作者：中兴通讯SSC产品高级工程师 徐玲生
视频流优化势在必行
闲时刷刷小视频，追下网剧，打打游戏，很是惬意~不过这一卡一顿的，经常在缓冲，就很闹心了，每月可是花了大把银子的，要不要投诉下运营商呢。运营商心里苦，流量增长太快了，应用不均衡，想紧急扩容无线和核心网，时间不允许啊，成本也很高。怎么办？
而根据统计，目前全球互联网数据流量85%以上通过TCP传输，通过UDP传输的不足15%，而传输视频流又占了数据流量的80%以上。TCP这一设计于三十多年前的传输协议，作为传统承载视频流的传输协议，已经越来越不适应飞速发展的高速网络环境和新型应用的要求。特别是在4G或5G网络下，一旦网络路径上存在一定的丢包和延时的情况下，TCP连接的吞吐显著下滑，常常无法有效地利用带宽，从而造成带宽的闲置和浪费，并必然导致远程数据传输耗时太长，应用响应缓慢甚至无法使用等问题。
视频流优化服务，可减少移动网络传输的互联网视频数据量，通过优化TCP协议，对流量进行ABM管理，提高网络效率和容量，并提高终端用户体验质量。
中兴通讯流优化解决方案
中兴通讯视频流优化解决方案通过在用户终端和应用服务商之间的中间节点部署ZXUN SO产品实现流优化，通常在SGi接口上部署SO流优化产品。SO流优化可以根据无线网络环境的传输特性和移动用户的行为特征，利用缓存和拥塞控制机制优化TCP转发性能。SO流优化减少了由于无线电传输混乱和分组丢失而导致的上网速率降低的情况，改善并增强了2G/3G/4G/5G移动用户的上网体验，包括网站访问、FTP下载和视频服务。
图一，TCP流优化结构
针对TCP协议类的视频，中兴通讯流优化优化经历了TCP协议的三个阶段，并获得了最佳的性能和效果。在建立链接阶段，可以根据用户的历史记录信息，订阅信息和动态测量数据动态生成自适应参数。在慢启动阶段，可以跳过慢启动过程以获得更高的初始速率，这对于传输小型文件非常有益。在避免拥塞阶段，通过带宽预测机制可以实现高稳定性，高使用率和短时延。
图二，TCP优化三阶段
针对TCP协议类的视频，中兴通讯TCP流优化的实现如下：
中兴通讯TCP流优化构建了TCP优化功能技术框架并实现了基本的TCP优化功能，支持TCP优化的连接建立，信令交互，状态迁移和协商维护过程，数据转发和处理过程以及TCP优化的缓存排序和转发队列。此本地TCP缓存可确保在UE和服务器之间传输的数据包顺序，超时后支持本地重传。
中兴通讯TCP流优化在针对无线电网络功能方面支持TCP拥塞控制策略。可以根据无线电网络环境的传输特性在无线电端改进和自定义TCP拥塞控制程序。关于无线电侧的TCP连接，TCP流优化支持将初始拥塞窗口设置为与开始传输时或重传计时器到期时检测到数据丢失后的慢启动阈值相同。这样，系统直接进入了拥塞避免阶段，跳过了慢启动阶段，提高了无线侧无线接口上丢包率的使用率，最终改善了2G/3G/4G/5G移动用户的上网体验通过充分利用空口的使用效率和传输效率来增强。
中兴通讯TCP流优化支持服务器端的速率控制。它通过通知与服务器的TCP连接的接收窗口大小，来控制服务器端的数据发送速率。调整服务器端TCP连接的接收窗口大小的方法，是在接收窗口请求重传时或在下行转发缓存队列中有要转发的数据包时，逐渐缩小接收窗口，以控制远程服务器的发送速率。它支持根据用户维度，收集并分析历史时段内用户的网络状态，并可以根据网络状态计算当前TCP连接的初始参数。
中兴通讯视频流优化SO产品支持非TCP的新协议，如QUIC协议。QUIC是一种传输层网络协议，支持UDP上两个端点之间的一组多路复用连接，旨在提供与TLS / SSL等效的安全保护，同时减少连接和传输延迟，并在每个方向上进行带宽估计以避免拥塞。中兴通讯视频流优化 ABM对QUIC有效，可通过QUIC检测和识别ABR视频流。ABM over QUIC的基于连接的网络速率管理应用程序类似于用于HTTPS的应用程序，可以优化速率在整个会话中保持恒定。
中兴通讯视频流优化业务功能特性
中兴通讯视频流优化SO是一种无客户端解决方案，TCP流基于三个阶段的控制，QUIC流基于流速控制，通过最大化移动数据网络中传输层的效率来减少加载时间并提高传输速率。
v 支持与服务器提前建链
v 支持历史信息测量
v 支持分场景适配优化参数
v 支持跳过慢启动
v 支持Gn&Gi侧MSS适配
v 支持Gi侧SACK功能
v 支持GTS平滑
v 支持报文缓存
v 支持速率控制和滑动窗口
v 支持超时重传
v 支持FACK和早重传
v 支持快速重传
v 支持快速恢复
v 支持处理非TCP报文，如QUIC报文
v 支持丰富的优化算法，如Fast+、BBR、CUBIC、New Reno等等
v 支持KPI度量
视频流优化的市场商用
移动数据网络流量的急剧增加，意味着运营商需要在不牺牲最终用户体验的情况下，最大化网络容量。中兴通讯视频流优化SO产品解决方案，采用了全虚拟化/容器化架构，TCP流基于三个阶段的控制，QUIC流基于流速控制，全方位，无死角以达到性能最优、效果最好，部署中兴通讯流优化后时延降低5-15%，吞吐量增加5-40%。
目前，该方案已在一些欧亚国际运营商获得实际商用，同时努力参与到各运营商的5G新网络建设中。
该方案把更灵活、智能的移动通信网络带到每一个用户身边，带来的不仅是容量，而且是运营商成本的显著下降，用户体验的全面提升，也将为运营商实现业务拓展提供更多的可能性。
