智能終端和永遠在線(xiàn)應用對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的沖擊

　　3G網(wǎng)絡(luò )，智能終端和豐富的應用相融合推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以youtube、Facebook、Skype為代表的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)被廣泛使用。通過(guò)移動(dòng)終端接入互聯(lián)網(wǎng)的數量呈爆炸式增長(cháng)。根據Morgan Stanley今年對全球互聯(lián)網(wǎng)趨勢的分析，目前使用移動(dòng)終端的互聯(lián)網(wǎng)連接數增長(cháng)速度遠高于固網(wǎng)接入連接數的增長(cháng)，并將于2015年最終超越固網(wǎng)連接數，超過(guò)16億用戶(hù)，成為互聯(lián)網(wǎng)最大的接入手段。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的巨大成功為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)持續高速增長(cháng)數據流量，促進(jìn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )向高速率，低時(shí)延，扁平化的方向發(fā)展。另一方面，也給現有網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)了數據海嘯的沖擊。

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的巨大成功，離不開(kāi)智能手機等移動(dòng)寬帶終端的應用。以iPhone、黑莓、android手機為代表的新型智能手機，給用戶(hù)提供了更友好的人機界面、更方便使用的觸控技術(shù)、更便捷的應用體驗、更適用于移動(dòng)終端的瀏覽器，這些都刺激用戶(hù)更長(cháng)時(shí)間通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )接入互聯(lián)網(wǎng)。Iphone 在其發(fā)布后的10個(gè)季度內增長(cháng)速度遠快于Netscape，AoL等固定接入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)布后的增長(cháng)。智能終端用戶(hù)量的快速增長(cháng)對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )造成的沖擊屢次顯現。以美國某主流運營(yíng)商為例，過(guò)去3年移動(dòng)數據流量暴增50倍以上，新增流量絕大部分來(lái)自iPhone。網(wǎng)絡(luò )由于iPhone對數據業(yè)務(wù)的需求不堪重負，網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量明顯下降。分別統計智能終端和普通終端所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )流量并作對比，智能手機產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )負荷是普通手機的3-8倍，從國外成熟WCDMA運營(yíng)商的統計來(lái)看，27%的iPhone手機產(chǎn)生70%的數據業(yè)務(wù)建立信令。這意味著(zhù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商在提供同樣的數據接入能力時(shí)，不得不付出更多的網(wǎng)絡(luò )資源，即使這種資源消耗并不產(chǎn)生成比例的收益。

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的另一大推手是快速涌現的新型應用。社交網(wǎng)絡(luò )，視頻應用和IP語(yǔ)音是占比較高的應用類(lèi)型。而在我國，隨著(zhù)3G業(yè)務(wù)的廣泛開(kāi)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)逐漸滲透到生活和工作的各個(gè)領(lǐng)域，移動(dòng)音樂(lè )、手機游戲、視頻應用、位置服務(wù)等豐富多彩的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應用迅猛發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)和業(yè)務(wù)規模呈現爆炸式增長(cháng)。據易觀(guān)國際最新發(fā)布的數據顯示，2010年上半年我國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數達2.14億，市場(chǎng)收入規模達人民幣237億元;預計到年底，用戶(hù)數將達3億，而全年收入規模將達633億元。而李開(kāi)復在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)預測中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數將在未來(lái)3到5年內增長(cháng)至8億人。以上數據都顯示，未來(lái)我國的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數仍呈現強勁的增長(cháng)趨勢，需要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )做好充分的準備以應對數據海嘯的沖擊。

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應用，也改變著(zhù)人們的生活習慣?，F在，人們可以通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)建立社交圈，并需要隨時(shí)在多個(gè)社交圈中活動(dòng)，而手機和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )成了最有可能實(shí)現隨時(shí)上線(xiàn)的工具，也刺激了用戶(hù)想要永遠在線(xiàn)用戶(hù)體驗的需求。所謂永遠在線(xiàn)就是要網(wǎng)絡(luò )為該應用保持長(cháng)期可用的會(huì )話(huà)和連接，其占用的網(wǎng)絡(luò )資源包括：移動(dòng)性管理上下文中的用戶(hù)狀態(tài)長(cháng)期處于連接態(tài)(connected)， 無(wú)線(xiàn)接入承載(RAB)，用戶(hù)承載上下文(PDP)，以及長(cháng)期占用公網(wǎng)IP地址等。 無(wú)線(xiàn)資源的稀缺性決定了移動(dòng)分組網(wǎng)絡(luò )按需分配的特性，因此并不天然地永遠在線(xiàn)的需求，這主要由以下三個(gè)方面原因造成：

