智能終端信令風(fēng)暴研究

葉仁召

（中興通訊股份有限公司網(wǎng)優(yōu)系統(tǒng)部，廣東 深圳 518054）

0 引言

隨著CDMA 3G智能終端的普及，用戶的業(yè)務(wù)范圍越來越廣泛，從傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)，到目前網(wǎng)頁瀏覽、QQ業(yè)務(wù)、在線游戲、彩信等，一方面用戶的業(yè)務(wù)類型發(fā)生變化，從語音轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，另一方面用戶使用習(xí)慣發(fā)生變化，從語音呼叫，轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)在線。一方面導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)話務(wù)模型發(fā)生變化，另一方面導(dǎo)致空口承載容量（接入信道、尋呼信道容量）發(fā)生變化，特別是智能終端突發(fā)業(yè)務(wù)及智能終端快速休眠功能，極大影響空口承載容量，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)空口信令風(fēng)暴。

下面首先進(jìn)行 CDMA EVDO空口承載容量計(jì)算分析，研究CDMA EVDO最大空口尋呼容量，接著結(jié)合智能終端休眠方式，分析智能終端對(duì)CDMA EVDO網(wǎng)絡(luò)信令影響，最后結(jié)合智能終端業(yè)務(wù)模型分析，提出智能終端信令風(fēng)暴優(yōu)化解決方法。

1 空口承載尋呼容量研究

雖然CDMA系統(tǒng)還沒有出現(xiàn)類似WCDMA系統(tǒng)的信令風(fēng)暴，但是 CDMA智能終端的大規(guī)模應(yīng)用，必將給CDMA網(wǎng)絡(luò)性能帶來影響，其中最主要的影響仍是信令風(fēng)暴，下面研究CDMA EVDO 6800尋呼信道容量[1]。

當(dāng) AT處于激活時(shí)會(huì)始終監(jiān)聽控制信道，控制信道周期內(nèi)可以傳輸同步信道包、異步信道包、子同步信道包等。同步信道包可以包含多個(gè) MAC層數(shù)據(jù)包，可發(fā)送同步消息（Sync msg ）、快速配置消息（Quick Config msg）、扇區(qū)參數(shù)消息（Sector Parameters msg）、接入?yún)?shù)消息（Access parameter message）等[2]。子同步信道主要傳送尋呼消息（Page Message）等消息，異步信道包可以在同步信道包和子同步信道包之外的其它時(shí)序發(fā)送，異步包主要發(fā)其它實(shí)時(shí)交互的控制信道消息，其中子同步和異步信道最大只包含1個(gè)MAC層數(shù)據(jù)包。

如果同步信道包、異步信道包、子同步信道包發(fā)送發(fā)生沖突，則這些包的發(fā)送優(yōu)先級(jí)：同步信道包>子同步信道包>異步信道包。對(duì)于高通CSM6800芯片，一個(gè)MAC包的大小是126字節(jié)，由于實(shí)際需要預(yù)留2 bit，因此實(shí)際一個(gè)MAC包的大小是125字節(jié)。EVDO控制信道將以76.8 kb/s或38.4 kb/s發(fā)送，其中如果按照38.4 kb/s速率發(fā)送，則在一個(gè)控制信道周期，芯片最多能夠發(fā)送4個(gè)MAC包；如果按照76.8 kb/s速率發(fā)送，則在一個(gè)控制信道周期，芯片最多能夠發(fā)送7個(gè)MAC包；EVDO系統(tǒng)中同步消息、快速配置消息、扇區(qū)參數(shù)消息、接入?yún)?shù)消息、尋呼消息包等消息字節(jié)的長度。其中Access parameter、Secoter parameter隨著小區(qū)參數(shù)配置不同，其長度也是變化的。

按照DO協(xié)議要求，對(duì)于控制信道周期發(fā)送有兩種發(fā)送方式，即 AccessParameters消息和SectorParameters消息分別錯(cuò)開發(fā)送，而 Sync、quickConfig消息則分別在每個(gè)控制信道周期內(nèi)發(fā)送，Page消息在每個(gè)控制信道周期中按照剩余的控制信道包空閑容量進(jìn)行發(fā)送，開銷消息可以打包到不同的MAC包中。

