基于GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN的数据业务互切换技术的研究

陈景航，潘广津，赵明伟

（中国移动通信集团广东有限公司中山分公司，中山 528400）

移动互联网业务的快速发展和激烈的市场竞争，在中国移动已投入运营和即将投入运营的4张提供数据业务的移动网GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN中：GSM运营稳定成熟，但速率较低客户感知不好；具有中国自主知识产权的TD-SCDMA网络运营由于还处在不断积累经验与改进中客户感知状况不良好；TD-LTE和WLAN网络还处于快速建设中。

本研究项目针对上述问题，研究分析各种用户行为及各种类型业务QoS和网络资源情况，给出可实施的解决方案：

（1）改善用户使用数据业务的感知度。

（2）提升WLAN、TD-SCDMA、TD-LTE网络资源利用率。

（3）实现业务分流、缓解GSM网络资源紧张状况。

（4）设计多IP通道的网络选择器，对大流量的移动互联网业务进行业务分流。

1 研究内容

开展GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN网络数据的采集、解析；定制用户行为模型，包括用户号码，用户品牌，定制业务套餐，登陆时间，流量，访问地址，终端类型，小区负荷，小区资源（载波，数据业务配置情况),具体实现是通过连接GSM、TD-SCDMA、WLAN和TD-LTE网管系统采集网络资源数据和用户数据业务数据。

通过对网管数据的采集和分析，开展用户行为模型的建模，研发支持TD-LTE终端的自适应网络判决器，支持用户终端可以根据用户终端业务来选择和自动化切换到异构的GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN网络中，并且在终端的判决器中开发用户业务分析模块，用于匹配网络侧的用户行为模型。

在智能手机终端的网络判决器中，集成多IP通道的网络判决器，对大流量的移动互联网业务进行业务分流。

2 系统设计方案

根据用户行为及多模上网终端所处的每个具体地点4个网络各自的资源、负荷容量等状况，结合客户上网的相关数据业务KPI及所需网络资源，给出终端用户上网需选择的最佳的网络信息，在负荷拥塞等较差地方，让多模上网终端如在G网资源较少或负荷较重的情况下将相应终端的数据业务自动切换到相应区域的性能较好的如WLAN移动网络上，以改进用户的服务质量、客户感知及收益。

2.1 系统总体设计框架

多模终端手机侧：多模终端内置“网络判决器功能模块”,基于网络端服务器的对用户行为分析及异构网的分析结果判决选择最佳网络获取数据业务服务。

服务器侧：网络端服务器完成异构网的网络性能分析功能和用户行为分析（网络端服务器采用B/S架构便于应用及维护）。

2.2 系统同步

本优化系统平台，一方面优化服务器和其它4个移动网络的网管服务器之间的通信方式优化服务器每隔一定时间去分别访问4个移动网的网管服务器，若许可的话在 4个移动网的网管服务器内置一个软件模块，完成当有新的网管数据输出就自动将所输出的数据发送给优化平台服务器，另一方面多模上网终端访问优化平台服务器的时间，根据实际情况都可通过Web远程终端随时修改即可。

2.3 用户分析行为服务器的设计

为达到让多模终端能实时地根据网优平台的各个网络资源利用状况的分析结果、资费方式及多模终端所在的无线环境等因素，自动触发选择合适的网络上网，通过主要的工作过程，包括用户类型定义及在各种场景下的各个网络数据业务行为分析、4种网络数据业务的QoS、资费方式及网络资源状况分析设计、相关数据采集和解析；由于所采集的数据来自于一直不间断运行的网管等设备，且多个多模终端每隔一定时间并发通过IP方式自动访问载有“4网融合的业务分析及资源优化平台”服务器，服务器除完成上述来自各个网络实时数据解析分析外，还要将结果自动发送给自动访问该服务器的大量多模终端，因此还需分析实时业务并发处理的软硬件需求，而后开始设计软件总体框架及各个模块，代码实现及调试，包括内置在多模终端内自动触发终端的软件设计及实现，最后在现有的实际网络上集成测试。

