中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司 523129
摘要：本文介绍在EPC核心网部署手机视频加速的技术原理，并通过开展试点测试，验证对手机视频业务的加速优化效果。
关键词：EPC、PGW、视频加速、4G核心网信令分析
一、EPC核心网视频加速的背景
传统的手机视频访问流程为：在手机附着到4G网络，完成承载建立后，手机发起视频访问请求，PGW通过SGi口将用户的访问请求转发至视频内容提供服务器SP，SP响应用户的访问请求，将视频通过SGi口下发到EPC核心网，再转发给用户：
图1 传统的手机视频访问路径
传统的手机访问视频会有庞大的网间流量访问，比如广东省运营商A的用户，访问某SP的视频，该视频的服务器架设在北京的运营商B的网络内。跨越诸多骨干网络节点，可能使得访问时延较大。且在话务忙时，可能会出现骨干传送网络繁忙，服务器SP繁忙，而导致用户体验差。大量的重复的此类视频业务访问，对SGi到SP服务器间的网络带宽带来挑战，甚至会加剧网络拥塞，降低网络资源利用率。
二、EPC核心网视频加速的技术原理
1、视频加速优化模块
EPC核心网手机视频加速的原理为在PGW上部署视频加速优化模块，从而实现内容自适应与网络带宽资源分配之间的协同控制，提供用户差异化的多媒体应用体验，缓解数据流量风暴对运营商网络的冲击，并实现业务增值。
视频优化模块能够对SP提供的视频内容进行优化（视频转码、码率适配等），PGW通过基于三四层或七层的智能多业务分流，将HTTP流量分发到内置视频优化模块模块做优化处理：
图2 PGW上部署了视频优化模块
视频加速模块的关键在于智能缓存，智能缓存子系统提供缓存注入、查询、分发、替换、内容验证等功能。通过缓存热门的视频内容，加快用户访问视频业务的响应速度，提升用户体验。同时减少运营商Internet出口（SGi）数据流量，节省网间结算费用，降低运营商运营成本。
2、视频加速优化运作原理
PGW部署的视频优化模块根据用户访问的频度及热度阈值确定热点视频，并缓存该热点视频到本地；后续用户再次访问这些已缓存的热点视频时，内置视频优化模块就作为视频内容服务器向用户发送缓存的视频内容，而不必再次从视频网站获取。缓存的视频文件也是后续视频优化动作的基础资源。
EPC核心网手机视频加速运作的步骤大致描述如下：
PGW视频加速模块配置缓存注入的热度阈值
PGW视频优化模块主动向SP访问TOP N视频内容，并将其缓存到本地存储
PGW识别出手机用户访问本地已缓存视频内容
PGW视频优化模块将视频内容提供给用户下载
为更好的利用本地存储空间，在视频加速模块上存储着一张视频访问的统计表格，并关注本地存储空间的利用率情况，为实现智能缓存提供判断：
当用户访问的视频缓存未命中且达到热度阈值时，视频加速模块会在SP返回视频响应时缓存该热点视频。当用户访问的视频已被缓存时，内置视频加速模块就作为视频内容服务器向用户发送缓存的视频内容，而不必再次从视频网站获取。
当用户请求的视频命中时，检查该视频是否已经过期，如果过期则内置视频加速模块发起到SP的内容验证，确保在SP上已不存在的内容不会返回给UE。如果内容验证结果是视频文件未更新，SP会返回新的有效时间，内置视频加速模块用缓存系统中的文件发给UE，同时更新本地有效时间记录；如果内容验证结果是视频文件已更新，SP返回新的视频文件，内置视频加速模块将新视频文件转发给UE，同时缓存到缓存系统中。
由此实现用户在本地网内即可快速访问热门的视频内容，达到节省网络出口及骨干流量的目的，同时可提升用户的访问感知。
三、EPC核心网视频加速测试效果
为评估EPC核心网的视频加速测试效果，我们在SAEGW301开启整机视频优化功能，打开视频智能缓存功能，支持国内热门视频网站的优化。我们从通过主动测试、全网性能统计等，多方面评估了视频优化加速的测试效果：
话务模型如下：
通过测试效果可知:在EPC侧部署视频优化能够对现网SGi侧下行传输带来稳定节省，视频命中率约20%，日均节省流量约9 GB，视频平均下载速率提升20%以上。
另外，观测PGW相关的性能统计，设备运行稳定，无异常。
四、EPC核心网视频加速小结
随着移动通信4G网络通信技术的发展，以及智能终端的快速普及，视频业务在移动通信网络中越来越流行。视频已成为4G网络承载的最重要的流量业务之一,预计4G网络视频未来将占网络总流量的50%以上，且仍将持续增加。为提高带宽利用率，减少SGi口网络拥塞，同时提升用户体验，视频优化势在必行。
预计随着用户数增加，视频流量增大，视频缓存的内容快速增加，注入的视频文件达到设置的上限后，新注入视频将会触发老旧视频的替换删除，视频优化算法根据视频访问热度和访问时间更新磁盘内容，命中率以及Gi口节省流量随用户量增长得到持续提升。
总体上，开启EPC视频优化解决方案后，能够显著提升用户视频业务体验。随着4G用户增加及视频业务渗透率提升，能对EPC业务持续创造价值。
参考文献
[1] 3GPP 23.401协议.
[2] UGW9811产品文档 V900R010C07.
作者简介
赖贺春,中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司。
论文作者:赖贺春
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/6
标签：视频论文; 缓存论文; 模块论文; 用户论文; 内容论文; 核心网论文; 流量论文; 《基层建设》2016年27期论文;