端到端视频业务感知分析及优化研究

摘要

针对视频业务感知的评估与优化的重要性日益增加，从面向业务和用户感知的角度出发，研究端到端视频业务感知的分析评估体系。同时研究了视频业务的播放流程机制、数据加载和解析过程，分析了影响视频业务感知的网络因素和服务器因素等，从无线网络参数优化、服务器优化等角度给出优化建议以提升视频用户的业务感知。

01 概述

随着抖音、快手、虎牙、斗鱼等一众短视频应用及平台的快速发展，人们使用移动网络观看视频业务的习惯已逐渐养成，视频流量的占比越来越高，视频业务已成为推动运营商流量增长的最关键因素，给运营商LTE和5G网络带来巨大机遇的同时，也带来了前所未有的挑战和冲击，视频用户的感知分析、评估与优化问题也越来越突出。

为了更好地保障用户在移动网络下观看视频业务的感知，中国电信从端到端的角度出发，开展了视频业务的行为分析，并完成了视频业务感知分析、评估体系与优化方案的研究，主要目的是围绕视频业务播放流程机制、感知分析评估方法、视频优化方法等多个方向，总结经验，为电信视频用户感知分析、评估与优化提供参考。

02 视频业务感知现状

随着视频业务的快速发展，对视频业务的感知分析、评估与优化提出了新的要求和挑战，当前视频业务存在问题定位效率低、缺少统一的分析评价方法、监控分析困难诸多的问题，概括起来主要包括以下几个方面。

a) 指标较少。当前可用的视频业务感知指标较少，且无法反映用户的真实体验，没有真实反映用户和业务感知的评价体系。

b) 问题定位较为困难。网元数量多，网元类型多，网元接口多，对故障处理人员要求高，问题定界定位准确率低下，投诉处理难度大。

c) 终端差异大。由于当前终端的多样性，各终端的差异较大，且性能难以把控。

d) 服务器侧难把控。当前视频业务受服务器影响大，而运营商对服务器控制能力弱。

e) 缺少统一管控平台，监控分析困难，且主动保障能力弱，处理难度大，其体验不可视，不能主动保障用户体验等。

因此，亟需进行面向视频业务的用户感知（Quality of Experience，QoE）分析、评估体系与优化方案的研究，围绕视频业务的播放流程机制、感知分析评估方法、视频优化方法等多个方向进行总结，以期为视频业务的用户感知分析、评估与优化提供参考。

03 视频业务播放流程及行为分析

3.1 视频播放流程简述

视频业务的播放流程如图1所示，主要包含无线侧的连接建立过程、DNS服务器查询过程、TCP连接建立过程、视频下载播放过程等阶段。

图 1 视频播放流程

3.2 抖音播放流程和数据加载流程

根据全网数据统计分析，当前电信数据业务流量分布如图2所示，其中55%为视频业务，而抖音业务占据视频业务流量的69.22%，因此本次选择抖音作为主要研究对象，首先详细研究抖音业务的行为，通过详细了解其行为，以期更好地研究评估、优化和提升用户感知的方法。

图 2 数据业务流量分布

抖音播放流程如下。

a) 客户端启动后，会自动加载并播放首个视频。

b) 当前一个视频播放完成后，用户向上滑屏，此时可以看到下一个视频首帧画面从屏幕底部滑动到顶端。

c) 下一个视频开始播放。

根据统计分析发现，抖音业务的加载流程如图3所示。

a) 数据首先加载首帧高清大图，然后加载第1个视频头部，加载第1个视频剩余部分，加载第2个视频首帧高清大图，预缓存第2个视频头部，预缓存第3个视频头部，加载首帧高清大图。

