LTE网络下手游空口时延优化分析方法

杭州LTE网络下手游空口时延优化分析方法最佳实践总结
杭州电信余杭分公司
仲展毅
1概述
在4G时代，移动网带宽大幅提升，同时智能手机和应用也得到了极大发展。

在智能手机应用中，网络游戏明显占据着非常重要的地位。

如何提高用户在手机游戏中的网络体验成为游戏开发商、游戏代理商和电信运营商积极探索的方向。

从终端到服务器，整个体系的每一个环节都会影响用户的使用感知，基站空口显然是不确定性最大的一个环节，了解空口对时延的影响，并找到改善时延的方法非常重要。

本次通过研究手游在网络上2种交互连接的运作机制，并以典型情况介绍说明卡顿的根本原因。

通过LTE无线空口的3个主要指标RSRP、SINR、负荷分别开展统计分析和现场评估，得出指标与时延的相关性以及提升方案，最后就LTE的一些特性对空口时延的影响进行分析并给出调整的实测情况。

2手机游戏机制
客户端与服务器间主要有2个交互连接，一个为TCP连接，一个为UDP连接。

游戏客户端与服务器间的TCP长连接由终端发起，通过这个TCP长连接进行心跳和其他信息交互，用以确认服务器状态正常，心跳间隔3 s，消息大小固定，流程如图示：
客户端与服务器TCP流程图
客户端和服务器之间交互的报文，除了TCP长连接报文以外，还有大量的UDP报文，传递玩家的操作信息。

主流网络游戏采用的同步机制为帧同步（非状态同步），主要流程如下：
广播帧流程图
当用户操作未及时上报，或客户端未及时收到服务器下发的广播消息时，都会体现为游戏中的卡顿。

由此可知，网络侧上下行的总时延超过60 ms会极大拉低用户感知，但60 ms是整个环路上总时延阈值，对于空口则需要将本段时延降低至接近极限值。

3空口时延影响因素
3.1 覆盖、干扰与时延
对杭州同一个MME下的E-UTRN进行大量拉网Ping测试，得到不同环境下空口时延的散点图：
RSRP与Ping时延散点图
通过进一步的数据分析，得到RSRP、SINR与Ping时延的样本点数的关系（此处并未考虑网络负荷的影响）。

➢RSRP与Ping时延关系数据统计分析：时延大于50 ms以上的采样点占比在各个RSRP区间均稳定在40%左右，差异并不大，可见RSRP与高时延
呈现弱相关性。

➢SINR与Ping时延关系数据统计分析：时延大于50 ms以上的采样点占比在各个SINR区间均稳定在40%左右，差异同RSRP一样不明显，可见SINR
与高时延同样呈现弱相关性。

3.2 负荷与时延
小区负荷直接影响调度，同时相邻小区负荷上升带来的干扰也会影响服务小区的空口环境。

小区负荷可以用话统数据中的上下行PRB利用率和CCE利用率来表征，在通常的话务模型下，这3种利用率指标也有一定的相关性。

分析杭州城区簇的拉网数据，汇总比较后得到PRB利用率与时延的关系：
1)上行PRB与上行时延统计
杭州城区簇拉网数据上行PRB与上行时延统计
上行PRB利用率与上行时延无明显相关性。

TOP 小区利用率大于54%时，游戏上行RTT时延会增大；利用率低于50%时，对上行RTT时延无明显影响。

2)上行PRB与下行时延统计
上行PRB利用率超过25%后，下行RTT时延大的样本点开始增多；利用率超过50%后，时延大的样本点比重变大。

从TOP小区来看，上行PRB利用率大于50%时，游戏下行RTT时延会增大；利用率低于40%时，对下行RTT 时延无明显影响。

因此应控制小区上行PRB利用率在50%以下，超过50%的小区应及时做载波扩容或负荷分担。

杭州城区簇拉网数据上行PRB与下行时延统计
3)下行PRB与上行时延统计
杭州城区簇拉网数据下行负荷与上行时延统计
下行PRB利用率与上行时延没有明显相关性，可判断下行PRB利用率对上行RTT影响较小。

