智能手機(jī)風(fēng)暴對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的影響及應(yīng)對(duì)策略

汪丁鼎 龔追飛 潘江永

【摘要】3G終端的智能化，使用戶業(yè)務(wù)行為特征發(fā)生巨大變化，智能手機(jī)普及引起的智能手機(jī)風(fēng)暴對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了巨大影響。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析思路已不再適用，需要對(duì)業(yè)務(wù)模型和網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行重新審視。文章從智能手機(jī)的業(yè)務(wù)特征入手，分析其業(yè)務(wù)特點(diǎn)和對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的影響，掌握智能手機(jī)風(fēng)暴的特點(diǎn)，并提出應(yīng)對(duì)策略。

【關(guān)鍵詞】智能手機(jī)風(fēng)暴移動(dòng)通信影響應(yīng)對(duì)策略

1智能手機(jī)的快速發(fā)展和普及

隨著中國第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)層面已經(jīng)提供了支撐大流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力。終端業(yè)的快速發(fā)展，使智能手機(jī)逐步成為新增終端市場(chǎng)的主角。智能手機(jī)以大屏幕、高性能、操作簡(jiǎn)便、可擴(kuò)展性強(qiáng)及高速上網(wǎng)接入等功能越來越受到人們喜愛，市場(chǎng)占比越來越高。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)性增長(zhǎng)引起廣泛關(guān)注，這主要?dú)w因于無線網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高和智能手機(jī)的出現(xiàn)。智能手機(jī)的出現(xiàn)使得無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量激增。Gartner發(fā)布報(bào)告稱，2011年全球智能手機(jī)銷量將達(dá)4.68億臺(tái)，比2010年增長(zhǎng)58％。到2011年，智能手機(jī)用戶數(shù)將是數(shù)據(jù)卡的4.3倍。2013年全球3G用戶將突破23億，其中超過一半的用戶將為智能手機(jī)用戶。

中國智能手機(jī)發(fā)展也十分迅速，連續(xù)兩年成為全球第二大智能手機(jī)市場(chǎng)，2010年3季度出貨量超過700萬臺(tái)，占全球總量11％。而3G業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，使智能手機(jī)也進(jìn)入快速發(fā)展階段，占比從2008年的3.7％上升至2010年的7.5％以上。可以預(yù)見，未來幾年智能手機(jī)發(fā)展迅速。國內(nèi)某運(yùn)營(yíng)商預(yù)測(cè)各類終端市場(chǎng)占比如表1。

2智能手機(jī)的業(yè)務(wù)特性

智能手機(jī)目前的主流操作系統(tǒng)為iPhone iOS、Android、Symbian、BlackBerry OS、WindowMobile6.5。由于其功能強(qiáng)大，使用者的行為特點(diǎn)也與傳統(tǒng)手機(jī)不同，主要區(qū)別有：

(1)忙時(shí)平均業(yè)務(wù)使用量

智能手機(jī)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫次數(shù)遠(yuǎn)大于普通手機(jī)，是后者的10～20倍。單位時(shí)間內(nèi)下載的數(shù)據(jù)量是普通手機(jī)的13～50倍，上傳數(shù)據(jù)是普通手機(jī)的5～20倍。高負(fù)荷智能手機(jī)的數(shù)據(jù)使用量與3G數(shù)據(jù)卡基本相當(dāng)。

(2)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用特點(diǎn)

智能手機(jī)平均每個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫的下載數(shù)據(jù)量非常低，超過75％的呼叫下載數(shù)據(jù)量不超過5kb，而且每次數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呼叫持續(xù)時(shí)間很短。但是當(dāng)使用即時(shí)信息、狀態(tài)服務(wù)、位置服務(wù)、Email等在線業(yè)務(wù)時(shí)，終端需要建立無線鏈路連接，這些鏈接的數(shù)據(jù)量很小，如顯示好友狀態(tài)等，智能手機(jī)為保持這些應(yīng)用，需要頻繁收發(fā)小數(shù)據(jù)包來保持IP連接，即“心跳”反映。通常心跳時(shí)間間隔為1分鐘或幾分鐘，數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1kb。另外，在智能手機(jī)的設(shè)計(jì)上，為延長(zhǎng)手機(jī)電池的待機(jī)，每次消息發(fā)送完畢后，終端會(huì)強(qiáng)行轉(zhuǎn)換為空閑狀態(tài)。

因此，智能手機(jī)的行為模式可以歸納為：

◆移動(dòng)終端的節(jié)電訴求：相對(duì)于固定終端，移動(dòng)終端節(jié)電訴求強(qiáng)烈，幾秒鐘無數(shù)據(jù)傳輸，手機(jī)將強(qiáng)制釋放空口，以節(jié)省用電；

