基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)性能優(yōu)化研究

趙佳融，皇甫俊偉，張?zhí)祉崳瑥堄绖?，周小?/p>

(1．上海電信公司移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)部，上海200003;2．復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海200433)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)是通過(guò)光學(xué)識(shí)別、射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器、全球定位系統(tǒng)等新一代信息技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過(guò)各類(lèi)可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別和管理．物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮．

近年來(lái)，中國(guó)電信緊緊把握住物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展和行業(yè)信息化需求日趨旺盛的市場(chǎng)機(jī)遇，定位于“智能管道的主導(dǎo)者”，掌握著物聯(lián)網(wǎng)中至關(guān)重要的網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)．物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)接入和傳輸過(guò)程的機(jī)制和質(zhì)量，直接影響到應(yīng)用的可靠性、即時(shí)性、安全性．

在上海電信現(xiàn)網(wǎng)中，已通過(guò)CDMA、EVDO移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)承載了包括“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)、電力遠(yuǎn)程抄表等一批具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用．本文作者將針對(duì)“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)這兩項(xiàng)代表性業(yè)務(wù)，進(jìn)行系統(tǒng)模型建立、無(wú)線(xiàn)性能分析、業(yè)務(wù)優(yōu)化、跟蹤保障等方面內(nèi)容的闡述．

1 “全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是由中國(guó)電信推出的一項(xiàng)完全基于寬帶網(wǎng)的圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控、傳輸、存儲(chǔ)、管理的增值業(yè)務(wù)．該業(yè)務(wù)系統(tǒng)利用中國(guó)電信無(wú)處不達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，將分散、獨(dú)立的圖像采集點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、全國(guó)范圍內(nèi)的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理、資源共享，為各行業(yè)的管理決策者提供一種全新、直觀、擴(kuò)大視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)范圍的管理工具，提高其工作績(jī)效．同時(shí)，通過(guò)二次應(yīng)用開(kāi)發(fā)，為各行業(yè)的資源再利用提供了手段．

全球眼在現(xiàn)有基于寬帶的全球眼應(yīng)用組網(wǎng)方式的基礎(chǔ)上，客戶(hù)只需在內(nèi)部成員CDMA的手機(jī)終端上安裝全球眼-無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)客戶(hù)端，即可通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入全球眼應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)時(shí)瀏覽授權(quán)監(jiān)控的資源圖像．

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

圖1 “全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1．1 系統(tǒng)模型分析

本文作者將從這些采樣終端的1X及EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接特性、流量特性、短信特性和地理分布特性等方面，詳細(xì)分析并建立“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的話(huà)務(wù)模型．

這些終端發(fā)起的EV-DO數(shù)據(jù)連接中，約54%的連接時(shí)長(zhǎng)為10～11 s，12%連接時(shí)長(zhǎng)大于15 s，按每次EV-DO連接的時(shí)長(zhǎng)劃分的連接次數(shù)圖2所示;這些1X數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接中，9%的連接時(shí)長(zhǎng)為0～1 s，11%的連接時(shí)長(zhǎng)為4～5 s，23%的連接時(shí)長(zhǎng)大于2 min，每次1X連接的時(shí)長(zhǎng)劃分的連接次數(shù)圖3所示:

圖2 按連接時(shí)長(zhǎng)劃分的EV-DO連接次數(shù)

圖3 按時(shí)長(zhǎng)劃分的1X連接次數(shù)

在這些終端發(fā)起的EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，52%的連接間隔為4～5 s，故判斷該系統(tǒng)可能存在心跳機(jī)制，而這些用戶(hù)的1X數(shù)據(jù)連接及短信間隔均無(wú)明顯規(guī)律，圖4為EVDO連接間隔分布情況．

根據(jù)EV-DO話(huà)單中存在RLP層數(shù)據(jù)流量字段，故在此統(tǒng)計(jì)EV-DO連接的流量情況，圖5為EVDO連接前反向流量情況:

圖4 EV-DO連接間隔分布

圖5 EV-DO流量段分布

根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，在全球眼終端的EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接中，前反向流量均有91%在1～4KB間，可能為系統(tǒng)心跳機(jī)制所產(chǎn)生的流量．同時(shí)根據(jù)24 h流量分布，發(fā)現(xiàn)反向總流量遠(yuǎn)大于前向流量，且這些上傳數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上并非均勻分布．

“全球眼”系統(tǒng)模型如表1所示:

