作者：中興通訊SSC產(chǎn)品高級(jí)工程師 徐玲生
視頻流優(yōu)化勢(shì)在必行
閑時(shí)刷刷小視頻，追下網(wǎng)劇，打打游戲，很是愜意~不過這一卡一頓的，經(jīng)常在緩沖，就很鬧心了，每月可是花了大把銀子的，要不要投訴下運(yùn)營商呢。運(yùn)營商心里苦，流量增長太快了，應(yīng)用不均衡，想緊急擴(kuò)容無線和核心網(wǎng)，時(shí)間不允許啊，成本也很高。怎么辦？
而根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量85%以上通過TCP傳輸，通過UDP傳輸?shù)牟蛔?5%，而傳輸視頻流又占了數(shù)據(jù)流量的80%以上。TCP這一設(shè)計(jì)于三十多年前的傳輸協(xié)議，作為傳統(tǒng)承載視頻流的傳輸協(xié)議，已經(jīng)越來越不適應(yīng)飛速發(fā)展的高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和新型應(yīng)用的要求。特別是在4G或5G網(wǎng)絡(luò)下，一旦網(wǎng)絡(luò)路徑上存在一定的丟包和延時(shí)的情況下，TCP連接的吞吐顯著下滑，常常無法有效地利用帶寬，從而造成帶寬的閑置和浪費(fèi)，并必然導(dǎo)致遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸耗時(shí)太長，應(yīng)用響應(yīng)緩慢甚至無法使用等問題。
視頻流優(yōu)化服務(wù)，可減少移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)量，通過優(yōu)化TCP協(xié)議，對(duì)流量進(jìn)行ABM管理，提高網(wǎng)絡(luò)效率和容量，并提高終端用戶體驗(yàn)質(zhì)量。
中興通訊流優(yōu)化解決方案
中興通訊視頻流優(yōu)化解決方案通過在用戶終端和應(yīng)用服務(wù)商之間的中間節(jié)點(diǎn)部署ZXUN SO產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)流優(yōu)化，通常在SGi接口上部署SO流優(yōu)化產(chǎn)品。SO流優(yōu)化可以根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的傳輸特性和移動(dòng)用戶的行為特征，利用緩存和擁塞控制機(jī)制優(yōu)化TCP轉(zhuǎn)發(fā)性能。SO流優(yōu)化減少了由于無線電傳輸混亂和分組丟失而導(dǎo)致的上網(wǎng)速率降低的情況，改善并增強(qiáng)了2G/3G/4G/5G移動(dòng)用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)，包括網(wǎng)站訪問、FTP下載和視頻服務(wù)。
圖一，TCP流優(yōu)化結(jié)構(gòu)
針對(duì)TCP協(xié)議類的視頻，中興通訊流優(yōu)化優(yōu)化經(jīng)歷了TCP協(xié)議的三個(gè)階段，并獲得了最佳的性能和效果。在建立鏈接階段，可以根據(jù)用戶的歷史記錄信息，訂閱信息和動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成自適應(yīng)參數(shù)。在慢啟動(dòng)階段，可以跳過慢啟動(dòng)過程以獲得更高的初始速率，這對(duì)于傳輸小型文件非常有益。在避免擁塞階段，通過帶寬預(yù)測(cè)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性，高使用率和短時(shí)延。
圖二，TCP優(yōu)化三階段
針對(duì)TCP協(xié)議類的視頻，中興通訊TCP流優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)如下：
中興通訊TCP流優(yōu)化構(gòu)建了TCP優(yōu)化功能技術(shù)框架并實(shí)現(xiàn)了基本的TCP優(yōu)化功能，支持TCP優(yōu)化的連接建立，信令交互，狀態(tài)遷移和協(xié)商維護(hù)過程，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理過程以及TCP優(yōu)化的緩存排序和轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列。此本地TCP緩存可確保在UE和服務(wù)器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包順序，超時(shí)后支持本地重傳。
