漫谈移动数据业务计费

宋齐军，梅 斌 ，杜志涛（.中讯邮电咨询设计院有限公司，北京00048；.中国联合网络通信集团有限公司，北京0040）

0 前言

移动数据业务指在数字蜂窝电话、智能手机或其他移动终端上通过移动通信网络传送的分组数据承载业务，实现办公、娱乐、互联网访问等信息服务的无线接入。中国的移动数据业务发展经历了3个主要的阶段：2002年5月17日，中国移动正式开通GPRS业务；2003年3月28日，中国联通宣布CDMA1X建成并投入商用；2009年5月17日电信日三大运营商以高速数据服务为特征的3G移动网络正式商用。目前形成的是以中国移动TD-SCDMA网络、中国联通WCDMA网络和中国电信CDMA2000网络三分天下的移动数据业务市场格局。

移动数据业务使人们摆脱了线缆的束缚，可以在全球移动通信网络覆盖的地方享受自由的数据接入服务，极大地便利了人们对信息的获取和共享。但在同时，由于移动数据业务的计费模式、计量方式以及用户感知都不同于传统语音和短信业务的按时长或按条计算，费用支出震荡幅度很大，也越来越多地引起用户的争议和投诉，一定程度上影响了用户在移动数据业务使用上的积极性，给用户和运营商带来了很大的困扰。

本文通过对移动数据业务计费流程、流量统计原理、计费模式、用户与运营商之间的博弈等几个方面进行分析，希望能对用户在移动数据业务方面的使用和运营商对移动数据业务服务的资费策略制定起到借鉴作用。

1 移动数据业务计费流程

由于采用分组交换技术，移动数据业务与传统的基于电路交换的数据业务相比，为用户带来2个显著的特征：一是永远在线，只要开通了移动数据业务，用户移动终端开机注册后即可自动附着到分组网络，用户无需为每次数据的访问手动建立呼叫连接，终端会根据用户数据传输的需求，自动和运营商的网络设备建立1个或多个PDP会话，维持一定时间，并在长期空闲时自动释放；二是由于PDP会话不是用户可控制的，因此会话时间对用户而言也不存在实际意义，因此用户无需关心连接到网络的时长，只需为终端实际传送的数据量付费。

WCDMA网络的移动数据业务的使用和计费过程如图1所示。用户使用业务时首先在移动终端和SGSN侧完成无线侧的交互流程，通过GGSN完成用户数据到WAP应用平台或互联网的接入。在这个流程中，对用户计费起着重要作用的是GGSN设备（有些运营商采用的是其他功能类似的设备），GGSN设备提供的用户流量话单是移动数据业务计费的唯一依据。GGSN会根据用户每个PDP会话中接收或发送的数据报文大小进行统计，生成流量话单。

图1 移动数据业务计费流程示意

业务支撑系统从GGSN设备采集原始话单进行预处理后，进行计费批价，根据批价和账务累计结果与用户套餐进行对比，当套餐资源耗尽时或者在每周一通过在信网关向用户发送流量使用情况提醒短信。根据短信免打扰用户的原则，非实时提醒短信每日8：00前通常是不会发给用户的。

2 数据业务流量统计原理

数据业务流量计费中的流量是基于对用户使用网络时所发生的上下行数据报文的统计累加之和。

实现统计累加功能的关键就在于分离出每个用户的上下行报文，目前在网络上使用的是TCP/IP协议，常见的报文分为TCP报文和UDP报文，图2是TCP报文的结构示意。网元设备能够识别出每个用户的报文就是因为这些报文中的固定位置包含了上网过程中运营商分配给用户的IP地址。网元设备通过检查每个上行报文中的源IP地址和下行报文中的目的IP地址就可以分离出每个用户的数据报文，然后把报文大小累加到用户的上行和下行计量器上。当用户的网络连接结束后，网元在输出的话单中记录本次网络连接的开始时间和结束时间以及上下行计量器的累加值作为主要的计费信息。

