应对小流量在线业务压力运营商四拳出击

中国电信广州研究院 | 朱红梅

微博、QQ等小流量典型应用常在线导致网络压力增加。

当前，随着移动互联网、智能手机的发展，业务种类越来越丰富，用户的在网时间越来越长，对网络的依赖越来越大，各种小流量长在线的业务雨后春笋般的发展，如即时通信IM、微博、游戏，以及碎片式的内容传输等，导致网络控制面信令大幅上升，造成繁重的负荷以及流量浪费，给网络带来了极大的挑战，同时也对终端的待机时长构成了威胁。例如运营商NTT docomo在应对上述状况时，曾由于核心网规划不当出现了网络瘫痪，成为业界的警示，因此小流量长在线业务的应用也成为业界关注的焦点。

现网中，运营商急切寻求解决信令风暴的方案，如加大无线覆盖、核心网扩容、WLAN分流、引入PCC等。同时标准组织也积极寻求解决小流量长在线业务的有效机制并制定标准，如3GPP R10、R11、R12都有相应的研究，并且在R12已经确认是重点研究项目。

移动互联的业务特征

随着通信技术的发展，智能机成为业界主流。根据Gartner 数据，2011年全球售出的手机数为18亿部，比2010年增长了11.1%。其中售出4.72亿部智能手机（同比增长58%），智能手机在移动设备销售的占比超过25，达到30%。随着智能终端量的上升、售价的下跌、多媒体应用的丰富便捷、用户使用习惯的培养等，智能机的比例将进一步上升。对于黏附于智能机的小流量业务，运营商可以从智能终端以及小流量业务相关信令的角度出发，探讨小流量业务的特征，从而减轻运营商压力。

智能终端设置

1）快速休眠设置

智能手机屏幕大、亮度大，同时应用多、耗电大。因此智能手机为了省电，采用了快速休眠机制。对于网络侧发起的数据呼叫，无数据2秒钟后终端就会发起断开连接（而通常网络释放时间为15秒）。

从目前的实际使用来看，智能机的快速休眠机制带来的信令流量是普通手机的8倍左右。但是随着IP应用的逐步推广，越来越多用户将使用永久在线模式（Always On），因此智能机快速休眠机制带来的网络信令压力还将继续增加。

2）上网点设置

不同的上网点设置（CTNET/CTWAP），对网络信令负荷影响不同。目前CTNET会带来额外网络寻呼信令压力，对于CTNET运营商，其基本没有设置防火墙，使之收到来自公网的大量主动寻呼 (约半分钟一次)，给网络带来额外信令。

智能机与功能机的差异

1）无线信令资源占用模型

据现网话统数据分析，3G智能手机、普通手机及数据卡月平均无线连接次数为5740次、1186次、1126次，1个3G智能手机消耗的无线信令资源相当于5个3G普通手机。

2）流量与信令连接次数模型

2011年6月3G用户达343万，较2010年12月增长了100%；3G前向流量仅增长9%，但3G连接次数增长了160%。

因此，3G总信令增长幅度远大于3G总流量增长幅度，信令负荷过载将是网络最快出现的短板。

3）流量差异

3G智能手机、普通手机及数据卡月平均流量分别为112MB、37MB和3891MB，1个3G智能手机消耗的流量资源相当于3个3G普通手机。

从本节的统计数据来看，智能机给网络带来完全不同于普通手机的特征，因此在面对智能机越来越多的趋势下，必须制定相关措施来应对挑战。

表1 微博业务的消息机制和刷新机制分析

表2 QQ信令及流量分析

小流量典型业务分析

1）微博

微博打通了移动通信网与互联网的界限，其报道速度快、信息源数量丰富、传播力度惊人。也正因为如此，微博在移动互联网时代扮演着重要的角色。微博在中国已经广泛使用，但是微博长在线的消息检测及推送机制，会给网络带来较大的信令压力。

消息检测及推送机制的信令频次是0.5～3分钟，目前由用户自行设定周期，是普通上网业务信令的6倍。消息检测及推送机制基本不带来流量：每次消息流量约1KB，每月消息流量<25MB。而且目前暂未引导用户尽量设置长消息检测周期，具体如表1所示。

2）即时消息/QQ

目前QQ PC版、手机版充斥各个角落，随时随地的QQ交谈越来越普遍。当然与QQ竞争的还有各大运营商推出的、与手机号码绑定的即时通信软件，如国外软件MSN、gtalk等，此外，还有企业版软件，对网络造成巨大的压力。下面以MSN为例说明IM消息特点，主要有如下三类流量。

一是用户相关信息，这个主要是发送/接收消息，或者是改变自身状态；

二是心跳信息，MSN服务器周期性的发送来保持客户端在线的信息（目前固定周期64s，可能会随着版本差异而变化），QQ是3分钟一次；

三是其他消息，用户接收朋友的更新消息（这种消息在用户不使用设备时也存在）。

表2以QQ为例说明相关消息以及其功能。其中，QQ心跳周期机制会给网络带来较大的信令压力，3分钟一次心跳，信令是普通上网业务的4～6倍。心跳周期机制基本不带来流量，同时每月消息流量不超过5MB。

背景流量/信令

背景流量即系统中优先级最高的信令，用户的任何操作都需要信令的交互。RRC（Radio Resource Control）消息，即无线资源控制消息，是3GPP标准的核心。

