【4G优化】嘉兴：4G用户浏览业务时延感知分析.docx (1.69 MB)
1.
概述
1.1
背景
随着4G
移动互联网络的快速发展，移动互联网络的业务指标评价体系也将成为网络运营的重要环节。中国电信集团公司根据移动互联网络主要业务的特点，建立了移动互联网业务感知的评价体系，通过移动互联网业务感知测试APP
从用户终端侧采集业务感知相关信息，统一上传到服务器，汇总分析后得出各区域的用户感知指标。该APP
在终端后台自动运行，只要用户使用浏览器打开相关网页或者使用相关视频APP
，后台会自动采集指标，上传至服务器。
当前3G/4G
业务主要包括浏览类业务和视频类业务两个大类，其中考评网页浏览类业务的主要KQI
指标为网页首包时延和页面打开时延，而视频类业务的主要KQI
指标为视频下载速率。
本文结合用户上网业务流程和用户感知测试记录，对嘉兴电信4G
用户浏览类业务端到端感知进行分析，评估网络各个节点对用户感知影响的权重大小。
1.2
指标解释
1)
网页首包时延
用户发起浏览请求到收到目标服务器响应第一个http 200 ok
报文之间所经历的时长，单位为ms
。
2)
页面打开时延
用户发起浏览请求到终端向服务器端发送[FIN.ACk]
消息之间所经历的时长，单位为ms
。页面打开时延反映了用户从访问开始到首页下载完成需要的时间。
3)
质差判定门限
由于网络技术及组网原理的差异，对3G
和4G
分别设定质差门限，其中3G
的首包时延质差门限为800ms
，页面打开时延质差门限为3000ms
，4G
的首包时延质差门限为500ms
，页面打开时延质差门限为1500ms
。
1.3
浏览业务时延说明
如下图所示，按照网页浏览业务纵向时延分为以下几段：
1)
无线接入时延。此阶段，UE收到上层浏览业务请求，完成空口随机接入和RRC
连接建立，并发起SERVICE REQUEST请求完成相关承载建立的过程。
2)
DNS
查询时延。DNS查询时延是UE浏览器客户端向DNS服务器查询目的域名的IP地址过程引入的时延。由于客户端在获取一次DNS查询结果后，会将此结果缓存，直到查询结果老化时间到，才会再次发起DNS查询。这就意味着DNS查询不是每次网页浏览业务必须经历的业务环节。
3)
TCP握手时延。在获取服务器IP地址后，客户端即发起对应IP的TCP链接建立请求，与服务器侧交互，完成TCP链接建立。
4)
GET-ACK
时延。GET-ACK时延是指从客户端发起第一个GET请求，获取浏览网页对应的html
文件到收到服务器针对该TCP报文的TCP ACK的时延。
5)
SP处理时延（终端侧）。SP处理时延（终端侧）是指从客户端收到GET请求报文的TCP ACK到收到服务器下发的首个业务包的时延。
6)
主页下载时延。主页下载时延指的是客户端收到服务器下发的首个业务包到收到服务器下发的最后一个业务包的时延。
集团感知测试平台提供的测试详单一共包含4个有效的基础时延，分别是DnsDelay（Dns时延）、ConnDelay（连接时延）、ReqDelay（请求时延）以及RspDelay（响应时延）。
其中DnsDelay包含以上分段时延中的无线接入时延，ConnDelay对应TCP握手时延，ReqDelay包含GET-ACK
时延和SP处理时延（终端侧），RspDelay对应主页下载时延。
集团公司评价指标中：
网页首包时延=
DnsDelay+ ConnDelay+ ReqDelay
页面打开时延=
DnsDelay+ ConnDelay+ ReqDelay+RspDelay
2.
