研究与开发 Research & Development
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引言
当前，随着国内3G网络的大规模部署以及智能移
动终端的快速普及，移动通信已经进入智能终端与移动
宽带时代。全球来看，数据业务发展已经超越话音业
务。移动互联网业务发展迅猛，由此产生的大数据流量
和超额信令冲击给移动网络带来巨大挑战。3G移动网
络的设计初衷是为了满足大数据流量、轻信令流量的业
务需要，例如视频业务、无线上网卡业务，然而即时通
信、社交等永远在线类应用为了维持长连接，频繁向网
络发送心跳消息，占用了大量信令资源，导致移动网络
资源无法得到有效利用。如何抵御信令风暴，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。
1 智能移动终端发展概述
得利于硬件和操作系统的频繁升级换代，智能移动
终端迅速赢得大量用户，引爆了3G移动互联网市场的
需求，移动网络流量和移动应用数量增长迅猛。
智能手机出货量激增
在过去几年里，iPhone的推出培养了一大批智能
手机用户，而成本较低的Android设备则推动了智能终
端的迅猛发展。据Ovum预测，在2017年，全球智能手
机的销售量将达到17亿台。同时，国内智能手机的出货
量及市场份额也在迅猛增长。千元智能机的推出大大加
速了智能终端在我国的普及。2012年，我国智能手机
出货量为亿部，同比增长%，占手机总出货
量的%[1]。以上数据显示，未来我国的智能终端用
户数呈现出强劲的增长趋势。
3G市场发展迅速
智能手机的普及和移动应用的使用为移动网络带
来持续高速增长的数据流量，推动了3G网络的发展。
近两年，中国3G市场发展快速，目前已步入规模增长
期。2012年1月，我国3G用户净增万户(其中中国
联通以305万户领跑)，3G用户总数达到亿。2012
年5月，我国3G用户数突破亿，其中，中国联通3G
用户总数为5 450万。截至2012年12月，我国3G用户
数达到亿，其中，中国联通3G用户数为7 646万。
移动应用数量和下载量激增
从近几年的发展来看，我国用户对新兴数据业务的
接受程度整体较高，丰富多彩的即时通信类、社交类、
视频类应用，使用户能够更加及时、便捷地沟通和获取
信息。随着智能手机使用量的大幅增长，移动应用的数
量和下载量成倍激增。
App Store应用下载数的增长一直领先，在其推出
后的前9个月里达到了10亿次的下载量；截至2013年5
月，下载次数已经超过500亿次。
智能移动终端对移动网络流量影响研究
周晓龙 邸青玥 吕文琪
中国联通研究院 北京 100032
摘 要 深入分析了智能移动终端对移动网络信令流量和数据流量的影响，并从移动网络、应用开发以及操作系统
平台三个层面提出移动网络流量控制方案，为今后改善和规范智能移动终端操作系统、应用开发与测试等提供借鉴
和参考。
关键词 智能终端；信令风暴；网络流量控制
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Android Market应用下载数也在飞速增长，在推出的
20个月里，下载量首次达到10亿次；截至2013年5月，
下载次数已经达到480亿，并且增幅还在不断提升。
2 网络流量变化分析
移动智能手机的繁荣发展带来了用户对数据带宽的
大量需求，也引发了一系列问题。
网络流量变化情况
2012年，中国联通移动数据业务快速增长，全年
移动数据流量同比增长92%。其中，3G手机数据流量
达到亿MB，同比增长185%，3G智能手机用户每
月户均数据流量达到256MB。GSM服务收入同比下降
%，收入下降主要源于语音、短信等传统业务的下
滑。由于无线网络资源和固定网络相比，存在较为明显
的带宽资源瓶颈，因此，移动数据流量的激增给移动网
络带来了前所未有的压力，运营商对于网络流量控制的
需求已是迫在眉睫。
影响网络流量的因素
智能手机的使用模式、智能手机操作系统和应用程
序，都是影响网络流量的重要因素。归结起来，智能移
