手机游戏业务4G QoS部署策略研究
李韶英 邢亮 吴雄
【摘 要】随着智能手机的普及和LTE网络的快速发展，手机游戏发展迅猛。LTE网络承载手游业务存在时延较大的问题，影响了手游玩家在LTE网络上的应用体验。为了优化LTE网络对手游业务的承载，在对手游业务分析的基础上，通过对4G QoS的研究，提出了手机游戏业务的4G QoS部署策略，并通过测试验证了QoS策略对缩短网络时延、提升感知性能的效果，有效指导了LTE网络承载手游业务的优化。
【关键词】手游业务；QoS；时延
1 引言
随着智能手机的普及和LTE网络的快速发展，手机游戏的发展到了可与PC网络游戏相媲美的程度，而且具有很强的娱乐性和交互性。手游良好的业务体验对端到端的时延要求颇高，经移动互联网业务感知分析系统统计的数据显示，现网数据业务默认承载在统一的通道上。默认承载的时延长，波动范围较大，无法满足手游的承载需求。根据手游业务的特点，针对性地部署4G QoS策略是提升业务感知的重要手段。本文在对手游业务分析的基础上，通过对4G QoS参数的研究，提出了手机游戏业务的4G QoS部署策略，并通过测试验证了缩短网络时延和保障网络带宽对感知性能的提升效果，同时通过移动互联网业务感知分析系统的远端子系统验证QoS策略部署后手游业务的加速效果，为提升手游用户感知的4G网络优化提供了参考。
2 手游业务感知分析
通过对手游业务流程进行分析，确定业务感知指标，具体包括游戏交互时延、服务器RTT、终端侧RTT、服务器侧下行TCP丢包率以及终端侧上行TCP丢包率，具体如图1所示。
目前4G网络承载手游业务是采用普通数据业务的通道，稳定性不够，存在丢包、时延过大的问题，这会导致手机游戏反应慢、卡顿明显，影响手游玩家在LTE网络上的应用体验，同时也影响了LTE手机游戏用户的规模发展。以迅游的统计数据为例，手游业务以LTE为上网方式的用户仅为15%。针对以上情况，需要部署与普通数据业务不同的QoS策略来提升LTE网络对手游业务的承载能力。
3 4G QoS策略
3.1 QoS参数
LTE定义了一系列的承载级QoS参数来描述一个业务承载，包括QCI、GBR和MBR等。
其中最重要的QoS参数是QCI（QoS分类标识）。QCI定义与吞吐量、时延以及每个承载上用户流量的分组丢失率相关。QCI参数可同时应用于GBR和Non-GBR承载。其中，GBR（带宽保障型）承载使用GBR和MBR来控制带宽，Non-GBR（带宽不保障型）承载使用AMBR来控制带宽。
表1是QCI参数对应不同业务对时延、带宽、丢包参数的要求。通过采用QCI和预定义的承载类型（GBR或Non-GBR），确定不同类型业务的QoS具体需求，可提供给用户高速且流畅的体验。
一个GBR承载能够保证提供的比特速率。GBR是网络侧保障用户的最小带宽，决定一个GBR承载能提供的最小比特速率，可根据业务的实际需求制定。MBR是最大比特速率，是网络侧提供给用户的最大带宽，可根据用户的实际业务带宽进行设置。MBR参数一般大于或等于GBR参数取值。
3.2 手游业务的4G QoS参数
根据采集的数据分析，手机游戏对承载网络的端到端时延最为敏感。在网络双向时延低于100 ms时候，手游业务的用户感知优秀。当双向时延为100 ms～150 ms时手游业务的用户感知良好。此外，不同类型的手游业务对带宽有不同的要求。如实时对战手游的GBR带宽需设置为200 kb/s保障用户需求。为了满足手游业务需求，可部署QoS策略应用服务器，改变手游业务的QoS参数设置，使其承载在专用承载通道，并通过QoS参数的变化为不同类型的手游业务提供差异化的服务能力。
针对手游业务对于时延的需求，应选用对时延要求高的QCI=3（时延低于50 ms）参数。QCI=3对应的是GBR承载，可通过设置GBR参数保障手游业务带宽。GBR是网络侧保障用户的最小带宽，根据业务的实际需求制定，如实时对战手游的GBR带宽可设置为200 kb/s保障用户需求。MBR是网络侧提供给用户的最大带宽，可根据用户的实际业务带寬进行设置。
3.3 手游业务的4G QoS策略部署
