智能网络巧御信令风暴---抵御智能手机带来的PS核心网信令风暴及原因分析

爱卫生

  大屏幕、高性能的智能终端以其丰富多彩的应用，吸引了越来越多的用户加入MBB使用者的行列，给运营商带来了丰厚的收益，却也使运营商遭遇了前所未见的信令风暴。

遭遇风暴

智能终端在全球的快速普及，推动了移动互联网时代的真正到来。据Gartner统计，2010年智能终端全球出货量超过2.96亿部，占移动终端总出货量的19%，同比上涨72%。拥有大屏幕、高性能的智能终端以其丰富多彩的应用吸引了越来越多的用户加入MBB使用者的行列，给MBB运营商带来了丰厚收益，但同时也给移动网络带来了新的挑战。

首先，MBB用户数、PDP（Packet Data Protocol）数的增长远超预期。据统计，2010年在华为帮助运营商部署的Top 30 MBB网络中，平均3G在线用户数增长99%，平均3G PDP数增长148%；平均每局点3G信令量增长268.71%，平均每局点3G数据流量增长199.80%。网络中信令和数据流量呈爆炸性增长。

其次，网络资源拥塞、掉话和用户投诉等频繁发生。运营商A从2007年正式推出iPhone以来，截至2009年11月，其网络数据流量增长了50倍，导致网络资源出现严重不足。

由此可见，智能终端对MBB网络的资源容量、网元信令处理能力、数据转发带宽等都造成了极大的影响，运营商面临着网络拥塞、过载的风险以及巨大的扩容压力，需要早做准备应对挑战，确保网络安全稳定运行。

风暴探源

PDP自动激活带来容量压力

绝大多数智能终端开机后自动激活PDP，并保持PDP长期在线，以达到随时随地访问网络、获取实时信息的目的。相反，多数普通终端只有进行数据业务时才会激活PDP，业务结束后一段时间便会去激活PDP。所以说，智能终端的激活附着比、PDP在线时长等话务模型指标远高于普通终端。可以预见，随着智能终端渗透率的提高，网络PDP数将快速增长，MBB网络将面临越来越大的容量压力。

快速休眠产生大量信令需求

大屏幕、长时间连接、多任务等特性都会消耗大量电能，导致终端待机时间缩短。为了提供更长的待机时间，智能终端采用了快速休眠技术。短时间内（通常3－10秒）没有数据传输，智能终端便会自动释放无线连接，从无线资源连接态转换到空闲态，以达到省电的目的。后续如有数据发送，必须再次建立无线连接，发送完毕后又再次释放。周而复始，产生了大量无线连接建立和释放信令。

应用永远在线长期占用资源

随着智能终端的普及，即时通信（IM）、社交网络（SNS）等“永远在线”应用在MBB用户中迅速流行。应用永远在线，不仅长期占用网络资源（无线承载资源、PDP资源和IP资源），更严重的是，这类应用的客户端每隔几秒或几分钟就会向服务器发送“心跳消息”以维持其在线状态。这种行为导致无线连接反复建立和释放，带来大量信令负荷。

信令异常重复造成极大浪费

智能终端及其应用需要永远在线，当发生激活失败（终端配置错误、没有业务签约、话费不足等），或在网络侧设备故障（AAA故障、OCS故障等）的场景下，智能终端将反复尝试激活，引发激活信令（PDP Activation）激增，造成网络拥塞和过载。在运营商T网络中，由于激活失败（黑莓业务未签约）导致的重复激活信令数量达到全网激活信令的98.76%，全网激活成功率低于3%，造成网络信令资源的极大浪费。

病毒连续扫描导致频繁过载

在使用公网地址的MBB网络中，长期在线的智能终端常常受到来自外部网络的扫描攻击。连续的扫描报文到来时，网络设备瞬间下发大量寻呼消息（Paging），引发信令风暴。在运营商T的网络中，寻呼风暴触发的CPU尖峰，导致网络设备信令处理板频繁过载。

综上所述，“快速休眠”和“应用永远在线”使智能终端成为MBB网络信令的主要贡献者。2010年，在华为Top 30 MBB网络中，平均每个3G用户无线连接信令（Service Request/Iu release）增长了157.81%；截至2010年底，无线连接信令在3G用户信令总量中所占的比重已经增至86%。

巧御风暴

面对智能终端带来的挑战，MBB运营商应早做准备，在看清网络的基础上，合理规划网络，持续提升网络设备信令处理能力和数据转发能力；对网络资源、网络部署等进行合理优化，缓解智能终端带来的信令和流量压力；主动防御异常信令风暴，确保网络安全稳定运行；不仅如此，还应不断探索智能终端、应用的特征及其对MBB网络的影响，挖掘新的盈利模式和机会点，开拓新的发展之路。

精细网络管理

网络可视化：智能终端行为各异，影响也各不相同。通过对华为Top 30 MBB网络的智能终端话务模型分析后发现，Android终端产生的信令是iPhone的3倍，是普通终端的22倍。而MBB网络话务模型会随着网络中智能终端比例的不同呈现较大的差异。

