劉 婭，石 雄，徐 震

(武漢輕工大學電氣與電子工程學院，湖北武漢 430023)

隨著IP技術和移動通信技術和的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的電話語音業(yè)務已經(jīng)不能滿足人們對通信的各種需求，寬帶多媒體數(shù)據(jù)通信逐漸成為當前通信業(yè)務發(fā)展的主要趨勢。從全世界范圍的發(fā)展來看，固定網(wǎng)絡用戶所占的比重逐年下滑，而互聯(lián)網(wǎng)和移動用戶，特別是移動用戶所占的比重逐年增加。隨著移動資費的逐漸下調(diào)，移動終端以其便攜性的優(yōu)勢將最終取代固定電話。在國內(nèi)各運營商大力推進第三代移動通信(3G)發(fā)展的形勢下，實行業(yè)務轉(zhuǎn)型，開拓多媒體通信業(yè)務，已成為運營商業(yè)務發(fā)展的重頭戲，而數(shù)據(jù)業(yè)務目前已成為電信業(yè)利潤增長的主動力。在對過去幾年的相關調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，語音業(yè)務的發(fā)展開始出現(xiàn)逐漸下滑的趨勢，數(shù)據(jù)業(yè)務的收益比重迅速上升，電信行業(yè)的利潤中心正在從移動語音轉(zhuǎn)向移動數(shù)據(jù)服務［1］。這也同時表明，移動通信網(wǎng)絡已經(jīng)從以前的單業(yè)務模式的語音通信向多媒體數(shù)據(jù)通信時代發(fā)展。

移動智能終端能夠通過多種方式(如WiFi、3G、WiMAX等)接入通信網(wǎng)絡，由于其內(nèi)部安裝有開放式操作系統(tǒng)，可通過裝載各種應用程序，來完成各種不同的功能，其擴展性和功能性都很強大。除了能夠為用戶提供傳統(tǒng)的語音服務外，智能終端還能夠以無線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，提供數(shù)據(jù)的下載、共享和在線瀏覽等服務。目前最為常見的智能終端以智能手機、平板電腦和電子閱讀器為代表。新型的智能手機，以Android、iPhone和黑莓為代表，它們?yōu)橛脩籼峁┝烁押玫娜藱C交互界面、更便捷的應用體驗、更適用于移動終端的瀏覽器、更方便使用的觸控技術，這些都使得用戶愿意更長時間地通過移動網(wǎng)絡接入互聯(lián)網(wǎng)。從相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來分析，2010年全球智能手機銷量增長了72%，2011年第三季度，蘋果的iPhone占據(jù)了市場28.6%的份額;Android手機市場份額為42.8%。從2009年第三季度到2011年第三季度，美國的智能手機普及率增長了26%，可見，智能終端已逐漸成為3G市場的主流。

移動智能終端的普及推動了用戶消費習慣的改變。越來越多的用戶開始通過智能手機進行在線聊天、網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)購、收發(fā)電子郵件等操作。從近幾年的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析表明，美國的非智能手機用戶，其語音通話的使用時間占70%，而以Android為代表的智能手機用戶，55%的使用時間則是用于多媒體增值服務，以音樂、游戲、Email和網(wǎng)絡接入為代表的高附加值數(shù)據(jù)業(yè)務已占到40%的使用時間。移動互聯(lián)網(wǎng)在中國的使用更加廣泛，用手機上網(wǎng)的中國用戶比例已經(jīng)超過美國。移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展為移動網(wǎng)絡帶來了持續(xù)高速增長的數(shù)據(jù)流量，促進了移動網(wǎng)絡向高速率、低時延、扁平化的方向發(fā)展［2］。

大量智能終端引發(fā)的數(shù)據(jù)業(yè)務使得通信網(wǎng)絡運營商從中受益頗豐，美國AT＆T公司在2010年的數(shù)據(jù)業(yè)務收入較2009年同期增長了30%。但是，全球通信網(wǎng)絡運營商的運營經(jīng)驗同時告訴我們，智能終端帶給他們的除了可觀的利潤外，也對網(wǎng)絡質(zhì)量提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)。