　　1) 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資源的按需分配

　　由于無(wú)線(xiàn)資源有限，用戶(hù)只能分時(shí)分頻使用的特點(diǎn)，以及數據應用流量斷續的特點(diǎn)，決定了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的資源是按需分配給數據流量，而信道的分配和釋放需要無(wú)線(xiàn)和核心網(wǎng)的信令交互。在GPRS分組交換的通信方式中，數據的發(fā)送和接收方同信道之間沒(méi)有固定的占用關(guān)系。數據傳送之前并不需要預先分配信道、建立連接。當有數據傳送時(shí)，終端向SGSN發(fā)起PDP激活請求和業(yè)務(wù)請求，在請求被接受后，GPRS網(wǎng)絡(luò )為終端建立會(huì )話(huà)，分配無(wú)線(xiàn)接入承載，并根據數據流需要分配無(wú)線(xiàn)信道。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中設計了多種定時(shí)器用于監視用戶(hù)的移動(dòng)性狀態(tài)，會(huì )話(huà)狀態(tài)和數據收發(fā)狀態(tài)。當定時(shí)器到時(shí)后，網(wǎng)絡(luò )根據用戶(hù)狀態(tài)釋放相應的資源。按需分配機制無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)務(wù)永遠在線(xiàn)的需求。

　　2) GPRS網(wǎng)絡(luò )不完全支持PUSH類(lèi)應用

　　傳統移動(dòng)數據應用多為PULL類(lèi)(如瀏覽，下載等)，只要GPRS網(wǎng)絡(luò )支持呼出功能即可實(shí)現。而智能終端上出現的大量在線(xiàn)應用多為雙向應用(如IM，Facebook等)，要求GPRS網(wǎng)絡(luò )支持呼入功能。

　　GPRS雖然設計支持呼入功能，但設備和網(wǎng)絡(luò )都未實(shí)現，終端也大多不支持此類(lèi)操作。造成了事實(shí)上目前GPRS只有“pull” 功能，”push”只能依靠短信通知等手段間接實(shí)現。但這一方面會(huì )增加電路域網(wǎng)絡(luò )壓力，另一方面也顯然不能滿(mǎn)足即時(shí)通信靈活便捷的需要。

　　3) 部分終端的快速休眠機制

　　智能手機上大量數據傳輸，會(huì )嚴重消耗手機終端的電池容量。為了延長(cháng)手機電池的使用壽命，以iPhone為代表的部分智能終端啟動(dòng)了快速休眠機制?？焖傩菝?，導致了狀態(tài)的頻繁遷移，即每次數據包發(fā)送，均從idle態(tài)進(jìn)行PS呼叫建立，遷移到DCH態(tài)發(fā)送，發(fā)送完畢后又從DCH態(tài)強制返回idle態(tài)?？焖傩菝邫C制導致了手機頻繁的PDP的激活/去激活，不能保證永遠在線(xiàn)能力。

　　從以上三個(gè)方面可以看出，由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和手機終端的特性，無(wú)法為應用提供永遠在線(xiàn)的能力。然而永遠在線(xiàn)是社交類(lèi)應用，在線(xiàn)視頻，電子辦公等流行應用的需求，對用戶(hù)體驗提高有極大作用。因此應用開(kāi)發(fā)者在了解移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的資源分配機制的基礎上，利用高頻率、規則的“心跳”，不斷給網(wǎng)絡(luò )有數據傳輸的信號，網(wǎng)絡(luò )于是不斷為其分配資源，即使在其并沒(méi)有有效信息傳送時(shí)也是如此。這類(lèi)應用也被稱(chēng)為永遠在線(xiàn)類(lèi)應用。這些永遠在線(xiàn)類(lèi)應用都具有頻繁、斷續的小數據包發(fā)送和接收這一共同的行為特征。

