提升CDMA 1X 数据业务吞吐量(GRE分包解释)

提升CDMA 1X数据业务吞吐量

——MTU与路由结构优化

许绍松中国联通福建分公司

【摘要】文章结合福建CDMA 1X数据业务吞吐量优化的实践经验，对数据业务核心网中影响吞吐量的MTU设置、路由结构等因素进行了分析，并提出了优化方案。

1 概述

CDMA数据业务优化涉及到的环节很多，包括无线资源、分组网结构、PPP以及TCP/IP 等协议参数设置等，任何一个环节出问题都会影响CDMA 1X数据网络的性能。如此给数据业务的分析与优化带来更大的难度。

福建联通去年在经过数据业务优化无线与核心网的联合优化后，数据业务吞吐量有了明显提升。文章侧重对优化过程中发现并解决了的MTU设置、路由结构配置等问题进行阐述。该问题涉及到协议封装的深层问题，比较隐蔽，而且对全省除福州以外的8个地市的数据业务下行吞吐量都产生严重影响，特别需要引起注意。

2 问题描述

从2月份开始，厦门、泉州等分公司反映收到大量无线网卡用户投诉数据业务下载速率慢，经测试发现部分电脑下载速率正常，但是多数电脑即使在无线环境良好、负载很低的情况下也仅能获得不到20kb/s的下行吞吐量。

测试过程中对调下载速率高与下载速率低的电脑使用的网卡，发现各电脑的速率没有受到影响。有一部电脑在使用同一个网卡、保持相同配置情况下在福州测试可以获得133kb/s 的速率，而在泉州测试下载速率不到15kb/s。

图1是典型的测试情况，测试环境良好：Ec/Io= - 4.5dB、RSSI= - 65dBm、空载。可以看出物理层可以分配16X的SCH，但是SCH的分配不连续，所以导致RLP层吞吐量低。

图1 SCH/RLP层速率测试图

3 测试与分析

3.1 福建网络组网结构

图2是福建数据网络的组网结构图，全省共用一个PDSN。其中福州PCF通过以太网与PDSN连接，而其它地市的PCF通过路由器转换利用E1电路传输到福州的NE05路由器。路由器之间采用Multi-link PPP技术将两个E1捆绑为一条链路进行传输。

图2 数据网络的组网结构图

3.2初步判断

根据测试情况分析，考虑从以下几个方面着手：

（1）福州与泉州网络路由结构存在差异，可能是导致同一台电脑相同配置而在两地吞吐量存在明显差异的原因。

（2）相同测试环境下，不同电脑下行吞吐量存在明显差异，可能与电脑参数设置有关。

（3）泉州测试发现物理层SCH分配不连续，RLP层速率低。排除无线资源受限的因素后，怀疑是PCF缓存中需要传送的数据量不足导致空口物理层速率低。需要先检查泉州PCF 参数设置是否正确。

（4）一个现象比较让人困扰：泉州/厦门与福州网络结构或者PCF参数的差异可能是影响下载速率的原因，但是特定的电脑参数设置似乎可以弥补这个问题。

3.3 问题定位

针对以上分析我们同时进行以下工作：

（1）登陆NE05路由器3分析路由器的丢包率，未发现异常丢包现象。

（2）对比福州与泉州MIB 数据库中BSC/BTS 的数据业务相关参数设置，未发现区别。

（3）对比电脑的参数，发现MTU 参数设置存在差异，多数电脑的默认设置为MTU=1500，部分电脑为MTU=576。

（4）在3026交换机上作镜像，挂表分析，在下载速率低的会话中发现大量GRE 包接收乱序，捕获包如图3所示：

图3 GRE 包乱序图例

如图所示，#197、#199比#198、#200晚到达接收端路由器，而且连续的两个包都是一个1472bit 的大包和一个几十bit 的小包，进一步分析发现连续的两个包实际上是一个PPP 包在GRE 封装时被拆分形成的。结合MTU 设置的差异发现规律：MTU=1500的电脑在GRE 封装时都会被拆分成两个小包，而且经常出现大包、小包传输乱序的问题。

3.4 原因分析

CDMA1X 分组域结构及协议封装如图4所示：

图4 CDMA1X 分组域结构及协议封装图

R-P 接口 （A10/A11协议）（GRE 隧道） Pi 接口

GRE

MTU （最大传输单元）指链路层最大能传送的数据帧的大小，以太网的MTU=1500，所以一般电脑的默认MTU 为1500，此时IP 数据报的最大长度为1500字节。

在CDMA 数据业务传送过程中，IP 数据报在MS 终端上先进行PPP 封装，形成AHDLC 帧，再通过CDMA 帧传送到PCF 上。PCF 收到数据后对CDMA 帧解封装得到PPP 包，再把PPP 包封装到GRE 隧道中，利用IP 技术承载并传送到PDSN 。从PDSN 到手机的过程也是进行相同的封装与解封装的过程。

在个封装过程中每个协议都给IP 数据报加上协议开销。 PPP 协议采用的AHDLC 帧格式如图

5所示，包括8个开销字节，可容纳最大1500字节内容，所以可以装下1500字节的IP 数据报。

图5 AHDLC 帧结构图

GRE 包封装的格式如图6所示：

承载协议头 GRE 头

净荷

图6 GRE 封装结构图

GRE 头为12字节，承载协议头为20字节（IP 承载）。

所以一个1500字节的IP 数据报在R-P 接口上，经过多次封装到达链路层时大小为： 1500字节（IP 数据报）+8字节（PPP 开销）+12字节（GRE 头）+20字节（承载IP 头）=1540字节。

由于GER 隧道使用IP 协议承载，它的链路层也采用以太网传输，一个1540字节的GRE 包无法被放到以太网1500的MTU 中，所以要给拆为两个GRE 包。

实际在封装过程中为了避免数据内容与flag （7E ）混淆，会对内容部分出现的“7E ”进行转义处理，以两个字节代替一个字节，所以包的长度会比上述计算略大些。

为了防止IP 数据报在GRE 封装过程被拆分，建议MTU 设置小于1440。

再看福建CDMA 数据网络结构图，GER 隧道从PCF 到PDSN 的传输中间使用NE05路由器通过2M 电路传输。福州到泉州的路由在两台NE05之间采用了2条E1捆绑的Multi-Link PPP 技术，这种情况下同IP 数据报拆分出来的两个GRE 包在传输过程中可能被分配到不同