1 移動智能終端對網(wǎng)絡的影響

由智能終端引發(fā)的大量數(shù)據(jù)增值業(yè)務，使得CDMA網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量和信令流量呈現(xiàn)急劇的增長。以美國AT＆T公司為例，在iPhone手機發(fā)放的初期，其用戶僅占AT＆T手機用戶的3%，但卻占用了40%的網(wǎng)絡流量。三年來，AT＆T數(shù)據(jù)流量增加超過50倍，而且還在繼續(xù)。巨大的數(shù)據(jù)流量讓通信網(wǎng)絡已經(jīng)不堪重負，數(shù)據(jù)擁塞和網(wǎng)絡掉話等網(wǎng)絡事故頻繁發(fā)生，從而導致網(wǎng)絡質(zhì)量嚴重下降，用戶抱怨和投訴量逐漸增多。2009年，英國O2公司8%的智能終端產(chǎn)生了55%的信令流量，以及90%的數(shù)據(jù)流量，而且使O2網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量增長了18倍，直接導致倫敦地區(qū)的部分用戶周期性無法撥打電話或者傳輸數(shù)據(jù)。為此，O2斥資3000萬英鎊用于改善倫敦地區(qū)的網(wǎng)絡，公布了一項促進其移動網(wǎng)絡發(fā)展并為移動數(shù)據(jù)業(yè)務構(gòu)建長期增長空間的計劃，僅2009年就新增基站1 500個。中國的3G網(wǎng)絡雖然剛剛起步，隨著“千元智能終端”的批量上市，中國運營商越來越重視智能終端的戰(zhàn)略作用。以中國電信在廣州、上海等幾個大中城市的數(shù)據(jù)分析為例，智能終端的發(fā)展將使天翼網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務量提升一倍以上，信令負荷提升4倍以上［3］，面對智能終端和移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，怎樣抵御由此帶來的數(shù)據(jù)流量和信令激增的沖擊，以保證網(wǎng)絡健康、持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展，已成為運營商普遍關心的問題。

通過分析研究表明，智能終端對網(wǎng)絡產(chǎn)生的影響主要來自以下幾個方面。

1.1 流媒體類業(yè)務帶來大量的數(shù)據(jù)流量沖擊

智能終端用戶的使用頻度比較高，通信業(yè)務類型也由語音呼叫為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)業(yè)務為主。流媒體和下載類多媒體業(yè)務，每小時流量約為60—200 MB，給網(wǎng)絡帶來較大的數(shù)據(jù)業(yè)務流量沖擊，如圖1所示［4］。

1.2 永遠在線類業(yè)務帶來海量信令沖擊

圖1 流媒體類業(yè)務帶來流量沖擊

所謂永遠在線，就是網(wǎng)絡為該應用保持長期可用的會話和連接。智能終端為了保障社區(qū)用戶和即時聊天的實時在線，每隔幾秒鐘就會發(fā)送一些在線心跳消息，使網(wǎng)絡頻繁地進行無線信道的分配和建立，從而占用了大量的無線網(wǎng)絡資源，網(wǎng)絡信令負荷明顯提高，如圖2 所示［4］。

圖2 即時類業(yè)務帶來信令沖擊

1.3 智能終端的快速休眠機制帶來額外的信令沖擊

智能終端的電池容量會被大量的數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸消耗掉，為了延長手機電池的使用壽命，許多手機終端啟用了快速休眠機制，在短時間內(nèi)，如果沒有數(shù)據(jù)通信需求，就釋放無線信令連接，進入空閑(IDLE)狀態(tài)(目前Android、iPhone等終端默認5 s無業(yè)務即釋放連接)，在需要再次發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須再次發(fā)起Service Request信令流程，從而導致了狀態(tài)的頻繁遷移［4］，即每次數(shù)據(jù)包發(fā)送，均從IDLE空閑狀態(tài)進行PS呼叫建立，遷移到DCH態(tài)發(fā)送，發(fā)送完畢后又從DCH態(tài)強制返回IDLE態(tài)，狀態(tài)遷移如圖3所示。