　　目前永遠在線(xiàn)典型應用包括以下幾種：

　　a) QQ,MSN等即時(shí)通信類(lèi)應用。這類(lèi)應用的客戶(hù)端通過(guò)定時(shí)向應用服務(wù)器發(fā)送“心跳消息”達到長(cháng)期占用外網(wǎng)IP地址的目的，且服務(wù)器可以通過(guò)感知終端上報的“心跳消息”來(lái)感知客戶(hù)端的在線(xiàn)狀態(tài)。這類(lèi)應用不僅頻繁的“心跳消息”占用了大量的信令資源，其好友狀態(tài)更新、群消息、多人通話(huà)等行為也消耗大量網(wǎng)絡(luò )資源。

　　b) Smartphone上的大量智能應用，如google map等移動(dòng)定位類(lèi)業(yè)務(wù)，Email、Facebook等消息類(lèi)業(yè)務(wù)，游戲、視頻、音樂(lè )等媒體類(lèi)業(yè)務(wù)等等。以Email為例，要實(shí)現Email直接推送，移動(dòng)手機需要與Exchange Server之間維持一個(gè)HTTPs的長(cháng)連接，并通過(guò)頻繁的心跳消息來(lái)維持這個(gè)HTTPs長(cháng)連接。

　　永遠在線(xiàn)類(lèi)對網(wǎng)絡(luò )影響分析

　　永遠在線(xiàn)類(lèi)應用為了滿(mǎn)足永遠在線(xiàn)的需求，采用了對網(wǎng)絡(luò )有破壞性的“心跳消息”來(lái)達到目的，對2G/3G網(wǎng)絡(luò )都帶來(lái)的巨大的沖擊。

　　在GSM網(wǎng)絡(luò )上，對于信令面，QQ等即時(shí)通信類(lèi)業(yè)務(wù)引起了CCCH公共控制信道過(guò)載，并導致CS尋呼擁塞，影響用戶(hù)基本話(huà)音體驗。據某省統計，QQ的控制信道消耗是其他業(yè)務(wù)(如網(wǎng)頁(yè)瀏覽和下載)的5~10倍，導致一些地區控制信道負荷超過(guò)紅色門(mén)限或黃色門(mén)限(>0.9);直接造成尋呼成功率低，影響語(yǔ)音用戶(hù)體驗。對于業(yè)務(wù)面，部分永遠在線(xiàn)類(lèi)業(yè)務(wù)PDCH資源利用效率較低，即時(shí)通信類(lèi)業(yè)務(wù)的流量，導致資源消耗和收益不平衡等問(wèn)題。

　　從國外運營(yíng)商的3G/LTE網(wǎng)絡(luò )的統計數據來(lái)看，永遠在線(xiàn)類(lèi)應用，特別是智能終端上的智能應用也給3G/LTE網(wǎng)絡(luò )造成了嚴重的影響。對于信令面，永遠在線(xiàn)類(lèi)業(yè)務(wù)頻繁發(fā)送“心跳消息”，導致用戶(hù)RRC的狀態(tài)頻繁改變，Iu接口、S1接口用戶(hù)狀態(tài)不斷改變，尋呼和業(yè)務(wù)請求信令增加、RAB信令量激增等問(wèn)題。據統計，用戶(hù)每發(fā)送一字節數據，永遠在線(xiàn)類(lèi)應用會(huì )產(chǎn)生超過(guò)10倍于普通業(yè)務(wù)的信令量。圖1顯示了當開(kāi)啟即時(shí)通信(永遠在線(xiàn)類(lèi)應用)后，產(chǎn)生了超過(guò)10倍于普通業(yè)務(wù)的RAB信令量。圖2對iPhone、上網(wǎng)卡、普通手機產(chǎn)生的信令量和吞吐量進(jìn)行了對比，iPhone和上網(wǎng)卡產(chǎn)生的信令量(如PDP激活數、路由區更新信令量等)和吞吐量遠高于普通手機。對于用戶(hù)面，永遠在線(xiàn)類(lèi)應用的小流量、頻繁數據包大大降低了業(yè)務(wù)面資源的利用率，導致空口資源大量閑置卻無(wú)法使用，影響其他用戶(hù)接入。據統計，每HSDPA載頻最多接入6用戶(hù)，平均每用戶(hù)200多kbps，而永遠在線(xiàn)類(lèi)應用僅零點(diǎn)幾kbps;每R4承載PDP最小分配16Kbps，，而永遠在線(xiàn)類(lèi)應用僅零點(diǎn)幾kbps，影響業(yè)務(wù)承載效率。

