移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與挪動(dòng)通信技術(shù)交融的產(chǎn)物，挪動(dòng)終端的迅速普及以及挪動(dòng)應(yīng)用廣泛流行促進(jìn)了挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展、壯大和繁榮。據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)國(guó)家工業(yè)和信息化部2022年6月發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全國(guó)智能出貨量累積到達(dá)2.58億，同比增長(zhǎng)166.8%[1]。挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)規(guī)模也在急速擴(kuò)張。截至2022年6月，中國(guó)國(guó)內(nèi)的挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)到達(dá)3.88億之多，甚至超過(guò)了傳統(tǒng)P互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)[2]。與此同時(shí)，挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)量與下載量也呈現(xiàn)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，以蘋(píng)果公司的AppStre為例，目前已本文由論文聯(lián)盟搜集整理有77.5萬(wàn)應(yīng)用，下載量到達(dá)了400多億次[3]。而挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)形態(tài)也從短信息、數(shù)據(jù)上網(wǎng)等拓展到挪動(dòng)即時(shí)通信、微信、微博等具有社交元素的業(yè)務(wù)類(lèi)別。挪動(dòng)終端與挪動(dòng)應(yīng)用的增長(zhǎng)直接拉動(dòng)了挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，據(jù)愛(ài)立信2022年6月發(fā)布的流量與市場(chǎng)數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，從2022年第一季度到2022年第一季度，數(shù)據(jù)流量增加了一倍，而語(yǔ)音增長(zhǎng)率僅4%[4]，如圖1所示。該報(bào)告據(jù)預(yù)測(cè)，受視頻類(lèi)應(yīng)用和挪動(dòng)社交類(lèi)應(yīng)用的推動(dòng)，在2022年到2022年期間，挪動(dòng)數(shù)據(jù)流量仍將以50%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，而到2022年底，數(shù)據(jù)流量將增加大約12倍。挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在用戶(hù)規(guī)模和接入終端數(shù)量的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)以及業(yè)務(wù)形態(tài)的多樣化趨勢(shì)，給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施，包括以第二代、第三代挪動(dòng)通信制式為主的蜂窩網(wǎng)絡(luò)以及傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)都帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。本文分別從挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)以及挪動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的影響出發(fā)，分析了在兩種網(wǎng)絡(luò)體系中為了應(yīng)對(duì)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的沖擊應(yīng)運(yùn)而生的新技術(shù)、新架構(gòu)。1挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的影響及其技術(shù)特征在挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)飛速開(kāi)展的浪潮中，傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)及挪動(dòng)性管理方案隨之發(fā)生著豐富而深入的變化。接入網(wǎng)絡(luò)的多樣性、終端設(shè)備的異構(gòu)性是挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展中IP網(wǎng)絡(luò)所面臨的重要挑戰(zhàn)。接入網(wǎng)絡(luò)的多樣性表如今網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造、網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議、對(duì)挪動(dòng)性的支持才能等方面存在差異。而終端設(shè)備的異構(gòu)性反映在終端的傳輸效率、對(duì)IP協(xié)議的支持才能以及多網(wǎng)絡(luò)接入才能等方面的差異。