破解信令风暴难题 重在提升网络覆盖与强化流量经营

对话嘉宾：

大唐移动

华为公司

中兴通讯核心网产品首席架构师 王卫斌

爱立信中国及东北亚区高级产品经理 李济

网络威胁不止在日本

《通信世界周刊》：

日本运营商NTT docomo出现的通信网络大规模瘫痪事件已经引发全球电信业的关注，请问中国的通信网络是否也面临类似挑战？现阶段情况如何？

大唐移动：

目前，国内3G用户密度低，LTE尚未规模商用，大规模数据量冲击尚未到来。不过在热点区域和忙时同样面临数据流量增长带来的严峻挑战，3G网络分流低，WLAN网络尚未普及，GSM网络负荷过重，LTE即将商用，四网协同发展已经是当前面临的主要问题。与此同时，IM、QQ农场等应用受到了3G用户的普遍青睐，然而对运营商来说这却是噩梦的开始，这些应用已经给现有网络带来了强烈冲击，国内运营商已经在四川、北京等多省市开展PCRF部署工作，以限制QQ等低价值应用对空口资源的占用。

华为公司：

其实，不只是日本运营商，目前信令风暴在世界各地的运营商网络中都有出现，尤其是在移动宽带较发达的地区。当然国内运营商也同样面临类似的挑战，据华为了解，在中国的部分大城市已经出现了设备信令压力增加的情况。国内运营商也已经意识到该问题，并正在积极想办法应对新的挑战。

王卫斌：

随着国内3G网络的大规模部署以及智能终端的快速普及，中国无线通信网络肯定也面临信令风暴的挑战。比如很多智能终端用户在手机上安装聊天软件，这类软件就会大量消耗无线网的信令带宽，对国内的通信网络造成影响。

李济：

由于智能手机的多种应用导致信令负荷偏高，在中国RNC和核心网相应结点同样也出现了不同程度的信令面偏高问题。不过，通过运营商与厂家的紧密合作，及时评估网络信令面负荷，对可能出现的信令问题进行预测，及时扩容相应结点，同时采用一些网络软件功能和优化手段，问题才能得到及时解决，才没有网络瘫痪的危险。

"长期在线心跳"推波助澜

《通信世界周刊》：

关于信令风暴的成因，究竟是智能手机的新兴应用在作怪，还是运营商对无线网络的运维工作还不完善？

大唐移动：

移动通信已经进入智能终端与移动宽带时代，大量智能应用程序赢得用户喜爱。然而QQ等永远在线类应用程序的频繁小包行为大量消耗了无线网络资源，导致CCCH拥塞、PDCH资源利用率降低，网络信令负荷提高，由此运营商自有业务用户体验降低。NTT docomo在通信网络瘫痪后，立即要求谷歌对Android做出改进。中国移动也要求对QQ协议进行改进。

全球来看，数据业务发展已经超越话音业务，如何提升用户体验，做好流量经营已经成为运营商面临的迫切问题。运营商需要改变粗放式的流量经营策略，提高运营和协同能力，建设智能管道和智能业务，迈向"精细化运营"阶段。运营商需要优化网络参数、提高网络KPI，做好2G/3G分流和网络间负荷平衡，完善策略控制机制对用户进行区分、对时间进行区分、对区域进行区分、对数据业务进行区分、对流量进行实施监控，根据网络状况随时进行策略调整，提高网络资源利用率。

华为公司：

这个问题应该从两个方面来看:

1.智能终端引发的用户行为变化

随着QQ、微信、微博等大量应用在智能终端上的普及，由于业务本身的特点，用户由过去每小时使用一两次业务变成了每小时可以发起十几次或几十次的连接，尤其是在车站运动场商场办公区等地，这些业务的使用频率更要远远高于其它地方。用户每一次使用业务几乎都会产生新的信令。由此可见信令风暴的形成是智能手机在"推波助澜"。另外，智能终端操作系统本身的特性，如快速休眠行为、长期在线心跳行为等带来了更频繁的信令交互，也进一步加重了网络的信令负荷。

2. 智能终端增长迅速，运营商准备不足

在信令风暴出现之前，运营商在进行网络规划时还都是按照传统的话务模型(每小时一两次呼叫)进行设计，而当智能终端和业务突然蓬勃发展后，这样的网络是无法应对大量的信息冲击的，所以必然导致信令风暴问题。在信令风暴全球爆发前, 华为公司已经预测到这个问题，并且及时和全球的运营商一同研讨应对策略，并已经研究出了一些信令风暴解决方案，用以保障网络的KPI和用户体验。