圖3 EV-DO終端狀態(tài)轉(zhuǎn)變

智能終端從IDLE狀態(tài)轉(zhuǎn)換到ACTIVE狀態(tài)，網(wǎng)絡側(cè)和空中接口共需要31條信令;從休眠態(tài)到激活態(tài)，網(wǎng)絡側(cè)和空中接口共需要18條信令;從激活態(tài)到空閑態(tài)，網(wǎng)絡側(cè)和空中接口共需要10條信令。由于終端狀態(tài)的頻繁轉(zhuǎn)換，將帶來額外開銷的急劇增長，從而對網(wǎng)絡產(chǎn)生海量的信令負荷。

1.4 當業(yè)務出現(xiàn)異常狀態(tài)時將引發(fā)雪崩效應

在智能終端的應用中，由于終端需要與服務器建立連接，若遇到服務器宕機或者IP業(yè)務網(wǎng)絡發(fā)生擁塞等異常狀態(tài)，將使得終端在不知情的情況下反復發(fā)起連接請求，短時間內(nèi)信令將激增數(shù)倍甚至幾十倍，使得網(wǎng)絡性能急速下降。

2 應對解決方案

移動網(wǎng)絡運營商在應對智能終端帶來的數(shù)據(jù)流量和信令負荷的巨大沖擊時，應將移動用戶的行為模式與網(wǎng)絡現(xiàn)狀兩者結(jié)合起來分析，做到疏堵結(jié)合，

在保證用戶需求與網(wǎng)絡建設規(guī)模同步增長的前提下，力求全面降低網(wǎng)絡的信令負荷和數(shù)據(jù)流量。當網(wǎng)絡受到較大數(shù)據(jù)流量和信令的沖擊時，運營商要及時采取有效措施以保證網(wǎng)絡安全。具體而言，可以從以下幾方面入手。

2.1 對業(yè)務、終端和用戶行為對網(wǎng)絡的影響進行深入分析，建立起一套適合于自身運營特點的智能終端業(yè)務模型，依據(jù)用戶和業(yè)務增長來合理規(guī)劃建設網(wǎng)絡。無線基站控制器(BSC/RNC)作為處理無線網(wǎng)絡業(yè)務和信令的關鍵網(wǎng)元，將最先直接面臨智能風暴的沖擊。為了減少話務與信令增長導致的網(wǎng)絡頻繁調(diào)整，同時提升網(wǎng)絡安全性，BSC規(guī)劃應注意以下兩個問題。首先，在進行網(wǎng)絡設計時，應當充分考慮未來數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展需要，適當提升預留的處理能力，而基站控制器掛接的外部基站不以高負荷配置為目標。其次，在網(wǎng)絡規(guī)劃中，除考量BSC的話務轉(zhuǎn)發(fā)與處理能力外，要更加關注持續(xù)提升BHCA信令處理能力，以適應網(wǎng)絡發(fā)展需要［5］。

2.2 系統(tǒng)級的網(wǎng)絡承載能力，采用Wi-Fi分流建網(wǎng)的模式進行提升。從2010年開始，中國電信進行了大規(guī)模的W網(wǎng)和C網(wǎng)的網(wǎng)絡建設，通過在某些人流量較大、業(yè)務較繁忙的地區(qū)部署Wi-Fi覆蓋，有效分流網(wǎng)絡的負荷，從而一定程度上增大網(wǎng)絡容量。也就是說，將大流量、低價值的數(shù)據(jù)業(yè)務轉(zhuǎn)移到Wi-Fi網(wǎng)絡上，分擔一部分網(wǎng)絡負荷，使移動網(wǎng)絡能夠承載更多的高價值、高移動性的數(shù)據(jù)業(yè)務，從而提升全網(wǎng)的業(yè)務承載能力。

