LTE网络视频播放业务优化实践

　　【论文摘要】为提升LTE网络中移动视频的用户体验，首先从分析移动视频的播放过程入手，包括用户操作过程和协议栈信令过程，提出初始播放时延的评价方法，并确定移动网络的初始播放时延优化目标。然后根据TCP/IP协议栈信令流程，给出时延和吞吐率的关系公式，提出在eRAN侧引入W-TCP代理的优化方法，最后给出该优化方法在河南电信LTE网络中的实际应用效果，证明该方法在提升视频初始接入时延的有效性。
　　【论文关键词】LTE vMOS 时延 视频体验优化 吞吐率 W-TCP
　　[Abstract] To improve the mobile video user experience in LTE network， the paper started with analyzing play process of mobile video， including user operation procedure and protocol stack signaling procedure， and then proposed an evaluation method of video startup delay， determined the initial play latency optimization goal for mobile network. According to TCP/IP protocol stack signaling process， the relationship between latency and throughput formula was deduced. A W-TCP proxy methods deployed in eRAN equipment was proposed. Finally， this proposal was applied in live LTE network of Henan Telecom， and the results showed its effectiveness in cutting the initial play delay of the mobile video.
　　[Key words]LTE vMOS delay video experience optimization throughput W-TCP
　　1 引言
　　当今世界，信息的移动性越来越强，人们日益需要能随时随地、通过任何终端便捷地获取所需内容的服务。图形化的信息交流一直是信息传递最生动直接的方式，形式从岩洞画、埃及壁画发展到了现在的视频。移动宽带技术让视频的无处不在成为可能，视频业务已经逐渐成为继语音业务之后的重要的移动网络基础业务。第四代无线通信技术LTE（Long Term Evolution，长期演进）能以更低的每比特成本和时延，显著提高视频业务的商用可行性，使其成为区别于2G/3G网络的杀手级应用。
　　本文从视频业务体验的影响因素、TCP/IP（Transmission
　　Control Protocol/ Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）的基本原理入手，探索在LTE网络上优化视频体验的方法，力求使LTE网络的新技术能大力支持视频业务体验的持续改进，以适应消费趋势，满足用户需求。
　　2 视频业务体验优化实践
　　视频业务的体验主要受限于3个因素：视频分辨率（含视频源和播放设备的分辨率）、初始缓冲时间、卡顿，当前业界正在探讨使用这3个因素综合计算出类似语音MOS（Mean Opinion Score，平均意见分）的视频评判机制——vMOS（video Mean Opinion Score，视频质量度量），作为视频播放质量的客观评测。其中视频分辨率主要受限于内容提供商的视频数据源分辨率和终端用户设备分辨率，运营商网络层面影响有限。卡顿的原因通常受网络覆盖/负载导致的带宽、传输丢包和服务器处理能力影响，这是传统网络规划和优化中的经典问题，不赘述。本文的研究聚焦于在初始缓冲时间提升视频播放的用户体验。
　　2.1 运营商视角的目标设定
　　当前网络中，无论是移动互联网还是固定宽带互联网，提供视频业务的重要源头之一是OTT。OTT视频通常是基于TCP/IP协议并依附于HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）作为入口。人们在互联网点播视频时，或多或少会遇到因点播时延较大而放弃视频观看的经历。事实上在文献[2]中也提到，初始视频点播的时延与用户放弃视频观看存在着非常强的相关性，如图1黑线（短视频）所示，当时延在5～10 s时，放弃视频观看的比例高达20%～50%。保持用户对视频点播的兴趣是促进用户使用视频、提高对运营商的网络满意率的重要途径。
　　移动互联网的视频业务相比固定网络中的视频业务有其自身的特点。首先，移动视频业务以满足碎片时间的娱乐和信息获取为主要目的，因此以短视频为主。根据相关资料的不完全统计，移动网络视频通常小于5分钟；其次由于视频本身时间较短，对视频初始播放的时间更加敏感，图1中的长、短视频放弃率的不同曲线也印证了上述观点。这就决定了在以短视频为主要应用的无线网络中，初始播放时延具有更高的权重。
　　基于网页的OTT视频业务的机制和流程，如图2所示，首先终端用户通过网页获取视频的相关信息，包括广告、视频文件真实URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位符）、视频分片下载地址等，然后进入初始缓冲下载阶段，目前大多数OTT的视频播放器在启动视频播放前需要缓存2～10 s的数据，这也是影响点播时延的关键因素之一。视频开始播放后将进入稳定播放阶段，则受空口带宽、传输网络带宽、环回时延、终端接收窗口、服务器端拥塞窗口、视频服务器流量管理策略等约束，最终基于TCP/IP协议的数传进入收敛状态。