中國(guó)電信廣州研究院 | 朱紅梅

微博、QQ等小流量典型應(yīng)用常在線導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)壓力增加。

當(dāng)前，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)的發(fā)展，業(yè)務(wù)種類越來(lái)越豐富，用戶的在網(wǎng)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴越來(lái)越大，各種小流量長(zhǎng)在線的業(yè)務(wù)雨后春筍般的發(fā)展，如即時(shí)通信IM、微博、游戲，以及碎片式的內(nèi)容傳輸?shù)?，?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制面信令大幅上升，造成繁重的負(fù)荷以及流量浪費(fèi)，給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)終端的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)構(gòu)成了威脅。例如運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT docomo在應(yīng)對(duì)上述狀況時(shí)，曾由于核心網(wǎng)規(guī)劃不當(dāng)出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)癱瘓，成為業(yè)界的警示，因此小流量長(zhǎng)在線業(yè)務(wù)的應(yīng)用也成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

現(xiàn)網(wǎng)中，運(yùn)營(yíng)商急切尋求解決信令風(fēng)暴的方案，如加大無(wú)線覆蓋、核心網(wǎng)擴(kuò)容、WLAN分流、引入PCC等。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)組織也積極尋求解決小流量長(zhǎng)在線業(yè)務(wù)的有效機(jī)制并制定標(biāo)準(zhǔn)，如3GPP R10、R11、R12都有相應(yīng)的研究，并且在R12已經(jīng)確認(rèn)是重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

移動(dòng)互聯(lián)的業(yè)務(wù)特征

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)成為業(yè)界主流。根據(jù)Gartner 數(shù)據(jù)，2011年全球售出的手機(jī)數(shù)為18億部，比2010年增長(zhǎng)了11.1%。其中售出4.72億部智能手機(jī)（同比增長(zhǎng)58%），智能手機(jī)在移動(dòng)設(shè)備銷售的占比超過25，達(dá)到30%。隨著智能終端量的上升、售價(jià)的下跌、多媒體應(yīng)用的豐富便捷、用戶使用習(xí)慣的培養(yǎng)等，智能機(jī)的比例將進(jìn)一步上升。對(duì)于黏附于智能機(jī)的小流量業(yè)務(wù)，運(yùn)營(yíng)商可以從智能終端以及小流量業(yè)務(wù)相關(guān)信令的角度出發(fā)，探討小流量業(yè)務(wù)的特征，從而減輕運(yùn)營(yíng)商壓力。

智能終端設(shè)置

1）快速休眠設(shè)置

智能手機(jī)屏幕大、亮度大，同時(shí)應(yīng)用多、耗電大。因此智能手機(jī)為了省電，采用了快速休眠機(jī)制。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的數(shù)據(jù)呼叫，無(wú)數(shù)據(jù)2秒鐘后終端就會(huì)發(fā)起斷開連接（而通常網(wǎng)絡(luò)釋放時(shí)間為15秒）。

從目前的實(shí)際使用來(lái)看，智能機(jī)的快速休眠機(jī)制帶來(lái)的信令流量是普通手機(jī)的8倍左右。但是隨著IP應(yīng)用的逐步推廣，越來(lái)越多用戶將使用永久在線模式（Always On），因此智能機(jī)快速休眠機(jī)制帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)信令壓力還將繼續(xù)增加。

2）上網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置

不同的上網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置（CTNET/CTWAP），對(duì)網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷影響不同。目前CTNET會(huì)帶來(lái)額外網(wǎng)絡(luò)尋呼信令壓力，對(duì)于CTNET運(yùn)營(yíng)商，其基本沒有設(shè)置防火墻，使之收到來(lái)自公網(wǎng)的大量主動(dòng)尋呼 (約半分鐘一次)，給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)額外信令。

