng)用于無線鏈路時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致通信性能嚴(yán)重降低，因此有必要通過引入一些技術(shù)來改善和提高無線網(wǎng)絡(luò)的TCP性能，這對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)感知具有十分重要的意義。

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)TCP傳輸分析

在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)端到端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用過程中，傳統(tǒng)TCP傳輸?shù)牟贿m應(yīng)性主要表現(xiàn)在以下方面：

無線環(huán)境中鏈路狀況發(fā)生突變時(shí)，TCP會(huì)發(fā)起慢啟動(dòng)和擁塞避免過程，降低業(yè)務(wù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)發(fā)送速率；

當(dāng)空口環(huán)境變好時(shí)，慢啟動(dòng)和擁塞避免過程往往并不能及時(shí)結(jié)束， 服務(wù)器的數(shù)據(jù)發(fā)送速率不會(huì)很快提高上來，會(huì)出現(xiàn)無TCP數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，從而使得端到端的傳輸效率變得低下。

圖三 TCP慢啟動(dòng)和擁塞避免過程

無線環(huán)境的時(shí)刻變化，導(dǎo)致無線鏈路的TCP頻繁的進(jìn)入慢啟動(dòng)和擁塞避免過程，同時(shí)這一過程需要較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)，這不可避免的影響到TD-SCDMA終端用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)和感知。

大唐移動(dòng)無線TCP優(yōu)化解決方案

圖四 無線TCP優(yōu)化方案評(píng)估

針對(duì)前面關(guān)于TCP在無線環(huán)境中傳輸存在的缺陷，可以從多方面進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)其效能和可操作性進(jìn)行評(píng)估，如下所列：

采用3GPP技術(shù)：考慮到無線鏈路自身的特點(diǎn)，采用現(xiàn)有3GPP的技術(shù)（如HSDPA/HSUPA、HSPA+等），盡量提高其空口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)完整性和可靠性，對(duì)TCP性能提升有限；

TCP分段連接方案：RNC側(cè)增加TCP代理，把TCP連接的無線部分和有線部分分開，以屏蔽無線側(cè)的高時(shí)延高誤碼等傳輸特性；

改進(jìn)移動(dòng)協(xié)議：減少移動(dòng)終端切換時(shí)延，對(duì)TCP性能提升有限；

改進(jìn)目前的TCP協(xié)議：RNC與NodeB網(wǎng)元不需要做任何處理。由于涉及UE和服務(wù)器端TCP實(shí)現(xiàn)修改，可操作性不強(qiáng)。

無線TCP優(yōu)化方案評(píng)估

TCP分段連接方案

TCP分段連接方案通過在RNC側(cè)增加TCP 代理功能，向服務(wù)器屏蔽無線環(huán)境傳輸特性差異，通過RNC緩存數(shù)據(jù)，并根據(jù)空口質(zhì)量向終端以盡可能快的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，最大限度的利用空口傳輸帶寬。

RNC中增加TCP代理后，用戶業(yè)務(wù)TCP數(shù)據(jù)流如下圖所示。

圖五 TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中的TCP傳輸

TCP分段連接方案充分考慮無線環(huán)境下TCP傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，將原來端到端的包含有線、無線兩種傳輸介質(zhì)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分為兩段，充分利用TCP在有線網(wǎng)絡(luò)上的傳輸優(yōu)勢(shì)，并顯著改善無線部分的缺陷：

將正常的服務(wù)器端和UE端的TCP連接分為兩段：一段連接服務(wù)器端和RNC，另一段連接RNC和UE。從而對(duì)服務(wù)器端屏蔽無線網(wǎng)絡(luò)空中接口的傳輸特性；

方案中服務(wù)器端和RNC之間使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP連接；在RNC和UE之間則使用改進(jìn)的TCP連接，以增強(qiáng)在無線環(huán)境中的傳輸性能。

圖六 RNC采用TCP Proxy的TCP分段連接方案

通過在RNC上設(shè)置TCP代理，在RNC與用戶終端間采用改進(jìn)的TCP連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接收確認(rèn)ACK數(shù)據(jù)包的復(fù)制和組裝、數(shù)據(jù)包的本地緩存和重傳等功能，從而降低重傳時(shí)間和重傳次數(shù)，加速擁塞窗口增長(zhǎng)，避免由于無線環(huán)境變化進(jìn)入擁塞限流（慢啟動(dòng)或窗口減半），最終顯著改善無線TCP傳輸性能。

