智能手机风暴对移动通信网络的影响及应对策略

汪丁鼎 龚追飞 潘江永

【摘要】3G终端的智能化，使用户业务行为特征发生巨大变化，智能手机普及引起的智能手机风暴对网络产生了巨大影响。传统的网络分析思路已不再适用，需要对业务模型和网络能力进行重新审视。文章从智能手机的业务特征入手，分析其业务特点和对移动网络的影响，掌握智能手机风暴的特点，并提出应对策略。

【关键词】智能手机风暴移动通信影响应对策略

1智能手机的快速发展和普及

随着中国第三代移动通信网络的不断发展，网络层面已经提供了支撑大流量数据业务的能力。终端业的快速发展，使智能手机逐步成为新增终端市场的主角。智能手机以大屏幕、高性能、操作简便、可扩展性强及高速上网接入等功能越来越受到人们喜爱，市场占比越来越高。数据业务的爆发性增长引起广泛关注，这主要归因于无线网络带宽的提高和智能手机的出现。智能手机的出现使得无线网络数据流量激增。Gartner发布报告称，2011年全球智能手机销量将达4.68亿台，比2010年增长58％。到2011年，智能手机用户数将是数据卡的4.3倍。2013年全球3G用户将突破23亿，其中超过一半的用户将为智能手机用户。

中国智能手机发展也十分迅速，连续两年成为全球第二大智能手机市场，2010年3季度出货量超过700万台，占全球总量11％。而3G业务的飞速发展，使智能手机也进入快速发展阶段，占比从2008年的3.7％上升至2010年的7.5％以上。可以预见，未来几年智能手机发展迅速。国内某运营商预测各类终端市场占比如表1。

2智能手机的业务特性

智能手机目前的主流操作系统为iPhone iOS、Android、Symbian、BlackBerry OS、WindowMobile6.5。由于其功能强大，使用者的行为特点也与传统手机不同，主要区别有：

(1)忙时平均业务使用量

智能手机单位时间内产生的分组数据业务呼叫次数远大于普通手机，是后者的10～20倍。单位时间内下载的数据量是普通手机的13～50倍，上传数据是普通手机的5～20倍。高负荷智能手机的数据使用量与3G数据卡基本相当。

(2)数据业务的使用特点

智能手机平均每个数据业务呼叫的下载数据量非常低，超过75％的呼叫下载数据量不超过5kb，而且每次数据业务呼叫持续时间很短。但是当使用即时信息、状态服务、位置服务、Email等在线业务时，终端需要建立无线链路连接，这些链接的数据量很小，如显示好友状态等，智能手机为保持这些应用，需要频繁收发小数据包来保持IP连接，即“心跳”反映。通常心跳时间间隔为1分钟或几分钟，数据量远远小于1kb。另外，在智能手机的设计上，为延长手机电池的待机，每次消息发送完毕后，终端会强行转换为空闲状态。

因此，智能手机的行为模式可以归纳为：

◆移动终端的节电诉求：相对于固定终端，移动终端节电诉求强烈，几秒钟无数据传输，手机将强制释放空口，以节省用电；

◆即时通讯业务应用交互频繁：QQ、MSN等即时通讯软件频繁收发小数据包维持心跳；

◆用户使用习惯：丰富应用及良好的体验促进用户使用，产生的业务频繁释放、重建、移动性强、切换信令增加。

3智能手机的业务模型

智能手机对通信网络资源的占用已经引起运营商关注，特别是国外比较早开通3G业务的运营商。除了大量的数据下载外，智能手机对现网资源的大量占用已经成为非常棘手的问题。

根据智能手机的业务特性，例举常见智能手机的PPP连接和心跳周期如表2。

iPhone、Android等操作系统开机即建立PPP连接，占用核心网元的PPP连接。当终端使用internet业务分配公网地址，因网络寻呼导致空口激活50～120次／小时。智能手机在数据连接过程中，会根据不同的数据传送量选择性地占用不同的信道，这些状态变化过程会产生大量信令，尤其是由空闲状态转换到其他状态时，产生的信令多，转换的时间长，还会降低手机功耗，延长待机时间。智能手机厂商往往采用快速休眠方法，在数据传输结束后马上退出无线链路连接，让手机回到空闲状态，但频繁的链路创建和删除会给网络带来大量的信令负荷。

国内常见业务的典型参数如表3。

从表3可知，QQ业务在线时间长、流量小、空口频繁激活、释放，信令冲击严重，在线时间长、每小时流量72kb左右，但是却产生80次左右的呼叫，每Mb流量有2233次呼叫，带来的信令影响巨大。其他几种业务也类似，信令流量较传统业务有大幅增加。

据统计，国外某移动通信网络中全网占比12％的智能手机用户产生了55％的呼叫信令请求，其BHCA是传统终端的8倍。智能手机单位流量占用的信令是数据卡的35倍之多，但智能手机每呼叫的数据流量远小于数据卡。