动终端对网络的影响具体表现为以下几个方面。
智能手机使用模式
如今，智能手机已经成为人们生活中不可缺少的工
具。智能手机为用户提供了快速访问互联网的能力，触
控、语音等新型人机交互方式为用户带来更便捷的操作
体验，因此智能手机用户使用手机的频度明显高于传统
手机，业务也由语音呼叫为主转变为以数据业务为主。
即时通信业务频繁接入直接导致单用户的信令流量激
增，而多媒体类业务产生了大量的数据流量。
永远在线类应用
永远在线类应用能够满足用户随时随地沟通的需
求，成为3G时代最受欢迎的移动应用。永远在线类应
用都具有频繁、断续的小数据包发送和接收的行为特
征。应用开发者在了解移动网络资源分配机制的基础
上，频繁向网络发送心跳消息以达到长期占用外网IP地
址的目的，即使没有有效信息传输，网络也会不断为其
分配资源。
目前永远在线典型应用主要包括：即时通信类，
如QQ、微信；移动定位类，如谷歌地图；社交类，如
微博。
永远在线类应用的心跳消息占用了大量的信令资
源，造成移动网络资源的滥用，控制面负荷上升，用
户面利用率低，影响话音服务，导致资源消耗和收益
不平衡。
智能终端节电模式
智能终端由于其大屏显示、长时间连接、多任
务等特性都会大量耗电，使得电池使用时间比预期要
短。终端厂商为了达到节电的目的，引入快速休眠特
性，当终端与网络之间没有数据传输时，终端就发送
SCRI(Signalling Connection Release Indication)给网
络，强制终端从连接态切换到空闲态，当有数据传输
时，终端和网络重新建立连接，反复的建立和拆除连接
给网络带来了很大的信令负荷。
虽然快速休眠给终端厂商带来了很大益处，及时解
决了智能手机电池使用时间短的问题，却给运营商带来
了很大困扰[2]。
应用异常
终端与网络之间所有通信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，就会导致空口资源调度失控，这时即使空口资源
是空闲的，终端也无法使用。智能终端应用中，因用
户连接应用服务器、IP业务网拥塞或服务器宕机，导致
终端反复发起连接请求，引起信令瞬间激增数倍甚至几
十倍，网络性能急速下降，当终端申请不到空口资源或
者连接不上网络，就会不断重试，导致信令信道更加拥
塞，直到瘫痪，引发雪崩效应。
操作系统因素
智能终端操作系统缺乏对网络流量控制的考虑，
Android对后台应用模式未做限制，iOS对反复发起的
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连接请求也没有限制。很多智能手机用户都有这样的感
觉，相比之前用非智能手机，流量大幅增长，即使不刷
微博不看网页，流量也会溜走，归根结底是操作系统的
控制不足。手机内置同步功能、应用内置广告、位置服
务类应用都会在后台持续缓慢地消耗流量。
3 网络流量控制改进方案
无线网络资源是有限的，使用模式与固定网络存在
巨大差异。仅仅依靠网络升级、扩容并不能从根本上解
决信令风暴问题，而终端侧的技术改进才是解决问题的
关键。移动应用对移动网络资源的滥用，不但给运营商
网络带来巨大挑战，同时降低了用户体验(时延、接通
率、语音质量、下载速率等)，反过来也对移动应用、
甚至智能终端的发展带来很大阻碍。从前面的分析可以
看出，智能终端生态系统的各方，包括网络运营商、网
络设备商、操作系统商、终端厂商和应用开发商，需要
协作解决信令风暴问题。针对网络流量控制需求，可以
从移动网络、操作系统和应用开发三个层面提出新技术
解决方案。
移动网络层面
1) Paging Channel R6(寻呼信道)。是一种以低功
耗保持数据连接的无线状态。通过对手机的RRC状态
迁移流程进行优化，开启CELL_PCH或URA_PCH，既
降低功耗，又可以减少由于手机的状态转化所带来的大
量信令负荷，有助于缓解“永远在线”等业务引起的网
络问题，如图1所示。
IDLE CONNECTED
po
w
er
Data rate/resources/lower latency