在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)所面臨的眾多挑戰(zhàn)中，挪動(dòng)性管理、面向終端的IP協(xié)議適配、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多接口接入問(wèn)題是影響挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)性能及用戶(hù)體驗(yàn)的重要方面，本文將針對(duì)上述3個(gè)方面進(jìn)展闡述。1.1挪動(dòng)性管理挪動(dòng)性是挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)最重要的特征，而挪動(dòng)性管理對(duì)確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率以及上層業(yè)務(wù)的連續(xù)性具有全面的影響。esh網(wǎng)絡(luò)、PIPv6等網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及異構(gòu)挪動(dòng)終端的涌現(xiàn)對(duì)挪動(dòng)性管理在性能、魯棒性、可拓展性以及針對(duì)不同應(yīng)用的靈敏性上提出了新的要求。挪動(dòng)性管理包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：位置管理和切換控制。位置管理旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)挪動(dòng)終端位置信息的跟蹤、存儲(chǔ)、查找及更新。其執(zhí)行策略會(huì)直接影響系統(tǒng)容量、效勞質(zhì)量及挪動(dòng)終端的功耗。挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)位置管理帶來(lái)的新問(wèn)題表如今兩個(gè)方面：首先，種類(lèi)繁多的終端對(duì)位置管理策略存在迥異的要求。其次，挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中終端設(shè)備永遠(yuǎn)在線的工作形式以及基于推送〔Push〕的信息方式在很大程度上加劇了對(duì)位置管理效率的壓力，也對(duì)傳統(tǒng)位置管理方案的有效性產(chǎn)生了無(wú)法回避的挑戰(zhàn)。切換控制旨在提供合理的機(jī)制保證當(dāng)某個(gè)挪動(dòng)終端挪動(dòng)到一個(gè)新的位置區(qū)域時(shí)仍然可以保持與網(wǎng)絡(luò)的連接，這一點(diǎn)對(duì)確保數(shù)據(jù)的無(wú)縫不連續(xù)傳輸至關(guān)重要。在挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景下，保證業(yè)務(wù)不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)連接的切換而中斷是衡量用戶(hù)體驗(yàn)好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。除了位置管理和切換控制，挪動(dòng)性管理還對(duì)挪動(dòng)效勞質(zhì)量、資源管理以及平安性等提出了要求。目前，包括國(guó)際電信聯(lián)盟〔ITU〕、第三代挪動(dòng)通信合作伙伴方案〔3GPP〕以及因特網(wǎng)工程任務(wù)組〔IETF〕等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織均對(duì)挪動(dòng)性管理進(jìn)展了分析研究，并從不同的側(cè)面發(fā)布了一系列的建議和草案。ITU從IP地址分配、用戶(hù)信息管理、用戶(hù)環(huán)境管理、身份認(rèn)證、接入控制及鑒權(quán)等方面定義了NGN中的位置管理問(wèn)題。而3GPP也將挪動(dòng)性管理作為L(zhǎng)TE/SAE系統(tǒng)的技術(shù)需求以支持不同接入系統(tǒng)的無(wú)縫挪動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性。在其標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了對(duì)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)隧道協(xié)議〔GTP〕、IPv4、DSIPv6和PIPv6協(xié)議的支持。IETF對(duì)挪動(dòng)性管理的研究最為全面，提出了IPv4、IPv6、PIPv6以及HIP等主流技術(shù)。下面是其中的代表性協(xié)議：〔1〕挪動(dòng)IPv6協(xié)議挪動(dòng)IP是在網(wǎng)絡(luò)層解決終端挪動(dòng)性問(wèn)題的方案，具有高擴(kuò)展性、高可靠性以及高平安性的特點(diǎn)，同時(shí)該協(xié)議與底層的傳輸介質(zhì)無(wú)關(guān)，并對(duì)上層應(yīng)用透明，可以保證挪動(dòng)終端攜帶某個(gè)固定IP地址跨越不同網(wǎng)段時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)縫不連續(xù)傳輸，對(duì)業(yè)務(wù)的連續(xù)性有較高保障。挪動(dòng)IPv6協(xié)議〔IPv6〕是基于IPv6協(xié)議，對(duì)IPv4協(xié)議的晉級(jí)。IPv6定義了3類(lèi)功能實(shí)體：挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)〔N〕、對(duì)端節(jié)點(diǎn)〔N〕以及家鄉(xiāng)代理〔HA〕，如圖2所示。