智能機(jī)與功能機(jī)的差異

1）無(wú)線信令資源占用模型

據(jù)現(xiàn)網(wǎng)話統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，3G智能手機(jī)、普通手機(jī)及數(shù)據(jù)卡月平均無(wú)線連接次數(shù)為5740次、1186次、1126次，1個(gè)3G智能手機(jī)消耗的無(wú)線信令資源相當(dāng)于5個(gè)3G普通手機(jī)。

2）流量與信令連接次數(shù)模型

2011年6月3G用戶達(dá)343萬(wàn)，較2010年12月增長(zhǎng)了100%；3G前向流量?jī)H增長(zhǎng)9%，但3G連接次數(shù)增長(zhǎng)了160%。

因此，3G總信令增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)大于3G總流量增長(zhǎng)幅度，信令負(fù)荷過載將是網(wǎng)絡(luò)最快出現(xiàn)的短板。

3）流量差異

3G智能手機(jī)、普通手機(jī)及數(shù)據(jù)卡月平均流量分別為112MB、37MB和3891MB，1個(gè)3G智能手機(jī)消耗的流量資源相當(dāng)于3個(gè)3G普通手機(jī)。

從本節(jié)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，智能機(jī)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)完全不同于普通手機(jī)的特征，因此在面對(duì)智能機(jī)越來(lái)越多的趨勢(shì)下，必須制定相關(guān)措施來(lái)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。

表1 微博業(yè)務(wù)的消息機(jī)制和刷新機(jī)制分析

表2 QQ信令及流量分析

小流量典型業(yè)務(wù)分析

1）微博

微博打通了移動(dòng)通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的界限，其報(bào)道速度快、信息源數(shù)量豐富、傳播力度驚人。也正因?yàn)槿绱耍⒉┰谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代扮演著重要的角色。微博在中國(guó)已經(jīng)廣泛使用，但是微博長(zhǎng)在線的消息檢測(cè)及推送機(jī)制，會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)較大的信令壓力。

消息檢測(cè)及推送機(jī)制的信令頻次是0.5～3分鐘，目前由用戶自行設(shè)定周期，是普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)信令的6倍。消息檢測(cè)及推送機(jī)制基本不帶來(lái)流量：每次消息流量約1KB，每月消息流量<25MB。而且目前暫未引導(dǎo)用戶盡量設(shè)置長(zhǎng)消息檢測(cè)周期，具體如表1所示。

2）即時(shí)消息/QQ

目前QQ PC版、手機(jī)版充斥各個(gè)角落，隨時(shí)隨地的QQ交談越來(lái)越普遍。當(dāng)然與QQ競(jìng)爭(zhēng)的還有各大運(yùn)營(yíng)商推出的、與手機(jī)號(hào)碼綁定的即時(shí)通信軟件，如國(guó)外軟件MSN、gtalk等，此外，還有企業(yè)版軟件，對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成巨大的壓力。下面以MSN為例說明IM消息特點(diǎn)，主要有如下三類流量。

一是用戶相關(guān)信息，這個(gè)主要是發(fā)送/接收消息，或者是改變自身狀態(tài)；

二是心跳信息，MSN服務(wù)器周期性的發(fā)送來(lái)保持客戶端在線的信息（目前固定周期64s，可能會(huì)隨著版本差異而變化），QQ是3分鐘一次；

三是其他消息，用戶接收朋友的更新消息（這種消息在用戶不使用設(shè)備時(shí)也存在）。

表2以QQ為例說明相關(guān)消息以及其功能。其中，QQ心跳周期機(jī)制會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)較大的信令壓力，3分鐘一次心跳，信令是普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)的4～6倍。心跳周期機(jī)制基本不帶來(lái)流量，同時(shí)每月消息流量不超過5MB。

背景流量/信令

背景流量即系統(tǒng)中優(yōu)先級(jí)最高的信令，用戶的任何操作都需要信令的交互。RRC（Radio Resource Control）消息，即無(wú)線資源控制消息，是3GPP標(biāo)準(zhǔn)的核心。