其优化平台服务器、多模终端及4网络的网管系统的交互信息如图1所示，优化平台服务器每隔Δt2时间分别自动访问4网络的网管设备，当收到4网网管设备发过来的数据后，运行相应软件模块并刷新原有的分析报告结果，而多模手机终端通过每隔Δt1时间自动访问优化平台服务器，并对所收到的优化平台服务器发回的数据进行比较分析后，若与原来结果不同，进行重选网络上网。

图1 四网协同数据业务分析及资源优化平台系统同步示意图

网络侧优化平台服务器软件：采用3层处理，使用B/S架构,服务端采用Web服务器（Tomcat），开发分为两部分：Web服务部分：该部分是用户接口，负责接受用户浏览器的请求和响应，并展示结果。这一部分采用Java开发，逻辑框架采用struts，数据框架采用Hibernate，为了能够使用户操作服务端文件和程序，加入Web服务功能，采用JAX—WS框架；守护进程部分：该部分是一个后台程序，用于接受下载参数并自动从数据服务器上下载文件。该部分采用C开发，与第一部分的Web服务功能进行socket通信，从而获得下载参数和返回下载结果。

2.4 网络判决器设计

网络判决器在异构环境下选择最佳的网络结果放在服务器上，且随着网管数据变化自动调整其结果（考虑手机的负荷问题，建议每4h下载一次用户模型的制导策略），而多模终端通过网络登录到相应服务器上读取上述网络选择结果如图2所示，而后根据所读取的网络判决选择结果选择合适无线接入网，进而接入到所需的数据业务。

图2 网络判决器设计示意图

2.4.1 底层驱动模块

底层驱动模块的主要功能是获取智能终端的系统和网络资源信息，包括获取SIM卡的信息，GSM/TDSCDMA/TD-LTE/WLAN网络的Cell ID/AP ID，信号强度等，当前用户业务使用情况（业务名称，业务类型等），以及终端手机资源信息（内存情况，CPU运行情况等），通过系统封装函数Sysget（）来获取相关信息。

2.4.2 通信模块

通信模块主要负责从网络侧服务器端获取用户模型策略，经过系统测试，目前下载的频率定为4小时/次。主要通过HttpGet（）来获取用户模型策略，用户模型策略用XML语言封装。同时，本方案也支持与网络侧服务器的闭环操作，由于不能够保证每次切换都是100%准确，网络判决器设置1min为阈值（可在界面调整），当1min内出现重复切换时，网络判决器系统将该次切换认为错误切换，并写成error report，并HttpPush（）回去网络侧服务器中，进行相应策略的修订。

2.4.3 用户个性数据累计统计分析

用户个性数据的累积分析模块的功能是统计用户在手机中使用数据业务的情况，包括相同的SIM卡用户使用数据业务的类型（type），开始时间（start time），结束时间（end time），流量（kB），业务名字（name）等，本地通过mysql来记录用户个性信息，并通过网络判决器分析，得到本地的切换策略。

2.4.4 网络判决模块

网络判决模块的作用是根据通信模块获取回来的网络侧服务器的用户模型策略，并匹配本地的用户个性模型策略，进行算法匹配，选择合适的策略进行判决，具体算法详见下面的数学模型。

2.4.5 网络切换模块

网络切换模块的主要工作是根据网络判决模块输出的连接网络结果策略，网络切换模块主要是通过Ophone提供的API函数进行底层网络模块的开启和关闭，并实现网络模块的相互切换功能。

3 用户行为及客户感知分析

3.1 用户使用数据业务的自身行为统计分析

为满足上述项目内容实现，需对实时数据的交互和大量数据处理和并发访问数据处理，用户数据模型需满足实时性和准确性，防止乒乓互切换和影响用户感知，本项目研究开发的难点主要是：