IPv6通過(guò)提供快速切換和平滑切換提供對(duì)挪動(dòng)性的支持?？焖偾袚Q可以減小挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)建立新的通信途徑時(shí)的延遲時(shí)間。目前，有多種關(guān)于快速切換的建議，比方通過(guò)預(yù)測(cè)挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)挪動(dòng)，提早發(fā)送數(shù)據(jù)包的多個(gè)副本到挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能的挪動(dòng)目的地。也有基于分層IPv6的挪動(dòng)管理模型，這種模型對(duì)挪動(dòng)IP的切換進(jìn)展了改善，提供了挪動(dòng)錨點(diǎn)〔AP〕功能。此外，一些比擬新的切換方法采用了小組播送〔SG〕的明確組播技術(shù)〔Xast〕，利用基站將承受到的控制/用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)以組播的形式發(fā)送到基站和挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線鏈路上[5]。平滑切換那么旨在減小切換過(guò)程中的丟包率，IPv6提供了緩存機(jī)制，挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以要求當(dāng)前子網(wǎng)的路由器緩存其數(shù)據(jù)包，直到完成其向新子網(wǎng)內(nèi)路由器的注冊(cè)過(guò)程?！?〕代理挪動(dòng)IPv6協(xié)議〔PIPv6〕代理挪動(dòng)IPv6協(xié)議〔PIPv6〕旨在優(yōu)化挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)在挪動(dòng)過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，它不需要挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)參與挪動(dòng)性管理[6]。PIPv6協(xié)議引入了挪動(dòng)接入網(wǎng)關(guān)〔AG〕和本地挪動(dòng)錨點(diǎn)〔LA〕兩個(gè)功能實(shí)體，為挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供基于網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域性挪動(dòng)性支持。AG代表所有附著在其上的挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)向本地挪動(dòng)錨點(diǎn)發(fā)送綁定更新，而跨AG的挪動(dòng)節(jié)點(diǎn)的挪動(dòng)性那么由LA管理，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造如圖3所示?！?〕HIP協(xié)議為了增強(qiáng)對(duì)挪動(dòng)性的支持，解決IP地址既被用作主機(jī)標(biāo)識(shí)，又被用于提供路由信息的困境，IETF為網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議關(guān)聯(lián)了新的HIP子層，該子層介于IP層之上，傳輸控制協(xié)議/數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議〔TP/UDP〕層之下，在和上層的通信過(guò)程中可替代IP地址的作用，而IP地址那么可專(zhuān)注于路由尋址[7]。HIP協(xié)議的使用可以在主機(jī)間提供快速的身份交換，一旦兩個(gè)主機(jī)間完成身份交換，那么建立起一對(duì)平安連接，大幅進(jìn)步數(shù)據(jù)交互的平安性。此外，由于IP地址的主機(jī)標(biāo)識(shí)與位置標(biāo)識(shí)功能實(shí)現(xiàn)了別離，多家鄉(xiāng)、IP地址動(dòng)態(tài)分配以及不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間的互訪問(wèn)題均得到較好的支持。1.2輕量級(jí)IP協(xié)議適配挪動(dòng)應(yīng)用的快速普及，尤其是挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)的延伸和拓展使得大量挪動(dòng)終端設(shè)備需要通過(guò)IP數(shù)據(jù)通道與網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用進(jìn)展信息交互。將來(lái)的挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)不僅僅需要支持人與人的通信，還需要支持人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間的通信需求。然而，挪動(dòng)終端普遍計(jì)算才能受限，并且不同類(lèi)型的終端所具備的計(jì)算才能參差不齊，它們對(duì)IP協(xié)議棧的支持程度各不一樣，現(xiàn)有的終端設(shè)備往往都對(duì)IP協(xié)議棧進(jìn)展了不同方式的剪裁，這就給不同類(lèi)型的終端設(shè)備互聯(lián)互通帶來(lái)了困難，亟需統(tǒng)一的輕量級(jí)協(xié)議來(lái)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備間的互通問(wèn)題。