王卫斌：

信令风暴主要是由于近两年来智能手机的数量迅速增加，智能手机上可以安装很多社交类、游戏类等应用软件，这类软件的特点是需要经常与网络上的系统进行交互，而这些交互多为非连续的，而且是自动进行的，虽然产生的流量不大，但会在短时间内频繁地、断断续续地传送数据。

而现有的无线通信网络在设计的时候虽然允许这样的软件行为，但并未考虑到这种行为会大量爆发，因为这种行为会引发终端与网络之间更多的信令流量，根据统计，智能终端上的这类软件所引发的无线信令流量是非智能终端的10倍以上，所以现有无线通信网络在技术上还无法适应大量智能终端应用所带来的对无线信令处理能力的需求。

李济：

信令风暴主要是由于智能手机用户大量使用各种应用，同时智能手机用户使用手机的时间远远长过传统手机，数据流量也大于传统手机。并非运营商对无线网络运维工作不完善。

智能手机由于用户使用时间长、屏幕大，所以耗电量也比较大，手机厂家为了节电使用了快速休眠功能，即一段时间没有数据传输，手机会不经网络侧准许而释放连接，进入空闲态，这进一步增加了智能手机产生的信令。

信令过载导致网络瞬变崩溃

《通信世界周刊》：

"信令风暴"对于运营商的通信网络危害力究竟有多大，其将引发哪些未来或潜在的技术问题和网络风险？

大唐移动：

智能手机很多应用程序是"永远在线"类，频繁保活检测、连接与断开网络会大幅增加网络信令流量，浪费网络资源。而且一旦设备无法处理大量并发的信令流量，将会使得网络陷于瘫痪。这些业务会影响运营商自有数据业务和语音呼叫的用户体验、降低整个网络质量，导致ARPU下降。

华为公司：

如果网络的信令处理流程得不到及时正确的优化信令处理容量得不到及时扩容，那信令风暴会使网终端到端(基站->控制器->核心网)的信令处理资源的负载大幅度攀升，甚至可能会使系统因信令过载而崩溃。

王卫斌：

信令风暴影响的主要是终端与网络之间的空中接口上的信令处理能力，终端与网络之间所有通信流量都要通过空中接口的信令信道中所传递的控制消息来调度，一旦信令信道发生拥塞，就会导致空口资源的调度失控，这时即使空口资源是空闲的，终端也无法使用。这种情况很容易引发雪崩效应，当终端申请不到空口资源，或者链接不上网络，就会不断重试，导致信令信道更加拥塞，直到瘫痪。

终端、无线、核心网协同优化

《通信世界周刊》：

业界高度关注"信令风暴"的解决之策，您认为根除"信令风暴"问题的关键点都有哪些，其需要运营商、设备商等在哪些领域做出努力和完善？

大唐移动：

引发信令风暴的主要矛盾是有限的无线网络资源和应用程序的大量信令交互。因此需要运营商和设备商共同努力解决问题。首先，需要增加网络建设和覆盖、优化无线参数、提高网络资源利用率，做好2G/3G分流和四网协同发展，让低价值业务就地疏导，提供移动宽带网络。其次，运营商提高流量精细化经营能力，完善各级网络监控，建设智能管道，形成科学有效的流量监控体系。

做到感知用户级别、感知区域、感知时间范围、感知接入类型、感知业务种类、感知终端类型，根据话务模型和网络状况灵活制定策略。尽快完善PCC系统建设，达到运营策略可控制，端到端的用户感知可监控。此外，需要规范智能应用程序开发，对上线应用进行充分测试，减少对网络资源浪费。

华为公司：

信令风暴问题需要端到端的解决方案：

1.手机操作系统需要避免频繁且不可控的快速休眠；应用软件需考虑降低在线心跳的频率。

2.网络设备应考虑避免不必要的信令交互发生，结合业务特点和用户行为，在现有3GPP的协议基础上优化和完善信令处理流程，使网络对业务的处理达到最优；在网络拥塞时确保高价值业务得到优先处理。