图2 TCP报文结构示意

下面以3个用户在某个时间内的数据报文来介绍流量统计的过程，此时网元内部管理的用户的手机号码、IP地址和计量器的关系见表1。网元设备检查下行报文，目的IP地址是10.10.1.2的报文大小都累加到C1，目的IP地址是10.10.1.3的报文大小都累加到C3，目的IP地址是10.10.1.4的报文大小都累加到C5。同理对上行报文根据来源IP地址分别把报文大小累加到C2、C4和C6。

表1 用户手机号码、IP地址和计量器列表

图3是上述3个用户在某个时间段内的数据报文示意，可以看到上行报文和下行报文是多个用户混杂的，而且到同一个用户到同一个服务器的报文也不是连续的。这正是报文交换的本质特征，虽然在应用层面看到的是一个个独立的连续数据流，实际在网络中都是分散的报文。对网络设备而言，记录的某个用户通信中的开始和结束时间只是一个时间段内检测到的首个报文和最后一个报文的时间点，至于这期间传递了很多报文抑或一个报文都没有，结果是相同的。图3中的统计只考虑统计到每个用户的流量，在实际使用中，运营商会对用户终端和指定服务器之间的特定数据流量采用特殊的费率，则还需要根据上行报文的目标IP地址和下行报文的来源IP地址以及端口信息进一步细分后分类统计。此时每个类别都需要增加2个独立的计量器，采用动态申请计量器的方式，哪怕最终发现只是发生一个报文，也需要从申请之时一直保持到整个通信周期结束。

图3 数据报文流量统计原理示意

现有的网元设备GGSN对数据报文一般会根据用户接入网络使用的接入点名称（APN）的不同，采取3条通道处理：采用访问互联网APN接入的数据走一条通道，采用访问运营商内部业务平台APN接入的走一条通道，采用企业专用APN接入的走企业数据业务专用通道。在前2条通道上根据3GPP计费要求，都支持对用户对端服务IP地址级别的流量识别，可以设置有限的几类流量（也称为费率组），并配置符合每类流量的对端服务器IP地址特征进行分类别的流量统计。由于互联网IP地址的不可预测性，运营商很少在采用访问互联网APN接入的数据通道上开放分类别统计功能，通常只在采用访问运营商内部业务平台APN接入的数据通道上对特定的一些服务器地址开放流量分类统计功能。

要对网络数据报文进行超越IP地址级别的分析是极其消耗设备资源的，因为IP地址级别以上的分析就需要针对应用层协议来识别流量类别。常见的HTTP，需要通过分析报文数据体中的URL来识别数据流量的类别。在HTTP应用协议中，组成URL的域名在报文数据体中出现的位置和长度都不是确定的，识别域名的难度相当于在一页作文稿纸中从头开始逐行寻找，直到找到以“@时间：”开头，紧接着为“×年×月×日@”的一段内容为止。由于互联网URL的不确定性，现网中运营商一般只是在访问内部业务平台数据通道上对用户数据报文按照可控的URL地址匹配规则进行流量分类统计。

3 数据业务使用背后的故事

用户传统的电路通信习惯影响了对移动数据业务的认知，经常希望运营商提供自己上网的详细记录，比如要求运营商提供访问新浪网站或查看某个网页的清单等。运营商难以满足用户这些需求的原因是数据业务和传统电路通信在通信对象以及使用记录的统计上有很大差异。传统电路业务的一次通信过程是发生在用户和另外一个（或有限的几个）固定对象之间连续的交互行为，而数据业务的使用过程是用户和多个不特定对象的非连续的数据传输行为。

下面以访问常用的谷歌搜索和新浪门户2个网站为例来看一组数据。由于谷歌默认网页内容非常简单，不具有代表性，本文访问的是定制了谷歌天气、中国农历、谷歌资讯和谷歌热搜栏目的个性化网页。为提高统计数据的准确性，启动网页浏览器后首先清除所有缓存文件，然后打开IP协议报文监控软件开始监控网络中发生的报文。