1）發(fā)送 AccessParameters+Sync+QuickConfig的控制信道周期，則 AccessParameters+Sync+QuickConfig需要73個(gè)字節(jié)。

2）發(fā)送SectorParameters+Sync+QuickConfig的控制信道周期，則發(fā)送 SectorParameters+Sync+QuickConfig需要142個(gè)字節(jié)。

則上述開銷消息最大需要142個(gè)字節(jié)，考慮到如果SectorParameters配置了31個(gè)鄰區(qū)，且配置了異頻鄰區(qū)，則SectorParameters所占的字節(jié)更多，最多124字節(jié)，由于1個(gè)MAC包的大小為125字節(jié)，則上述開銷消息最大需要（SectorParameters+Sync+QuickConfig）需要2個(gè)MAC包。則如果控制信道速率為76.8 kb/s，設(shè)置CSM6800芯片，在一個(gè)控制信道周期傳送7個(gè)MAC包，則在一個(gè)控制信道周期內(nèi)理論最大尋呼消息數(shù)量為：

Page消息字節(jié)為13，則在一個(gè)控制信道周期內(nèi)最大尋呼消息數(shù)量為：

125×5/13/（256×1.66667/1000）=112 條/秒=403200條/小時(shí)。

如果考慮子同步信道發(fā)尋呼消息，則在一個(gè)控制信道周期內(nèi)最大尋呼消息數(shù)量為：

125×6/13/（256×1.66667/1000）=135 條/秒=486000條/小時(shí)。

2 智能終端對(duì)CDMA EVDO網(wǎng)絡(luò)影響

智能終端為了省電，一般都采用快速休眠功能，即智能終端發(fā)送或接收完數(shù)據(jù)后，快速進(jìn)入休眠模式。

2.1 休眠模式影響

CDMA系統(tǒng)的休眠方式有兩種，第一種是基站系統(tǒng)側(cè)設(shè)置休眠定時(shí)器，第二種是終端側(cè)設(shè)置休眠定時(shí)器。基站系統(tǒng)側(cè)的休眠定時(shí)器對(duì)所有終端的作用都是相同的，EVDO系統(tǒng)休眠定時(shí)器一般設(shè)為15 s（可以優(yōu)化調(diào)整），即AT和AN之間無業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸超過15 s后空口鏈路自動(dòng)釋放，進(jìn)入休眠狀態(tài)；

終端側(cè)的休眠定時(shí)器，對(duì)于智能終端為了省電，會(huì)在數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后，大約6～8 s，會(huì)主動(dòng)發(fā)起釋放空口鏈路。當(dāng)AT處于休眠狀態(tài)時(shí)，AT或AN側(cè)有任何業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需要傳送（即使只有1個(gè)字節(jié)），均會(huì)建立空口連接，空口連接的建立和釋放的交互信令較多。

2.2 智能終端業(yè)務(wù)影響

用戶使用頻度激增：智能終端用戶使用頻度明顯高于傳統(tǒng)手機(jī)，業(yè)務(wù)也由語音呼叫為主轉(zhuǎn)為以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，及時(shí)通訊業(yè)務(wù)頻繁接入將直接導(dǎo)致單用戶的信令流量激增，在線游戲?qū)⒋蟠笤黾酉到y(tǒng)的交互信令，網(wǎng)頁瀏覽、彩信業(yè)務(wù)將明顯增加用戶的使用頻度，而多媒體類業(yè)務(wù)將產(chǎn)生大量的小流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

永遠(yuǎn)在線的業(yè)務(wù)體驗(yàn)需要：QQ業(yè)務(wù)、MSN業(yè)務(wù)、IM業(yè)務(wù)等為了保障即時(shí)聊天和社區(qū)用戶實(shí)時(shí)在線，智能終端每隔一段時(shí)間就發(fā)送一些在線心跳消息，使得網(wǎng)絡(luò)頻繁發(fā)起無線信道分配和建立，帶來大量信令流量。其次實(shí)時(shí)定位業(yè)務(wù)、全球眼業(yè)務(wù)等也同樣帶來大量周期信令交互。

