智能手机对运营商及无线网络的影响

作者 | 2010-06-15 18:58 | 类型 移动和设备, 行业动感 | 17条用户评论 »

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【陈怀临注：这是一篇非常不错的文章。许多读者对SmartPhone对无线接入之后的事情估计不太明白。希望这篇文章有所帮助。。。。。。】
看着近来论坛上对iPhone、Android等智能手机及智能手机平台的热烈讨论，我也忍不住想来谈谈我所看到的一面。市场上所出现的智能手机基本上有iPhone、Black Berry(黑莓)、NOKIA N series/E series (N 系列、E系列)、HTC(Google phone, 基于Andiod平台)。

虽然国内3G刚开始不久，国外3G业务开展已有十多年了。可是数据业务的爆发性增长也是近年来才出现的现象。这主要来源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，为运营商提供了新的业务增长点。AT&T从2008年夏天开始销售iPhone，T-Mobile US开始销售BlackBerry，中国联通也从2009年签约苹果开始销售iPhone。结果，不到一年AT&T发展了9百万iPhone用户，另外还有2千万其他智能手机用户。

除了为运营商带来数据流量以及白花花的银子，智能手机还给运营商带来了不少麻烦。据报道，每位iPhone用户给AT&T带来年均1000美元的收益，这是其他手机用户的2倍。但同时iPhone对网络带宽如饥似渴的占有带来了大量网络问题：掉话、数据拥塞、网速缓慢等等。数据显示，3%的智能手机用户所产生的数据流量占整个网络数据流量的40%。有人评价说iPhone就是AT&T的阿基利斯之踵(Achilles’ heel)。AT&T的CTO(John Donovan)也不得不承认，2009是充满挑战的一年，智能手机在一夜之间改变了用户的使用习惯，智能手机用户对网络带宽的需求急剧增长。据小道消息，AT&T的无线网络供应商爱立信因为网络问题还免费赠送AT&T 15个RNC。当然这与AT&T在今后几年中的网络扩容和升级带来的巨大合同相比基本可以忽略不计。

网络问题引起了运营商、设备商和3GPP的共同关注。专家对智能手机以及智能手机与无线网络交互的研究发现：相比普通手机用户，智能手机除产生大量的数据流量外，还产生超额的信令流量(signaling traffic)。由于网络原先规划的信令容量有限，所以额外的信令负荷很容易导致掉话、无法接入、网络拥塞等问题。超额的信令主要来自于以下几个方面：

1) 智能手机应用使用频度高，网页浏览、聊天、基于GIS的服务、邮件等等。

2) 永远在线(always on)的应用，就像国内的QQ，国外的MSN、Twitter，这些聊天和社区应用每隔几秒钟就发送一些keep alive的消息。使得网络为此做了很多额外的无线信道分配和创建。

3) 智能手机的快速休眠(fast dormancy)。智能手机由于应用多，使用频度高，所以手机电池成为瓶颈。为了节约电池用电，于是智能手机在发送消息到网络完毕后强制把自己从RRC connected状态切到idle状态。导致每次发送消息都要重新进行RRC request和RAB setup，发送完毕又强制释放连接，从而对网络产生大量信令负荷。

4) 部分无线网络和智能手机没有支持CELL PCH状态。原本3GPP对手机终端状态转换是有规定的: idle <=> CELL PCH <=> CELL FACH <=> CELL DCH。CELL PCH状态下既省电又可以通过少量信令过程到达CELL DCH状态，是支持智能手机应用较好的方案。但是原先数据应用少，所以不少设备商和手机厂商为了节省成本和开发周期，没有实现这个中间状态，有的甚至CELL FACH也没实现，直接从idle到CELL DCH来回切换，消耗了大量的信令处理能力。

亡羊补牢是美国和西方的优良传统，从证券市场的监管到电信网络的改进，无不如此。在出现问题后，3GPP马上修正了对fast dormancy的规范，不允许手机把自己强行切到idle状态。与此同时，运营商开始重新规划和升级信令处理模块，设备商也开始优化和提高信令处理能力。我觉得这也给了国内运营商和设备商很好的借鉴，虽然现在国内智能手机用户还不多，产生的数据流量也远未达到网络容量，但还是应该多未雨绸缪，勿临渴掘井。

智能手机及其应用带来了独特的用户体验，也带来了对网络带宽如饥似渴的需求，也终将给无线通信产业带来更多的利润和价值。

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雁过留声

“智能手机对运营商及无线网络的影响”有17个回复

  1. 陈怀临 于 2010-06-15 7:35 下午

    相当优秀的文章。这个作者我个人估计基本上只能来自HW，ZTE，E\\\无线BU之一的牛人。J和C的人估计基本上看不懂（J和C还是数通比较多一些）。。。BTW, in case 有些读者不知道。RNC：：=Radio Network Controller。就是过了基站（Base Station）之后的首个逻辑要塞。。。


