LTE网络视频播放业务优化实践(2)

　　进一步细分网页交互过程和视频播放过程（如图3所示），初始缓冲准备阶段的时延取决于业务吞吐率，而业务吞吐率取决于TCP并发连接数以及单TCP的吞吐率，网页浏览业务单个主机默认情况下可以并发建立10个TCP（单页面可能存在多个主机），而视频业务当前多数OTT每个分片建立一个TCP，分片串行下载。
　　从用户放弃视频与初始播放时延的关系，以及典型的视频播放过程可以看出，移动网络中的初始播放时延包括初始缓冲准备阶段时延和初始下载时延，终极优化目标为随时随地时延小于1 s，用户放弃的比例在5%以内。而决定初始播放时延的关键都在于提高TCP/IP协议的初始传输速率。
　　2.2 提升TCP吞吐率的方法
　　TCP协议中定义CWnd为拥塞窗口长度，决定发送端的窗口大小；ssthresh为慢启动门限，决定TCP由慢启动状态进入拥塞避免阶段。MSS为最大分段长度，代表1个包的字节数，RTT（Round Trip Time，环回时延）为应用层间的环回时延。
　　TCP通过三次握手建立连接后才开始数据的依序传输。在数据传输过程中，TCP协议本身依据底层传输的环境自动调整发送速率。发送端一旦监测到数据包丢失（包括收到重复的TCP ACK（ACKnowledgement，应答消息）包或是重传计时器超时），就会通过变更拥塞窗口的长度来调整发送速率。TCP Reno版本是目前应用最广泛的TCP协议版本，包括慢启动、拥塞避免、快速恢复和快速重传4个阶段。上述4个阶段如图4和图5所示（假设ssthresh为64 kB）。
　　在刚开始的TCP慢启动阶段，拥塞窗口CWnd被初始化为1个MSS长度，慢启动门限ssthresh通常为64 kB，发送端每收到1个ACK包，拥塞窗口就增加1倍MSS长度，单位为Byte，当拥塞窗口大于或等于ssthresh，则进入拥塞避免阶段。在拥塞避免阶段，每收到1个ACK包，CWnd窗口按“1”递增，即发送端拥塞窗口的增长速度变为线性增长，避免触发网络拥塞。
　　根据上述TCP慢启动的机制，很容易得出慢启动阶段N时刻的TCP吞吐率：
　　在不考虑丢包的情况，TCP吞吐率主要取决于TCP发送窗口和E2E RTT。在慢启动阶段RTT越小TCP发送窗口增长越快；而在拥塞控制阶段TCP发送窗口主要取决于端到端链路带宽，链路带宽越大TCP发送窗口也会越大。单用户所访问业务的所有TCP吞吐量之和最终会达到或接近端到端链路中的瓶颈速率。
　　在空口速率不受限时（LTE网络中TCP的慢启动阶段符合该特征），业务TCP总吞吐率主要与TCP发送窗口、RTT以及TCP并发数相关，降低业务端到端RTT是促进TCP慢启动阶段速率提升的关键措施。
　　2.3 改善移动互联网上视频业务的方法探索
　　上述视频点播过程和TCP传输过程如果能对TCP流初始阶段加速，则能够加快HTTP入口的交互速度，减少视频启动播放之前的缓冲时间，达到快速启动视频播放的效果。LTE的空口带宽速率通常较高，在初始阶段不会是瓶颈，因此提高TCP流初始阶段加速效果的方法的核心是缩短发送端TCP层感受到的端到端RTT。
　　从应用层视角，结合无线网络的架构，TCP的端到端RTT业务时延（如图6所示）可以分解为无线接入网侧环回时延（eRAN（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，演进的统一陆地接入网络）RTT）和有线侧的时延（包括S1 RTT、PS-CORE（Packet Switched Core，分组交换核心网）RTT、Gi RTT和Internet RTT、CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）RTT）。对于国内业务点播，大多主流门户网站和主流视频源会在骨干网靠近移动核心网侧部署CDN。无线网络的核心网侧，采用电信级专网建设，时延较短，减少接入网侧的RTT时延具有重要意义。