输入http://www.google.com.hk/ig?hl=zh-CN访问定制的谷歌网站，在首次访问时，共发生8次DNS查询，52次GET请求，产生606个报文，统计的数据上下行流量为381 KB。在一些内容被缓存后，第二次访问该网址，共发生4次DNS查询，8次GET请求，产生154个报文，统计的数据流量大小为105 KB。

输入http://www.sina.com.cn/访问新浪网站，在首次访问时共产生51次DNS查询，144次GET请求，产生2 453个报文，统计的数据上下行流量为1 402 KB，约1.4 MB。同样在一些内容被缓存后，第二次访问新浪网站时，共产生39个GET请求，产生804个报文，统计的数据上下行流量为465 KB。

每次DNS查询和GET请求都是一次TCP逻辑通信过程，每次DNS请求就说明GET请求需要获得一个新的主机地址。这就说明一般情况下用户访问定制谷歌网站首页需要和8个IP地址进行通信，访问新浪网站首页需要和51个IP地址进行通信，这还不包括DNS查询对应的多个DNS服务器的地址。

如果要分离出用户访问的不同服务器地址的流量，根据前文所述的流量统计原理，则需要同时为用户一次网络连接过程（此处不是指TCP逻辑连接，而是类似用户上宽带时先选择连接网络，下线时选择断开网络这样一个过程）中涉及的每个服务器地址都增加2个计量器，这个数量是巨大的，也是网元设备所不能承受的。为降低计量器的数量，唯一的可能是在每次TCP逻辑连接结束后马上输出一条话单，这样用户在一次访问新浪首页的很简单操作中，会产生约150次的TCP逻辑连接，将产生150条左右的话单。

这里大家会有个疑问，用户不就只是访问了一个新浪首页，也就一个地址呀，怎么可能有那么多地址和记录呢?这是HTML的超级链接造成的。用户访问新浪首页时，虽然只是在WWW浏览器的地址栏输入一个地址，实际上浏览器首先只是获得了一个框架性质的HTML文件，在这个文件中还会包含许多图片链接，流媒体链接和许多版块链接，以及许多脚本文件的链接。浏览器在后台会自动发起这些链接的独立数据请求，最后把获得的数据整合后展现给用户。对于一个大型网站，背后有成百上千台服务器，不同的内容存放在不同的服务器上，而且还可能会引用其他网站的链接，因此真实的数据报文就会包含很多对端服务器地址，这一切都是用户所不了解的。从这个角度来看，即使通过努力能够把用户访问每个网络IP地址的数据流量单独统计出来，用户也会觉得奇怪：为什么只输入一个URL请求，却得到这么一大堆的内容，这怎么会是我的流量呢?

这里还要澄清一个URL地址和网络IP地址的区别。用户一般透过互联网访问的都是公网IP地址，目前主要是 IPv4版本，典型的表现形式如 202.1××.×××.×××；而URL则包括域名和内容标记，其中域名是每个企业或团体向国际域名组织申请注册的，内容标记则是由网站设计人员自行定义的，域名部分用服务器真实IP地址替换也是可行的，典型的表现形式如http://news.qq.com/a/20110629/000033.htm。域名解析是单向的，可以根据域名查地址，反之则不行，因此在流量计量过程中运营商仅依据上述数据报文中对端地址把流量归类到各个网站是不可能的。

如果要进一步统计出用户期望的访问了哪个网页使用了多少流量，则必须对网络数据报文进行超越IP地址级别的应用层报文分析，并对每个HTTP请求输出一个话单，此处的HTTP请求是指网络服务器最终定位的静态和动态资源（包括每个小按钮图片），而不是用户意义上的一个网页。

除了上互联网浏览外，在一次简单使用过程中很容易涉及很多对端主机地址的还有P2P下载应用。当用户把计算机和iPhone等3G手机相连，计算机通过手机上网时，如果使用迅雷等软件下载文件，在下载源充足时，和用户通信的IP地址则可能是遍布全球的很多个计算机地址，每分钟从这些主机获得的下行数据流量可以超过15 MB。当迅雷等程序一直在运行时（实际上大多数计算机的迅雷软件也正是处于默认开机运行状态），即使用户并不认为自己在下载文件，后台自动上传到许多主机的上行流量也可以高达2 MB/min（因为迅雷等软件采用的是P2P下载技术，用户在从多个源下载文件的同时，自身也在成为其他用户的数据源）。因此迅雷等软件使用的流量更是无法分类统计出是到底是访问哪个文件使用的流量。

