基于終端數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)影響的研究

王林潔

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基于終端數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)影響的研究

王林潔

中移鐵通有限公司石家莊分公司，河北 石家莊 050000

分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景下逐漸成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的主要業(yè)務(wù)。針對(duì)語音業(yè)務(wù)所做的優(yōu)化，移動(dòng)通信系統(tǒng)已不再適用于新的發(fā)展形勢(shì)。進(jìn)入4G時(shí)代后，全球范圍內(nèi)多家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，是由網(wǎng)絡(luò)中分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高發(fā)造成的。信令交互數(shù)量超過網(wǎng)絡(luò)控制平面可以承載的范圍時(shí)，將會(huì)阻塞網(wǎng)絡(luò)控制平面。這些故障的最佳解決方案，便是要求移動(dòng)通信系統(tǒng)為分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更好的支持。這就需要研究分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高發(fā)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的影響。

終端數(shù)據(jù)采集平臺(tái)；分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)；影響

1 基于智能終端的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)構(gòu)架

針對(duì)本文的研究，需要設(shè)計(jì)一個(gè)平臺(tái)，采集并統(tǒng)計(jì)終端數(shù)據(jù)。基于安卓操作系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)符合基本要求的平臺(tái)，以最大范圍擴(kuò)展多角度采集平臺(tái)數(shù)據(jù)的效果。從整體上規(guī)劃看，可以將數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的構(gòu)成設(shè)計(jì)為四個(gè)模塊，分別是管理模塊、采集模塊、預(yù)處理模塊、永久化模塊。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)模塊結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)

管理模塊：主要功能包括讀取配置文件、生成采集模塊、構(gòu)建并初始化數(shù)據(jù)庫以及協(xié)調(diào)、管理各模塊之間的交互。平臺(tái)的配置文件包含采集模塊、預(yù)處理模塊、永久化模塊的配置信息。

（1）采集模塊：既是核心功能模塊，又是實(shí)現(xiàn)難度最大的模塊，主要用來獲取安卓操作系統(tǒng)提供的終端當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)。第一，終端上進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集，每種數(shù)據(jù)采集類型都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的工作線程，其相關(guān)功能模塊的完成都能通過管理模塊實(shí)現(xiàn)。第二，設(shè)計(jì)統(tǒng)一功能框架，以此提供采集的常見數(shù)據(jù)類型。每一個(gè)采集模塊都需要承接一個(gè)接口，采集并實(shí)現(xiàn)其中相應(yīng)的抽象方法。

（2）預(yù)處理模塊：用Processor接口實(shí)現(xiàn)預(yù)處理，采用Java提供的反射方式構(gòu)建預(yù)處理類。在配置文件中，要將采集數(shù)據(jù)規(guī)范到確定的屬性范圍內(nèi)，就需要通過預(yù)處理模塊來完成。

（3）永久化模塊：此平臺(tái)使用數(shù)據(jù)庫，作為永久化的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)方式。在平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)中，調(diào)度模塊讀取配置文件時(shí)，會(huì)根據(jù)待采集數(shù)據(jù)的信息生成相應(yīng)的格式數(shù)據(jù)庫，編寫固定格式的語句并解析查詢結(jié)果，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理之后交給永久化模塊，然后在GreenDAO提供的API中實(shí)現(xiàn)Java數(shù)據(jù)類到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的映射。

1.3 終端數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的采集結(jié)果分析

1.3.1 終端行為特征分析

終端數(shù)據(jù)采集平臺(tái)使用Tcpdump統(tǒng)計(jì)Android分組數(shù)據(jù)使用情況。本次采集用時(shí)300?min左右，在采集時(shí)間內(nèi)，終端共收發(fā)數(shù)據(jù)203.55?kB，發(fā)起或接收分組數(shù)據(jù)包共5?008次。從數(shù)據(jù)分析中得知，終端在采集持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分組業(yè)務(wù)消耗的流量并不大，但頻率很高[1]。

1.3.2 終端進(jìn)行分組業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響分析

在采集分組業(yè)務(wù)的同時(shí)，采集平臺(tái)對(duì)終端內(nèi)語音業(yè)務(wù)進(jìn)行記錄。具體如表1所示。

表1 終端進(jìn)行語音業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)

可以看出，終端在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行語音業(yè)務(wù)的次數(shù)遠(yuǎn)小于分組業(yè)務(wù)。終端在進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時(shí)的間隔時(shí)間也較長(zhǎng)，因此終端每次進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時(shí)，都需要重新建立與網(wǎng)絡(luò)之間的連接。

2 分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的影響

新型的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)具有一定的移動(dòng)性、實(shí)時(shí)性，因此少量有效信息載荷的數(shù)據(jù)包就有可能在網(wǎng)絡(luò)中頻頻發(fā)生。對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式來說，對(duì)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持存在一定的缺陷。小數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)頻發(fā)，使得終端與網(wǎng)絡(luò)之間的無線連接形成大規(guī)模的拆建鏈信令交互。當(dāng)信令交互數(shù)量無法承載正常網(wǎng)絡(luò)控制平面時(shí)，就會(huì)造成阻塞，此時(shí)用戶將無法正常地從網(wǎng)絡(luò)處得到服務(wù)。