Idle Standby(Cell_PCH/
URA_PCH)
Low(Cell_FACH)
High(Cell_DCH)
图1 3G无线状态
2) 网络控制的快速休眠(Network Controlled Fast
Dormancy，NCFD)。将快速休眠的控制权交还给网
络，在考虑终端节电的同时，为了减少反复建立和拆除
连接，当终端与网络之间没有数据传输时，终端发送
SCRI给网络，此时如果终端发送的SCRI中的原因值为
“UE Requested PS Data session end”，网络会根据
资源状况指示终端将状态迁移至IDLE、CELL_PCH、
URA_PCH 或者CELL_FACH。NCFD增加了网络的控
制力，同时减小一定量的状态转换时延[3]。
当NCFD和Paging Channel都被启用时，信令流量
显著减少。据GSMA实验，网络应用每次更新所需的信
令数可从30条减少到6条。据诺基亚西门子通信公司报
导，自引进NCFD和Paging Channel以来，在三个月时
间内，现网测试中信令流量减少了30%。
3 ) 连续分组连接 ( C o n t i n u o u s P a c k e t
Connectivity，CPC)。UE采用DTX/DRX技术，在终
端不发送/接收数据时，允许智能手机关闭发送器和接
收器，无需从移动网络断开。CPC使得有连续连接需
求的分组用户避免频繁重建带来的开销和时延，以达
到提高CELL-DCH态分组用户数量、提高VoIP用户容
量和系统效率的目的。据诺西报道，在现网测试中，
HSPA+用户容量提高了5倍，单元吞吐量提高了4倍。
4) LTE。LTE网络采用扁平全IP架构，通过消除
RNC瓶颈，对网络问题有一定的改善。然而，这种改
善程度十分有限，并有可能将压力转嫁给核心网。
还有一些网络层面的技术改进，如网络和基站定
位、RNC的协同定位、小单元及网络参数优化等，这
些措施都有利于减轻信令对网络的影响。但执行起来代
价比较昂贵，而且都不能从根本上解决问题。
应用开发层面
应用程序的优化可以大幅减少网络资源的使用，因
此应用开发者也成为解决信令风暴问题最关键的环节。
然而应用开发者往往不关心应用对网络的影响，他们更
多关注应用的UI和性能。
运营商应引导开发者，通过合理使用移动网络，
最大限度地避免对网络资源的滥用。在开发时应做到
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最小化聊天业务对网络的影响、优化应用后台业务、
确保连接正确关闭、合理使用推送通知、优化流媒体
下载功能。
1) 应用设计指南。GSMA发布了一份“智慧应
用”白皮书，详细指导移动应用开发者如何增强应用程
序的网络友好性，包括异步显示、非阻塞UI、离线模式
浏览、带宽感知、应用异步更新等[4]。
2) 应用网络效率测评。在应用商店的应用审核环
节，建立应用网络效率评测标准，一方面限制严重影响
网络效率的应用上线，另一方面向用户推荐网络效率高
的应用。目前，Verizon已经对各类移动应用下载排行
榜中的高排名应用进行了网络使用效率方面的评测，并
公布给用户参考，促使应用开发者开发应用时考虑移动
网络使用效率。
3) 代理服务器。代理服务器通过对互联网中的内
容进行分组、排序、优化、压缩、修改之后提供给移动
终端，和优化应用以适合移动终端使用这两种方法来减
少网络数据负载。
4) 内容压缩。为了使移动设备中传输的数据量最
小化，需要压缩视频文件。视频内容的压缩可以通过不
同网络情况和中断情况下优先点播不同质量的视频资
源，使视频资源在一个目录中有多个表现形式。
5) 缓冲缓存。当用户暂停视频播放时，可挂起缓
冲任务，避免流量浪费，将缓存内容保存在本机，当再
次观看该视频时不再耗费网络资源。另外，视频服务器
应按照观看频率为每个视频分配相应传送速率，实现对
无线资源的充分利用。
6) 自适应终端类型。视频类应用应具有识别手机
网络连接和屏幕分辨率以及屏幕尺寸的功能，平衡视听
感受和流量控制之间的矛盾。优先使用Wi-Fi连接，当