手游业务的4G QoS策略部署需要在网络层面增加下发QoS策略的应用服务器（即图1中的4G QoS能力平台），负责业务触发并向EPC网络下发对应的QoS参数，具体部署方式如图2所示。
其业务调用流程如图3所示。
（1）用户终端APP发起一个能力调用ID的请求，请求消息通过HTTP协议传输。
（2）用户的请求数据通过PGW平台时，PGW平台在HTTP头部插入用户的相关信息，包括MDN号码、位置信息等。
（3）请求到达能力开放平台后，用户信息管理模块根据HTTP头部插入的信息，记录用户的MDN号码等信息，并根据算法计算出一个能力调用ID，通过HTTP响应消息返回给终端APP。
（4）终端APP获取到能力调用ID后，通过终端和OTT平台的交互接口，将能力调用ID返回该OTT平台。
（5）OTT平台获取到用户能力调用的ID后，向能力开放平台发起能力调用，调用中携带能力调用ID和具体的能力调用项目。
（6）能力开放平台根据调用ID获取到用户的真实身份，并根据用户归属的PCRF信息，将用户调用通过Rx接口下发到对应的PCRF平台。
（7）PCRF通过Gx接口下发到PGW执行，实现对用户业务的调整。
为了适应不同类型的手游业务需求，还可通过设置不同的GBR为OTT平台提供差异化的服务能力。
4 QoS部署策略对提升手
游业务感知的测试验证
分别通过实验室和现网测试验证4G QoS部署策略对提升手游业务端到端的感知效果。
4.1 实验室测试
在实验室搭建端到端的测试环境，测试阿里的实时对战游戏“全民枪战”。通过测试发现手游业务通过主动触发4G QoS保障后，时延由3 400 ms缩短到50 ms，迅速提升了游戏对战体验，不再卡顿，并且对战双方看到的图像基本同步。实验室测试证明对手游业务采用4G QoS策略部署可有效提升实时对战手游的业务感知。
4.2 现网测试
选取相同测试区域，分别采用默认承载（QCI=9）和采用手游4G QoS策略（QCI=3）进行承载，在不同的忙闲情况下进行了长时间的延时测试，长Ping一个多小时。现网测试结果表明，采用4G QoS策略后，网络的平均时延均小于25 ms，远低于普通数据业务通道的时延。此外，部署4G QoS策略后，建立GBR专载后网络速率得到了提升和保障。图4是速率保障测试结果，红色曲线是在网络高负荷时的默认承载（QCI=9）下的下载速率，蓝色曲线是在同样网络高负荷时专有承载（QCI=3）的保障速率。
此外对比从普通业务通道默认承载（QCI=9）修改为手游专载（QCI=3）后的测试数据发现：修改后王者荣耀下行传输RTT时延明显缩短，有效提高了手游业务的用户感知。具体如图5所示：
4.3 QoS部署后现网应用效果
启用4G QoS策略进行网络加速后观察分析移动互联网业务感知分析系统的远端子系统的数据，启用前时延50 ms～150 ms时延普遍降低，150 ms以上的时延降低率超过70%以上。对于实时对战等强交互，尤其未来VR游戏用户而言，降低时延意味着实时性更强，可以比对手提前进攻、提前发现装备等。经过现网的验证，实施了QoS部署策略后手游业务时延降低，速率有保障，用户感知更好。
5 结束语
本文在对手游业务感知需求研究的基础上，研究了适合手机游戏业务的4G QoS策略，并通过4G QoS能力平台对现网部署QoS策略，经实验室和现网验证，采用QCI=3以及GBR参数设置的4G QoS策略可以缩短网络时延，保障网络带宽达到预期效果。通过中国电信移动互联网业务感知分析系统也验证了QoS部署后手游业务的加速效果，这对于指导手游业务用户感知提升的网络优化工作提供了重要的参考价值。
参考文献：
[1] 刘通. 移动互联网端到端客户感知评估与问题分析思路探讨[J]. 移动通信， 2016，40（11）： 64-72.
[2] 贺晓东，曹维华，朱华虹，等. 移动互联网业务感知测试关键技术研究及部署[C]//2012全国无线及移动通信学术大会论文集（下）， 2012.
[3] 志辉. 移动互联网研究综述[J]. 电信科学， 2009，25（10）： 30-36.
[4] 曹維华，徐霈婷，贺晓东，等. 移动互联网业务感知APP系统研究及部署[J]. 广东通信技术， 2015，35（11）： 2-5.