終端的快速休眠，導(dǎo)致不斷地RRC建立和釋放，用戶使用業(yè)務(wù)的斷斷續(xù)續(xù)也會(huì)帶來(lái)RRC的建立及釋放。此外，特別在城區(qū)環(huán)境下，單個(gè)基站/小區(qū)的覆蓋小，因此移動(dòng)過程中出現(xiàn)切換的概率也很大，所有的這些操作，都會(huì)帶來(lái)信令。這些繁多的信令不能給系統(tǒng)帶來(lái)收益/流量，但其優(yōu)先級(jí)別最高，系統(tǒng)必須無(wú)條件保證。

不同網(wǎng)絡(luò)制式導(dǎo)致小流量業(yè)務(wù)差異化

現(xiàn)網(wǎng)的小流量從現(xiàn)象來(lái)看，幾近相同，但是對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)制式影響并不相同。以下將從不同制式進(jìn)行說明。

1）WCDMA/TD-SCDMA

WCDMA/TD-SCDMA源于3GPP組織，3GPP組織的3G標(biāo)準(zhǔn)很大程度上落后3GPP2系列2～3年，因此在2.5G、3G引入PS的過程中，3GPP充分考慮了數(shù)據(jù)與語(yǔ)音的并發(fā)功能。也就是說任何時(shí)候語(yǔ)音與數(shù)據(jù)都在同載波上進(jìn)行，唯一的差別是在數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)包與語(yǔ)音包進(jìn)行復(fù)用。即使在R5階段引入HSDPA，3GPP系列標(biāo)準(zhǔn)為了保持?jǐn)?shù)據(jù)語(yǔ)音并發(fā)的優(yōu)勢(shì)，也是將WCDMA與HSDPA混合組網(wǎng)，當(dāng)然混合組網(wǎng)還有一個(gè)更深層次的原因是，混合組網(wǎng)的資源效率比單獨(dú)組網(wǎng)要高。很明顯，混合組網(wǎng)節(jié)省了公共信道資源。

此外GPRS與GSM的組網(wǎng)也類似于HSDPA與WCDMA的組網(wǎng)模式，也就是混合組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)語(yǔ)音的并發(fā)。

雖然這樣的組網(wǎng)模式在非智能手機(jī)時(shí)代應(yīng)該說是再好不過的，但在智能手機(jī)時(shí)代確問題頻出。

3GPP系列直到R7，即HSPA+才引入基于PS的QoS機(jī)制，也就是前期的數(shù)據(jù)都是盡力而為的BE流，語(yǔ)音業(yè)務(wù)采用電路交換方式，優(yōu)先級(jí)最高。但是智能手機(jī)的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中使用多的不是BE流量，而是與語(yǔ)音幾乎同等優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信令，如RRC消息，這樣就出現(xiàn)了智能手機(jī)的使用影響了運(yùn)營(yíng)商根本收入的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。頻繁的接入/釋放信令抬升了小區(qū)的噪聲，導(dǎo)致語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量下降，同時(shí)還可能影響到語(yǔ)音業(yè)務(wù)的接入成功率、容量等性能指標(biāo)。