    点到为止：-）

  2. liizuu 于 2010-06-16 3:33 上午

    谢谢首席的评论，我确实来自设备商的无线BU，不过牛人不敢当，呵呵。

    我第一次来到弯曲是看到首席介绍Cavium的Octeon多核芯片，印象颇深，后来就经常访问弯曲。希望以后能多多和大家交流，相互学习，使弯曲越来越好。。

  3. long 于 2010-06-16 5:47 下午

    虽然阐述的不算很广，但是考虑的很深入，足以看出liizuu的功底，非常不错的文章
    期待后续的大作

  4. 理客 于 2010-06-16 6:19 下午

    移动数据的高速增长，在3G之初基本就是共识，但快到什么程度，各个运营商的理解不同，许多运营是既在意料之中，又在意料之外，所以对移动IP承载网络的建设产生了许多影响，当然，即使有一点考虑到5年的预测，但未必有合适的供应商，还有运营商的决策不是全技术性的，导致mobile backhaul的建设应数据业务的快速增长导致很少能达到5年的标准预算，正在经受实际业务的考验

    另外，现在看到的是高速增长的事实，但是也需要考虑到限制，可能有两个
    1、必须要3G/4G而不是WIFI/FIXED的应用的范围
    2、同等业务需求下和WIFI/FIXED相比的单用户成本
    从这两点看，3G/4G的增长可能会得到限制，但同样的，这个限制来临的速度，也是运营商需要长远考虑的事，当然，这不是设备商喜欢考虑的事。
    李超人H3G经营的不够成功，对技术市场应用考虑的比重相比资本考虑的不足可能是一个重要原因

  5. KC 于 2010-06-16 9:04 下午

    这篇文章很有启发，第一次让我认识到移动数据业务对信令控制层面的影响也是如此巨大。这里面可能有新的机会点出现，就像短信业务对STP的冲击带来了新的产品形态需求。

  6. droplet 于 2010-06-17 1:17 上午

    想写成九阳神功那样的，最后出来的却是七伤拳，写文字不如写代码那么容易。

  7. droplet 于 2010-06-17 1:18 上午

    发错评论了，应该是回另一个贴，sorry

  8. 更加八卦 于 2010-06-17 3:33 上午

    如楼主阐明过的，信令控制之类的优化是3GPP/2们和无线BU们的优势了，自不必说。不过，说到其中承载的IM/P2P/Streaming应用控制，我到觉得传统的数据厂商是可以大有作为的。只是，这功能该放在哪里那？ Node-B? RNC? GGSN? SGSN? 越靠UE近对空口资源的节约应该越明显，但是实施起来似乎越困难，我是没想明白具体应该放在哪里。选好位置后，貌似需要Porting一下Panabit/网康们到H/T/E的单板上 :)

  9. Ray 于 2010-06-17 4:14 下午

    智能手机信令风暴问题，会改变无线接入侧设备的现有软硬件架构。

  10. liizuu 于 2010-06-17 9:39 下午

    其实对于接入侧设备硬件架构的影响已经开始了，主要是对RNC的影响，因为1个RNC一般连接着200到300个BTS，所以一般BTS不是瓶颈。

  11. LTEer 于 2010-06-20 9:18 下午

    LTE对此已经做出了改变，没有那一堆PCH状态，RRC状态机简化为CONNECTED 和 Idle两种。
    但是，强调了always online功能，UE 一
    attach就建立起了default bearer.比WCDMA实现起来简化很多。

  12. 陈怀临 于 2010-06-21 6:21 上午

    我请教一个问题。貌似没有人在同一个地方deploy两个RNC box做HA？感觉与数通的应用场景有些区别。HA这样估计太贵？另外，两个拿lur互联的两个RNC之间的能起什么作用？一个RNC歇了，其他nodeb的session都切换过去？

  13. 理客 于 2010-06-21 9:55 上午

    RNC作为传统电信设备的延伸，其可靠性设计远高于IP设备，甚至和传统设备沾边的BRAS都备份的也不多。RNC的备份也有人考虑，但确实没人实际部署

  14. liizuu 于 2010-06-21 5:27 下午

    RNC之间做HA的想法是很好的，但是目前RNC内部high availability已经做的很好了。关键的unit都是1+1备份，普通的unit N+1备份。另外一个原因是nodeB session的切换比较复杂，我们叫BTS re-homing，运营商最忌讳做BTS re-homing。

    RNC之间的Iur连接主要用来做 soft handover的。

  15. Ray 于 2010-06-26 7:26 上午

    已经有了RNC 1+1 Redundancy，据说还会有N+1的pool状物。

  16. 理客 于 2010-06-26 2:57 下午

    3G时候的RNC备份商用的可能不会很多了，4G LTE GW的备份可能性更多一些

  17. 风语者 于 2011-04-07 6:22 上午

    LTE时代always online，没有Cell——PCH状态，但终端电池续航能力很难解决，只能用USB dongle。