[5] 马啸威，曹维华，李文云，等. 移动互联网KQI评测方法及系统实现[J]. 广东通信技术， 2015，35（10）： 45-49.
[6] 陈蕾. 一种面向移动互联网的业务识别方法研究[D]. 长春： 吉林大学， 2011.
[7] 戴斌. 基于移动数据业务的DPI系统的研究及应用[D]. 北京： 北京邮电大学， 2014.
[8] 陈森，陈超，张小勇，等. 基于大数据分析的移动互联网用户感知评估系统[J]. 电信科学， 2015，31（4）： 148-155.
[9] 李治国. KPI与业务体验相结合的移动宽带客户感知评价体系研究[J]. 移动通信， 2015，39（12）： 92-96.
[10] 陈德金，郑成林，吴智恺. LTE移动用户感知模型研究[J]. 电信技术， 2015（3）： 14-16.
【摘 要】随着智能手机的普及和LTE网络的快速发展，手机游戏发展迅猛。LTE网络承载手游业务存在时延较大的问题，影响了手游玩家在LTE网络上的应用体验。为了优化LTE网络对手游业务的承载，在对手游业务分析的基础上，通过对4G QoS的研究，提出了手机游戏业务的4G QoS部署策略，并通过测试验证了QoS策略对缩短网络时延、提升感知性能的效果，有效指导了LTE网络承载手游业务的优化。
【关键词】手游业务；QoS；时延
1 引言
随着智能手机的普及和LTE网络的快速发展，手机游戏的发展到了可与PC网络游戏相媲美的程度，而且具有很强的娱乐性和交互性。手游良好的业务体验对端到端的时延要求颇高，经移动互联网业务感知分析系统统计的数据显示，现网数据业务默认承载在统一的通道上。默认承载的时延长，波动范围较大，无法满足手游的承载需求。根据手游业务的特点，针对性地部署4G QoS策略是提升业务感知的重要手段。本文在对手游业务分析的基础上，通过对4G QoS参数的研究，提出了手机游戏业务的4G QoS部署策略，并通过测试验证了缩短网络时延和保障网络带宽对感知性能的提升效果，同时通过移动互联网业务感知分析系统的远端子系统验证QoS策略部署后手游业务的加速效果，为提升手游用户感知的4G网络优化提供了参考。
2 手游业务感知分析
通过对手游业务流程进行分析，确定业务感知指标，具体包括游戏交互时延、服务器RTT、终端侧RTT、服务器侧下行TCP丢包率以及终端侧上行TCP丢包率，具体如图1所示。
目前4G网络承载手游业务是采用普通数据业务的通道，稳定性不够，存在丢包、时延过大的问题，这会导致手机游戏反应慢、卡顿明显，影响手游玩家在LTE网络上的应用体验，同时也影响了LTE手机游戏用户的规模发展。以迅游的统计数据为例，手游业务以LTE为上网方式的用户仅为15%。针对以上情况，需要部署与普通数据业务不同的QoS策略来提升LTE网络对手游业务的承载能力。
3 4G QoS策略
3.1 QoS参数
LTE定义了一系列的承载级QoS参数来描述一个业务承载，包括QCI、GBR和MBR等。
其中最重要的QoS参数是QCI（QoS分类标识）。QCI定义与吞吐量、时延以及每个承载上用户流量的分组丢失率相关。QCI参数可同时应用于GBR和Non-GBR承载。其中，GBR（带宽保障型）承载使用GBR和MBR来控制带宽，Non-GBR（带宽不保障型）承载使用AMBR来控制带宽。
表1是QCI参数对应不同业务对时延、带宽、丢包参数的要求。通过采用QCI和预定义的承载类型（GBR或Non-GBR），确定不同类型业务的QoS具体需求，可提供给用户高速且流畅的体验。
一个GBR承载能够保证提供的比特速率。GBR是网络侧保障用户的最小带宽，决定一个GBR承载能提供的最小比特速率，可根据业务的实际需求制定。MBR是最大比特速率，是网络侧提供给用户的最大带宽，可根据用户的实际业务带宽进行设置。MBR参数一般大于或等于GBR参数取值。
3.2 手游业务的4G QoS参数
根据采集的数据分析，手机游戏对承载网络的端到端时延最为敏感。在网络双向时延低于100 ms时候，手游业务的用户感知优秀。当双向时延为100 ms～150 ms时手游业务的用户感知良好。此外，不同类型的手游业务对带宽有不同的要求。如实时对战手游的GBR带宽需设置为200 kb/s保障用户需求。为了满足手游业务需求，可部署QoS策略应用服务器，改变手游业务的QoS参数设置，使其承载在专用承载通道，并通过QoS参数的变化为不同类型的手游业务提供差异化的服务能力。