无Wi-Fi信号时选择质量相对较差、数据量较小的视频
文件进行播放。
7) 分页和预读。对数据量较大的网页进行分页显
示，用户自主选择每页的字数或数据量，避免一次下载
大量数据，可节省数据流量。分页显示时，对当前阅读
页的下一页进行预读，当点击下一页时，会大大提高响
应速度、提升用户体验。总结用户在浏览过程中的操作
习惯，通过统计用户点击的时间间距，可优化网络状态
的切换时间间隔。在用户阅读过程中，保持网络连接处
在活跃状态，可减少状态切换过程中产生的信令负载。
操作系统平台层面
操作系统平台层面包括系统的改进及SDK的改
进。除此之外，应在应用商店的管理体系中采取准入制
或相关评分制，对应用进行审查，严格限制网络友好性
差的应用在商店上架；定期对应用进行评级，采取一定
的奖励措施，鼓励开发者开发网络友好性、用户体验性
佳的应用。
1) PUSH中心。
目前许多应用都使用推送通知，如果每个应用程序
的服务端都直接把消息推送给客户端，会产生大量的网
络连接。另外，由于每个应用程序发消息的心跳时间不
同，程序的非同步更新会导致网络连接的频繁建立和释
放，浪费了网络资源，增加了信令负担。改进的PUSH
机制由一个PUSH服务器统一处理消息，各个应用程序
服务端把消息发给PUSH服务器，再由PUSH服务器统
一把消息下发给指定的应用程序客户端。这样每台终端
只需要保持与一个服务器之间的连接。各操作系统或各
运营商采取统一的PUSH中心可极大改善通知机制的效
率并降低信令流量，如图2所示。QVTIਜ਼ࢽ܋ QVTIዐ႐ ᆌᆩײႾޜခഗ
图2 PUSH机制
2) 流量管理。
智能手机支持多任务模式，很多应用支持后台运
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行，比如推送类、自动更新类应用，在用户不知晓的情
况下自动接入网络。因此需要操作系统能够识别并自动
启动用户确认机制，在用户知情和同意的前提下进行数
据下载。不同应用单位时间内消耗的流量应该在系统中
显示。此外，操作系统应提供分时段的流量管理功能，
对晚间休息时段的无效流量进行限制。
3) 自动识别与平滑切换。
自动识别与平滑切换技术主要包括对多种数据连接
方式的支持、最优接入点的选择和切换、根据业务属性
的不同而实现差异性接入的网络并发接入等。操作系统
能够根据数据传输速度、数据包接收情况、设备移动情
况等，辅以一套合理有效的算法设计，综合判断接入点
的场景并进行排序，为应用需求的平滑切换做支撑。平
滑切换需要保证在用户无感知的情况下实现网络的平滑
切换，并且在这一过程中保证业务的连续性。
4) 网络连接请求管理器。
其作用是拦截手机应用的网络连接请求，并且在算
法中规定合理的释放时间，通常会在一次网络连接建立
后对多个有数据请求的应用进行交换。这样减少了网络
连接次数，节省信令资源。
5) 流量卸载。
运营商正在通过发展Wi-Fi热点以及向终端用户提
供小型基站(Small Cell)解决方案，努力减轻智能设备
急剧增长引发的数据流带来的网络压力。另外可以对下
载类应用进行设置，当处于Wi-Fi环境中优先选用Wi-Fi
作为数据通信接口，当前没有Wi-Fi时暂停大容量数据
的下载。
6) 断点续传。
考虑到在网络条件不理想的情况下会出现下载中
断，操作系统应建立一种机制自动保存已下载部分并在
网络恢复后可供用户选择在中断点继续下载数据。在下
载或上传时，将任务(一个文件或一个压缩包)人为划分
为几部分，每部分采用一个线程进行上传或下载，碰到
网络故障，可以从已经上传或下载的部分开始继续传输
剩余部分。
不同类型应用的流量控制
其策略如表1所示。
表1 不同类型应用的流量控制策略
应用类型 网络需求特点 流量控制策略
永远在线类 RRC状态不断切换产生大量
控制信令
网络套接字请求管理
快速休眠
流媒体音视频 数据流量大，长时间占用独
立的信道资源
移动视频压缩
分步下载
移动视频缓存
应用自动识别
浏览类 数据量不易预测，网页内容
需要处理适合手机显示
分页、预读
内容过滤、压缩
带宽感知
代理服务器