無線TCP性能增強(qiáng)原理

大唐移動(dòng)無線TCP優(yōu)化技術(shù)采用TCP分段連接方案，在RNC上增加TCP代理功能，從鏈路層RLC增強(qiáng)、分裂TCP兩方面多維度技術(shù)改進(jìn)并提升TCP在TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中的傳輸性能。

RLC增強(qiáng)(鏈路層技術(shù))

RLC傳輸糾錯(cuò)：RNC采用多種數(shù)據(jù)糾錯(cuò)技術(shù)和機(jī)制，盡量避免將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)直接傳送至接收端；

RLC可靠傳輸：RNC采用可靠傳輸技術(shù)，保證空口傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，避免丟包；

RLC ACK優(yōu)先發(fā)送：無線傳輸?shù)纳闲型ǖ劳掏铝靠梢缘玫接行Х糯�，否則上行方向RLC窗口滑動(dòng)速度變慢，影響TCP性能；

RLC重傳數(shù)據(jù)包優(yōu)先發(fā)送：放大無線傳輸上行通道吞吐量。當(dāng)下行丟失數(shù)據(jù)包時(shí)，丟失數(shù)據(jù)包如不能及時(shí)重發(fā)，下行RLC窗口滑動(dòng)速度變慢。

分裂TCP(分段連接技術(shù))

TCP連接識(shí)別：RNC分析PS域數(shù)據(jù)流，根據(jù)TCP連接類型分配資源：

TCP數(shù)據(jù)流緩存：RNC根據(jù)無線傳輸時(shí)延和用戶申請(qǐng)業(yè)務(wù)帶寬，結(jié)合每用戶負(fù)荷，分配緩沖區(qū)大小；

生成ACK確認(rèn)：對(duì)服務(wù)器端及時(shí)回復(fù)確認(rèn)，觸發(fā)快速傳送；

服務(wù)器端發(fā)送控制：對(duì)服務(wù)器端提供上行確認(rèn)，確保RNC側(cè)緩存不會(huì)發(fā)生溢出；

TCP數(shù)據(jù)本地重傳：對(duì)于無線空口的丟包，從RNC本地緩存數(shù)據(jù)中進(jìn)行重傳，數(shù)據(jù)無損到達(dá)終端后才刪除本地緩存對(duì)應(yīng)內(nèi)容；

抑制重復(fù)ACK：丟棄重復(fù)的丟包ACK信息，避免觸發(fā)服務(wù)器端的擁塞避免機(jī)制；

RLC調(diào)度速率及緩沖隊(duì)列長(zhǎng)度：根據(jù)無線帶寬自動(dòng)調(diào)整；

TCP proxy控制塊釋放：根據(jù)服務(wù)器端和終端的狀態(tài)，及時(shí)釋放控制塊及緩存資源；

切換至不支持TCP優(yōu)化功能的小區(qū)：通知釋放TCP代理功能，按照正常模式進(jìn)行切換，不會(huì)影響終端的切換時(shí)延；

無損重定位：TCP代理接到指示，停止向服務(wù)器端發(fā)送確認(rèn)ACK，將緩存數(shù)據(jù)全部發(fā)至終端后，再發(fā)起重定位過程，需要核心網(wǎng)也支持無損重定位；

跨系統(tǒng)2G/3G切換：TCP代理接到指示，將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)將至0，發(fā)起切換流程。

大唐移動(dòng)無線TCP優(yōu)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

大唐移動(dòng)通過對(duì)無線通信系統(tǒng)TCP性能的研究，創(chuàng)造性的提出TCP分段連接的無線TCP優(yōu)化技術(shù)，并結(jié)合TD-SCDMA系統(tǒng)傳輸特點(diǎn)針對(duì)TCP協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，可以避免由于無線環(huán)境變化而進(jìn)入擁塞限流，從而大大提高TD-SCDMA系統(tǒng)無線TCP傳輸?shù)男阅埽?/p>

無線信道改善時(shí)，通過對(duì)接收到的終端發(fā)送的TCP ACK的復(fù)制，加速服務(wù)器端TCP擁塞控制窗口的增長(zhǎng)；

當(dāng)上下行同時(shí)存在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，根據(jù)接收到的RLC ACK來組裝上行TCP ACK，加速服務(wù)器端發(fā)送窗口的及時(shí)滑動(dòng)；

