基于GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互切換技術(shù)的研究

陳景航，潘廣津，趙明偉

（中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司，中山 528400）

移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和激烈的市場競爭，在中國移動已投入運營和即將投入運營的4張?zhí)峁?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動網(wǎng)GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN中：GSM運營穩(wěn)定成熟，但速率較低客戶感知不好；具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)運營由于還處在不斷積累經(jīng)驗與改進中客戶感知狀況不良好；TD-LTE和WLAN網(wǎng)絡(luò)還處于快速建設(shè)中。

本研究項目針對上述問題，研究分析各種用戶行為及各種類型業(yè)務(wù)QoS和網(wǎng)絡(luò)資源情況，給出可實施的解決方案：

（1）改善用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知度。

（2）提升WLAN、TD-SCDMA、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

（3）實現(xiàn)業(yè)務(wù)分流、緩解GSM網(wǎng)絡(luò)資源緊張狀況。

（4）設(shè)計多IP通道的網(wǎng)絡(luò)選擇器，對大流量的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進行業(yè)務(wù)分流。

1 研究內(nèi)容

開展GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集、解析；定制用戶行為模型，包括用戶號碼，用戶品牌，定制業(yè)務(wù)套餐，登陸時間，流量，訪問地址，終端類型，小區(qū)負荷，小區(qū)資源（載波，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)配置情況),具體實現(xiàn)是通過連接GSM、TD-SCDMA、WLAN和TD-LTE網(wǎng)管系統(tǒng)采集網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

通過對網(wǎng)管數(shù)據(jù)的采集和分析，開展用戶行為模型的建模，研發(fā)支持TD-LTE終端的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)判決器，支持用戶終端可以根據(jù)用戶終端業(yè)務(wù)來選擇和自動化切換到異構(gòu)的GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN網(wǎng)絡(luò)中，并且在終端的判決器中開發(fā)用戶業(yè)務(wù)分析模塊，用于匹配網(wǎng)絡(luò)側(cè)的用戶行為模型。

在智能手機終端的網(wǎng)絡(luò)判決器中，集成多IP通道的網(wǎng)絡(luò)判決器，對大流量的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進行業(yè)務(wù)分流。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)用戶行為及多模上網(wǎng)終端所處的每個具體地點4個網(wǎng)絡(luò)各自的資源、負荷容量等狀況，結(jié)合客戶上網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)KPI及所需網(wǎng)絡(luò)資源，給出終端用戶上網(wǎng)需選擇的最佳的網(wǎng)絡(luò)信息，在負荷擁塞等較差地方，讓多模上網(wǎng)終端如在G網(wǎng)資源較少或負荷較重的情況下將相應(yīng)終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)自動切換到相應(yīng)區(qū)域的性能較好的如WLAN移動網(wǎng)絡(luò)上，以改進用戶的服務(wù)質(zhì)量、客戶感知及收益。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框架

多模終端手機側(cè)：多模終端內(nèi)置“網(wǎng)絡(luò)判決器功能模塊”,基于網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)器的對用戶行為分析及異構(gòu)網(wǎng)的分析結(jié)果判決選擇最佳網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)。

服務(wù)器側(cè)：網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)器完成異構(gòu)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能分析功能和用戶行為分析（網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)器采用B/S架構(gòu)便于應(yīng)用及維護）。

2.2 系統(tǒng)同步

本優(yōu)化系統(tǒng)平臺，一方面優(yōu)化服務(wù)器和其它4個移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管服務(wù)器之間的通信方式優(yōu)化服務(wù)器每隔一定時間去分別訪問4個移動網(wǎng)的網(wǎng)管服務(wù)器，若許可的話在 4個移動網(wǎng)的網(wǎng)管服務(wù)器內(nèi)置一個軟件模塊，完成當有新的網(wǎng)管數(shù)據(jù)輸出就自動將所輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送給優(yōu)化平臺服務(wù)器，另一方面多模上網(wǎng)終端訪問優(yōu)化平臺服務(wù)器的時間，根據(jù)實際情況都可通過Web遠程終端隨時修改即可。