时延感知多纬度分析
由于页面浏览感知涉及到终端、无线网络、核心网络、业务网络、网站服务器及中间的传输网元，各个环节的性能都会对用户的时延感知造成影响，因此通过用户感知测试的详细记录对用户的时延感知开展多纬度分析。包括用户终端厂家、终端性能、无线覆盖、网站服务器、页面大小等相关因素。
2.1 4G浏览业务感知现状分析
从各地市4G浏览业务感知时延对比看，嘉兴电信的平均页面首包时延和平均页面打开时延均在全省排名靠前，用户感知相对。
2.2
终端相关性分析
1)
终端型号
按照全网终端型号进行会聚，取累计测试次数1000次以上的终端为有效终端。通过不同终端的时延对比发现，红米3、小米4S、iphone5、iphone6以及三星G920等几款终端的时延感知较好，而OPPO的几款手机，华为荣耀4a的时延感知较差。不过，由于目前感知测试系统的终端安装普及率不高，抽取的样本空间有限，而时延感知受许多因素影响，终端排序的结果并不能严格反映终端对浏览业务的处理时延情况。
2)
终端资源利用率
按全网终端的RAM利用率、CPU利用率情况进行会聚，发现随着RAM和CPU利用率的上升，4G浏览业务的感知时延总体上变化不明显。而在终端RAM和CPU利用率极低的情况下，浏览业务的感知时延缺异常高，怀疑与终端开启了某种资源节省（如省电）模式有关。
2.3
无线覆盖相关性分析
按照全网终端开展浏览业务时的无线信号强度和质量进行会聚，发现浏览业务感知时延与无线信号强度呈现一定的相关性。其中,RSRP为LTE RS信号绝对强度，LTE SINR为LTE RS功率的信噪比。
RSRP>-70dbm时，页面打开时延几乎不受RSRP强度变化影响；当RSRP位于-110dbm到-70db区间时，页面打开时延与RSRP强度呈线性变化,RSRP每下降10dbm，页面打开时延增加5ms；而-110dbm为曲线拐点，当RSRP<-110dbm时，页面打开时延随RSRP下降而剧烈抬升。
SINR>20db时，页面打开时延几乎不受SINR变化影响，当SINR位于0到20db区间时，页面打开时延与SINR呈线性变化，页面打开时延随SINR下降而缓慢增加；当SINR<0时，页面打开时延随SINR下降而剧烈抬升。
分别对全网的质差采样和非质差采样，统计RSRP分布区间占比。在所有的质差采样中，RSRP小于-110的占比为23%；而在所有的非质差采样中，RSRP小于-110的占比为12%。质差采样中，-110以下的占比明显高于非质差采样，说明无线信号强度RSRP与感知时延有较强的相关性，但是，质差采样中RSRP小于-110的比例比非质差采样仅仅高出11%，可以充分说明无线信号覆盖不是造成质差的主要因素。
2.4
页面大小相关性分析
按照4G浏览业务的页面大小进行会聚，发现页面打开时延与页面大小呈线性关系，页面大小越大，页面打开时延越大。
2.5
网站服务器相关性分析
按照4G浏览业务的网站服务器进行会聚，发现不同的网站的页面打开时延相差较大，其中凤凰、人民、Apple三个网站的页面打开时延较短，而百度、微博、淘宝等三个网站的页面打开时间较长。由于路由、带宽的差异导致各个网站服务器的页面打开时延相差较大。另外，由于各个网站页面大小存在差异，也会对页面打开时延造成一定的影响。
2.6
无线设备厂家相关性分析
目前浙江省内4G无线设备主要有华为、中兴和贝尔以及烽火4个厂家，其中烽火占比较少，主要为TDD设备。因此，按照4G浏览业务的无线设备厂家进行会聚，对比各无线设备厂家间的页面时延差异。
厂家
| 测试次数
| 页面打开时延
| 页面首包时延
| RSRP均值
| sinr均值
| 页面大小
|
华为
| 1099873 | 743.31 | 353.74 | -94.09 | 14.06 | 122660.32 |
中兴
| 630285 | 823.61 | 409.20 | -94.49 | 13.83 | 122422.02 |
贝尔
| 231242 | 913.02 | 426.27 | -93.29 | 14.53 | 124591.42 |
烽火或其他
| 8901 | 894.40 | 434.24 | -96.41 | 13.22 | 128716.64 |
由于烽火设备目前数量较少，采样样本少。RSRP和SINR均大幅低于其他三个设备厂家，因此作无效处理。对比华为、中兴和贝尔三个无线设备厂家看，三家的样本空间均较大。从RSRP和SINR看，三家的无线信号覆盖情况基本相当；从页面大小看，三家的浏览用户的页面大小也一致；从网络结构看，三家设备的上联网元均为池资源，对三家设备没有差异性。因此，三家设备厂家的页面首包时延和页面打开时延的差异就是各厂家的处理性能差异。