輕量級(jí)IP協(xié)議描繪的是傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議〔TP/IP〕簇的輕量級(jí)實(shí)現(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)主要在IETF完成，然后在IPS、ZigBee、ISA等標(biāo)準(zhǔn)組織中應(yīng)用。目前，輕量級(jí)IP技術(shù)協(xié)議需要解決3個(gè)層面的問(wèn)題。首先是協(xié)議棧方面，IPv6協(xié)議如何適配到挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入終端的鏈路層和物理層，其次是路由問(wèn)題，如何針對(duì)輕量級(jí)IPv6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)路由協(xié)議，最后是應(yīng)用層問(wèn)題，即如何設(shè)計(jì)一個(gè)能在才能受限節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的應(yīng)用層協(xié)議，承載各種不同的業(yè)務(wù)。IETF的4個(gè)工作組共同承當(dāng)了上述任務(wù)：〔1〕LIG工作組該工作組目的是搜集在受限設(shè)備中IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)經(jīng)歷，以輸出一份描繪降低復(fù)雜性、內(nèi)存占用以及耗電量的輕量級(jí)IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)技術(shù)相關(guān)的指導(dǎo)文檔?！?〕RE工作組受限IP網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包大小有限，且容易出現(xiàn)高丟包率，網(wǎng)絡(luò)中的挪動(dòng)設(shè)備會(huì)在任何時(shí)間點(diǎn)關(guān)機(jī)，也會(huì)在短暫的時(shí)間內(nèi)定期清醒。這種嚴(yán)重受限于吞吐量、可用功率以及節(jié)點(diǎn)的有限內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)為受限網(wǎng)絡(luò)。RE[8]正是致力于為受限IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行面向資源的應(yīng)用提供統(tǒng)一的框架。作為構(gòu)建應(yīng)用程序的框架的一局部，RE定義了一個(gè)受限應(yīng)用協(xié)議輕量級(jí)應(yīng)用層協(xié)議〔AP〕，用以操作設(shè)備中的資源?！?〕6LPan工作組該工作組的任務(wù)在于定義如何利用IEEE802.15.4鏈路支持基于IP的通信，同時(shí)遵守開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他IP設(shè)備的互操作性。目前，IETF6lPAN[9]工作組正方案將IEEE802.15.4完善為支持IP通信連接，使其成為一類(lèi)真正開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，最終完全實(shí)現(xiàn)與其他IP設(shè)備之間的互操作。〔4〕RLL工作組該工作組的目的是使得公共的、可互操作的第三層路由可以穿越任何數(shù)量的根本鏈路層協(xié)議和物理媒體。為了滿(mǎn)足低功耗松散網(wǎng)絡(luò)中的路由機(jī)制的需求，在路由需求、鏈路選擇定量指標(biāo)等工作的根底上，RLL[10]工作組研究制訂了低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議〔RPL〕協(xié)議。這個(gè)協(xié)議提供了一種新的路由機(jī)制，這種機(jī)制支持低功耗松散網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)部設(shè)備和中心控制節(jié)點(diǎn)之間的多點(diǎn)到點(diǎn)的通信，同時(shí)也支持中心控制節(jié)點(diǎn)和低功耗松散網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)部設(shè)備之間的點(diǎn)到多點(diǎn)的通信。1.3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多接口接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)展為用戶(hù)提供了多種不同的無(wú)線接入方式，包括以太網(wǎng)、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)〔GPRS〕網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、LTE網(wǎng)絡(luò)、i-Fi以及iax等。而芯片技術(shù)的進(jìn)步使得一個(gè)挪動(dòng)終端同時(shí)具備多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入才能成為現(xiàn)實(shí)，具備這種多網(wǎng)絡(luò)接入才能的終端即多接口終端，例如內(nèi)置了無(wú)線網(wǎng)卡、以太網(wǎng)卡以及3G數(shù)據(jù)卡槽的筆記本電腦，具備連接多種制式挪動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及支持i-Fi連接功能的智能。