2.3 用戶分析行為服務(wù)器的設(shè)計

為達到讓多模終端能實時地根據(jù)網(wǎng)優(yōu)平臺的各個網(wǎng)絡(luò)資源利用狀況的分析結(jié)果、資費方式及多模終端所在的無線環(huán)境等因素，自動觸發(fā)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)，通過主要的工作過程，包括用戶類型定義及在各種場景下的各個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)行為分析、4種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS、資費方式及網(wǎng)絡(luò)資源狀況分析設(shè)計、相關(guān)數(shù)據(jù)采集和解析；由于所采集的數(shù)據(jù)來自于一直不間斷運行的網(wǎng)管等設(shè)備，且多個多模終端每隔一定時間并發(fā)通過IP方式自動訪問載有“4網(wǎng)融合的業(yè)務(wù)分析及資源優(yōu)化平臺”服務(wù)器，服務(wù)器除完成上述來自各個網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)解析分析外，還要將結(jié)果自動發(fā)送給自動訪問該服務(wù)器的大量多模終端，因此還需分析實時業(yè)務(wù)并發(fā)處理的軟硬件需求，而后開始設(shè)計軟件總體框架及各個模塊，代碼實現(xiàn)及調(diào)試，包括內(nèi)置在多模終端內(nèi)自動觸發(fā)終端的軟件設(shè)計及實現(xiàn)，最后在現(xiàn)有的實際網(wǎng)絡(luò)上集成測試。

其優(yōu)化平臺服務(wù)器、多模終端及4網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管系統(tǒng)的交互信息如圖1所示，優(yōu)化平臺服務(wù)器每隔Δt2時間分別自動訪問4網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管設(shè)備，當收到4網(wǎng)網(wǎng)管設(shè)備發(fā)過來的數(shù)據(jù)后，運行相應(yīng)軟件模塊并刷新原有的分析報告結(jié)果，而多模手機終端通過每隔Δt1時間自動訪問優(yōu)化平臺服務(wù)器，并對所收到的優(yōu)化平臺服務(wù)器發(fā)回的數(shù)據(jù)進行比較分析后，若與原來結(jié)果不同，進行重選網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)。

圖1 四網(wǎng)協(xié)同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析及資源優(yōu)化平臺系統(tǒng)同步示意圖

網(wǎng)絡(luò)側(cè)優(yōu)化平臺服務(wù)器軟件：采用3層處理，使用B/S架構(gòu),服務(wù)端采用Web服務(wù)器（Tomcat），開發(fā)分為兩部分：Web服務(wù)部分：該部分是用戶接口，負責接受用戶瀏覽器的請求和響應(yīng)，并展示結(jié)果。這一部分采用Java開發(fā)，邏輯框架采用struts，數(shù)據(jù)框架采用Hibernate，為了能夠使用戶操作服務(wù)端文件和程序，加入Web服務(wù)功能，采用JAX—WS框架；守護進程部分：該部分是一個后臺程序，用于接受下載參數(shù)并自動從數(shù)據(jù)服務(wù)器上下載文件。該部分采用C開發(fā)，與第一部分的Web服務(wù)功能進行socket通信，從而獲得下載參數(shù)和返回下載結(jié)果。

2.4 網(wǎng)絡(luò)判決器設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)判決器在異構(gòu)環(huán)境下選擇最佳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)果放在服務(wù)器上，且隨著網(wǎng)管數(shù)據(jù)變化自動調(diào)整其結(jié)果（考慮手機的負荷問題，建議每4h下載一次用戶模型的制導(dǎo)策略），而多模終端通過網(wǎng)絡(luò)登錄到相應(yīng)服務(wù)器上讀取上述網(wǎng)絡(luò)選擇結(jié)果如圖2所示，而后根據(jù)所讀取的網(wǎng)絡(luò)判決選擇結(jié)果選擇合適無線接入網(wǎng)，進而接入到所需的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)判決器設(shè)計示意圖