2.3 通過引進新技術來提升網(wǎng)絡容量。在CDMA網(wǎng)絡中，為了滿足更多用戶的數(shù)據(jù)通信需求，通過引入EV-DO Rev.B技術來提升網(wǎng)絡容量。通過軟件升級，多載波EV-DO技術可以利用載波捆綁的方式，將用戶的最大速率提升3倍［5］。相關測試結(jié)果表明，當網(wǎng)絡的時隙利用率在40%左右時，采用EVDO Rev.B技術比傳統(tǒng)的CDMA EV-DO Rev.A技術時的網(wǎng)絡容量增加90%以上。

2.4 改變粗放式的流量經(jīng)營策略，進行精細化的流量控制。主要從以下幾個方面進行。

2.4.1 基于用戶的帶寬管理，支持用戶的不同優(yōu)先級別設置。根據(jù)用戶的不同消費檔次，為用戶配置不同的優(yōu)先級，提供差異化服務，限定用戶最高相對速率，避免因網(wǎng)絡忙閑導致的速率差異，出現(xiàn)心理落差，導致頻繁投訴。

2.4.2 基于累積流量的帶寬管理。月流量達到門限值后降低速率，對不限流量型套餐且有濫用資源傾向的用戶進行限制，保證網(wǎng)絡資源使用效率最大化。

2.4.3 進行分區(qū)分時的業(yè)務管理和控制。通過識別不同類型的業(yè)務，進行業(yè)務策略優(yōu)化，使移動網(wǎng)絡真正具有“彈性”。其主要特點是，通過精確地識別不同的業(yè)務類型，保證高價值、小流量的業(yè)務總是具有更高的分配資源的優(yōu)先級，獲得更好的業(yè)務體驗;對低價值、大流量的業(yè)務，則進行分區(qū)域、分時段的控制和管理，防止其對網(wǎng)絡造成巨大沖擊，確保網(wǎng)絡質(zhì)量。

2.5 優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡設備的參數(shù)、提高網(wǎng)絡KPI，包括優(yōu)化DO尋呼策略、調(diào)整休眠定時器、提高控制信道速率、調(diào)整調(diào)度協(xié)議算法、啟用多用戶包、開啟設備新功能等。根據(jù)網(wǎng)絡運行狀況隨時進行調(diào)整，避免不必要的信令交互發(fā)生，一定程度地降低網(wǎng)絡負荷。

3 結(jié)束語

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展和智能終端的廣泛使用，通信網(wǎng)絡中的信令流量和數(shù)據(jù)業(yè)務流量呈現(xiàn)出急劇增長的局面，這些改變一方面帶給運營商豐厚的經(jīng)濟利潤，另一方面也對網(wǎng)絡提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)。因此，應加強對智能終端用戶行為的關注，通過分析研究應對智能風暴的優(yōu)化解決方案，確保CDMA網(wǎng)絡健康、穩(wěn)定的運行。

［1］張宏科，蘇偉.移動互聯(lián)網(wǎng)技術［M］.北京:人民郵電出版社，2010:128-145.

［2］Shen Shao-ai.Principals and Practice of CDMA network optimization［M］.Beijing:People’s Posts and Telecommunication Press，2011:156-180.

［3］Kuen-Chool Yoo，Tae-Jin Lee.Novel Signaling Scheme for 1x CDMA-based Femtocell Networks［C］//Advanced Communication Technology(ICACT)，The 12th International Conference，2010:639-645.

［4］He X P，Guan J.Analysis of Impact of Smart Terminal on WCDMA Core Packet Domain Network［J］.Mobile telecommunication，2011(3):62-67.

［5］Xing Dan，Geng Yu-bo.Rapid growth of smart mobilephone and the impact analysis to mobile network［J］.Posts and Telecommunications Technology，2010(1):37-42.