b) 加载第2个视频剩余部分，预缓存第4个视频头部，以此类推。

图 3 抖音加载流程

3.3 抖音业务数据解析流程

第1步：DNS解析，先发起图片域名的DNS解析，并返回对应域名的IP地址。

第2步：TCP建链客户端的同时向DNS查询返回的地址并发起TCP建链请求。

第3步：HTTP请求，图片HTTP请求完成后才会发起视频的请求。

3.4 抖音业务行为分析

3.4.1 抖音业务特征分析

通过数据分析，抖音业务文件大小分布如图4所示，其中50.17%视频文件大于10MB。

图4 抖音业务文件大小分布

抖音业务视频码率分布如图5所示，抖音业务分辨率以360P/480P为主，属于典型的短视频业务。

图5 抖音业务视频码率分布

3.4.2 抖音业务体验与网络速率关系

如表1所示，抖音业务主要体验受网络速率影响，根据拨测结果验证网络速率在6.4Mbit/s时，抖音感知较好，当网络速率低于3Mbit/s，卡顿较明显。

表1 抖音业务体验与网络速率关系统计

04 视频业务感知评估体系分析

为了更好地保障用户在移动网络下观看视频业务的感知，从端到端的角度出发，详细地对视频业务感知分析、评估体系进行了研究与建立。

4.1 视频业务端到端分段

为了更好地了解用户和业务的感知情况，从无线段、承载段、核心段、骨干段、SP段等5段进行端到端的业务感知评估视频质量情况。

4.2 视频业务端到端评价体系

无线侧对视频业务感知的影响较大，无线侧影响用户视频业务感知的主要原因有速率和时延，其中用户速率主要受到小区容量、干扰、边缘覆盖等因素的影响。承载侧主要影响带宽利用率、CPU利用率、传输时延、丢包率等业务感知。核心网侧主要可以分为接口带宽利用率、CPU负荷、网络架构、用户数据和路由质量等5个方面的因素。另外，广义的SP侧包含DNS、163骨干网和CDN等，主要影响因素有DNS节点负荷、骨干网络的电路丢包率、出口带宽利用率、CDN的CPU负荷、调度能力、片源分辨率、编码方式、服务器的带宽利用率和位置等因素。具体如图6所示。

图6 视频业务端到端影响因素

因此，从无线段、承载段、核心段、骨干段、SP段5段评估视频业务质量，并提炼为三大类面向用户和业务感知的KQI评价体系。

连得上：主要包含网络连接成功率=RRC连接成功率×QCI=9 的 E-RAB建立成功率×PGW 承载修改成功率×DNS查询成功率。

启动快：主要涵盖上行RTT时延、下行RTT时延、DNS查询时延。

播放优：主要包括视频下载速率、速率码率优良比、卡顿率。

4.3 视频业务端到端评价详解

通过深入研究，并结合现网各省4G和5G网络的现状，对业务感知KQI指标及其权重进行相应的量化，详细信息如表2所示。

表2 视频业务端到端评价详表

4.4 当前各省视频业务感知情况现状

根据已建立的视频业务感知评价体系，对全国各省视频业务进行分析，该评价体系能够较好地反映视频业务的用户感知情况。

分析结果如图7所示，全国视频业务感知情况总体较好，部分省视频业务的感知较好，其中上下行RTT时延、视频下载速率、速率码率优良比、DNS查询时延等都较好；但部分省的感知较差，与相关省有一定的差距，需重点关注和提升下行RTT时延、DNS查询时延和视频下载速率等指标。

图 7 相关省各维度感知情况分析

05 抖音业务感知影响因素研究

5.1 抖音速率和5G覆盖关系研究

通过研究发现，抖音速率和5G覆盖关系如图8所示，抖音速率和NR覆盖相关，当NR覆盖为-115 dBm以下时，抖音速率明显下降，影响5G用户感知。

图8 抖音速率和5G覆盖关系研究

5.2 小包业务参数优化研究

5G感知测试共测试了10个场景。其中游戏类、视频流媒体、即时通信、购物场景出现问题次数较多。因此针对感知问题，进行5G小包业务参数验证。

方案：根据小包业务的特性，选取2个小区进行验证，详细方案如表3所示。

表3 小包业务参数验证方案

单用户时延指标验证结果如表4所示，当测试卡占用5G小包业务参数修改的2个小区后，优化后整体终端时延由11.23 ms优化至9.48 ms；多数应用时延均有降低。

表4 小包业务参数优化结果

通过对小范围验证，其前后时延对比如图9所示，其中购物、即时通信、视频流媒体终端侧时延明显降低，网页浏览因流量增加明显导致终端侧时延增加。

图 9 5G小包参数优化前后各业务时延对比

重要场景验证结果如表5所示：5G小包业务在重要场景进行验证，涉及182个小区，33个BBU。经过验证，区域内5G小包参数业务优化后，覆盖好点PING时延由17.61 ms优化至16.11 ms；覆盖中点PING时延由21.1 ms优化至17.3 ms；覆盖差点PING时延由33.07 ms优化至31.5 ms。