智能手机的大量应用改变了移动通信网络的话务模型，与传统语音、数据业务相比有着巨大差异，因此对网络的影响也有显著不同。智能手机呼叫所伴随的信令给网络带来了大量的信令负荷，对于智能手机占比较高的移动通信网络，当业务负荷达到25％～35％，信令有可能超出负荷。因此，传统移动通信网络配置模式已经满足不了大量智能手机的通信需求。

根据国内外运营商对智能手机的流量模型和资费套餐，结合国内运营商现网的业务模型，可预测iPhone用户平均每月流量在1G左右，Android手机的每月流量在400M左右。因此，根据新的特点，各类终端的新模型取值可以参考表4。

4智能手机风暴对移动网络的影响

智能手机对网络中具体运行的网元设备的影响，主要体现在以下几方面：

(1)基站

频繁释放会增加接入信道和寻呼信道负荷，基站控制信道负荷增加。一旦智能手机大量普及，成倍增加的控制信令可能将使基站面临接入困难和网络阻塞等情况。

频繁心跳自动握手机制等增加了连接次数，增加了对基带资源的使用。心跳机制本身流量不大，但是大量终端和频繁的心跳连接，将产生大量的低效率业务占用，会占用大量基带资源。

用户数据业务模型的变化，必将引起基站容量能力的变化。即使基站总容量不变，单用户模型发生变化，所能支持的用户数也会发生变化。因此需要重新核算基站的容量能力。

(2)BSC／RNC

智能手机的频繁接入释放都需要BSC／RNC的控制，对BSC／RNC信令处理能力影响大，大大增加了BSC／RNC的处理能力需求。一旦智能手机渗透率上升，就需要检视BSC／RNC的处理能力配置。智能手机风暴下，BSC的业务处理板和控制模块将面临考验。

(3)PDSN／SGSN网元

智能手机业务大量的小流量包降低了PDSN／SGSN的转发能力，PDSN／SGSN系统效率降低，按照传统模型配置PDSN／SGSN的处理能力需要改变。另外智能手机PPP长时在线，增加了激活PPP数量，PDSN／SGSN系统容量

配置需要相应增加。

(4)AAA

智能手机对空口资源的切换不影响用户的鉴权，但计费频率成比例增长，AAA的处理能力需求也相应提高。因此，对AAA处理能力的要求也要相应提高。

5应对策略和建议

面对智能手机风暴对网络的冲击，应根据其特点采取相应策略：

5.1智能监控，预知网络隐患

运营商应完善话务统计，增加设备的重载情况下的监控能力，通过话统、告警等监控手段，及时将网络负荷情况准确清晰地反馈，以发现重载隐患。根据智能手机的行为特点，实时监控网络资源，合理预测变化趋势，重新修正话务模型，对热点地区网络过载及时发现，以调整网络配置，从而应对智能手机对网络的冲击。

对终端、业务和网络的监控可采取以下策略：

(1)对终端类型可视化策略

通过对终端携带UserAgent和ESN等信息实现终端识别，监控终端发展，通过对终端类型的用户数、流量占比、信令占比、主流应用等统计，掌控终端对网络的影响，指导终端发展。

(2)对业务特征的可视化策略

通过DPI深度报文解析等技术识别业务信息，统计各类业务流量分布、使用时长、在线用户数等，评估业务对网络的影响，确定业务发展策略。

(3)对网络影响的可视化策略

通过对相关网元关键指标(PPP连接数、忙时数据吞吐量、CPU负荷等)的统计分析。设置扩容指标，指导网络建设。

5.2疏堵结合，抵御智能手机风暴

(1)在有限带宽内，充分挖潜空口承载能力，通过版本升级、多频组网、Femto Cell组网等新技术提升系统容量。

(2)持续提升设备集成度及业务处理能力。设备信令及数据处理能力提升。尤其是提升BSC处理能力，SGSN／PDSN和AAA的处理能力也要相应提升。

(3)建立系统应急处理机制，保证在大业务流量冲击下的系统安全。通过导频干扰消除技术、动态去激活、寻呼频率控制等技术实现抵抗信令和业务浪涌，确保异常状况下的网络安全。

6结束语

世界迈入3G时代已经十多年，这两年3G终端跨越式发展，智能手机风暴对网络产生巨大影响。我们需要重新审视网络业务模型和网络能力，分析智能手机风暴对网络相关网元的影响。通过分析，我们初步掌握了智能手机风暴的特点和对网络的影响。作为应对策略，我们需要加强网络智能监控，提前预知网络隐患，并通过多种途径提高网络容量能力和业务处理能力，疏堵结合，抵御智能手机风暴，保持网络健康稳定运行。