在需要獲得多種網(wǎng)絡(luò)特性支持的挪動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景下，終端多連接可以為不同的應(yīng)用所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包尋求最合適的網(wǎng)絡(luò)，也可以在分開(kāi)某個(gè)效勞網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域時(shí)，通過(guò)其他接入方式繼續(xù)保持網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)IP在線。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多接口接入，需要消除多種網(wǎng)絡(luò)接入方式帶來(lái)的潛在沖突，利用多個(gè)接口的傳輸才能、可接入性、平安性等才能實(shí)現(xiàn)接口信息及控制流的交融，對(duì)上層應(yīng)用屏蔽多接口帶來(lái)的操作復(fù)雜性，將終端的多接口特性轉(zhuǎn)換為綜合優(yōu)勢(shì)。目前，多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在地址選擇機(jī)制、流重定向、負(fù)載平衡以及帶寬聚合等方面開(kāi)展了局部研究。IETF提出了多接口主機(jī)和多家鄉(xiāng)主機(jī)的概念[11]。使用不同的接口同時(shí)連接到不同類(lèi)型的接入網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)連接，這樣的主機(jī)稱(chēng)為多接口主機(jī)。IETF主要關(guān)注于多接口主機(jī)中多個(gè)接口的使用問(wèn)題。而擁有多個(gè)IP地址的節(jié)點(diǎn)被IETF定義為多家鄉(xiāng)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)使用多個(gè)IP地址，并且每個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)連接。3GPP將PDN連接定義為由IPv4或IPv6地址表示的UE和有APN表示的PDN之間的關(guān)聯(lián)[12]。在3GPP的體系架構(gòu)中，基于PIP和基于GTP的接口上支持多個(gè)PDN連接，3GPP分別定義了不同組合場(chǎng)景的多PDN連接問(wèn)題。目前，關(guān)于多接口連接的研究集中在以下方面：〔1〕地址選擇對(duì)擁有多個(gè)地址的多家鄉(xiāng)節(jié)點(diǎn)而言，在建立通信連接是需要根據(jù)用戶(hù)愛(ài)好、出口過(guò)濾、鏈路特征、接口類(lèi)型等指定適宜的地址選擇策略?！?〕負(fù)載平衡/流分配在有多個(gè)接入點(diǎn)時(shí)，選擇負(fù)載較小的連接進(jìn)展流傳輸，或者根據(jù)流與端口的映射規(guī)那么選擇適宜的流傳輸接口?！?〕聚合帶寬將連接到不同鏈路或網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)接口所提供的帶寬進(jìn)展合并，為應(yīng)用提供更多的帶寬。2挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的影響及其技術(shù)特征挪動(dòng)智能終端的迅速普及以及微博、微信、挪動(dòng)QQ、挪動(dòng)視頻等TT業(yè)務(wù)的流行，對(duì)挪動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施的效勞才能以及傳統(tǒng)的以運(yùn)營(yíng)商為主導(dǎo)的商業(yè)形式帶來(lái)了宏大的沖擊。首先，永遠(yuǎn)在線和快速休眠的挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用形式造成了信令流量對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制的宏大沖擊，信令風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重威脅著網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，大量用戶(hù)同時(shí)在線的挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用吞噬了大量的無(wú)線資源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)效勞質(zhì)量造成了不小的沖擊，而話音通話所必需的無(wú)線帶寬被占用的情況越來(lái)越普遍；再次，挪動(dòng)運(yùn)營(yíng)商占主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)利益分配格局在挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代被打破，數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)并沒(méi)有提升運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)盈利才能，相反剪刀差效應(yīng)愈加明顯，而挪動(dòng)終端制造商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)那么憑借強(qiáng)大的創(chuàng)新才能和資源整合才能，在挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈中占盡先機(jī)。挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的繁榮，一方面對(duì)傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，另一方面在客觀上也促進(jìn)了通信網(wǎng)的根底設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的演進(jìn)晉級(jí)以及商業(yè)應(yīng)用形式的創(chuàng)新。2.1挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的搶占雖然挪動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)在各自領(lǐng)域都獲得了宏大的成功，但是他們?cè)诮K端形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、應(yīng)用類(lèi)型和用戶(hù)行為等方面都存在很大差異性。當(dāng)以數(shù)據(jù)通信為根底的挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載在主要為語(yǔ)音業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的挪動(dòng)通信網(wǎng)上時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源效率、容量和信令等都產(chǎn)生了宏大的沖擊。挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的主流業(yè)務(wù)類(lèi)型和特征與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)存在著很大的不同，網(wǎng)頁(yè)閱讀，流媒體以及社交網(wǎng)絡(luò)效勞〔SNS〕類(lèi)業(yè)務(wù)是當(dāng)前的主要業(yè)務(wù)類(lèi)型。用戶(hù)愛(ài)好通過(guò)文字、語(yǔ)音甚至視頻進(jìn)展實(shí)時(shí)通信，而網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)行為因此更加頻繁和短暫。這些應(yīng)用每次所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量并不大，數(shù)據(jù)流在時(shí)間分布上呈現(xiàn)出一定的周期性和突發(fā)性，通常把這類(lèi)應(yīng)用所對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)定義為小包業(yè)務(wù)，SNS、I、VIP是其主要業(yè)務(wù)形式。小包業(yè)務(wù)發(fā)送的信息具有總流量少、IP數(shù)據(jù)包少、數(shù)據(jù)傳輸持續(xù)時(shí)間短、交互頻繁的特點(diǎn)。這就導(dǎo)致了無(wú)線連接狀態(tài)頻繁遷移〔RR狀態(tài)從IDLE/PH遷移至FAH/DH〕，網(wǎng)絡(luò)連接頻繁建立和釋放〔ServieRequest和IURelease〕，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備〔RAN和PS〕造成了宏大的信令沖擊。造成信令風(fēng)暴的另一個(gè)原因在于挪動(dòng)終端需要永遠(yuǎn)在線，但是為了節(jié)電，終端廠家普遍采用了快速休眠機(jī)制，一旦屏幕關(guān)閉，終端那么會(huì)在3～5s內(nèi)強(qiáng)行撤除終端與基站之間建立的無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路。這就導(dǎo)致了在一個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程中，挪動(dòng)智能終端會(huì)不斷地進(jìn)展休眠-激活，在業(yè)務(wù)激活失敗的情況下，挪動(dòng)終端會(huì)持續(xù)嘗試激活。而激活失敗多數(shù)情況是由終端配置錯(cuò)誤、沒(méi)有業(yè)務(wù)簽約或者話費(fèi)缺乏等非網(wǎng)絡(luò)故障原因造成的。重復(fù)激活信令在網(wǎng)絡(luò)中大量長(zhǎng)期存在將對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生各種無(wú)謂的信令負(fù)擔(dān)。此外，大量的推送類(lèi)挪動(dòng)應(yīng)用帶來(lái)的尋呼信令也是造成網(wǎng)絡(luò)信令壓力的重要原因。尋呼是在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)完成的，由于涉及到數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)基站，這些尋呼信令給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。信令風(fēng)暴本質(zhì)上是有限的無(wú)線資源與應(yīng)用程序之間的大量信令交互之間的矛盾。因此，需要智能終端廠商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商多方協(xié)作，共同解決這一難題。智能終端廠商應(yīng)該從芯片、智能終端操作系統(tǒng)級(jí)別提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)友好的信令協(xié)議的支持，盡量減少不必要的信令開(kāi)銷(xiāo)。挪動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)程序時(shí)需要優(yōu)化合理的心跳機(jī)制，減少頻繁的心跳。