终端的快速休眠，导致不断地RRC建立和释放，用户使用业务的断断续续也会带来RRC的建立及释放。此外，特别在城区环境下，单个基站/小区的覆盖小，因此移动过程中出现切换的概率也很大，所有的这些操作，都会带来信令。这些繁多的信令不能给系统带来收益/流量，但其优先级别最高，系统必须无条件保证。

不同网络制式导致小流量业务差异化

现网的小流量从现象来看，几近相同，但是对不同的网络制式影响并不相同。以下将从不同制式进行说明。

1）WCDMA/TD-SCDMA

WCDMA/TD-SCDMA源于3GPP组织，3GPP组织的3G标准很大程度上落后3GPP2系列2～3年，因此在2.5G、3G引入PS的过程中，3GPP充分考虑了数据与语音的并发功能。也就是说任何时候语音与数据都在同载波上进行，唯一的差别是在数据链路层将数据包与语音包进行复用。即使在R5阶段引入HSDPA，3GPP系列标准为了保持数据语音并发的优势，也是将WCDMA与HSDPA混合组网，当然混合组网还有一个更深层次的原因是，混合组网的资源效率比单独组网要高。很明显，混合组网节省了公共信道资源。

此外GPRS与GSM的组网也类似于HSDPA与WCDMA的组网模式，也就是混合组网实现数据语音的并发。

虽然这样的组网模式在非智能手机时代应该说是再好不过的，但在智能手机时代确问题频出。

3GPP系列直到R7，即HSPA+才引入基于PS的QoS机制，也就是前期的数据都是尽力而为的BE流，语音业务采用电路交换方式，优先级最高。但是智能手机的出现，网络中使用多的不是BE流量，而是与语音几乎同等优先级的数据业务的信令，如RRC消息，这样就出现了智能手机的使用影响了运营商根本收入的语音业务。频繁的接入/释放信令抬升了小区的噪声，导致语音业务质量下降，同时还可能影响到语音业务的接入成功率、容量等性能指标。

2）cdma2000 1x

cdma2000 1x本身有支持语音数据并发的版本，但由于产业的垄断性，全球在部署cdma2000 1x Rev0版本（不支持语音数据并发）后都处于观望状态，没有运营商商用支持并发cdma2000 1x RevA版本。此外，由于cdma2000 1x带宽只有1.25MHz，在如此窄（相对WCDMA系列的5MHz而言）的带宽内支持数据语音效率是否良好，引起业界的一致疑问，这导致支持并发的标准cdma2000 1x EV-DV胎死腹中，后期全球广泛部署的是基于不同载波的cdma2000 1x EV-DO版本。因此cdma2000 1x从商用的角度看，语音与数据是天然分开的，因此cdma2000 1x的终端是双网监听，1x优先的原则。

数据业务并发功能的欠缺本是CDMA阵营的一大缺陷，但是现在似乎成为一点“优势”，毕竟语音业务没有受到智能终端小业务的冲击（cdma20001x与cdma2000 1x EV-DO网络分工，是前者语音，后者数据）。但是对于cdma2000 1x EV-DO本身而言，公共信道的设计也不能满足现有的智能终端小业务的模型。虽然影响没有3GPP系列的大，但还是存在。

四条应对途径

不同技术制式，不同的发展策略，应对措施有一定的差异，但总体上不外乎如下四种途径。

1）网络优化扩容

智能终端的引入，小流量数据业务的普及，带来全新的话务模型，因此原有的网络设计，如公共信道的设计，已经不满足现有的业务需求。因此对寻呼信道、接入信道需要根据需要重新规划，同时如终端驻留策略、子网划分、寻呼消息队列缓存等都需要重新考虑。此外，本着先优化后扩容的原则，如果优化也不能解决问题，那么就需要针对性地进行部分热点区域的扩容。

2）WLAN分流

在蜂窝网不能满足需求的情况下，如经济效益评估以及频点等不可解决的问题下，采用引入WLAN分流的策略成为运营商的共识。当前各大运营商都在加大WLAN的建设，实现热点区域的覆盖，并通过统一客户端，以及不同的收费方式引导用户使用WLAN，实现WLAN对移动网的分流。

通过巧妙运用多种多接入协同技术的，一方面提高了客户的业务体验，使得每种业务的传输质量和费率等做到最好的权衡和优化，另一方面也保护了运营商的网络投资，运营商还能根据网络运行状态动态地进行各接入间的流量疏导。

3）PCC的引入

对于移动网面临的问题，3GPP的PCC（Policy and charging control，策略和计费控制）架构提供了可能的应对方案，PCC是3GPP定义的通用策略与计费控制架构及功能，部署在分组域核心网侧，支持固定/移动各种接入技术，可以实现业务流级别的QoS策略控制、计费控制等功能。从全球的应用来看，PCC主要应用在LTE网络下。但是国内情况有所差异，这也与我国作为新兴移动通信市场、智能手机用户多、小业务数据使用频繁有很大的关系。当前尽管上马LTE的时间没定，但是运营商都已经开展了PCC的深入研究和测试，并计划尽快引入。

4）LTE的跟踪研究

随着WiMAX的消亡，LTE已成为一统江湖的移动通信标准，在数据业务压力激增、频谱资源紧张的背景下，寻求引入LTE也是运营商当前应考虑的问题。