業(yè)務(wù)異常引發(fā)雪崩效應(yīng)[3]：智能終端應(yīng)用中，因用戶需要連接應(yīng)用服務(wù)器，IP業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)擁塞或服務(wù)器宕機(jī)等，會(huì)導(dǎo)致終端反復(fù)發(fā)起連接請(qǐng)求，引起瞬間信令激增數(shù)倍甚至幾十倍，網(wǎng)絡(luò)性能急速下降。

熱點(diǎn)區(qū)域用戶更加集中，如校園網(wǎng)、車站、體育館等，智能終端更容易導(dǎo)致信令的突發(fā)沖擊。

3 信令風(fēng)暴解決方法

3.1 分層尋呼

3個(gè)尋呼范圍：激活集、激活集及其鄰區(qū)、子網(wǎng)。

兩個(gè)時(shí)間門限：t1,t2(t1< t2)。

最近一次連接釋放到當(dāng)前的時(shí)間 T，決定了在哪個(gè)范圍內(nèi)尋呼，合理設(shè)置t1、t2大小，能夠有效減少尋呼容量。

和傳統(tǒng)方式子網(wǎng)尋呼相比，使用分層尋呼將極大減少聊天業(yè)務(wù)的尋呼容量，有效降低智能終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)信令風(fēng)暴的影響，如圖1所示。

圖1 分層尋呼方案

3.2 基于距離尋呼

允許配置空閑狀態(tài)下路由更新消息（Route Update）RU上報(bào)的距離。

終端根據(jù)基站經(jīng)緯度計(jì)算移動(dòng)的距離，當(dāng)超過門限時(shí)上報(bào)RU，然后根據(jù)路由更新消息進(jìn)行尋呼。

系統(tǒng)能夠更精確的追蹤終端的位置，合理設(shè)置距離門限，能夠減少聊天業(yè)務(wù)的尋呼容量，有效降低智能終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)信令風(fēng)暴的影響。如圖2所示。

圖2 基于距離尋呼方案

3.3 話務(wù)分流解決方案

對(duì)于 CDMA EVDO 無線網(wǎng)絡(luò)來說，無線的容量是有限的，隨著用戶的發(fā)展，特別是智能終端的普及，需要從覆蓋及容量?jī)蓚€(gè)方面來進(jìn)一步擴(kuò)張CDMA無線容量，提高用戶使用感知。

首先從覆蓋上，建議增加室內(nèi)基站解決方案，對(duì)于大中城市的基站站距已經(jīng)相對(duì)較密，通過增加室外基站很難增加網(wǎng)絡(luò)容量，所以需要加強(qiáng)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，如采用 RRU信源建網(wǎng)，甚至微微基站（GeCKO）等建設(shè)，是可行的解決措施。其次從容量上，利用Wi-Fi建網(wǎng)模式分流CDMA網(wǎng)絡(luò)承載能力，即通過在 CDMA EV-DO局部熱點(diǎn)部署 Wi-Fi覆蓋，進(jìn)行容量有效分流，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)容量。再次通過新技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)容量，通過EV-DO Rev.B新技術(shù)提升容量。EV-DO Rev.B可通過軟件升級(jí)，利用載波捆綁將用戶最大速率提升3倍；最后增加新頻段頻點(diǎn)擴(kuò)容網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)語

隨著智能終端用戶的不斷發(fā)展，智能終端業(yè)務(wù)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)容量的影響將越來越明顯，給無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化提出新的挑戰(zhàn)，如何降低智能終端信令風(fēng)暴對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響[4]，除了利用前面介紹的解決方法，還需要進(jìn)一步從智能終端、系統(tǒng)、智能業(yè)務(wù)類型、及無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化進(jìn)行綜合考慮[5]。

[1] 吳雯.CDMA系統(tǒng)中尋呼信道的負(fù)荷及優(yōu)化分析[J].通信技術(shù),2007,40(04):36-38.

[2] 3GPP2 C.S0024-A Version 3.0. CDMA2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification[S]. [s.l.]:3GPP2,2006.

[3] 萬祖雷.探討 CDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].通信技術(shù),2012,45(08):87-90.

[4] 白潔.智能終端安全,你是否 Hold住？[J].信息安全與通信保密,2011(10):11-14.

[5] 吳珍.3G,掌心中的世界[J].信息安全與通信保密,2009(06):9-13.