TCP數(shù)據(jù)在服務(wù)器端到RNC間丟失時(shí)，通過RNC自行觸發(fā)ACK以請(qǐng)求重傳，這樣會(huì)比通過終端的DupACK觸發(fā)數(shù)據(jù)重傳快速很多；

RNC支持空口數(shù)據(jù)包丟失情況下的本地重傳，降低重傳時(shí)間；

無需對(duì)終端、基站、核心網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行改造，即可顯著改善TCP傳輸特性，提升終端用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

浙江金華現(xiàn)網(wǎng)“無線TCP優(yōu)化”性能驗(yàn)證

中國(guó)移動(dòng)2010年TD-SCDMA擴(kuò)容工程非常關(guān)注能夠改善TD-SCDMA用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)和感知領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)，針對(duì)TD-SCDMA用戶在現(xiàn)網(wǎng)部分弱覆蓋、強(qiáng)干擾區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率降低的情況，大唐移動(dòng)推出無線TCP優(yōu)化技術(shù)解決這一問題，顯著改善這部分用戶的感知和體驗(yàn)。

2010年11月，大唐移動(dòng)與浙江移動(dòng)省公司及金華分公司協(xié)作，在金華城區(qū)TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)中對(duì)“無線TCP優(yōu)化”技術(shù)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

金華測(cè)試主要針對(duì)大唐移動(dòng)TD-SCDMA系統(tǒng)的TDR3000設(shè)備在關(guān)閉和開啟TCP優(yōu)化功能前后，單用戶、多用戶在靜態(tài)、運(yùn)動(dòng)以及切換場(chǎng)景下使用HTTP訪問網(wǎng)頁(yè)、FTP下載等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，監(jiān)測(cè)TCP傳輸性能及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的變化，以及對(duì)現(xiàn)網(wǎng)KPI的影響。

通過對(duì)不同無線環(huán)境和不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下對(duì)TCP承載的各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能提升情況的比對(duì)、對(duì)現(xiàn)網(wǎng)KPI影響的比對(duì)及需要增加的相關(guān)系統(tǒng)資源量需求的比對(duì)。檢驗(yàn)TCP優(yōu)化技術(shù)對(duì)于帶寬利用率、系統(tǒng)性能等方面的提升水平，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，促進(jìn)TCP優(yōu)化技術(shù)的推廣和普及應(yīng)用。

測(cè)試區(qū)域場(chǎng)景

經(jīng)過金華移動(dòng)TD-SCDMA網(wǎng)優(yōu)專家和大唐移動(dòng)技術(shù)人員針對(duì)測(cè)試需求進(jìn)行詳細(xì)分析，本次測(cè)試需要選擇有弱信號(hào)覆蓋和強(qiáng)干擾的區(qū)域環(huán)境。

結(jié)合金華TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)情況，測(cè)試項(xiàng)目組精心選擇了測(cè)試在江南區(qū)和江北區(qū)交界的一片區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，該區(qū)域?qū)儆诿芗�城區(qū)，其中有地下隧道的弱信號(hào)覆蓋場(chǎng)景和部分強(qiáng)干擾場(chǎng)景，滿足技術(shù)驗(yàn)證需求。

測(cè)試區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布圖

測(cè)試區(qū)域站點(diǎn)地理圖

測(cè)試區(qū)域小區(qū)信息：

表一 測(cè)試區(qū)域小區(qū)信息表

定點(diǎn)測(cè)試中分別有近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)兩個(gè)場(chǎng)景。

定點(diǎn)測(cè)試近點(diǎn)全景圖和位置圖：

近點(diǎn)全景圖（照片中可以看到基站天線）

近點(diǎn)在全網(wǎng)位置關(guān)系圖

定點(diǎn)測(cè)試遠(yuǎn)點(diǎn)全景圖和位置圖：

遠(yuǎn)點(diǎn)全景圖

近點(diǎn)在全網(wǎng)位置關(guān)系圖

測(cè)試過程及手段

無線TCP優(yōu)化測(cè)試主要針對(duì)以下兩種場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試：

定點(diǎn)測(cè)試

包括單用戶/多用戶執(zhí)行FTP下載、HTTP網(wǎng)頁(yè)打開等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)測(cè)試均安排在金華化肥廠1小區(qū)。