◆即時(shí)通訊業(yè)務(wù)應(yīng)用交互頻繁：QQ、MSN等即時(shí)通訊軟件頻繁收發(fā)小數(shù)據(jù)包維持心跳；

◆用戶使用習(xí)慣：豐富應(yīng)用及良好的體驗(yàn)促進(jìn)用戶使用，產(chǎn)生的業(yè)務(wù)頻繁釋放、重建、移動(dòng)性強(qiáng)、切換信令增加。

3智能手機(jī)的業(yè)務(wù)模型

智能手機(jī)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)資源的占用已經(jīng)引起運(yùn)營(yíng)商關(guān)注，特別是國外比較早開通3G業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商。除了大量的數(shù)據(jù)下載外，智能手機(jī)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)資源的大量占用已經(jīng)成為非常棘手的問題。

根據(jù)智能手機(jī)的業(yè)務(wù)特性，例舉常見智能手機(jī)的PPP連接和心跳周期如表2。

iPhone、Android等操作系統(tǒng)開機(jī)即建立PPP連接，占用核心網(wǎng)元的PPP連接。當(dāng)終端使用internet業(yè)務(wù)分配公網(wǎng)地址，因網(wǎng)絡(luò)尋呼導(dǎo)致空口激活50～120次／小時(shí)。智能手機(jī)在數(shù)據(jù)連接過程中，會(huì)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)傳送量選擇性地占用不同的信道，這些狀態(tài)變化過程會(huì)產(chǎn)生大量信令，尤其是由空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其他狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的信令多，轉(zhuǎn)換的時(shí)間長(zhǎng)，還會(huì)降低手機(jī)功耗，延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。智能手機(jī)廠商往往采用快速休眠方法，在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后馬上退出無線鏈路連接，讓手機(jī)回到空閑狀態(tài)，但頻繁的鏈路創(chuàng)建和刪除會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來大量的信令負(fù)荷。

國內(nèi)常見業(yè)務(wù)的典型參數(shù)如表3。

從表3可知，QQ業(yè)務(wù)在線時(shí)間長(zhǎng)、流量小、空口頻繁激活、釋放，信令沖擊嚴(yán)重，在線時(shí)間長(zhǎng)、每小時(shí)流量72kb左右，但是卻產(chǎn)生80次左右的呼叫，每Mb流量有2233次呼叫，帶來的信令影響巨大。其他幾種業(yè)務(wù)也類似，信令流量較傳統(tǒng)業(yè)務(wù)有大幅增加。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外某移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中全網(wǎng)占比12％的智能手機(jī)用戶產(chǎn)生了55％的呼叫信令請(qǐng)求，其BHCA是傳統(tǒng)終端的8倍。智能手機(jī)單位流量占用的信令是數(shù)據(jù)卡的35倍之多，但智能手機(jī)每呼叫的數(shù)據(jù)流量遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)卡。

智能手機(jī)的大量應(yīng)用改變了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)模型，與傳統(tǒng)語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比有著巨大差異，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響也有顯著不同。智能手機(jī)呼叫所伴隨的信令給網(wǎng)絡(luò)帶來了大量的信令負(fù)荷，對(duì)于智能手機(jī)占比較高的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)業(yè)務(wù)負(fù)荷達(dá)到25％～35％，信令有可能超出負(fù)荷。因此，傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)配置模式已經(jīng)滿足不了大量智能手機(jī)的通信需求。

根據(jù)國內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商對(duì)智能手機(jī)的流量模型和資費(fèi)套餐，結(jié)合國內(nèi)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模型，可預(yù)測(cè)iPhone用戶平均每月流量在1G左右，Android手機(jī)的每月流量在400M左右。因此，根據(jù)新的特點(diǎn)，各類終端的新模型取值可以參考表4。

4智能手機(jī)風(fēng)暴對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的影響

智能手機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中具體運(yùn)行的網(wǎng)元設(shè)備的影響，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)基站

頻繁釋放會(huì)增加接入信道和尋呼信道負(fù)荷，基站控制信道負(fù)荷增加。一旦智能手機(jī)大量普及，成倍增加的控制信令可能將使基站面臨接入困難和網(wǎng)絡(luò)阻塞等情況。

頻繁心跳自動(dòng)握手機(jī)制等增加了連接次數(shù)，增加了對(duì)基帶資源的使用。心跳機(jī)制本身流量不大，但是大量終端和頻繁的心跳連接，將產(chǎn)生大量的低效率業(yè)務(wù)占用，會(huì)占用大量基帶資源。

用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型的變化，必將引起基站容量能力的變化。即使基站總?cè)萘坎蛔?，單用戶模型發(fā)生變化，所能支持的用戶數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。因此需要重新核算基站的容量能力。

(2)BSC／RNC

智能手機(jī)的頻繁接入釋放都需要BSC／RNC的控制，對(duì)BSC／RNC信令處理能力影響大，大大增加了BSC／RNC的處理能力需求。一旦智能手機(jī)滲透率上升，就需要檢視BSC／RNC的處理能力配置。智能手機(jī)風(fēng)暴下，BSC的業(yè)務(wù)處理板和控制模塊將面臨考驗(yàn)。

