應對小流量在線業務壓力運營商四拳出擊

中國電信廣州研究院 | 朱紅梅

微博、QQ等小流量典型應用常在線導致網絡壓力增加。

當前，隨著移動互聯網、智能手機的發展，業務種類越來越豐富，用戶的在網時間越來越長，對網絡的依賴越來越大，各種小流量長在線的業務雨后春筍般的發展，如即時通信IM、微博、游戲，以及碎片式的內容傳輸等，導致網絡控制面信令大幅上升，造成繁重的負荷以及流量浪費，給網絡帶來了極大的挑戰，同時也對終端的待機時長構成了威脅。例如運營商NTT docomo在應對上述狀況時，曾由于核心網規劃不當出現了網絡癱瘓，成為業界的警示，因此小流量長在線業務的應用也成為業界關注的焦點。

現網中，運營商急切尋求解決信令風暴的方案，如加大無線覆蓋、核心網擴容、WLAN分流、引入PCC等。同時標準組織也積極尋求解決小流量長在線業務的有效機制并制定標準，如3GPP R10、R11、R12都有相應的研究，并且在R12已經確認是重點研究項目。

移動互聯的業務特征

隨著通信技術的發展，智能機成為業界主流。根據Gartner 數據，2011年全球售出的手機數為18億部，比2010年增長了11.1%。其中售出4.72億部智能手機（同比增長58%），智能手機在移動設備銷售的占比超過25，達到30%。隨著智能終端量的上升、售價的下跌、多媒體應用的豐富便捷、用戶使用習慣的培養等，智能機的比例將進一步上升。對于黏附于智能機的小流量業務，運營商可以從智能終端以及小流量業務相關信令的角度出發，探討小流量業務的特征，從而減輕運營商壓力。

智能終端設置

1）快速休眠設置

智能手機屏幕大、亮度大，同時應用多、耗電大。因此智能手機為了省電，采用了快速休眠機制。對于網絡側發起的數據呼叫，無數據2秒鐘后終端就會發起斷開連接（而通常網絡釋放時間為15秒）。

從目前的實際使用來看，智能機的快速休眠機制帶來的信令流量是普通手機的8倍左右。但是隨著IP應用的逐步推廣，越來越多用戶將使用永久在線模式（Always On），因此智能機快速休眠機制帶來的網絡信令壓力還將繼續增加。

2）上網點設置

不同的上網點設置（CTNET/CTWAP），對網絡信令負荷影響不同。目前CTNET會帶來額外網絡尋呼信令壓力，對于CTNET運營商，其基本沒有設置防火墻，使之收到來自公網的大量主動尋呼 (約半分鐘一次)，給網絡帶來額外信令。

智能機與功能機的差異

1）無線信令資源占用模型

據現網話統數據分析，3G智能手機、普通手機及數據卡月平均無線連接次數為5740次、1186次、1126次，1個3G智能手機消耗的無線信令資源相當于5個3G普通手機。

2）流量與信令連接次數模型

2011年6月3G用戶達343萬，較2010年12月增長了100%；3G前向流量僅增長9%，但3G連接次數增長了160%。

因此，3G總信令增長幅度遠大于3G總流量增長幅度，信令負荷過載將是網絡最快出現的短板。

3）流量差異

3G智能手機、普通手機及數據卡月平均流量分別為112MB、37MB和3891MB，1個3G智能手機消耗的流量資源相當于3個3G普通手機。

從本節的統計數據來看，智能機給網絡帶來完全不同于普通手機的特征，因此在面對智能機越來越多的趨勢下，必須制定相關措施來應對挑戰。

表1 微博業務的消息機制和刷新機制分析

表2 QQ信令及流量分析

小流量典型業務分析

1）微博

微博打通了移動通信網與互聯網的界限，其報道速度快、信息源數量豐富、傳播力度驚人。也正因為如此，微博在移動互聯網時代扮演著重要的角色。微博在中國已經廣泛使用，但是微博長在線的消息檢測及推送機制，會給網絡帶來較大的信令壓力。

消息檢測及推送機制的信令頻次是0.5～3分鐘，目前由用戶自行設定周期，是普通上網業務信令的6倍。消息檢測及推送機制基本不帶來流量：每次消息流量約1KB，每月消息流量<25MB。而且目前暫未引導用戶盡量設置長消息檢測周期，具體如表1所示。

2）即時消息/QQ

目前QQ PC版、手機版充斥各個角落，隨時隨地的QQ交談越來越普遍。當然與QQ競爭的還有各大運營商推出的、與手機號碼綁定的即時通信軟件，如國外軟件MSN、gtalk等，此外，還有企業版軟件，對網絡造成巨大的壓力。下面以MSN為例說明IM消息特點，主要有如下三類流量。

一是用戶相關信息，這個主要是發送/接收消息，或者是改變自身狀態；

二是心跳信息，MSN服務器周期性的發送來保持客戶端在線的信息（目前固定周期64s，可能會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備時也存在）。

表2以QQ為例說明相關消息以及其功能。其中，QQ心跳周期機制會給網絡帶來較大的信令壓力，3分鐘一次心跳，信令是普通上網業務的4～6倍。心跳周期機制基本不帶來流量，同時每月消息流量不超過5MB。

背景流量/信令

背景流量即系統中優先級最高的信令，用戶的任何操作都需要信令的交互。RRC（Radio Resource Control）消息，即無線資源控制消息，是3GPP標準的核心。