3.网络设备需要提高冗余度，同时完善系统过载保护机制，避免网络在面对突发业务高峰时因过载而导致全局瘫痪。

4.还需要考虑扩容网络设备的业务和信令处理能力及优化调整网络设备参数，以保证运营商可为其最终用户提供最优质的MBB业务。

5.运营商和设备商应共同对网络运行状态进行评估和容量预测，及时掌据网络发展趋势并调整建网和运维策略。

王卫斌：

根除信令风暴的关键点应该是完善无线通信网络的处理机制，适应这类软件的特点。但由于通信机制的改进需要很长的时间才能标准化，况且运营商已经部署了大量的网络，不可能快速根治信令风暴，所以现有技术都是针对终端、无线、核心网等设备做一些优化，以减轻信令风暴对网络的影响。而且由于还没有标准化，所以各厂家的技术方式也不完全相同。

李济：

解决可以通过多个层面，智能手机生态系统的各方需要协作解决信令风暴问题。比如手机厂家、手机平台厂家、应用提供商、运营商、通信设备提供商。

比如应用提供商需要和运营商协作，考虑到应用对网络可能产生的信令影响，合理设置产生信令的频率周期，避免产生不必要的过多的信令。设备提供商需要提供信令面容量更大，性能稳定的产品。同时开发相应软件功能降低信令负荷。运营商需要及时对网络信令负荷进行评估，预测，及时进行网络节点的扩容。

方案推荐：

大唐移动：

通过在核心网侧部署DPI模块，进行业务类型识别和标记，通过IP协议头的DSCP字段传输业务类型，支持255种业务识别。在接入网侧，RNC解析每包IP数据包头中DSCP参数，从而得到每包PS数据的业务类型，基于用户优先级、业务种类、位置区域、时间段动态生成综合优先级SPI，RNC完成了动态调整HSDPA用户的调度优先级，以及资源紧张时的调度策略（如降低速率或释放低优先级用户等）。基站基于SPI进行优先级调度，完成不同SPI级别数据的发送比例，对下行数据的控制更加灵活。

同时，基站可完成以业务种类为单位的业务统计，可以统计出某个小区的某个时段上，哪些业务在传递，传递了多少数据，此功能为基站或小区的重要性评估提供了一个新的维度。业务种类对应的DSCP值优先级可灵活配置，综合调度优先级的生成算法也可进行调整。通过针对特殊业务种类进行识别和优先级调整，从而监测控制了QQ业务等低价值业务资源占用，提升了高价值业务用户感知。该方案核心网侧可增加DPI设备，现有核心网网元不需做任何改动，只需要调整RNC综合优先级生成算法，基站侧稍作改动。此外，大唐基于自有EPC，开展PCC相关测试，形成标准的PCC解决方案。

华为公司：

华为早在2009年，就开始进行智能手机信令风暴问题的专门研究，成立了世界第一个Smartphone研究实验室，揭示了智能手机和新业务应用带来超高信令负荷的成因；并孵化出多个创新解决方案，例如：智能终端快速休眠增强、一体化流控、智能直接隧道方案、智能精准寻呼方案、异常信令抑制方案等。另外，华为还推出了更强大的硬件平台，例如最新版本的基站控制器，其整机信令处理能力提升10倍。

华为的信令风暴解决方案已经在全球多个运营商网络部署和商用。例如：华为在秘鲁某运营商部署了针对3G网络的智能直接隧道（Smart Direct Tunnel）方案，减少信令负荷80％；在加拿大某运营商进行网络优化调整，降低负荷30％；PCCW mobile采用华为3GPP-R8智能手机信令处理优化解决方案，有效降低网络信号流量超过25%。

中兴通讯：

中兴通讯针对信令风暴提出了包括无线、核心网在内的完整解决方案，比如对空口资源的状态采用快速休眠优化方案，以降低空口信令流量；提升RNC的处理能力；在多个RNC之间共享处理能力；通过深度报文检测（DPI）技术识别出这类软件，对这类软件关闭DirectTunnel，减少RNC与GGSN之间的信令流量；采用专用工具对无线与核心网侧的信令风暴进行监控和分析等等。

爱立信：

爱立信目前在"信令风暴"的问题上已经具备了成型的技术方案，主要有以下一些手段：

1.提供信令面大容量的设备节点。

2.及时进行网络信令面评估并及时扩容。

3.采用软件功能降低网络负荷。比如前面提到的智能手机的"快速休眠"问题，会产生很多信令开销。爱立信通过采用"网络控制的快速休眠"功能，将快速休眠的控制权交还网络，可以大大降低网络节点的信令负荷。

4.网络优化。通过合理调整网络中一些参数，可以一定程度地降低网络负荷。

作者：张鹏 来源：通信世界周刊

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