2.4.1 底層驅(qū)動模塊

底層驅(qū)動模塊的主要功能是獲取智能終端的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源信息，包括獲取SIM卡的信息，GSM/TDSCDMA/TD-LTE/WLAN網(wǎng)絡(luò)的Cell ID/AP ID，信號強度等，當前用戶業(yè)務(wù)使用情況（業(yè)務(wù)名稱，業(yè)務(wù)類型等），以及終端手機資源信息（內(nèi)存情況，CPU運行情況等），通過系統(tǒng)封裝函數(shù)Sysget（）來獲取相關(guān)信息。

2.4.2 通信模塊

通信模塊主要負責從網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器端獲取用戶模型策略，經(jīng)過系統(tǒng)測試，目前下載的頻率定為4小時/次。主要通過HttpGet（）來獲取用戶模型策略，用戶模型策略用XML語言封裝。同時，本方案也支持與網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器的閉環(huán)操作，由于不能夠保證每次切換都是100%準確，網(wǎng)絡(luò)判決器設(shè)置1min為閾值（可在界面調(diào)整），當1min內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)切換時，網(wǎng)絡(luò)判決器系統(tǒng)將該次切換認為錯誤切換，并寫成error report，并HttpPush（）回去網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器中，進行相應(yīng)策略的修訂。

2.4.3 用戶個性數(shù)據(jù)累計統(tǒng)計分析

用戶個性數(shù)據(jù)的累積分析模塊的功能是統(tǒng)計用戶在手機中使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的情況，包括相同的SIM卡用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的類型（type），開始時間（start time），結(jié)束時間（end time），流量（kB），業(yè)務(wù)名字（name）等，本地通過mysql來記錄用戶個性信息，并通過網(wǎng)絡(luò)判決器分析，得到本地的切換策略。

2.4.4 網(wǎng)絡(luò)判決模塊

網(wǎng)絡(luò)判決模塊的作用是根據(jù)通信模塊獲取回來的網(wǎng)絡(luò)側(cè)服務(wù)器的用戶模型策略，并匹配本地的用戶個性模型策略，進行算法匹配，選擇合適的策略進行判決，具體算法詳見下面的數(shù)學(xué)模型。

2.4.5 網(wǎng)絡(luò)切換模塊

網(wǎng)絡(luò)切換模塊的主要工作是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)判決模塊輸出的連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)果策略，網(wǎng)絡(luò)切換模塊主要是通過Ophone提供的API函數(shù)進行底層網(wǎng)絡(luò)模塊的開啟和關(guān)閉，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊的相互切換功能。

3 用戶行為及客戶感知分析

3.1 用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的自身行為統(tǒng)計分析

為滿足上述項目內(nèi)容實現(xiàn)，需對實時數(shù)據(jù)的交互和大量數(shù)據(jù)處理和并發(fā)訪問數(shù)據(jù)處理，用戶數(shù)據(jù)模型需滿足實時性和準確性，防止乒乓互切換和影響用戶感知，本項目研究開發(fā)的難點主要是：

用戶自身使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的行為包括在時間上、地域上及其所使用的業(yè)務(wù)占用信道資源的大小，影響著網(wǎng)絡(luò)資源的占用以及客戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知。

下面是通過網(wǎng)管數(shù)據(jù)中對imsi為460000910908749的用戶在2011年5月 30至2011年6月5日的期間通過GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的狀況：由圖3可知該用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要在三溪2小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，且使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的時間主要集中在上午的9:00左右、11:00左右和下午的16:00左右，此外該圖還表明該用戶在工作日期間也曾在無委3小區(qū)、無委DB小區(qū)的通過GPRS網(wǎng)絡(luò)使用了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的時間是在中午及晚上非上班時間，另外網(wǎng)管記錄表明在18:00左右該用戶手機發(fā)生了“三溪——無委”間的切換導(dǎo)致在該時間范圍內(nèi)兩個小區(qū)都有該手機使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的記錄，“三溪——無委”之間距離456m，由于手機的移動相鄰小區(qū)發(fā)生了切換。此可以看出該用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要集中在上班時間在其辦公場所使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而非上班時間該用戶在晚上無委站點覆蓋的范圍內(nèi)偶爾使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)這樣的用戶行為統(tǒng)計規(guī)律。