終端的快速休眠，導致不斷地RRC建立和釋放，用戶使用業務的斷斷續續也會帶來RRC的建立及釋放。此外，特別在城區環境下，單個基站/小區的覆蓋小，因此移動過程中出現切換的概率也很大，所有的這些操作，都會帶來信令。這些繁多的信令不能給系統帶來收益/流量，但其優先級別最高，系統必須無條件保證。

不同網絡制式導致小流量業務差異化

現網的小流量從現象來看，幾近相同，但是對不同的網絡制式影響并不相同。以下將從不同制式進行說明。

1）WCDMA/TD-SCDMA

WCDMA/TD-SCDMA源于3GPP組織，3GPP組織的3G標準很大程度上落后3GPP2系列2～3年，因此在2.5G、3G引入PS的過程中，3GPP充分考慮了數據與語音的并發功能。也就是說任何時候語音與數據都在同載波上進行，唯一的差別是在數據鏈路層將數據包與語音包進行復用。即使在R5階段引入HSDPA，3GPP系列標準為了保持數據語音并發的優勢，也是將WCDMA與HSDPA混合組網，當然混合組網還有一個更深層次的原因是，混合組網的資源效率比單獨組網要高。很明顯，混合組網節省了公共信道資源。

此外GPRS與GSM的組網也類似于HSDPA與WCDMA的組網模式，也就是混合組網實現數據語音的并發。

雖然這樣的組網模式在非智能手機時代應該說是再好不過的，但在智能手機時代確問題頻出。

3GPP系列直到R7，即HSPA+才引入基于PS的QoS機制，也就是前期的數據都是盡力而為的BE流，語音業務采用電路交換方式，優先級最高。但是智能手機的出現，網絡中使用多的不是BE流量，而是與語音幾乎同等優先級的數據業務的信令，如RRC消息，這樣就出現了智能手機的使用影響了運營商根本收入的語音業務。頻繁的接入/釋放信令抬升了小區的噪聲，導致語音業務質量下降，同時還可能影響到語音業務的接入成功率、容量等性能指標。

2）cdma2000 1x

cdma2000 1x本身有支持語音數據并發的版本，但由于產業的壟斷性，全球在部署cdma2000 1x Rev0版本（不支持語音數據并發）后都處于觀望狀態，沒有運營商商用支持并發cdma2000 1x RevA版本。此外，由于cdma2000 1x帶寬只有1.25MHz，在如此窄（相對WCDMA系列的5MHz而言）的帶寬內支持數據語音效率是否良好，引起業界的一致疑問，這導致支持并發的標準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，語音與數據是天然分開的，因此cdma2000 1x的終端是雙網監聽，1x優先的原則。

數據業務并發功能的欠缺本是CDMA陣營的一大缺陷，但是現在似乎成為一點“優勢”，畢竟語音業務沒有受到智能終端小業務的沖擊（cdma20001x與cdma2000 1x EV-DO網絡分工，是前者語音，后者數據）。但是對于cdma2000 1x EV-DO本身而言，公共信道的設計也不能滿足現有的智能終端小業務的模型。雖然影響沒有3GPP系列的大，但還是存在。

四條應對途徑

不同技術制式，不同的發展策略，應對措施有一定的差異，但總體上不外乎如下四種途徑。

1）網絡優化擴容

智能終端的引入，小流量數據業務的普及，帶來全新的話務模型，因此原有的網絡設計，如公共信道的設計，已經不滿足現有的業務需求。因此對尋呼信道、接入信道需要根據需要重新規劃，同時如終端駐留策略、子網劃分、尋呼消息隊列緩存等都需要重新考慮。此外，本著先優化后擴容的原則，如果優化也不能解決問題，那么就需要針對性地進行部分熱點區域的擴容。

2）WLAN分流

在蜂窩網不能滿足需求的情況下，如經濟效益評估以及頻點等不可解決的問題下，采用引入WLAN分流的策略成為運營商的共識。當前各大運營商都在加大WLAN的建設，實現熱點區域的覆蓋，并通過統一客戶端，以及不同的收費方式引導用戶使用WLAN，實現WLAN對移動網的分流。

通過巧妙運用多種多接入協同技術的，一方面提高了客戶的業務體驗，使得每種業務的傳輸質量和費率等做到最好的權衡和優化，另一方面也保護了運營商的網絡投資，運營商還能根據網絡運行狀態動態地進行各接入間的流量疏導。

3）PCC的引入

對于移動網面臨的問題，3GPP的PCC（Policy and charging control，策略和計費控制）架構提供了可能的應對方案，PCC是3GPP定義的通用策略與計費控制架構及功能，部署在分組域核心網側，支持固定/移動各種接入技術，可以實現業務流級別的QoS策略控制、計費控制等功能。從全球的應用來看，PCC主要應用在LTE網絡下。但是國內情況有所差異，這也與我國作為新興移動通信市場、智能手機用戶多、小業務數據使用頻繁有很大的關系。當前盡管上馬LTE的時間沒定，但是運營商都已經開展了PCC的深入研究和測試，并計劃盡快引入。

4）LTE的跟蹤研究

隨著WiMAX的消亡，LTE已成為一統江湖的移動通信標準，在數據業務壓力激增、頻譜資源緊張的背景下，尋求引入LTE也是運營商當前應考慮的問題。