华为智能终端可视化解决方案能够帮助运营商看清网络，真正了解网络中的各种智能终端数量、比例和信令分布，及时掌握终端种类、数量及话务模型的变化，在此基础上对网络资源进行准确评估和预测，避免网络拥塞风险，并对网络容量进行合理规划，构建高质量、安全稳定的网络。

管理精细化：随着智能终端渗透率的提高，网络资源的使用情况更加复杂多变，需要更加精细的容量管理解决方案，帮助运营商分析网络动态，及时发现资源瓶颈，确保网络安全。

华为基于智能终端的网络容量管理服务，将智能终端分布、业务分布、智能终端信令模型、流量模型等纳入监控体系，并在此基础上对包括网络容量资源、传输带宽资源、信令处理资源、数据转发资源、IP地址资源等在内的多种网络资源的使用情况进行综合评估，对资源瓶颈能够快速预警，并给出优化建议，真正做到精细化资源容量管理。

设备特质化：面对智能终端的冲击，网络设备应具有大容量、强大处理能力、可持续扩展演进等关键特质，以应对不断增加的信令和流量的压力。

华为基于ATCA平台的SGSN以大容量、高集成度、高吞吐率著称，具有每秒24000次会话处理能力，在智能终端信令冲击下游刃有余；而且，其1200万并发用户，2400万PDP的大容量能够大大缩减网元节点数量，简化网络。目前，该设备已在各大运营商网络中大量部署，效果非常显著。以运营商K为例，整网七百万MBB用户，智能终端渗透率达到100%，仅需部署3套华为SGSN（另提供3套进行100%容灾）。

缓释信令冲击

智能终端给网络带来了大的信令压力，在提升设备自身处理能力的同时，运营商还可从网络部署和配置等多方面着手进行优化，缓解智能终端的信令冲击。

全方位优化：华为基于智能终端的网络部署优化服务从网络定时器优化、IP地址配置优化、网络安全优化、业务配置优化等多方面对网络进行优化，缓解智能终端带来的信令和资源压力。

DT智能化：DT（Direct Tunnel）技术可以帮助运营商节省用户侧的投资，但在DT场景下，无线连接建立和释放都会引起Gn接口的PDP更新流程，导致GGSN信令处理负荷剧增，随着智能终端增多，更容易出现信令过载或拥塞。以运营商E的DT部署过程为例，当DT用户比例为5%时，网络中PDP更新流程上升为DT启用前的7倍；DT用户比例为10%时，网络中PDP

Update流程相应上升为DT启用前的12倍。智能终端活跃的无线连接信令行为将使得DT变成GGSN的噩梦。

华为智能DT解决方案能够对智能终端仅使用传统的Two Tunnel方式，并禁止使用DT功能，这大大减少了GGSN处理的信令量，避免GGSN出现信令拥塞。

防范异常风暴

面对智能终端引起的突发性信令风暴，运营商应该做到主动防御。风暴来袭时，不仅应确保网络设备安全运行，还应主动出击，采用抑制措施，化解信令风暴，真正做到攻防结合。

风暴防御：华为SGSN提供强大的信令风暴抗击能力。在10倍话务量冲击下，系统可提供80%的处理能力；在64倍话务量冲击下，系统仍能提供50%的处理能力，从容面对突发信令风暴，保证设备可靠性和安全性。

风暴抑制：对于终端未签约、网络设备异常等触发的信令风暴，华为智能终端异常信令控制解决方案能够实时监测各终端的信令激活行为，当终端的激活次数超过激活行为阈值时，可根据智能终端类型自动采用相应的方案进行抑制，消除异常重复激活信令。

对于病毒攻击触发的信令风暴，华为提供智能寻呼解决方案。GGSN识别业务类型并通知SGSN，SGSN根据业务类型、不同业务的处理优先级以及设备本身的拥塞情况决定是否下发寻呼消息，并依据实际情况丢弃低优先级的下行包，确保高优先级的业务正常处理，从而避免无效寻呼，大幅降低网络中的信令量，同时保证信令拥塞情况下高优先级业务的可用性和用户体验。

SmartLab持续创新

华为SmartLab是集智能终端行为验证分析、移动应用验证分析、话务模型构建、解决方案孵化为一身的创新性实验室，已经对iOS、Android、Windows Mobile、Blackberry OS四大智能手机平台和其多个版本，IM、VoIP、SNS、Streaming、P2P等八类移动应用进行了验证、挖掘多项工作。同时，SmartLab已与欧洲、拉美等多个运营商开展长期合作，验证智能终端及其热点应用的新特征、新影响，并从中识别风险、发掘新的盈利点。

智能终端的日益流行，已经改变了用户的使用习惯，并提升了运营商的收入，但同时也给运营商网络带来大量的信令冲击。对运营商而言，智能终端既是机遇，又是挑战。当然，由于智能终端本身的特质，其信令冲击是无法完全避免的。华为智能终端解决方案力求帮助运营商减少不必要的信令冲击，保证网络正常运行，同时，借助网络的可视能力，有效、准确地评估规划网络，并进行提前预警，避免被动无效的扩容。