4 计费模式的抉择

从计费实现的角度看，按时间计费和按流量计费都是可行的，甚至按时长计费实现起来更简单一些。但从业务角度来看，却关系到运营商的定价策略、成本核算和用户认可程度。由于移动数据业务采用的是分组交换技术，不需要为用户保留独占的数据通道，为了降低用户使用移动数据业务的资费，因此采用按流量计费成为运营商发展业务之初的首选。CDMA1X无线上网卡是运营商最早推出按时长计费的移动数据业务产品，这是因为无线上网卡的数据传输会话建立和终止是由用户控制的，从用户行为上提供了业务使用时间的可度量性。在早期技术条件下，理论速率为153.6 kbit/s，实际传输速率为20～120 kbit/s时，相对容易制定合理的按时长计费资费标准。

移动数据业务发展到今天，按时长计费则成为运营商面临的难题。一方面现网实际速率从几十kbit/s到21 Mbit/s不等，最高速率和最低速率存在近千倍的差异，而且即使采用QoS机制，用户的接入速率也是运营商无法保障的；另外一方面手机一般处于待机状态下，移动终端的数据业务通常是随时在线的，在上网时长的统计上也难以在运营商和用户之间取得统一认识。在缺乏技术手段控制用户终端长期处在一个相对稳定的速率情况下，移动网络所能提供的带宽极度不均匀，也使得运营商难以制定各方都可接受的单位时长资费标准。例如同样1 GB流量在峰值速率21.6 Mbit/s情况下仅6.5 min即可耗尽，而在网络条件差时，按照速率50 kbit/s计算，则需要约45 h左右才能用完。两者之差高达400倍，即使按照一般3G手机上网的峰值速率3.6 Mbit/s计算，两者之差仍高达66倍。

对用户而言，则处于期望按时长收费和按流量收费的摇摆之间。对于QQ聊天等应用，由于在线时间很长，流量非常小，用户则希望按流量计费；对于网络视频、高速下载等应用则希望按时间收费。此外更多的用户还希望能像有线接入那样能够提供包月不限时长和流量的计费模式。

从运营商角度来看，无线数据业务提供包月计费的阻力还很大。对于有线上网而言，用户端接入的线路是独享的，用户是否使用，对运营商的成本都是固定的；而对于无线上网而言，每个蜂窝扇区可供使用的无线信道是有限的，是供基站范围内多个用户抢占的，多个用户之间使用是非我即彼的关系。如果发展包月用户，对网络的影响也是不同的。对固定宽带用户而言，如果大量包月用户同时接入互联网，虽然最终速率可能下降，但每个用户仍然是可以访问网络的。对无线移动上网用户而言，如果大量包月用户使用，在无线信道仅能满足少数用户接入的情况下，会发生用户间的信道争用，最终导致大部分用户根本无法接入网络。

5 其他需要引起关注的问题

移动数据业务已经逐渐成为访问互联网的重要手段，移动智能终端在改变着人们的生活习惯。用户和运营商的博弈最终目的是为了达到一个双赢的局面：用户不需要复杂的计费模式，当移动数据通信成为日常必需品之后，可以接受的是每月相对固定的合理支出；运营商的期望是在网络利用率未达到满负荷的情况下，尽量提高用户的ARPU值，为企业带来运营收益。

因此在相对公平的原则下，保证用户的消费额度在可控范围内，是数据业务计费的发展方向。建议运营商通过改造支撑系统，给用户更多的自由选择，并为用户提供适当的使用辅导及流量提醒。比如，可以考虑让用户自行设置其每月流量的上限，达到上限时自动断网。这样既使用户拥有主动性，又可避免用户不知情超量使用数据业务导致的投诉发生。