　　四、運營(yíng)商的面臨的挑戰

　　隨著(zhù)智能終端、在線(xiàn)類(lèi)應用的大規模普及以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的出現，終端和應用之間正在建立直接的聯(lián)系，移動(dòng)運營(yíng)商有可能弱化為只傳送數據但不感知應用的管道。

　　以iPhone為代表的智能手機終端以其優(yōu)秀的設計吸引了大量用戶(hù)使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，增大了運營(yíng)商的移動(dòng)用戶(hù)規模。但同時(shí)，智能終端和在線(xiàn)應用也給運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)了海嘯式的數據風(fēng)暴。據統計，iPhone應用給AT&T網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)了占比高達40%的無(wú)線(xiàn)數據流量，而這些流量對AT&T的收益并不明顯。而且隨著(zhù)運營(yíng)商基礎業(yè)務(wù)價(jià)格的不斷下降，運營(yíng)商陷入了增量不增收的尷尬局面，逐漸被弱化為服務(wù)提供管道，給運營(yíng)商的盈利能力帶來(lái)了嚴峻的挑戰。

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的出現，互聯(lián)網(wǎng)上很多免費的業(yè)務(wù)被移動(dòng)用戶(hù)廣泛使用，特別是互聯(lián)網(wǎng)的廉價(jià)的話(huà)音業(yè)務(wù)的提供，也極大地損害了運營(yíng)商的話(huà)音業(yè)務(wù)的盈利能力，沖擊了運營(yíng)商舊有的商業(yè)模式。

　　五、運營(yíng)商的應對策略

　　為了應對以iPhone為代表的智能終端以及以youtube、Facebook為代表的永遠在線(xiàn)類(lèi)應用對運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )造成的挑戰，運營(yíng)商應積極思考應對策略，以避免被管道化，重新建立以運營(yíng)商為主導的智能應用產(chǎn)業(yè)鏈。

　　關(guān)于應對策略，我們認為可以從以下幾個(gè)方面著(zhù)手：

　　1) 運營(yíng)商應與應用提供商，終端制造商建立緊密的聯(lián)系，形成共識。智能終端和智能應用產(chǎn)生的數據風(fēng)暴，不僅是對運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生不利影響，而且也會(huì )影響了用戶(hù)的體驗和接入，導致終端的發(fā)展遇到瓶頸，最終出現多方受損這一我們最不愿看到的局面。因此，運營(yíng)商應與應用提供商，終端制造商建立共識，即以對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資源強行濫用的方式提供新型應用不是長(cháng)久發(fā)展之路，最終會(huì )導致多方受損，應找到共同發(fā)展的方式

　　2) 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )應向智能化方向發(fā)展，感知業(yè)務(wù)并建立保證公平使用網(wǎng)絡(luò )的機制，保證用戶(hù)有同等的接入權。網(wǎng)絡(luò )是平等開(kāi)放給所有用戶(hù)，但是少部分用戶(hù)頻繁使用永遠在線(xiàn)類(lèi)應用大量占用帶寬，導致網(wǎng)絡(luò )擁塞，影響了大部分用戶(hù)的上網(wǎng)體驗及部分用戶(hù)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )接入，已經(jīng)嚴重影響到了其他用戶(hù)上網(wǎng)的公平性。據國外某運營(yíng)商HSDPA網(wǎng)絡(luò )數據流量分析，5%的用戶(hù)占用了90%的資源，造成了用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò )的不公平性。因此，為了保證大部分用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò )資源的公平性，運營(yíng)商應該感知網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)，實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )資源的可管可控。ePCC架構是實(shí)現運營(yíng)商對網(wǎng)絡(luò )資源管控的有效手段?；趀PCC方案，運營(yíng)商可以實(shí)現帶寬的精細化管理，實(shí)現基于用戶(hù)、業(yè)務(wù)、流量的管控，以保證有限的網(wǎng)絡(luò )資源能被大部分用戶(hù)公平使用和接入。

　　3) 改造運營(yíng)商現有網(wǎng)絡(luò )，未來(lái)網(wǎng)絡(luò )應提供按需的永遠在線(xiàn)能力，使應用不再需要心跳等破壞性行為。