智能終端和永遠(yuǎn)在線應(yīng)用對移動網(wǎng)絡(luò)的沖擊

　　3G網(wǎng)絡(luò)，智能終端和豐富的應(yīng)用相融合推動移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以youtube、Facebook、Skype為代表的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)被廣泛使用。通過移動終端接入互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量呈爆炸式增長。根據(jù)Morgan Stanley今年對全球互聯(lián)網(wǎng)趨勢的分析，目前使用移動終端的互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)增長速度遠(yuǎn)高于固網(wǎng)接入連接數(shù)的增長，并將于2015年最終超越固網(wǎng)連接數(shù)，超過16億用戶，成為互聯(lián)網(wǎng)最大的接入手段。移動互聯(lián)網(wǎng)的巨大成功為移動網(wǎng)絡(luò)帶來持續(xù)高速增長數(shù)據(jù)流量，促進移動網(wǎng)絡(luò)向高速率，低時延，扁平化的方向發(fā)展。另一方面，也給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來了數(shù)據(jù)海嘯的沖擊。

　　移動互聯(lián)網(wǎng)的巨大成功，離不開智能手機等移動寬帶終端的應(yīng)用。以iPhone、黑莓、android手機為代表的新型智能手機，給用戶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(yīng)用體驗、更適用于移動終端的瀏覽器，這些都刺激用戶更長時間通過移動網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)。Iphone 在其發(fā)布后的10個季度內(nèi)增長速度遠(yuǎn)快于Netscape，AoL等固定接入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)布后的增長。智能終端用戶量的快速增長對移動網(wǎng)絡(luò)造成的沖擊屢次顯現(xiàn)。以美國某主流運營商為例，過去3年移動數(shù)據(jù)流量暴增50倍以上，新增流量絕大部分來自iPhone。網(wǎng)絡(luò)由于iPhone對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求不堪重負(fù)，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量明顯下降。分別統(tǒng)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(fù)荷是普通手機的3-8倍，從國外成熟WCDMA運營商的統(tǒng)計來看，27%的iPhone手機產(chǎn)生70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立信令。這意味著移動網(wǎng)絡(luò)運營商在提供同樣的數(shù)據(jù)接入能力時，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。

　　移動互聯(lián)網(wǎng)的另一大推手是快速涌現(xiàn)的新型應(yīng)用。社交網(wǎng)絡(luò)，視頻應(yīng)用和IP語音是占比較高的應(yīng)用類型。而在我國，隨著3G業(yè)務(wù)的廣泛開展，移動互聯(lián)網(wǎng)逐漸滲透到生活和工作的各個領(lǐng)域，移動音樂、手機游戲、視頻應(yīng)用、位置服務(wù)等豐富多彩的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迅猛發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)用戶和業(yè)務(wù)規(guī)模呈現(xiàn)爆炸式增長。據(jù)易觀國際最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2010年上半年我國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)達(dá)2.14億，市場收入規(guī)模達(dá)人民幣237億元;預(yù)計到年底，用戶數(shù)將達(dá)3億，而全年收入規(guī)模將達(dá)633億元。而李開復(fù)在接受媒體采訪時預(yù)測中國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)將在未來3到5年內(nèi)增長至8億人。以上數(shù)據(jù)都顯示，未來我國的移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)仍呈現(xiàn)強勁的增長趨勢，需要移動網(wǎng)絡(luò)做好充分的準(zhǔn)備以應(yīng)對數(shù)據(jù)海嘯的沖擊。

　　移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，也改變著人們的生活習(xí)慣。現(xiàn)在，人們可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)建立社交圈，并需要隨時在多個社交圈中活動，而手機和移動網(wǎng)絡(luò)成了最有可能實現(xiàn)隨時上線的工具，也刺激了用戶想要永遠(yuǎn)在線用戶體驗的需求。所謂永遠(yuǎn)在線就是要網(wǎng)絡(luò)為該應(yīng)用保持長期可用的會話和連接，其占用的網(wǎng)絡(luò)資源包括：移動性管理上下文中的用戶狀態(tài)長期處于連接態(tài)(connected)， 無線接入承載(RAB)，用戶承載上下文(PDP)，以及長期占用公網(wǎng)IP地址等。 無線資源的稀缺性決定了移動分組網(wǎng)絡(luò)按需分配的特性，因此并不天然地永遠(yuǎn)在線的需求，這主要由以下三個方面原因造成：

　　1) 移動網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配

　　由于無線資源有限，用戶只能分時分頻使用的特點，以及數(shù)據(jù)應(yīng)用流量斷續(xù)的特點，決定了移動網(wǎng)絡(luò)的資源是按需分配給數(shù)據(jù)流量，而信道的分配和釋放需要無線和核心網(wǎng)的信令交互。在GPRS分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道、建立連接。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送時，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)為終端建立會話，分配無線接入承載，并根據(jù)數(shù)據(jù)流需要分配無線信道。移動網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計了多種定時器用于監(jiān)視用戶的移動性狀態(tài)，會話狀態(tài)和數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。當(dāng)定時器到時后，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶狀態(tài)釋放相應(yīng)的資源。按需分配機制無法滿足業(yè)務(wù)永遠(yuǎn)在線的需求。