2.1 RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)移機(jī)制

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)移機(jī)制的使用，主要是為了進(jìn)行無線資源管理。協(xié)議中，終端處于五種RRC狀態(tài)：IDL，URAA_PCH，CELL_PCH，CELL_FACH和CELL_DCH[2]。在現(xiàn)實(shí)中，影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率、無線使用率、信道控制等的主要因素，包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)被終端分組的代表性行為及定時(shí)器的設(shè)置等，特別是在當(dāng)前智能終端設(shè)備上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，多為小量交互型，比如微信、微博等，這與傳統(tǒng)蜂窩式業(yè)務(wù)的行為特點(diǎn)區(qū)別較大。這種業(yè)務(wù)發(fā)生頻率的提高，會(huì)進(jìn)一步加大網(wǎng)絡(luò)在傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)所承受的負(fù)荷。

在設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格把控各個(gè)環(huán)節(jié)，商場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境才能得到較大提升。優(yōu)化內(nèi)部環(huán)境，間接提升商場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，為后期商品銷量的增加打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 模型假設(shè)

2.3 信令負(fù)荷分析

如果C為期望，那么終端連接到的網(wǎng)絡(luò)次數(shù)為：

2.4 無線資源的使用率

令終端使用無線資源傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間為T，其期望為：

2.5 信道控制的堵塞概率

根據(jù)資源分配情況，一個(gè)范圍內(nèi)的控制信道，在同時(shí)承受信令數(shù)的方面是有明顯區(qū)別的。假設(shè)在建立RRC時(shí)，可以連接并收發(fā)信令，而與終端總數(shù)相比，占用的控制信道數(shù)量卻可以忽略不計(jì)。因此，當(dāng)一個(gè)范圍內(nèi)的控制信道的數(shù)量超過終端總數(shù)時(shí)，其與網(wǎng)絡(luò)之間的連接會(huì)發(fā)生堵塞。

2.6 控制與業(yè)務(wù)分離網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下分組業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響

理論上看，分離網(wǎng)絡(luò)控制平面和業(yè)務(wù)承載平面，確定終端切換到業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，可以解決分組業(yè)務(wù)高發(fā)時(shí)產(chǎn)生的大量信令交互。在網(wǎng)絡(luò)的連接上，終端如果能夠長(zhǎng)時(shí)間維持、控制，終端進(jìn)行分組數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就會(huì)解決小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高發(fā)時(shí)引發(fā)的頻繁建立、拆除的問題。

控制平面和業(yè)務(wù)承載平面的區(qū)別在于數(shù)據(jù)傳輸能力的快慢；控制網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)的區(qū)別在于控制網(wǎng)提供的承載速率較低。

根據(jù)本文研究，控制與業(yè)務(wù)分離的網(wǎng)絡(luò)下，控制網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只能提供低速率的連接。所以，控制網(wǎng)絡(luò)中，終端只能傳輸控制信令或低速分組業(yè)務(wù)。如果需要進(jìn)行高速傳輸，就需要在控制與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)兩者之間構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)連接。在切換過程中會(huì)有一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它是與業(yè)務(wù)網(wǎng)建立高速連接的關(guān)鍵點(diǎn)。通過分析分組數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以看出，長(zhǎng)度在60個(gè)字節(jié)之內(nèi)，數(shù)據(jù)包占據(jù)了終端發(fā)送數(shù)據(jù)包總量的一半。由此可見，小量數(shù)據(jù)的傳輸無須使用高速業(yè)務(wù)網(wǎng)。

3 結(jié)語

移動(dòng)通信的發(fā)展已深入人們生活、工作的各個(gè)角落，與互聯(lián)網(wǎng)的融合也越來越緊密。在這樣的背景下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)必然是移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的未來。面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模的增長(zhǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)如何更好地承載分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已成為重點(diǎn)。深入研究分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的影響，通過采集終端數(shù)據(jù)，在統(tǒng)計(jì)分析后進(jìn)行分組，可以得到用戶的真實(shí)數(shù)據(jù)。這是未來移動(dòng)式通信網(wǎng)絡(luò)承載更高分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)。

[1]王錦. 四川聯(lián)通CDMA2000 1X分組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2015.

[2]王克. 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與分析平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京：北京郵電大學(xué)，2013.

Research on the Impact of Packet Data Service Based on Terminal Data Acquisition Platform on Mobile Communication Network

Wang Linjie

China Mobile Tietong Co., Ltd., Shijiazhuang Branch, Hebei Shijiazhuang 050000

Packet data service has gradually become the main service in mobile communication network under the background of mobile internet. For the optimization of voice service, mobile communication system is no longer suitable for new development. After entering the 4G era, the network of multiple mobile operators in the world has been faulty due to the high frequency of packet data services in the network. When the number of signaling interactions exceeds the range that the network control plane can carry, the network control plane will be blocked. The best solution to these failures is to require mobile communication systems to provide better support for packet data service. This requires an in-depth study of the impact of high packet data service on mobile communication network.

terminal data collection platform; packet data service; mobile communication network; influence

TN929.5

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