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商應(yīng)該進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信令面容量，增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性，并且通過(guò)軟硬件晉級(jí)降低信令負(fù)載。而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，那么需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)容量進(jìn)展評(píng)估及預(yù)測(cè)，根據(jù)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的話務(wù)模型調(diào)整網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)策略。從技術(shù)層面來(lái)分析，信令風(fēng)暴問(wèn)題需要從挪動(dòng)終端、無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)多個(gè)層面來(lái)協(xié)同解決。針對(duì)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大量采用心跳機(jī)制以維持和效勞器之間的連接，以及快速休眠特性對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)宏大信令負(fù)擔(dān)這一狀況，可以通過(guò)PH狀態(tài)控制及快速休眠〔FastDrany〕機(jī)制來(lái)減少大量的RR接入信令。使用FastDrany機(jī)制后，RN在接收到挪動(dòng)終端發(fā)送的SRI信令后，不必釋放RR連接，只需將挪動(dòng)終端的狀態(tài)駐留在ELL_FAH/PH態(tài)，從而最大限度減少RR信令。此外，為了提升ELL_FAH狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩?GPPR7和R8提出了增強(qiáng)型公共信道〔HS_FAH/HS_RAH以及ELL_FAH_DRX〕?；诖朔N技術(shù)，挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所產(chǎn)生的大量小數(shù)據(jù)包可以在ELL_FAH上傳輸，挪動(dòng)終端無(wú)需在RR態(tài)和下行鏈路空閑〔IDLE〕態(tài)之間切換，節(jié)省了由于狀態(tài)切換引入的信令資源浪費(fèi)。對(duì)于重復(fù)激活信令現(xiàn)象，挪動(dòng)終端廠商應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)終端行為，對(duì)網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的回絕原因做出合理的處理。而3GPPR10引入的T3446定時(shí)器可以作為退避計(jì)時(shí)器〔BakffTier〕，進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)終端的控制策略，一旦探測(cè)到終端的重復(fù)激活行為，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以啟動(dòng)BakffTier定時(shí)器控制挪動(dòng)終端的等待時(shí)間。在現(xiàn)網(wǎng)尚不支持3GPPR10的情況下，核心網(wǎng)可以通過(guò)構(gòu)造虛假激活防止大量重復(fù)激活信令對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的沖擊。通過(guò)引入智能尋呼，縮小尋呼范圍以及空口尋呼量。在UTS網(wǎng)絡(luò)中，尋呼信令對(duì)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)〔RAN〕造成了嚴(yán)重的負(fù)荷。假設(shè)用戶(hù)處于IDLE/URA_PH狀態(tài)之下，尋呼信令會(huì)下發(fā)到整個(gè)LA/RA/URA區(qū)中的所有用戶(hù)。為此，在UTS網(wǎng)絡(luò)中需要引入分級(jí)尋呼機(jī)制，根據(jù)用戶(hù)的挪動(dòng)規(guī)律，先在用戶(hù)經(jīng)?；顒?dòng)的小區(qū)范圍內(nèi)尋呼，尋呼失敗再在整個(gè)LA/RA/URA區(qū)內(nèi)進(jìn)展尋呼。LTE提供了更有效的智能尋呼解決方案，可以根據(jù)挪動(dòng)終端的挪動(dòng)性選擇不同范圍的尋呼控制，對(duì)于低速挪動(dòng)的挪動(dòng)終端，啟用單一基站〔eNdeB〕尋呼，而對(duì)于挪動(dòng)性較高的終端，那么可以進(jìn)展基于跟蹤區(qū)〔TA〕或者跟蹤區(qū)列表〔TAList〕的尋呼控制，以此到達(dá)尋呼開(kāi)銷(xiāo)與尋呼效率之間的平衡。2.2推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)向LTE演進(jìn)和晉級(jí)LTE以正交頻分復(fù)用〔FD〕、多輸入多輸出〔I〕無(wú)線接入技術(shù)為根底，采用扁平化的全I(xiàn)P架構(gòu)，相對(duì)于2G/3G網(wǎng)絡(luò)，LTE可以為挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供更強(qiáng)大的業(yè)務(wù)支撐才能。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表達(dá)在：〔1〕FD、I技術(shù)的使用可以大大提升頻譜效率，為用戶(hù)提供更高的無(wú)線接入速率。