中興通訊TCP流優(yōu)化在針對(duì)無線電網(wǎng)絡(luò)功能方面支持TCP擁塞控制策略�？梢愿鶕�(jù)無線電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的傳輸特性在無線電端改進(jìn)和自定義TCP擁塞控制程序。關(guān)于無線電側(cè)的TCP連接，TCP流優(yōu)化支持將初始擁塞窗口設(shè)置為與開始傳輸時(shí)或重傳計(jì)時(shí)器到期時(shí)檢測(cè)到數(shù)據(jù)丟失后的慢啟動(dòng)閾值相同。這樣，系統(tǒng)直接進(jìn)入了擁塞避免階段，跳過了慢啟動(dòng)階段，提高了無線側(cè)無線接口上丟包率的使用率，最終改善了2G/3G/4G/5G移動(dòng)用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)通過充分利用空口的使用效率和傳輸效率來增強(qiáng)。
中興通訊TCP流優(yōu)化支持服務(wù)器端的速率控制。它通過通知與服務(wù)器的TCP連接的接收窗口大小，來控制服務(wù)器端的數(shù)據(jù)發(fā)送速率。調(diào)整服務(wù)器端TCP連接的接收窗口大小的方法，是在接收窗口請(qǐng)求重傳時(shí)或在下行轉(zhuǎn)發(fā)緩存隊(duì)列中有要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包時(shí)，逐漸縮小接收窗口，以控制遠(yuǎn)程服務(wù)器的發(fā)送速率。它支持根據(jù)用戶維度，收集并分析歷史時(shí)段內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)計(jì)算當(dāng)前TCP連接的初始參數(shù)。
中興通訊視頻流優(yōu)化SO產(chǎn)品支持非TCP的新協(xié)議，如QUIC協(xié)議。QUIC是一種傳輸層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持UDP上兩個(gè)端點(diǎn)之間的一組多路復(fù)用連接，旨在提供與TLS / SSL等效的安全保護(hù)，同時(shí)減少連接和傳輸延遲，并在每個(gè)方向上進(jìn)行帶寬估計(jì)以避免擁塞。中興通訊視頻流優(yōu)化 ABM對(duì)QUIC有效，可通過QUIC檢測(cè)和識(shí)別ABR視頻流。ABM over QUIC的基于連接的網(wǎng)絡(luò)速率管理應(yīng)用程序類似于用于HTTPS的應(yīng)用程序，可以優(yōu)化速率在整個(gè)會(huì)話中保持恒定。
中興通訊視頻流優(yōu)化業(yè)務(wù)功能特性
中興通訊視頻流優(yōu)化SO是一種無客戶端解決方案，TCP流基于三個(gè)階段的控制，QUIC流基于流速控制，通過最大化移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸層的效率來減少加載時(shí)間并提高傳輸速率。
v 支持與服務(wù)器提前建鏈
v 支持歷史信息測(cè)量
v 支持分場(chǎng)景適配優(yōu)化參數(shù)
v 支持跳過慢啟動(dòng)
v 支持Gn&Gi側(cè)MSS適配
v 支持Gi側(cè)SACK功能
v 支持GTS平滑
v 支持報(bào)文緩存
v 支持速率控制和滑動(dòng)窗口
v 支持超時(shí)重傳
v 支持FACK和早重傳
v 支持快速重傳
v 支持快速恢復(fù)
v 支持處理非TCP報(bào)文，如QUIC報(bào)文
v 支持豐富的優(yōu)化算法，如Fast+、BBR、CUBIC、New Reno等等
v 支持KPI度量
視頻流優(yōu)化的市場(chǎng)商用
移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的急劇增加，意味著運(yùn)營商需要在不犧牲最終用戶體驗(yàn)的情況下，最大化網(wǎng)絡(luò)容量。中興通訊視頻流優(yōu)化SO產(chǎn)品解決方案，采用了全虛擬化/容器化架構(gòu)，TCP流基于三個(gè)階段的控制，QUIC流基于流速控制，全方位，無死角以達(dá)到性能最優(yōu)、效果最好，部署中興通訊流優(yōu)化后時(shí)延降低5-15%，吞吐量增加5-40%。
目前，該方案已在一些歐亞國際運(yùn)營商獲得實(shí)際商用，同時(shí)努力參與到各運(yùn)營商的5G新網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。
該方案把更靈活、智能的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)帶到每一個(gè)用戶身邊，帶來的不僅是容量，而且是運(yùn)營商成本的顯著下降，用戶體驗(yàn)的全面提升，也將為運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)拓展提供更多的可能性。