4)下行PRB与下行时延统计
杭州城区簇拉网数据下行负荷与下行时延统计
从统计中可以看出，下行PRB利用率大于75%后，下行RTT时延样本点分布
开始发散。

从TOP小区看，在利用率超过80%后，下行RTT时延会显著增大。

因此应控制小区下行PRB利用率在80%以下，超过80%的小区应及时做载波扩容或负荷分担。

5)CCE利用率与时延统计
CCE利用率与上行时延
CCE利用率与下行时延
综合统计分析CCE利用率与上下行时延的数据发现，CCE利用率超过30%时，下行RTT时延样本点分布开始发散，CCE利用率大于42%时，游戏下行RTT时延会显著增大。

因此应控制小区CCE利用率在42%以下，超过42%的小区应及时做载波扩容或负荷分担。

3.3 小结
综上分析总结时延与无线覆盖、质量、容量的关系如下：
1)覆盖与空口时延呈现弱相关性；
2)质量与空口时延呈现弱相关性；
3)容量与空口时延呈现较强相关性，具体表现为：上行PRB利用率大于
50%、下行PRB利用率大于75%、CCE利用率大于42%，这3种情况都
会对时延造成明显影响，在现网中因尽量避免。

4影响时延的特性功能观察
除了考虑覆盖、质量和负荷的影响，还可以从调度算法、收敛阈值、特性功能等方面着手，快速降低空口时延。

相对于RF优化和容量调整，这些方法的周期更短，是非常好的补充手段。

4.1SRI周期
SRI用于UE主动向eNodeB请求分配上行带宽，当UE有新的上行数据需要被调度时将发送调度请求指示（SRI），流程如下图示。

UE向eNodeB发送SRI的周期称为SRI周期。

降低SRI周期会减少UE由于没有发送SRI而等待上行调度的时间，从而降低上行调度的平均时延，提升用户感知：
SRI流程图
在现场测试中，将SRI周期更改为5 ms后，时延从111 ms降到74 ms，下降37 ms。

此方案适用于低负荷小区。

4.2 上行IBLER目标值
上行调度中，LTE系统根据SINR选择上行调度的MCS，如图示：
上行调度MCS选阶流程图
MCS在决定速率的同时也决定了数据的抗干扰性能，选取合适的MCS等级不
仅能保证业务的速率需求，同时也能减少误块率，降低时延。

对于低速同时对时延要求较高的业务类型，在空口环境固定或无法进一步优化的情况下，对常规的IBLER（Initial BlockError Rate）目标进行干涉会有非常好的效果。

在现场测试中，将IBLER目标值由10%修改为5%，时延由102ms下降到83ms，下降19ms。

此方案较适用于上行高带宽需求较少的场景。

4.3 下行IBLER增强自适应
下行MCS选阶与上行的流程相似，系统按照UE上报的CQI选择传输数据时所用的MCS。

在CQI调整阶段，会设置IBLER，收敛最优值，根据HARQ-ACK判断上报的CQI与实际信道质量的偏离程度，对CQI进行调整。

现网打开了下行IBLER 增强自适应开关，IBLER 目标值根据信道波动程度，分别调整为5%、10%、30%。

关闭此开关后对边缘用户的下行时延有改善。

在现场试验点测试中，关闭自适应后时延有明显下降，从153 ms降为134 ms。

此方案适用于上行高带宽需求较少的场景。

4.4 DRX特性
DRX（Discontinuous Reception）即非连续接收，是指终端仅在必要的时间段打开接收机进入激活态，用以接收下行数据和信令，而在剩余时间段关闭接收机进入休眠态，停止接收下行数据和信令的一种节省终端电力消耗的工作模式。

在DRX工作模式下，DRX周期包含激活期和休眠期，分别对应UE的工作状态为激活态和休眠态，如图示。

在非DRX工作模式下，UE将一直打开接收机，保持激活态：
DRX周期流程图
现场试验点测试中，关闭DRX特性，时延由117ms下降到102 ms，下降15 ms。

此方案不适用于接入用户过多的场景。

5总结
通过研究发现LTE空口质量与时延呈弱相关性，单纯提高RSRP和SINR并不
能明显降低手机游戏的时延，而空口上下行以及信令的负荷与时延呈强相关性，在下行PRB利用率高于75%、上行PRB利用率高于50%、CCE（控制信道）利用率高于42%这3种情况下都会明显抬高时延，需及时优化扩容。

本次杭州城区试验测试调整SRI周期、上行IBLER目标值、关闭DRX特性、关闭下行IBLER增强自适应开关等4种方案都能够很好地降低小区整体时延以提高手游的用户使用感知。