作者：中興通訊SSC產(chǎn)品高級工程師 徐玲生
視頻流優(yōu)化勢在必行
閑時刷刷小視頻，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，要不要投訴下運營商呢。運營商心里苦，流量增長太快了，應用不均衡，想緊急擴容無線和核心網(wǎng)，時間不允許啊，成本也很高。怎么辦？
而根據(jù)統(tǒng)計，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這一設計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)越來越不適應飛速發(fā)展的高速網(wǎng)絡環(huán)境和新型應用的要求。特別是在4G或5G網(wǎng)絡下，一旦網(wǎng)絡路徑上存在一定的丟包和延時的情況下，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，并必然導致遠程數(shù)據(jù)傳輸耗時太長，應用響應緩慢甚至無法使用等問題。
視頻流優(yōu)化服務，可減少移動網(wǎng)絡傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)量，通過優(yōu)化TCP協(xié)議，對流量進行ABM管理，提高網(wǎng)絡效率和容量，并提高終端用戶體驗質(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用服務商之間的中間節(jié)點部署ZXUN SO產(chǎn)品實現(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)絡環(huán)境的傳輸特性和移動用戶的行為特征，利用緩存和擁塞控制機制優(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致的上網(wǎng)速率降低的情況，改善并增強了2G/3G/4G/5G移動用戶的上網(wǎng)體驗，包括網(wǎng)站訪問、FTP下載和視頻服務。
圖一，TCP流優(yōu)化結構
針對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，訂閱信息和動態(tài)測量數(shù)據(jù)動態(tài)生成自適應參數(shù)。在慢啟動階段，可以跳過慢啟動過程以獲得更高的初始速率，這對于傳輸小型文件非常有益。在避免擁塞階段，通過帶寬預測機制可以實現(xiàn)高穩(wěn)定性，高使用率和短時延。
圖二，TCP優(yōu)化三階段
針對TCP協(xié)議類的視頻，中興通訊TCP流優(yōu)化的實現(xiàn)如下：
中興通訊TCP流優(yōu)化構建了TCP優(yōu)化功能技術框架并實現(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)隊列。此本地TCP緩存可確保在UE和服務器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包順序，超時后支持本地重傳。
中興通訊TCP流優(yōu)化在針對無線電網(wǎng)絡功能方面支持TCP擁塞控制策略�？梢愿鶕�(jù)無線電網(wǎng)絡環(huán)境的傳輸特性在無線電端改進和自定義TCP擁塞控制程序。關于無線電側的TCP連接，TCP流優(yōu)化支持將初始擁塞窗口設置為與開始傳輸時或重傳計時器到期時檢測到數(shù)據(jù)丟失后的慢啟動閾值相同。這樣，系統(tǒng)直接進入了擁塞避免階段，跳過了慢啟動階段，提高了無線側無線接口上丟包率的使用率，最終改善了2G/3G/4G/5G移動用戶的上網(wǎng)體驗通過充分利用空口的使用效率和傳輸效率來增強。
中興通訊TCP流優(yōu)化支持服務器端的速率控制。它通過通知與服務器的TCP連接的接收窗口大小，來控制服務器端的數(shù)據(jù)發(fā)送速率。調(diào)整服務器端TCP連接的接收窗口大小的方法，是在接收窗口請求重傳時或在下行轉(zhuǎn)發(fā)緩存隊列中有要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包時，逐漸縮小接收窗口，以控制遠程服務器的發(fā)送速率。它支持根據(jù)用戶維度，收集并分析歷史時段內(nèi)用戶的網(wǎng)絡狀態(tài)，并可以根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)計算當前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)絡協(xié)議，支持UDP上兩個端點之間的一組多路復用連接，旨在提供與TLS / SSL等效的安全保護，同時減少連接和傳輸延遲，并在每個方向上進行帶寬估計以避免擁塞。中興通訊視頻流優(yōu)化 ABM對QUIC有效，可通過QUIC檢測和識別ABR視頻流。ABM over QUIC的基于連接的網(wǎng)絡速率管理應用程序類似于用于HTTPS的應用程序，可以優(yōu)化速率在整個會話中保持恒定。
中興通訊視頻流優(yōu)化業(yè)務功能特性
中興通訊視頻流優(yōu)化SO是一種無客戶端解決方案，TCP流基于三個階段的控制，QUIC流基于流速控制，通過最大化移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中傳輸層的效率來減少加載時間并提高傳輸速率。
v 支持與服務器提前建鏈
v 支持歷史信息測量
v 支持分場景適配優(yōu)化參數(shù)
v 支持跳過慢啟動
v 支持Gn&Gi側MSS適配
v 支持Gi側SACK功能
v 支持GTS平滑
v 支持報文緩存
v 支持速率控制和滑動窗口
v 支持超時重傳
v 支持FACK和早重傳
v 支持快速重傳
v 支持快速恢復
v 支持處理非TCP報文，如QUIC報文
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)化的市場商用
移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡流量的急劇增加，意味著運營商需要在不犧牲最終用戶體驗的情況下，最大化網(wǎng)絡容量。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，TCP流基于三個階段的控制，QUIC流基于流速控制，全方位，無死角以達到性能最優(yōu)、效果最好，部署中興通訊流優(yōu)化后時延降低5-15%，吞吐量增加5-40%。
目前，該方案已在一些歐亞國際運營商獲得實際商用，同時努力參與到各運營商的5G新網(wǎng)絡建設中。
該方案把更靈活、智能的移動通信網(wǎng)絡帶到每一個用戶身邊，帶來的不僅是容量，而且是運營商成本的顯著下降，用戶體驗的全面提升，也將為運營商實現(xiàn)業(yè)務拓展提供更多的可能性。