在44I及64QA的條件下，其上行速率可達(dá)170b/s，下行速率高達(dá)300b/s，分別為3GPPR8HSPA的8～9倍和3～4倍。具有高速率、高頻譜利用率、高吞吐率特點(diǎn)的LTE網(wǎng)絡(luò)完全可以承載挪動(dòng)電視高清視頻類(lèi)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用?！?〕LTE支持對(duì)稱(chēng)及非對(duì)稱(chēng)的帶寬分配策略，運(yùn)營(yíng)商可以靈敏設(shè)置載頻。視頻、UG等對(duì)上行帶寬有較高要求的挪動(dòng)應(yīng)用可以從中獲益?！?〕更短的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，控制平面的時(shí)延不超過(guò)100s，而用戶(hù)平面單向時(shí)延不到5s。交互式應(yīng)用，尤其是互動(dòng)類(lèi)網(wǎng)絡(luò)游戲可以獲得與有線網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)母哔|(zhì)量用戶(hù)體驗(yàn)?！?〕LTE各基站之間建立的X2接口支持高速挪動(dòng)條件下的無(wú)縫切換。上述特性保證了LTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)具有更強(qiáng)的適配性。目前，3GPP組織在其LTE方案中提出了演進(jìn)的分組系統(tǒng)〔EPS〕系統(tǒng)，以構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單通用，可以集成現(xiàn)有業(yè)務(wù)和應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為用戶(hù)提供豐富、高質(zhì)、無(wú)縫業(yè)務(wù)體驗(yàn)及靈敏可靠的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，為運(yùn)營(yíng)商提供可管、可控的運(yùn)營(yíng)才能[13-14]。EPS系統(tǒng)架構(gòu)包括演進(jìn)的分組核心網(wǎng)〔EP〕和演進(jìn)的通用挪動(dòng)通信系統(tǒng)陸地?zé)o線接入網(wǎng)〔E-UTRAN〕，如圖4所示。在接入網(wǎng)E-UTRAN一側(cè)，eNdeB節(jié)點(diǎn)包含了UTS網(wǎng)絡(luò)中NdeB節(jié)點(diǎn)的所有功能，并局部集成了RN的功能，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造更趨扁平化。由于信令處理流程大幅簡(jiǎn)化，呼叫建立時(shí)延及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延縮短，提升了挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的用戶(hù)體驗(yàn)。此外，由于eNdeB節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)X2接口相連，并且采用IP技術(shù)傳輸，終端設(shè)備在挪動(dòng)過(guò)程中可以保持無(wú)縫切換，從而有效提升業(yè)務(wù)的挪動(dòng)性。eNdeB節(jié)點(diǎn)與EP中的多個(gè)挪動(dòng)性管理實(shí)體〔E〕和信令網(wǎng)關(guān)〔S-G〕通過(guò)S1-E和S1-U接口建立連接，這樣終端在挪動(dòng)過(guò)程中可以始終與駐留在一樣的E/S-G上，由此減少了接口間的信令交互。EP是LTE的核心網(wǎng)，在EP中網(wǎng)絡(luò)控制平面與用戶(hù)數(shù)據(jù)平面別離，同時(shí)其用戶(hù)平面更趨向與扁平化，可以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的迅速增長(zhǎng)。EP系統(tǒng)采用全I(xiàn)P化的傳輸技術(shù)，挪動(dòng)終端即使在不同的接入技術(shù)之間進(jìn)展切換也能保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。在EP系統(tǒng)中，挪動(dòng)終端一旦接入系統(tǒng)，便會(huì)被分配一個(gè)IP地址以建立默認(rèn)承載，該承載在挪動(dòng)終端接入網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)過(guò)程永久存在，通過(guò)這種方式用戶(hù)在任何時(shí)刻均IP可達(dá)，挪動(dòng)應(yīng)用可以真正實(shí)現(xiàn)永久在線。S-G和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)〔P-G〕是用戶(hù)平面的主要網(wǎng)關(guān)設(shè)備，而信令處理功能那么從3G網(wǎng)絡(luò)中的效勞通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)〔SGSN〕節(jié)點(diǎn)別離出來(lái)，單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)新的功能實(shí)體E，這種控制平面與用戶(hù)平面相別離的構(gòu)造使得E只需要負(fù)責(zé)用戶(hù)及會(huì)話管理的相關(guān)控制，如NAS信令、挪動(dòng)性管理、切換控制、核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)選擇，而S-G那么