近日，有关中国移动欲向微信收费的消息备受关注，作为收费的重要依据，信令风暴问题再次被推到了风口浪尖。
“永远在线”业务对通信网络的冲击早已不是新鲜事，据《通信产业报》(网)记者了解，我国运营商的网络都曾受到信令风暴的侵袭。近两年中，三家运营商都展开过针对信令风暴的专项研究和分析，并已经采取具体措施应对不断增加的信令。
广东是我国通信最发达的地区，从2011年开始，广东移动就已经明显感觉到信令资源消耗迅速。随即，广东移动采取了信令信道扩容、处理器的升级等办法来应对。广东移动员工表示，很多GSM网络的公共控制信道已经由1条增加到2条甚至3条。
同时，广东移动曾与腾讯交流，腾讯对QQ设计进行调整，短期内起到了一定作用。但随着腾讯推出微信和用户壮大，信令问题又变得严重起来。
随着移动互联网的不断发展，除微信外，更多的移动互联网应用会快速消耗运营商的网络资源。仅通过网络扩容与优化将难以跟上资源消耗的速度，运营商未来将如何面对?
网络并非为“永远在线”设计
要想摆脱信令风暴，首先要了解信令风暴产生的原因。随着移动互联网的发展，以即时通讯类业务为代表的“永远在线”业务大量出现，为了让使用者能够及时收到信息，需要保持在线连接，应用软件周期性地与服务器进行信息交互，即发送心跳信息。当智能终端为节电进入快速休眠状态时，或网络侧因一定时长内无流量而释放其占用资源时，终端会从连接状态进入空闲状态。由于心跳信息的传送，又需要重新建立连接，从空闲状态进入连接状态。诺基亚西门子通信(以下简称“诺西”)专家表示，经统计，终端的一次状态转换需要和网络进行20至30条的信令交互。如此一来，必然会带来大量信令开销，即产生信令风暴。
然而，目前的无线网络在设计理念上并非为“永远在线”业务而生。中国电信集团电信研究院总工程师毕奇表示，对于运营商来说，假如一个基站需要几百个用户来支撑其成本，那么运营商的网络会区分处于发送状态和空闲状态的用户，一般来说，处于发送状态的有几十个用户。当用户处于空闲状态时，基站就会把分配给他的无线网络资源拿掉。也就是说，在这种假设下，一个基站只支持几十个处于发送状态的用户，以提高用户速率感受。运营商是这样设计网络和计算成本的。目前，很多永远在线业务会发送心跳信息，让运营商的网络以为其一直在发送，始终分配给它相应的网络资源，如果几百个用户都这样的话，运营商的无线网络就有可能瘫痪。
在国际上，信令风暴的危害已经被验证。2009年9月，美国AT&T发现网络负荷异常，最初认为是终端用户产生的大量数据业务流量导致。经进一步调查发现，起因是2009年6月投入市场的iPhone采用快速休眠以节省电量，使信令流量因此增加了10倍。这也是全球第一起智能终端信令风暴的案例，其后，包括NTT DoCoMo、O2在内的多家运营商也曾受到信令风暴的侵扰。
想方设法缓解信令压力
全球通信业早已开始关注信令风暴带来的影响。业界提出了包括算法优化、信道扩容、支持公共寻呼信道等多种方法缓解信令的冲击，主流设备商都拥有自己的解决方案。
诺西专家表示，在2G方面，诺西开发了小包检测的算法，为小数据流量的业务配置最小单位的资源，以提高网络资源使用率。同时，在无线侧采用扩展控制信道，提高信令信道容量缓解信令风暴。在3G方面，诺西的网络支持Cell_PCH(公共寻呼信道)功能，能够将由于终端状态转换带来的信令降低60%，同时手机节电达到80%。在4G方面，诺西开发的智能RRC连接释放管理算法可以根据每一个用户的移动性来管理RRC释放，降低因释放后业务重建带来的信令流量。
上海贝尔市场与传播部市场策略与运营总监郭 彦表示，应对信令风暴的挑战有多种办法。从网络设备来说，可以通过MME所有板卡一比一冗余备份来对抗信令风暴对核心网关键网元MME的冲击。同时通过灵活寻呼策略、MME Pool等方法，也可以有效减轻信令风暴带来的影响。而在热点区域，基于动态侦测进行的WiFi分流，也能显著缓解这一问题。值得一提的是基于贝尔实验室先进算法的寻呼策略，我们可以通过业务分类、优先等级、TAU信令优化和防止多重寻呼等方法，来降低信令风暴的影响。在北美，阿尔卡特朗讯提供的核心网设备，经历了大规模的实践考验，帮助Verizon等运营商有效应对了信令冲击。从网络规划的角度说，无线网络的结构也是导致信令风暴对网络产生致命影响的原因之一。无线网络的资源相对固定网络来说更为珍贵和稀缺，而用户的行为又具有流动性和随机性，所以无线网络在风暴面前往往显得更为脆弱。因此在网络规划的时候就应该考虑如何减少和降低未来可能发生的数据风暴和信令风暴。比如将WiFi网络更好地和移动网络融合运营，将数据业务卸载而不是直接冲击移动核心网。一个好的网络规划无疑会大大减轻信令风暴发生的概率。