表5 5G小包参数优化前后重要场景时延对比（单位：ms）

5.3 服务器对抖音业务影响因素研究

对某省全网抖音占用服务器RTT时延进行分析，结果如表6所示。从表6可以看出，使用本地服务器的服务器RTT时延最优。全网5G抖音流量TOP50的服务器中，主要来自四川电信和重庆电信，其中重庆电信服务器RTT时延为11 ms，优于异地服务器RTT时延，但本地服务器流量占比较低，只占总流量的18.23%。

表 6 全网抖音服务器RTT时延分析表

同时对本地服务器进行了详细分析，其感知情况如表7所示，本地服务器的业务感知情况均较好，但也存在一定的感知差距。

表7 全网抖音服务器本地化感知对比表

5.4 网络插花等影响用户感知体验

对于1.8 GHz锚点，15 MHz和20 MHz插花组网场景下，由于切换不及时，异频测量发起GAP对NSA用户感知影响较大。

测试发现，网络插花对用户感知体验影响较大，如表8所示。在5G电平差不多的情况下，好点平均速率为823 Mbit/s，干扰时差点速率350 Mbit/s，起异频时差点速率301 Mbit/s，且均出现抖音不良现象。

表8 网络插花对用户感知的影响

另外，抖音业务占用不同频段时的感知情况分析如图10所示，当占用LTE 800 MHz网络时，感知明显较差，在800 MHz时的相关KQI指标明显差于其它频段；分析各频段抖音视频下载速率质差小区（视频下载速率小于3Mbit/s）显示，800 MHz质差小区占所有800 MHz小区的比例较高，明显高于1.8 GHz和2.1 GHz质差小区的比例。

图10 抖音业务占用不同频段感知情况分析

06 视频业务感知优化方案及建议

6.1 推进共建共享、插花场景等网络优化

推进共建共享区域锚点的共享，推进室内外锚点共享的优化。

共建共享边界场景优化建议：边界区域使用方NSA用户异频切换不及时，同频干扰问题，导致使用方NSA用户感知严重受影响，因此采取边界场景缓冲带策略进行优化，提升用户感知。

空闲态：从中国联通单锚点区域往双锚点区域，在双锚点区域共享缓冲带小区，共享缓冲带小区后，对缓冲带小区设置如下策略：用户基于PLMN的专用重选优先级，使得中国电信用户从单锚点区域到双锚点区域的缓冲带区域后，通过设置的重选优先级重选回到中国电信的4G网络，随后接入5G。

连接态：从中国联通单锚点区域往双锚点区域，在双锚点区域共享缓冲带小区，共享缓冲带小区后，对缓冲带小区设置如下策略：基于频率优先级切换，使得中国电信用户从单锚点区域到双锚点区域的缓冲带区域后，通过设置的基于频率优先级切换，切换回中国电信的4G网络，随后接入5G。

6.2 推进LTE 800 MHz质差网络优化

推进将4G 15 MHz插花小区进行扩频至20 MHz，减少插花问题带来的影响。针对目前中国电信LTE 800 MHz小区抖音业务感知指标差的问题，建议根据情况对LTE 800 MHz小区进行负载均衡的优化，尽量把800 MHz小区上面的负荷往1.8 GHz上赶，降低800 MHz小区的负荷，让1.8 GHz承担更多的业务量，提高整体的感知。

6.3 服务器优化措施和建议

统计某省移动网和固网的TOP30服务器，数据显示局向流量分布基本一致，非本省电信服务器流量最大，本省本地流量占比较低，针对该省本地服务器分析，本地服务器基本为代理商代理，非真正意义上的本地化。本次统计该省电信服务器视频下载速率平均值为5.5Mbit/s；不同服务器间受SP提供商资源调度策略控制，初步核实SP速率低的质差原因如表9所示，其主要问题为用户侧带宽拥塞问题，后续需持续推动用户服务器侧优化。

表9 速率低SP侧质差原因统计

通过Ping不同视频服务器进行RTT时延对比，相关统计信息如表10所示，从表10可以看出，Ping异地服务器时，时延明显高于本地服务器，导致平均端到端Ping RTT时延增加。由于运营商A和B主要使用异地服务器，而C主要使用本地服务器，在平均Fist Hop RTT时延相当的情况下，异地服务器过大的平均sGi口以上的RTT时延导致了运营商C的RTT均值优于运营商A和B。

建议针对重点典型业务的服务器开展整改，增加本地归属服务器数量；同时优化外省服务器路由，减少RTT时延。

表10 本地服务器与异地服务器相关时延统计