针对手游业务对于时延的需求，应选用对时延要求高的QCI=3（时延低于50 ms）参数。QCI=3对应的是GBR承载，可通过设置GBR参数保障手游业务带宽。GBR是网络侧保障用户的最小带宽，根据业务的实际需求制定，如实时对战手游的GBR带宽可设置为200 kb/s保障用户需求。MBR是网络侧提供给用户的最大带宽，可根据用户的实际业务带寬进行设置。
3.3 手游业务的4G QoS策略部署
手游业务的4G QoS策略部署需要在网络层面增加下发QoS策略的应用服务器（即图1中的4G QoS能力平台），负责业务触发并向EPC网络下发对应的QoS参数，具体部署方式如图2所示。
其业务调用流程如图3所示。
（1）用户终端APP发起一个能力调用ID的请求，请求消息通过HTTP协议传输。
（2）用户的请求数据通过PGW平台时，PGW平台在HTTP头部插入用户的相关信息，包括MDN号码、位置信息等。
（3）请求到达能力开放平台后，用户信息管理模块根据HTTP头部插入的信息，记录用户的MDN号码等信息，并根据算法计算出一个能力调用ID，通过HTTP响应消息返回给终端APP。
（4）终端APP获取到能力调用ID后，通过终端和OTT平台的交互接口，将能力调用ID返回该OTT平台。
（5）OTT平台获取到用户能力调用的ID后，向能力开放平台发起能力调用，调用中携带能力调用ID和具体的能力调用项目。
（6）能力开放平台根据调用ID获取到用户的真实身份，并根据用户归属的PCRF信息，将用户调用通过Rx接口下发到对应的PCRF平台。
（7）PCRF通过Gx接口下发到PGW执行，实现对用户业务的调整。
为了适应不同类型的手游业务需求，还可通过设置不同的GBR为OTT平台提供差异化的服务能力。
4 QoS部署策略对提升手
游业务感知的测试验证
分别通过实验室和现网测试验证4G QoS部署策略对提升手游业务端到端的感知效果。
4.1 实验室测试
在实验室搭建端到端的测试环境，测试阿里的实时对战游戏“全民枪战”。通过测试发现手游业务通过主动触发4G QoS保障后，时延由3 400 ms缩短到50 ms，迅速提升了游戏对战体验，不再卡顿，并且对战双方看到的图像基本同步。实验室测试证明对手游业务采用4G QoS策略部署可有效提升实时对战手游的业务感知。
4.2 现网测试
选取相同测试区域，分别采用默认承载（QCI=9）和采用手游4G QoS策略（QCI=3）进行承载，在不同的忙闲情况下进行了长时间的延时测试，长Ping一个多小时。现网测试结果表明，采用4G QoS策略后，网络的平均时延均小于25 ms，远低于普通数据业务通道的时延。此外，部署4G QoS策略后，建立GBR专载后网络速率得到了提升和保障。图4是速率保障测试结果，红色曲线是在网络高负荷时的默认承载（QCI=9）下的下载速率，蓝色曲线是在同样网络高负荷时专有承载（QCI=3）的保障速率。
此外对比从普通业务通道默认承载（QCI=9）修改为手游专载（QCI=3）后的测试数据发现：修改后王者荣耀下行传输RTT时延明显缩短，有效提高了手游业务的用户感知。具体如图5所示：
4.3 QoS部署后现网应用效果
启用4G QoS策略进行网络加速后观察分析移动互联网业务感知分析系统的远端子系统的数据，启用前时延50 ms～150 ms时延普遍降低，150 ms以上的时延降低率超过70%以上。对于实时对战等强交互，尤其未来VR游戏用户而言，降低时延意味着实时性更强，可以比对手提前进攻、提前发现装备等。经过现网的验证，实施了QoS部署策略后手游业务时延降低，速率有保障，用户感知更好。
5 结束语
本文在对手游业务感知需求研究的基础上，研究了适合手机游戏业务的4G QoS策略，并通过4G QoS能力平台对现网部署QoS策略，经实验室和现网验证，采用QCI=3以及GBR参数设置的4G QoS策略可以缩短网络时延，保障网络带宽达到预期效果。通过中国电信移动互联网业务感知分析系统也验证了QoS部署后手游业务的加速效果，这对于指导手游业务用户感知提升的网络优化工作提供了重要的参考价值。
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