2）cdma2000 1x

cdma2000 1x本身有支持語(yǔ)音數(shù)據(jù)并發(fā)的版本，但由于產(chǎn)業(yè)的壟斷性，全球在部署cdma2000 1x Rev0版本（不支持語(yǔ)音數(shù)據(jù)并發(fā)）后都處于觀望狀態(tài)，沒有運(yùn)營(yíng)商商用支持并發(fā)cdma2000 1x RevA版本。此外，由于cdma2000 1x帶寬只有1.25MHz，在如此窄（相對(duì)WCDMA系列的5MHz而言）的帶寬內(nèi)支持?jǐn)?shù)據(jù)語(yǔ)音效率是否良好，引起業(yè)界的一致疑問，這導(dǎo)致支持并發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)cdma2000 1x EV-DV胎死腹中，后期全球廣泛部署的是基于不同載波的cdma2000 1x EV-DO版本。因此cdma2000 1x從商用的角度看，語(yǔ)音與數(shù)據(jù)是天然分開的，因此cdma2000 1x的終端是雙網(wǎng)監(jiān)聽，1x優(yōu)先的原則。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并發(fā)功能的欠缺本是CDMA陣營(yíng)的一大缺陷，但是現(xiàn)在似乎成為一點(diǎn)“優(yōu)勢(shì)”，畢竟語(yǔ)音業(yè)務(wù)沒有受到智能終端小業(yè)務(wù)的沖擊（cdma20001x與cdma2000 1x EV-DO網(wǎng)絡(luò)分工，是前者語(yǔ)音，后者數(shù)據(jù)）。但是對(duì)于cdma2000 1x EV-DO本身而言，公共信道的設(shè)計(jì)也不能滿足現(xiàn)有的智能終端小業(yè)務(wù)的模型。雖然影響沒有3GPP系列的大，但還是存在。

四條應(yīng)對(duì)途徑

不同技術(shù)制式，不同的發(fā)展策略，應(yīng)對(duì)措施有一定的差異，但總體上不外乎如下四種途徑。

1）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化擴(kuò)容

智能終端的引入，小流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的普及，帶來(lái)全新的話務(wù)模型，因此原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，如公共信道的設(shè)計(jì)，已經(jīng)不滿足現(xiàn)有的業(yè)務(wù)需求。因此對(duì)尋呼信道、接入信道需要根據(jù)需要重新規(guī)劃，同時(shí)如終端駐留策略、子網(wǎng)劃分、尋呼消息隊(duì)列緩存等都需要重新考慮。此外，本著先優(yōu)化后擴(kuò)容的原則，如果優(yōu)化也不能解決問題，那么就需要針對(duì)性地進(jìn)行部分熱點(diǎn)區(qū)域的擴(kuò)容。

2）WLAN分流

在蜂窩網(wǎng)不能滿足需求的情況下，如經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估以及頻點(diǎn)等不可解決的問題下，采用引入WLAN分流的策略成為運(yùn)營(yíng)商的共識(shí)。當(dāng)前各大運(yùn)營(yíng)商都在加大WLAN的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋，并通過統(tǒng)一客戶端，以及不同的收費(fèi)方式引導(dǎo)用戶使用WLAN，實(shí)現(xiàn)WLAN對(duì)移動(dòng)網(wǎng)的分流。

通過巧妙運(yùn)用多種多接入?yún)f(xié)同技術(shù)的，一方面提高了客戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，使得每種業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量和費(fèi)率等做到最好的權(quán)衡和優(yōu)化，另一方面也保護(hù)了運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)投資，運(yùn)營(yíng)商還能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行各接入間的流量疏導(dǎo)。

3）PCC的引入

對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)面臨的問題，3GPP的PCC（Policy and charging control，策略和計(jì)費(fèi)控制）架構(gòu)提供了可能的應(yīng)對(duì)方案，PCC是3GPP定義的通用策略與計(jì)費(fèi)控制架構(gòu)及功能，部署在分組域核心網(wǎng)側(cè)，支持固定/移動(dòng)各種接入技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流級(jí)別的QoS策略控制、計(jì)費(fèi)控制等功能。從全球的應(yīng)用來(lái)看，PCC主要應(yīng)用在LTE網(wǎng)絡(luò)下。但是國(guó)內(nèi)情況有所差異，這也與我國(guó)作為新興移動(dòng)通信市場(chǎng)、智能手機(jī)用戶多、小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)使用頻繁有很大的關(guān)系。當(dāng)前盡管上馬LTE的時(shí)間沒定，但是運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)開展了PCC的深入研究和測(cè)試，并計(jì)劃盡快引入。

4）LTE的跟蹤研究

隨著WiMAX的消亡，LTE已成為一統(tǒng)江湖的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)壓力激增、頻譜資源緊張的背景下，尋求引入LTE也是運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前應(yīng)考慮的問題。