　　2) GPRS網(wǎng)絡(luò)不完全支持PUSH類應(yīng)用

　　傳統(tǒng)移動數(shù)據(jù)應(yīng)用多為PULL類(如瀏覽，下載等)，只要GPRS網(wǎng)絡(luò)支持呼出功能即可實現(xiàn)。而智能終端上出現(xiàn)的大量在線應(yīng)用多為雙向應(yīng)用(如IM，F(xiàn)acebook等)，要求GPRS網(wǎng)絡(luò)支持呼入功能。

　　GPRS雖然設(shè)計支持呼入功能，但設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)都未實現(xiàn)，終端也大多不支持此類操作。造成了事實上目前GPRS只有“pull” 功能，”push”只能依靠短信通知等手段間接實現(xiàn)。但這一方面會增加電路域網(wǎng)絡(luò)壓力，另一方面也顯然不能滿足即時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(shù)據(jù)傳輸，會嚴(yán)重消耗手機終端的電池容量。為了延長手機電池的使用壽命，以iPhone為代表的部分智能終端啟動了快速休眠機制。快速休眠，導(dǎo)致了狀態(tài)的頻繁遷移，即每次數(shù)據(jù)包發(fā)送，均從idle態(tài)進行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(dǎo)致了手機頻繁的PDP的激活/去激活，不能保證永遠(yuǎn)在線能力。

　　從以上三個方面可以看出，由于移動網(wǎng)絡(luò)和手機終端的特性，無法為應(yīng)用提供永遠(yuǎn)在線的能力。然而永遠(yuǎn)在線是社交類應(yīng)用，在線視頻，電子辦公等流行應(yīng)用的需求，對用戶體驗提高有極大作用。因此應(yīng)用開發(fā)者在了解移動網(wǎng)絡(luò)的資源分配機制的基礎(chǔ)上，利用高頻率、規(guī)則的“心跳”，不斷給網(wǎng)絡(luò)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘枺W(wǎng)絡(luò)于是不斷為其分配資源，即使在其并沒有有效信息傳送時也是如此。這類應(yīng)用也被稱為永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用。這些永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用都具有頻繁、斷續(xù)的小數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收這一共同的行為特征。

　　目前永遠(yuǎn)在線典型應(yīng)用包括以下幾種：

　　a) QQ,MSN等即時通信類應(yīng)用。這類應(yīng)用的客戶端通過定時向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送“心跳消息”達(dá)到長期占用外網(wǎng)IP地址的目的，且服務(wù)器可以通過感知終端上報的“心跳消息”來感知客戶端的在線狀態(tài)。這類應(yīng)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、多人通話等行為也消耗大量網(wǎng)絡(luò)資源。

　　b) Smartphone上的大量智能應(yīng)用，如google map等移動定位類業(yè)務(wù)，Email、Facebook等消息類業(yè)務(wù)，游戲、視頻、音樂等媒體類業(yè)務(wù)等等。以Email為例，要實現(xiàn)Email直接推送，移動手機需要與Exchange Server之間維持一個HTTPs的長連接，并通過頻繁的心跳消息來維持這個HTTPs長連接。

　　永遠(yuǎn)在線類對網(wǎng)絡(luò)影響分析

　　永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用為了滿足永遠(yuǎn)在線的需求，采用了對網(wǎng)絡(luò)有破壞性的“心跳消息”來達(dá)到目的，對2G/3G網(wǎng)絡(luò)都帶來的巨大的沖擊。

　　在GSM網(wǎng)絡(luò)上，對于信令面，QQ等即時通信類業(yè)務(wù)引起了CCCH公共控制信道過載，并導(dǎo)致CS尋呼擁塞，影響用戶基本話音體驗。據(jù)某省統(tǒng)計，QQ的控制信道消耗是其他業(yè)務(wù)(如網(wǎng)頁瀏覽和下載)的5~10倍，導(dǎo)致一些地區(qū)控制信道負(fù)荷超過紅色門限或黃色門限(>0.9);直接造成尋呼成功率低，影響語音用戶體驗。對于業(yè)務(wù)面，部分永遠(yuǎn)在線類業(yè)務(wù)PDCH資源利用效率較低，即時通信類業(yè)務(wù)的流量，導(dǎo)致資源消耗和收益不平衡等問題。