表1 “全球眼”系統(tǒng)模型

1．2 性能分析

根據(jù)采樣的22個(gè)終端的EV-DO話(huà)單分析，這些終端的EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接的CFC(中斷類(lèi)型)分布如圖6，性能指標(biāo)見(jiàn)表2．

表2 采樣終端的EV-DO CFC(中斷類(lèi)型)及性能統(tǒng)計(jì)

通過(guò)以上話(huà)單和數(shù)據(jù)分析，得出移動(dòng)全球眼系統(tǒng)EV-DO各項(xiàng)指標(biāo)基本正常．

圖6 EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)CFC統(tǒng)計(jì)

1．3 優(yōu)化及跟蹤

根據(jù)“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)模型和性能分析，發(fā)現(xiàn):

1．“全球眼”用戶(hù)群體采樣產(chǎn)生的每日EV-DO平均連接次數(shù)達(dá)到27014次，遠(yuǎn)高于每日平均連接次數(shù)為1673次的1X連接;在系統(tǒng)的EV-DO連接中，有91%的連接為以5 s為間隔、10 s連接時(shí)長(zhǎng)、2～4 KB的心跳包連接;

2．連接次數(shù)在時(shí)間和空間上較為平均，連接流量則在每個(gè)時(shí)段有較大差異;

3．移動(dòng)全球眼系統(tǒng)EV-DO性能正常，1X性能指標(biāo)則低于全網(wǎng)平均水平，可能為用戶(hù)在覆蓋較差地區(qū)下切至1X所產(chǎn)生的的連接．

為改善“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入性能，針對(duì)其高EV-DO連接次數(shù)、心跳包頻繁的問(wèn)題，針對(duì)“全球眼”應(yīng)用的EV-DO連接機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化．

1．4 取得成果

通過(guò)無(wú)線(xiàn)性能跟蹤，發(fā)現(xiàn)“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生在優(yōu)化前的EV-DO連接次數(shù)遠(yuǎn)大于1X連接，并存在以5 s為間隔、10 s連接時(shí)長(zhǎng)、2～4KB的心跳包．連接次數(shù)在時(shí)間和空間上較為平均，連接流量則在每個(gè)時(shí)段有較大差異．移動(dòng)全球眼系統(tǒng)EV-DO性能正常，1X性能指標(biāo)低于全網(wǎng)平均水平，可能為用戶(hù)在覆蓋較差地區(qū)下切至1X所產(chǎn)生的的連接．優(yōu)化前的“全球眼”系統(tǒng)存在高連接次數(shù)、心跳包頻繁的問(wèn)題，在影響用戶(hù)使用感知的同時(shí)造成了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)．

將該系統(tǒng)的EV-DO連接機(jī)制優(yōu)化之后，通過(guò)跟蹤3個(gè)優(yōu)化后終端號(hào)碼的無(wú)線(xiàn)性能，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)連接次數(shù)明顯減少，且不存在心跳機(jī)制，在提升用戶(hù)使用感知的同時(shí)，達(dá)到了節(jié)能低耗、節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源的目標(biāo)．

通過(guò)繼續(xù)深入研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)在用的其他“全球眼”系統(tǒng)應(yīng)用終端話(huà)務(wù)模型和優(yōu)化前的相同，從多方面因素判斷其心跳機(jī)制可能同時(shí)受終端廠商的影響，需與終端廠商協(xié)同優(yōu)化，繼續(xù)提升“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入性能．

2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是中國(guó)電信的另一項(xiàng)代表性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用．車(chē)聯(lián)網(wǎng)通過(guò)在車(chē)輛上裝載電子標(biāo)簽，經(jīng)由無(wú)線(xiàn)射頻等識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上對(duì)所有車(chē)輛的屬性信息和靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對(duì)所有車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和提供綜合業(yè)務(wù)．而這一系統(tǒng)的傳輸載體就是CDMA網(wǎng)絡(luò)．

圖7 車(chē)聯(lián)網(wǎng)功能介紹

2．1 系統(tǒng)模型分析

車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)模型與車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)性能如表3，4所示．

表3 車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)模型

表4 車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)性能

作者將從這些采樣終端號(hào)碼的EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連接特性、流量特性和地理分布特性詳細(xì)分析“萬(wàn)周線(xiàn)”車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的話(huà)務(wù)模型．

按每連接時(shí)長(zhǎng)劃分的連接次數(shù)如圖8所示，按每連接間隔劃分的連接次數(shù)如圖9所示:

圖8 按連接時(shí)長(zhǎng)劃分的連接次數(shù)