用户自身使用数据业务的行为包括在时间上、地域上及其所使用的业务占用信道资源的大小，影响着网络资源的占用以及客户使用数据业务的感知。

下面是通过网管数据中对imsi为460000910908749的用户在2011年5月 30至2011年6月5日的期间通过GPRS/EDGE网络使用数据业务的状况：由图3可知该用户使用数据业务主要在三溪2小区覆盖范围内，且使用数据业务的时间主要集中在上午的9:00左右、11:00左右和下午的16:00左右，此外该图还表明该用户在工作日期间也曾在无委3小区、无委DB小区的通过GPRS网络使用了数据业务，但使用数据业务的时间是在中午及晚上非上班时间，另外网管记录表明在18:00左右该用户手机发生了“三溪——无委”间的切换导致在该时间范围内两个小区都有该手机使用数据业务的记录，“三溪——无委”之间距离456m，由于手机的移动相邻小区发生了切换。此可以看出该用户使用数据业务主要集中在上班时间在其办公场所使用数据业务，而非上班时间该用户在晚上无委站点覆盖的范围内偶尔使用数据业务这样的用户行为统计规律。

由统计分析可知一般用户使用数据业务的行为在时间上、地域上具有一定的统计规律，根据这种先验数据的使用数据业务的用户行为统计规律，后面将建立相应的用户行为数学模型，结合多网的网络端资源状况，在不同时段不同地域科学合理地建议用户优选最佳网络使用数据业务以便达到既改善用户使用数据业务的感知度。

3.2 网络资源状况对用户行为影响的统计分析

网络性能是影响用户使用数据业务时的感知重要因素，网络性能较差导致将导致用户对数据业务使用的感知下降，图4是根据实际网管数据对同一区域、同一个时间期间的GPRS/EDGE和TD-SCDMA网络的性能分析及其对数据业务用户使用数据业务的影响。

由此可知，在同一时间范围内上述的教委小区的GPRS/EDGE的PDCH平均占用很高，而且其PDCH的清空率也很高，由于GPRS/EDGE其数据业务资源的紧缺导致在该时间该区域通过GPRS/EDGE获取数据业务的用户感知度很差。

综上所述，用户使用数据业务的感知度受到主观用户行为和客观网络资源状况的影响，但大量的概率统计表明无论用户自身还是网络端的资源使用状况存在一定的规律，下面将结合具体网管报表的数据格式建立相应的数学模型以便后续的实现。

4 结论

图3 imsi为460000910908749的用户使用数据业务的行为统计分析示意图

图4 同区域同时间内G网和TD-SCDMA网教委小区数据业务资源利用分析示意图

由于网络判决器软件实现了数据业务流量的分流，把GSM网络的流量分流到TD-SCDMA或者WLAN网络中，使得GSM网络资源有所缓解，能够提高GSM网络利用率，进一步改善话音业务，使得用户感知提高。

（1）拿移动大楼和第二办公区为验证依据，该区域内有GSM共有10个小区84个载波，TD共有6个小区，WLAN共有65个AP：GSM 网络流量1月份是200GB，1月份TD网络流量170GB， 1月份WLAN网络流量 1000GB，不使用网络判决器，9月份GSM的流量高达300GB，而TD-SCDMA流量 和WLAN流量均保持在170GB和1000GB左右。

（2）经过模拟统计后，使用网络判决器后，9月份GSM网络的流量下降为 220GB，其中80GB分流到TD-SCDMA网络和WLAN网络，则9月份TDSCDMA网络上升为200GB，WLAN网络上升为1050GB。

（3）由此可见，2012年1～9月，采用网络判决器后节省流量80GB，分流到其他网络中，则平均每月可以节省约10GB流量，中山现网每个载波平均每月可以承担的数据业务为4.2GB，移动大楼区域约有100个载波，可以节省2个载波，按照这个比列推广到全市（全市载波数为34555），则可节省700个载波，节省费用约为700万元。