由統(tǒng)計分析可知一般用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的行為在時間上、地域上具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，根據(jù)這種先驗數(shù)據(jù)的使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶行為統(tǒng)計規(guī)律，后面將建立相應(yīng)的用戶行為數(shù)學(xué)模型，結(jié)合多網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)端資源狀況，在不同時段不同地域科學(xué)合理地建議用戶優(yōu)選最佳網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以便達到既改善用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知度。

3.2 網(wǎng)絡(luò)資源狀況對用戶行為影響的統(tǒng)計分析

網(wǎng)絡(luò)性能是影響用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時的感知重要因素，網(wǎng)絡(luò)性能較差導(dǎo)致將導(dǎo)致用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用的感知下降，圖4是根據(jù)實際網(wǎng)管數(shù)據(jù)對同一區(qū)域、同一個時間期間的GPRS/EDGE和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的性能分析及其對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響。

由此可知，在同一時間范圍內(nèi)上述的教委小區(qū)的GPRS/EDGE的PDCH平均占用很高，而且其PDCH的清空率也很高，由于GPRS/EDGE其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)資源的緊缺導(dǎo)致在該時間該區(qū)域通過GPRS/EDGE獲取數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶感知度很差。

綜上所述，用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知度受到主觀用戶行為和客觀網(wǎng)絡(luò)資源狀況的影響，但大量的概率統(tǒng)計表明無論用戶自身還是網(wǎng)絡(luò)端的資源使用狀況存在一定的規(guī)律，下面將結(jié)合具體網(wǎng)管報表的數(shù)據(jù)格式建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型以便后續(xù)的實現(xiàn)。

4 結(jié)論

圖3 imsi為460000910908749的用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的行為統(tǒng)計分析示意圖

圖4 同區(qū)域同時間內(nèi)G網(wǎng)和TD-SCDMA網(wǎng)教委小區(qū)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)資源利用分析示意圖

由于網(wǎng)絡(luò)判決器軟件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的分流，把GSM網(wǎng)絡(luò)的流量分流到TD-SCDMA或者WLAN網(wǎng)絡(luò)中，使得GSM網(wǎng)絡(luò)資源有所緩解，能夠提高GSM網(wǎng)絡(luò)利用率，進一步改善話音業(yè)務(wù)，使得用戶感知提高。

（1）拿移動大樓和第二辦公區(qū)為驗證依據(jù)，該區(qū)域內(nèi)有GSM共有10個小區(qū)84個載波，TD共有6個小區(qū)，WLAN共有65個AP：GSM 網(wǎng)絡(luò)流量1月份是200GB，1月份TD網(wǎng)絡(luò)流量170GB， 1月份WLAN網(wǎng)絡(luò)流量 1000GB，不使用網(wǎng)絡(luò)判決器，9月份GSM的流量高達300GB，而TD-SCDMA流量 和WLAN流量均保持在170GB和1000GB左右。

（2）經(jīng)過模擬統(tǒng)計后，使用網(wǎng)絡(luò)判決器后，9月份GSM網(wǎng)絡(luò)的流量下降為 220GB，其中80GB分流到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)，則9月份TDSCDMA網(wǎng)絡(luò)上升為200GB，WLAN網(wǎng)絡(luò)上升為1050GB。

（3）由此可見，2012年1～9月，采用網(wǎng)絡(luò)判決器后節(jié)省流量80GB，分流到其他網(wǎng)絡(luò)中，則平均每月可以節(jié)省約10GB流量，中山現(xiàn)網(wǎng)每個載波平均每月可以承擔的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為4.2GB，移動大樓區(qū)域約有100個載波，可以節(jié)省2個載波，按照這個比列推廣到全市（全市載波數(shù)為34555），則可節(jié)省700個載波，節(jié)省費用約為700萬元。