圖9 連接間隔分布

根據(jù)圖9分析得出，車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的EV-DO數(shù)據(jù)連接以AT發(fā)起為主，超過(guò)73%的連接時(shí)長(zhǎng)為3～4 s，超過(guò)58%的連接間隔為9～11 s，故判斷存在心跳機(jī)制．

按每連接流量劃分的連接次數(shù)如圖10所示:

圖10 每連接流量分布

根據(jù)圖10分析得出，在這些DO數(shù)據(jù)連接中，超過(guò)90%的連接流量小于1KB，判斷為車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的心跳包流量．

圖11 連接結(jié)束種類(lèi)分布

2．2 性能分析

根據(jù)采樣的27個(gè)終端的DO話(huà)單分析，這些終端的DO連接的CFC(中斷類(lèi)型)分布如圖10所示，性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表5:

表5 CFC統(tǒng)計(jì)

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析得出，車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的EV-DO性能正常，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到CDMA網(wǎng)絡(luò)的平均水平．

2．3 優(yōu)化及跟蹤

根據(jù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的系統(tǒng)模型和性能分析，發(fā)現(xiàn):

1．車(chē)聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)群體采樣產(chǎn)生的每日EV-DO平均連接次數(shù)為5713次，并存在以10 s為間隔、4 s連接時(shí)長(zhǎng)、1KB以下的心跳包;

2．車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的連接主要出現(xiàn)在每日5:00～22:00點(diǎn)的工作時(shí)間，連接次數(shù)在每日7:00～9:00和16:00～18:00上下班時(shí)段達(dá)到最高峰;地理上主要分布在徐匯區(qū)和浦東新區(qū);

3．車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的EV-DO性能正常，達(dá)到CDMA網(wǎng)絡(luò)的平均水平．

綜合考慮車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)節(jié)，其同樣存在高EV-DO連接次數(shù)、多心跳包機(jī)制的問(wèn)題，然而，車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用具有地域性和即時(shí)性特性，需頻繁向服務(wù)器匯報(bào)所在位置來(lái)提供車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相關(guān)服務(wù)．也就是說(shuō)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高EV-DO連接次數(shù)和多心跳包機(jī)制是必要的非冗余的，不能取消或規(guī)避它的這種特性．

因此，針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)優(yōu)化應(yīng)聚焦在它的網(wǎng)絡(luò)接入性能上，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的EV-DO性能正常，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到CDMA網(wǎng)絡(luò)的平均水平．

2．4 取得成果

針對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)這類(lèi)具有地域性和即時(shí)性、存在必要的頻繁心跳包的特殊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，為提升電信物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)水平，將業(yè)務(wù)優(yōu)化的重心從減少EV-DO連接次數(shù)、降低心跳包頻率轉(zhuǎn)移至提升無(wú)線(xiàn)性能上，并通過(guò)定期建立多維度話(huà)務(wù)模型，對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)性能進(jìn)行跟蹤保障．

3 結(jié)論

現(xiàn)今，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、物流、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、安防、家居、旅游、軍事等二十多個(gè)領(lǐng)域，專(zhuān)家預(yù)計(jì)在未來(lái)3年內(nèi)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將在智能電網(wǎng)、智能家居、數(shù)字城市、智能醫(yī)療、車(chē)用傳感器等領(lǐng)域率先普及．

中國(guó)電信作為“智能管道的主導(dǎo)者”，掌握著物聯(lián)網(wǎng)中至關(guān)重要的網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)，在繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮中也必將發(fā)揮優(yōu)勢(shì)．本文作者著手于“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)這兩大具有代表性的基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，以提升物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)感知為目標(biāo)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)性能展開(kāi)分析，并建立多維度的系統(tǒng)模型，并通過(guò)各相關(guān)部門(mén)溝通協(xié)作，提升了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)接入和傳輸環(huán)節(jié)的可靠性、即時(shí)性和安全性．

［1］MIIT．Cloud Computing，Internet of things and other new industries are obviously here to stay［EB/OL］．(2013-04-23)．［2014-10-04］．http://news．xinhuanet．com/info/2013-04/23/c_132333255．htm

［2］China(Beijing)International IOT Expo．Analysis of the industry［EB/OL］．(2013-04-24)．［2014-10-04］．http://www．onezh．com/web/index_38461．html

［3］China Telecom．China Telecom CDMA2000 1xEV －DOstatistical indicators of wireless network［EB/OL］．(2010-01-23)．［2014-10-04］．http://www．chinatelecom-h．com

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