　　從國外運營商的3G/LTE網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用，特別是智能終端上的智能應(yīng)用也給3G/LTE網(wǎng)絡(luò)造成了嚴(yán)重的影響。對于信令面，永遠(yuǎn)在線類業(yè)務(wù)頻繁發(fā)送“心跳消息”，導(dǎo)致用戶RRC的狀態(tài)頻繁改變，Iu接口、S1接口用戶狀態(tài)不斷改變，尋呼和業(yè)務(wù)請求信令增加、RAB信令量激增等問題。據(jù)統(tǒng)計，用戶每發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)，永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用會產(chǎn)生超過10倍于普通業(yè)務(wù)的信令量。圖1顯示了當(dāng)開啟即時通信(永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用)后，產(chǎn)生了超過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行了對比，iPhone和上網(wǎng)卡產(chǎn)生的信令量(如PDP激活數(shù)、路由區(qū)更新信令量等)和吞吐量遠(yuǎn)高于普通手機。對于用戶面，永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用的小流量、頻繁數(shù)據(jù)包大大降低了業(yè)務(wù)面資源的利用率，導(dǎo)致空口資源大量閑置卻無法使用，影響其他用戶接入。據(jù)統(tǒng)計，每HSDPA載頻最多接入6用戶，平均每用戶200多kbps，而永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用僅零點幾kbps;每R4承載PDP最小分配16Kbps，，而永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用僅零點幾kbps，影響業(yè)務(wù)承載效率。

　　四、運營商的面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著智能終端、在線類應(yīng)用的大規(guī)模普及以及移動互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，終端和應(yīng)用之間正在建立直接的聯(lián)系，移動運營商有可能弱化為只傳送數(shù)據(jù)但不感知應(yīng)用的管道。

　　以iPhone為代表的智能手機終端以其優(yōu)秀的設(shè)計吸引了大量用戶使用移動網(wǎng)絡(luò)，增大了運營商的移動用戶規(guī)模。但同時，智能終端和在線應(yīng)用也給運營商網(wǎng)絡(luò)帶來了海嘯式的數(shù)據(jù)風(fēng)暴。據(jù)統(tǒng)計，iPhone應(yīng)用給AT&T網(wǎng)絡(luò)帶來了占比高達(dá)40%的無線數(shù)據(jù)流量，而這些流量對AT&T的收益并不明顯。而且隨著運營商基礎(chǔ)業(yè)務(wù)價格的不斷下降，運營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，給運營商的盈利能力帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

　　移動互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)上很多免費的業(yè)務(wù)被移動用戶廣泛使用，特別是互聯(lián)網(wǎng)的廉價的話音業(yè)務(wù)的提供，也極大地?fù)p害了運營商的話音業(yè)務(wù)的盈利能力，沖擊了運營商舊有的商業(yè)模式。

　　五、運營商的應(yīng)對策略

　　為了應(yīng)對以iPhone為代表的智能終端以及以youtube、Facebook為代表的永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用對運營商網(wǎng)絡(luò)造成的挑戰(zhàn)，運營商應(yīng)積極思考應(yīng)對策略，以避免被管道化，重新建立以運營商為主導(dǎo)的智能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈。

　　關(guān)于應(yīng)對策略，我們認(rèn)為可以從以下幾個方面著手：

　　1) 運營商應(yīng)與應(yīng)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(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)風(fēng)暴，不僅是對運營商網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不利影響，而且也會影響了用戶的體驗和接入，導(dǎo)致終端的發(fā)展遇到瓶頸，最終出現(xiàn)多方受損這一我們最不愿看到的局面。因此，運營商應(yīng)與應(yīng)用提供商，終端制造商建立共識，即以對移動網(wǎng)絡(luò)資源強行濫用的方式提供新型應(yīng)用不是長久發(fā)展之路，最終會導(dǎo)致多方受損，應(yīng)找到共同發(fā)展的方式

　　2) 移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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，保證用戶有同等的接入權(quán)。網(wǎng)絡(luò)是平等開放給所有用戶，但是少部分用戶頻繁使用永遠(yuǎn)在線類應(yīng)用大量占用帶寬，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，影響了大部分用戶的上網(wǎng)體驗及部分用戶的移動網(wǎng)絡(luò)接入，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了其他用戶上網(wǎng)的公平性。據(jù)國外某運營商HSDPA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分析，5%的用戶占用了90%的資源，造成了用戶使用網(wǎng)絡(luò)的不公平性。因此，為了保證大部分用戶使用網(wǎng)絡(luò)資源的公平性，運營商應(yīng)該感知網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的可管可控。ePCC架構(gòu)是實現(xiàn)運營商對網(wǎng)絡(luò)資源管控的有效手段?；趀PCC方案，運營商可以實現(xiàn)帶寬的精細(xì)化管理，實現(xiàn)基于用戶、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公平使用和接入。

　　3) 改造運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供按需的永遠(yuǎn)在線能力，使應(yīng)用不再需要心跳等破壞性行為。