(3)PDSN／SGSN網(wǎng)元

智能手機(jī)業(yè)務(wù)大量的小流量包降低了PDSN／SGSN的轉(zhuǎn)發(fā)能力，PDSN／SGSN系統(tǒng)效率降低，按照傳統(tǒng)模型配置PDSN／SGSN的處理能力需要改變。另外智能手機(jī)PPP長(zhǎng)時(shí)在線，增加了激活PPP數(shù)量，PDSN／SGSN系統(tǒng)容量

配置需要相應(yīng)增加。

(4)AAA

智能手機(jī)對(duì)空口資源的切換不影響用戶的鑒權(quán)，但計(jì)費(fèi)頻率成比例增長(zhǎng)，AAA的處理能力需求也相應(yīng)提高。因此，對(duì)AAA處理能力的要求也要相應(yīng)提高。

5應(yīng)對(duì)策略和建議

面對(duì)智能手機(jī)風(fēng)暴對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)采取相應(yīng)策略：

5.1智能監(jiān)控，預(yù)知網(wǎng)絡(luò)隱患

運(yùn)營(yíng)商應(yīng)完善話務(wù)統(tǒng)計(jì)，增加設(shè)備的重載情況下的監(jiān)控能力，通過話統(tǒng)、告警等監(jiān)控手段，及時(shí)將網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況準(zhǔn)確清晰地反饋，以發(fā)現(xiàn)重載隱患。根據(jù)智能手機(jī)的行為特點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)資源，合理預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，重新修正話務(wù)模型，對(duì)熱點(diǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)過載及時(shí)發(fā)現(xiàn)，以調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置，從而應(yīng)對(duì)智能手機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊。

對(duì)終端、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控可采取以下策略：

(1)對(duì)終端類型可視化策略

通過對(duì)終端攜帶UserAgent和ESN等信息實(shí)現(xiàn)終端識(shí)別，監(jiān)控終端發(fā)展，通過對(duì)終端類型的用戶數(shù)、流量占比、信令占比、主流應(yīng)用等統(tǒng)計(jì)，掌控終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，指導(dǎo)終端發(fā)展。

(2)對(duì)業(yè)務(wù)特征的可視化策略

通過DPI深度報(bào)文解析等技術(shù)識(shí)別業(yè)務(wù)信息，統(tǒng)計(jì)各類業(yè)務(wù)流量分布、使用時(shí)長(zhǎng)、在線用戶數(shù)等，評(píng)估業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，確定業(yè)務(wù)發(fā)展策略。

(3)對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響的可視化策略

通過對(duì)相關(guān)網(wǎng)元關(guān)鍵指標(biāo)(PPP連接數(shù)、忙時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量、CPU負(fù)荷等)的統(tǒng)計(jì)分析。設(shè)置擴(kuò)容指標(biāo)，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

5.2疏堵結(jié)合，抵御智能手機(jī)風(fēng)暴

(1)在有限帶寬內(nèi)，充分挖潛空口承載能力，通過版本升級(jí)、多頻組網(wǎng)、Femto Cell組網(wǎng)等新技術(shù)提升系統(tǒng)容量。

(2)持續(xù)提升設(shè)備集成度及業(yè)務(wù)處理能力。設(shè)備信令及數(shù)據(jù)處理能力提升。尤其是提升BSC處理能力，SGSN／PDSN和AAA的處理能力也要相應(yīng)提升。

(3)建立系統(tǒng)應(yīng)急處理機(jī)制，保證在大業(yè)務(wù)流量沖擊下的系統(tǒng)安全。通過導(dǎo)頻干擾消除技術(shù)、動(dòng)態(tài)去激活、尋呼頻率控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)抵抗信令和業(yè)務(wù)浪涌，確保異常狀況下的網(wǎng)絡(luò)安全。

6結(jié)束語

世界邁入3G時(shí)代已經(jīng)十多年，這兩年3G終端跨越式發(fā)展，智能手機(jī)風(fēng)暴對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生巨大影響。我們需要重新審視網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型和網(wǎng)絡(luò)能力，分析智能手機(jī)風(fēng)暴對(duì)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)網(wǎng)元的影響。通過分析，我們初步掌握了智能手機(jī)風(fēng)暴的特點(diǎn)和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。作為應(yīng)對(duì)策略，我們需要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控，提前預(yù)知網(wǎng)絡(luò)隱患，并通過多種途徑提高網(wǎng)絡(luò)容量能力和業(yè)務(wù)處理能力，疏堵結(jié)合，抵御智能手機(jī)風(fēng)暴，保持網(wǎng)絡(luò)健康穩(wěn)定運(yùn)行。