移動(dòng)/切換測(cè)試

在若干個(gè)小區(qū)內(nèi)部移動(dòng)，車速50公里/小時(shí)左右。測(cè)試地點(diǎn)在金華市化肥廠1小區(qū)/2小區(qū)/3小區(qū)、洪源村委1小區(qū)/2小區(qū)和人力資源市場(chǎng)1小區(qū)/2小區(qū)等。

測(cè)試終端選用聯(lián)芯8142和重郵360，以及三星H128、ZTE MU350、ASB T920等商用數(shù)據(jù)卡進(jìn)行測(cè)試，另外還選用支持HSPA功能的TD路測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。

測(cè)試主要針對(duì)打開/關(guān)閉TCP優(yōu)化功能時(shí)，單用戶/多用戶在進(jìn)行多次數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)的相關(guān)指標(biāo)情況：

在小區(qū)近點(diǎn)/遠(yuǎn)點(diǎn)FTP下載數(shù)據(jù)速率比對(duì)；

在小區(qū)近點(diǎn)/遠(yuǎn)點(diǎn)FTP上傳/下載數(shù)據(jù)速率比對(duì)；

多用戶在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)/切換過程中FTP下載數(shù)據(jù)速率比對(duì)；

多用戶HTTP網(wǎng)頁(yè)打開速度比對(duì)；

對(duì)于不同大小數(shù)據(jù)包，Ping時(shí)延比對(duì)；

多用戶在小區(qū)近點(diǎn)/遠(yuǎn)點(diǎn)FTP下載數(shù)據(jù)對(duì)于DSP占用率比對(duì)；

對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)KPI的影響情況。

測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

金華移動(dòng)及大唐移動(dòng)測(cè)試項(xiàng)目組成員配合，經(jīng)過兩周的緊張測(cè)試，順利的完成了各項(xiàng)測(cè)試用例。測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下：

表二 測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

在金華移動(dòng)TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)的二周左右的測(cè)試過程中，測(cè)試區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)沒有發(fā)生顯著惡化。

無線TCP優(yōu)化應(yīng)用部署分析

現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證結(jié)論

從金華測(cè)試結(jié)果可知，對(duì)于當(dāng)前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)主要的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)下載和網(wǎng)頁(yè)瀏覽等，在RNC上開啟使用TCP優(yōu)化技術(shù)，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)相關(guān)的時(shí)延及速率等性能指標(biāo)上都有非常明顯的提高，尤其是對(duì)于中國(guó)移動(dòng)關(guān)注的具有高附加值的數(shù)據(jù)下載業(yè)務(wù)，速率提升幅度達(dá)到一倍以上。

更為關(guān)鍵的是，無線TCP優(yōu)化技術(shù)的使用，將極大的減少無線環(huán)境波動(dòng)對(duì)于用戶感知造成的干擾，譬如：多個(gè)用戶同時(shí)下載數(shù)據(jù)，RNC開啟TCP優(yōu)化功能，在小區(qū)近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶的平均傳輸速率分別為247kbps和278.40kbps，速率差別相當(dāng)小，而不開啟TCP優(yōu)化功能的近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)平均傳輸速率分別為234.4kbps和162.53kbps，有顯著差別。

無線環(huán)境下，用戶的移動(dòng)導(dǎo)致終端在小區(qū)間切換是不可避免的，從前述測(cè)試數(shù)據(jù)可知，RNC開啟TCP優(yōu)化功能對(duì)比不開啟的情況，切換場(chǎng)景下用戶下載數(shù)據(jù)的平均速率可以提高30%-50%。對(duì)用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知而言，面對(duì)一個(gè)平穩(wěn)且較高的速率體驗(yàn)和面對(duì)一個(gè)大幅跳變的速率體驗(yàn)，其直觀感知的差距是顯而易見的。

從金華現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果來看，也暴露了無線TCP優(yōu)化功能尚存在一些不足，譬如對(duì)于同時(shí)下載、上傳數(shù)據(jù)及打開網(wǎng)頁(yè)瀏覽（上行有一定的數(shù)據(jù)量）等諸如此類的業(yè)務(wù)，無線TCP優(yōu)化功能的提升效果就不如單純的數(shù)據(jù)下載那么明顯。

