5G网络下优化视频业务上传卡顿问题分析及解决

石黑龙

5G网络下优化视频业务上传卡顿问题分析及解决

【摘要】在VR视频演示时5G高清视频实时上传至服务器，在业务调试时发现视频存在严重卡顿现象，经过后台告警状态核查，基础参数核查，再通过现场测试和空口信令跟踪确认无线空口环境良好；最终通过CPE抓包数据分析解决视频卡顿问题。本文通过分析总结此类场景特点，给出针对性的优化建议。

【关键字】5G网络、视频业务、卡顿、视频服务器、TCP窗口

一、 问题概述

在VR视频演示过程中，出现使用5G网络上传视频至视频服务器卡顿严重，影响用户感知，引起投诉等问题。VR视频演示组网如下，视频厂家提供摄像头和视频服务器，设备厂家提供CPE和5G网络。VR视频通过专网可以正常播放，但是摄像头连接CPE，通过5G将视频上传至视频服务器后卡顿严重。

图 拓扑图

二、分析思路

视频业务卡顿问题分析思路大致如下：

步骤1：检查基站告警及基本参数的检查

1）当视频业务卡顿出现时，首先需要导出基站告警日志看是否存在硬件上的故障或者S1告警及闪断等。

2）其次进行基本参数检查，分gNB侧和终端侧。

ü  gNB侧主要和基线参数进行核对，如果出现参数和基线参数不一致的情况，需要查清为什么会出现该种情况；

ü  终端侧参数检查：主要是PC窗口的大小，会影响TCP业务；

步骤2：空口/非空口问题隔离定位，判断是否是TCP问题

ü  最简单的方法——UDP灌包

ü  尝试多线程下载或同时下载多个文件

(1)若吞吐率明显要大于TCP业务吞吐率，则判断为TCP问题，进入TCP问题排查；

(2)若吞吐率与TCP业务基本持平，或者比TCP还低，则进入空口问题排查；

步骤3：空口问题定位、解决方法

当出现视频业务卡顿时，且基本确定为空口问题时，主要从下面几个方面进行分析定位。

步骤4：非空口问题定位、解决方法

1、检查TCP参数，操作系统：如果是WindowsXP则继续，如果是Vista、Win7或其它操作系统，则跳过本步骤；

2、查看/设置TCP参数

(1)在发送方和接收方都通过DrTCP工具，在AdapterSettings中找到对应网卡，按如下设置：

图  DrTCP Adapter Settings参数设置

(2)在发送方再利用工具TCP parameter setting.reg进行修改，双击导入；

(3)以上两步操作完后再统一正常重启电脑，这样配置才能生效。如果服务器侧无法修改，则只修改UEPC。

三、 问题分析3.1 基站状态核查

1、核查基站告警状态，设备运行状态正常，无告警。

图  基站告警状态查询

2、核查小区运行状态，小区状态可用。

图  小区运行状态查询

3、核查小区干扰状态，小区PRB干扰噪声功率-115dBm，正常。

图  小区PRB干扰噪声查询

3.2 基础参数核查

核查现网基础配置参数：

图  gNB PDCP分流参数组

上行数据分流主路径UlDataSplitPrimaryPath是SCG；

上行数据分流门限UlDataSplitThreshold是INFINITY(无穷大)；

上行PDCP序列号长度UlpdcpSnSize是BITS18(18);该参数表示gNodeB的DRB PDCP序列号长度。

3.3 现场定位分析

1、测试位置空口质量良好，使用FTP单线程上传测试模拟视频上传业务，发现速率波动明显，平均吞吐率不到50M，与摄像头实际视频上传业务现象相同。

图  VR上传业务Probe录屏

2、空口上行UDP灌包测试速率可稳定在80Mbps，因此排除空口因素；

3、当遇到UDP吞吐量正常但TCP吞吐量低的问题时，首先应该怀疑的就是TCP窗口设置是否正确，于是改用FTP10线程上传，发现速率可稳定在80Mbps，因此基本确认是窗口的问题。

4、接下来用摄像头做实际业务，针对TCP业务，首先考虑优化5G传输的RTT时延，用摄像头ping服务器，RTT时延约11ms，gNB ping服务器RTT约5ms，因此计算出5G空口时延约6ms，优化空间不大。

5、对CPE、基站、核心网和视频服务器进行多点抓包分析，根据服务器侧抓包结果，吞吐量前期可以短暂达到80M，但是很快回落到20M左右，对应的接收窗口约4M，服务器缓存时延约6ms。同样条件下，如果用专网传输，速率可稳定在80M，对应的接收窗口约2M，专网服务器缓存时延约1ms。

图  视频服务器抓包统计

图  视频服务器回ACK间隔

综上，VR摄像头为全景摄像头，使用TCP方式上传，推流速率80Mbps。从Probe测试log可以看到视频卡顿主要是由速率低，且大幅波动导致。可以得知视频卡顿根因：TCP接收窗口设置过小。

四、 优化方案

优化视频服务器，修改服务器的TCP接收窗口为10M，解决视频卡顿问题。优化后，首先进行单线程FTP上传测试，吞吐量稳定在80M，对应的接收窗口达到10M：

最后，将优化措施应用在视频的服务器上，并利用摄像头推流测试实际业务，可以稳定80Mbps速率。

五、问题总结

在经过现场设备告警状态核查，基础参数核查，再通过现场测试和空口信令跟踪确认无线空口环境良好，最终通过CPE抓包数据分析解决视频卡顿问题，提升用户感知。

1.   针对5G业务类问题，应首先识别定界为5G网络侧原因还是业务侧原因，进而针对性优化。

2.   5G网络速率快，对业务收发段配置提出了更高的要求，当前现网业务主要为TCP业务，需要深入分析TCP业务原因，进而给出针对性优化建议。

3.   针对一般场景，也建议通过对FTP Server/Client的常用配置和性能进行排查，减少问题排查难度。

服务器Server/Client TCP全局参数优化	Windows系统优化
	Windows下优化TCP窗口：    1.关闭heuristics功能:netshinttcp  set heuristics disabled    2.优化TCP auto tuning:netshinttcp set global  autotuninglevel=normal    3.修改完之后可以用netshinttcp show global查看是否修改成功
	Linux系统TCP参数优化
	1.将以下内容加入 /etc/sysctl.conf:    net.core.rmem_max=1048576    net.core.wmem_max=1048576    2.实行 /sbin/sysctl -p
FTP Server网卡缓冲区优化	传输缓冲区设置为16384
	接收缓冲区设置为4096
FTP Server/Client注册表配置信息优化	DefaultSendWindow：3f0000
	TranSmitIoLength：1f0000
	TcpWindowSize：3f0000
	GlobalMaxTcpWindowSize：3f0000