下载类 数据流量大，占用较大网络
带宽
断点续传
移动P2P
内容压缩
带宽感知
4 运营商应采取的对策
面对当前日益突出的智能移动终端对移动网络的影
响，运营商应积极思考应对策略来改善网络状况。
1) 建立智能移动终端对移动网络流量影响的测试
环境，定量分析各种智能移动终端、智能移动终端操作
系统、移动应用等对移动网络流量的影响。
2) 研发主流智能移动终端操作系统的网络连接请
求管理器，改善操作系统对移动网络资源的使用效率。
3) 研发PUSH中心以及相应的智能移动终端操作系
统组件，改善移动应用对移动网络资源的使用效率，同
时降低相关应用的开发难度，解决不同终端需要设立单
独PUSH中心的问题。
4) 研发统一的基于云计算的代理服务器平台，为
各类相关应用的开发提供统一的解决方案。
5) 研发移动应用的网络效率、开发指南和评测工
具，在应用商店建立和推广相关评测体系。
5 结束语
移动互联网具有无边界的属性，为各种智能移动终
端、操作系统、应用的发展提供了广阔的舞台。然而，
移动互联网又是一个特殊的无线网络，其发展要受到无
线资源的制约，不同的网络设备、不同的操作系统和应
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用程序提高了解决方案的复杂程度。因此，只有全球各
运营商、操作系统平台商、终端商和广大应用开发者探
讨并遵循一系列共同的标准才能真正有效改善网络状
况，为最终用户提供最佳体验。
参考文献
[1] 工业和信息化部电信研究院.2012年12月手机行业运行
状况[EB/OL].[2013-01-10].
swf/
Id=295022
[2] Nick Impact of Smartphones on Mobile
Networks[R].OVUM TE005-000418,2012,7
[3] Dormancy Best Practices [S/OL].[2011-
07-27].
[4] Apps for Smarter Phones(A guide to
improve apps connectivity,power consumption,UI and
security)[EB/OL].[2012-04].
technicalprojects/wp-content/uploads/2012/04/gsmasm
周晓龙
硕士，担任GSMA TSGAP主席，具有超过14年的电信行业经验，重点工作方向为智能移动终端和移动
互联网领域，曾主持、参与多项国家重大专项、863项目、国家自然基金等项目。
邸青玥
硕士，目前主要从事智能移动终端
相关技术、移动互联网方向的研究工作。
吕文琪
硕士，目前从事智能终端操作系统相
关技术和规范的研究工作。
作者简历
Research on the Impact of Smartphones on Mobile Networks
Zhou Xiaolong
Di Qingyue
Lv Wenqi
Abstract In this paper, the impact of smartphones on network signaling traffic and data traffic is analyzed. Different
solutions of network traffic control are introduced to the field of mobile network, application development and OS platform,
which provides orientation and suggestions on smartphone OS enhancement and application development.
Keywords Smartphone; Signaling Storm; Network Traffic Control
China Unicom Research Institute, Beijing 100032, China