另外由于RNC上無線TCP優(yōu)化功能的開啟，業(yè)務(wù)處理板卡的處理負(fù)荷提高，CPU占用率增加了約8%，此項(xiàng)功能的實(shí)際部署時(shí)，對(duì)于RNC業(yè)務(wù)處理板卡的配置計(jì)算方法要加以調(diào)整，增配部分RNC業(yè)務(wù)處理板卡，滿足該功能上線后負(fù)荷增加的需要。

現(xiàn)網(wǎng)改造需求的分析

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造（硬件）： 無

終端改造要求（硬件）： 無

TD接入網(wǎng)功能要求（軟件）： RNC系統(tǒng)需支持

終端側(cè)功能要求（軟件）： 無

跨廠家設(shè)備兼容性（軟、硬件）： 標(biāo)準(zhǔn)接口，無影響

2/3G兼容性要求（軟硬件及功能）： 不涉及

在網(wǎng)設(shè)備支持情況： 需升級(jí)RNC版本，并開啟功能

技術(shù)引入成本分析

無線環(huán)境下的TCP優(yōu)化技術(shù)僅通過對(duì)現(xiàn)網(wǎng)TD-SCDMA RNC設(shè)備進(jìn)行軟件升級(jí)即可支持，無需新增加設(shè)備。引入成本為：

“無線TCP優(yōu)化”功能單載波價(jià)格 × 升級(jí)載波數(shù)目

其中：“無線TCP優(yōu)化”功能單載波價(jià)格為2010年TD-SCDMA系統(tǒng)擴(kuò)容工程中，各設(shè)備廠家針對(duì)該軟件特性的報(bào)價(jià)。

預(yù)期效益的分析和估測(cè)

業(yè)務(wù)量

由于無線TCP優(yōu)化技術(shù)對(duì)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量有顯著改善，現(xiàn)網(wǎng)引入該技術(shù)可大大提升終端用戶在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)上使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗(yàn)和感知，預(yù)計(jì)可將目前TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)資源利用率由10%左右大幅提升至13～15%！

如果全網(wǎng)開啟無線TCP優(yōu)化功能，預(yù)計(jì)在2011年TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)可增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)70～100億兆Byte的數(shù)據(jù)流量。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本

原先UE和NodeB之間的空口傳輸存在時(shí)延大、無線傳輸環(huán)境惡化、經(jīng)常性切換等導(dǎo)致丟包的問題，觸發(fā)產(chǎn)生的TCP擁塞控制過程及數(shù)據(jù)超時(shí)重傳，導(dǎo)致空口傳輸帶寬被大量的無用數(shù)據(jù)交互所充斥。

無線TCP優(yōu)化技術(shù)針對(duì)包含空口傳輸?shù)腡CP傳輸機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，使得原先產(chǎn)生的無用數(shù)據(jù)交互得以避免和降低，大大提高空口資源的有效利用率，相對(duì)按照傳統(tǒng)TCP傳輸經(jīng)驗(yàn)估算的空口容量規(guī)劃明顯降低，從而降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本；

用戶感知度

現(xiàn)網(wǎng)引入無線TCP優(yōu)化功能，將顯著提高不同場(chǎng)景下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶感知（時(shí)延縮短，業(yè)務(wù)速率提高且穩(wěn)定），大幅降低處于弱覆蓋和強(qiáng)干擾等無線環(huán)境惡劣區(qū)域的用戶投訴。

運(yùn)營(yíng)品牌效應(yīng)

無線TCP優(yōu)化技術(shù)的引入使得TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的綜合質(zhì)量大大提高，使得中國(guó)移動(dòng)在國(guó)內(nèi)3G運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)中處于有利地位。

結(jié)束語

大唐移動(dòng)無線TCP優(yōu)化技術(shù)在金華移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)性能測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果，表明開啟無線TCP優(yōu)化功能，可以顯著提高TD-SCDMA用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)和感知效果，為中國(guó)移動(dòng)解決TD-SCDMA用戶在弱信號(hào)覆蓋、強(qiáng)干擾區(qū)域的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的保障提供了有效的手段。

可以預(yù)期：伴隨著無線TCP優(yōu)化功能在TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)的大規(guī)模部署，必將為中國(guó)移動(dòng)的TD-SCDMA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶量和業(yè)務(wù)收入的提升、終端用戶的滿意度提升產(chǎn)生非常積極的效果。

來源：C114中國(guó)通信網(wǎng)