从时延对比看，华为最优，中兴其次，贝尔时延最大。其中华为的页面打开时延与中兴相差80ms，与贝尔相差170ms，在整个页面打开时延中占比较大。因此可以判断，无线设备厂家的设备性能、调度算法等因素都会对页面时延造成影响，尤其现阶段中兴和贝尔尚有较大改善空间。
2.7
页面打开时延综合分析
对页面打开时延分区间对比分析，分别对比各区间的各项性能指标，以及各段的时延对比情况。
页面打开时延范围(ms) | 页面打开平均时延（ms）
| 测试次数
| 首包时延（ms）
| RSRP均值（dbm）
| sinr均值（db）
| 页面大小（bit）
|
<400 | 277.35 | 737060 | 172.02 | -91.82 | 11.32 | 66514.27 |
400-1000 | 652.43 | 1560765 | 332.44 | -93.54 | 11.73 | 141836.16 |
1000-1500 | 1194.58 | 350400 | 481.71 | -95.38 | 11.61 | 190385.94 |
1500-3000 | 1948.57 | 156806 | 718.16 | -95.89 | 10.67 | 198437.93 |
>3000 | 4791.86 | 13141 | 3560.42 | -97.82 | 8.45 | 153189.27 |
按照页面打开时延范围分段对比看，随着页面打开时延的不断增大，页面大小不断增大，无线信号覆盖强度不断下降。因此可以得出结论，页面打开时延应该是受到页面大小、无线信号覆盖强度等因素综合影响造成的。
从时延各区间分段对比看，随着页面打开时间的增大，DNS时延和TCP连接建立时延变化幅度较小，在页面打开时延较长的区间中(1000ms以上）占比相对较少，而SP处理时延和页面下载时延变化幅度较大，在页面打开时延较长的区间中（1000ms以上）占比相对较多。因此可以判定影响页面打开时延的主要因素未SP处理时延和页面下载时延。
2.8
质差TOP用户分析
筛选嘉兴本地网当月有效测试次数10次以上，且平均页面打开时延为1200ms以上的用户，列为4G浏览业务感知TOP用户。对于这部分用户，后期需要重点关注分析，必要时进行回访确认用户上网方式是否不当，或是用户所在区域的无线信号情况是否正常，网元运行状况是否良好，提前预警用户投诉，保证用户感知良好。
2.9
质差TOP小区分析
按照集团公司计算小区感知优良率的方法，计算全网4G有效小区的感知优良率，并筛选全网小区级感知优良率在85%以下的小区，列为质差TOP小区。
从地理分布上看，嘉兴的质差小区分布于全本地网的各个区域，由于采样点数量较多，所以从区间分布看，质差小区仍多集中于各城区、乡镇。后期需结合质差小区清单，分析质差小区周边环境的覆盖情况、硬件设备告警、以及相关参数配置情况，有效提升此类质差小区的用户浏览业务感知。
3.
总结
4G业务浏览时延感知是一个端到端的体验过程，从终端到服务器的各个环节都会用户感知产生影响。本文主要通过对感知APP采集的感知详细记录信息进行多纬度分析，总结各个因素对时延感知影响的比重大小。
1)
不同的终端型号对于浏览业务的时延感知影响较大，在采样空间足够的情况下，对于一些时延明显偏大的终端型号，可以提交终端厂家进行研究改进；
2)
在一般情况下，CPU利用率和RAM利用率在10%-90%的区间范围内变化时，对于浏览业务的时延感知并不明显。
3)
4G无线信号强度和质量对时延感知有较明显的影响，其中RSRP影响时延感知的拐点为-110dbm，而SINR影响时延感知的拐点为0db，因此就无线覆盖方面的工作方向来说，主要为努力提升RSRP -110dbm和SINR 3db以下的区域覆盖。但是，就全网对于时延感知的影响因素来说，无线信号情况的影响程度有限。
4)
除无线信号差异外，无线设备厂家的设备性能、调度算法等都会对时延感知造成明显的影响，需积极探索无线覆盖以外的设备性能改进，参数优化，以改善时延感知。
5)
页面打开时延和页面大小呈正相关性，且由于服务器的网络路由差别、带宽配置差别，不同的网站服务器间的时延差异比较大。
从全省各本地网的感知时延迟指标看，嘉兴排名暂时靠前。从无线网络维护与优化的角度出发，可以通过改善覆盖，改进设备性能，优化调度及其他相关参数的方式提升浏览感知优良指标。但是由于感知详细记录的字段有限，因此分析的内容具有一定的局限性，某些具体的中间环节尚不能做详细分析，需要通过其他一些网络工具如wireshark等进行精确定位。
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