4G难逃信令风暴
如果说信令风暴对2G和3G网络会造成巨大冲击，那么对于专为传输高速数据的4G网络来说，信令风暴问题是否能迎刃而解呢?业内专家普遍认为，4G网络对于应对流量冲击比较有效，但仍会受到信令风暴的影响。4G网络并未在设计时针对信令风暴问题做出根本性改进。因此，到了4G时代，信令风暴问题仍会存在。
毕奇表示，永远在线业务的特点是小流量常在线。目前，网络设计者往往都是把射频部分针对大数据包做得效率很高，传输小数据包的效率没有那么高。大数据包和小数据包的效率在设计方面是难以兼顾的。如果大数据包的传输效率高，那么小数据包的传输效率就不高。而4G在设计上大大改善了传送视频等大数据流量业务的效率，但在应对信令风暴方面并没有根本性改善。
诺西专家表示，信令风暴产生的原因是在相对有限的信令容量下，短时间内形成的大量信令开销，导致负荷升高或者拥塞。而产生大量信令的原因是智能终端的休眠模式与应用业务的周期性交互，这一问题并不会随4G部署而解决。4G网络依然会受到信令风暴的冲击，诺西正持续研究智能终端对网络的影响，并依此改进和完善LTE算法。
虽然3GPP在4G标准完善过程中也曾讨论过小流量常在线的问题，但最终并未针对这一问题做出根本性改变。4G仍面临信令风暴的巨大挑战。郭 彦认为，到了LTE时代，由于网络的扁平化和全IP结构，信令风暴已经从无线接入层面直接冲击至核心网。面对这样的挑战，网络供应商已经从设备层面做了一定的技术创新，以降低和减轻信令风暴对核心网的冲击。阿尔卡特朗讯在这方面做了长期的研究和技术储备，目前世界上最大的2个LTE网络正是使用了阿尔卡特朗讯的核心网设备。
需转变收费模式
不难看出，尽管网络技术不断进步，但始终跟不上移动互联网发展的速度。尤其是“永远在线”业务，仍将在未来侵扰运营商的网络。“每半年扩容一次，但总赶不上消耗的速度。”中电信科技委主任韦乐平也曾坦言，快速增长的流量与信令给运营商带来巨大的压力。
信令风暴难题需要技术之外的解决方案。中国移动总裁李跃曾于去年表示：“腾讯QQ对信令的占用很大，它的一些机制不太适合传统运营商的网络设计，运营商与腾讯之间应该有沟通。如果没有沟通，没有相互合作的好机制，提供的服务就不能长久，不能优质。”
让应用开发者与网络设计者建立沟通合作机制，也许能有效缓解信令风暴问题。诺西专家表示，运营商、终端厂商和应用业务提供商需要坐在一起协商解决。例如，在2G中，如果通过调整信息交互的周期或触发条件，使其在连接状态从Standby转移至Idle之前发送交互信息，以维持在Standby状态，就会大量减少信令流量。但这需要运营商与应用业务商合作。
对此，郭王容彦认为，要从根源上改善信令风暴问题，就需要运营商和OTT及应用开发者建立一个良好的沟通机制，建立一定的规则。例如不必要的信令就不要重复多次发送，或者延长发送心跳信息的间隔，从而在网络信令负荷和用户体验之间找到一个平衡，打造一个真正和谐的生态环境。否则运营商的网络瘫痪了，应用也无法实现，用户体验更是无从谈起。
然而，合作也许比想象得更难。毕奇表示，不同层面的工程师合作是比较难的。以有线网络为例，协议栈中曾经有个功能，就是让应用工程师填写自己的程序应该拥有怎样的优先级。只要每个应用工程师都能诚实地填写，将这个信息反馈给物理层，就能使网络更畅通。但实际结果却是每个应用工程师都把自己的程序填为最高优先级，因此这个功能实际上失去了意义。在这种情况下，要想真正解决信令风暴问题，运营商需要重新设计网络，而这需要巨大的成本。谁来付钱?运营商显然难以独立承担。小流量常在线业务缴纳的费用与其占用的网络资源不成比例。运营商需要改变现有的商业模式，不再按照时长和流量来收费，而按照每个业务占用的网络资源多少来收费。这样，运营商才有钱对网络持续投资，实现良性循环。
案例
全球运营商遭遇信令风暴
AT&T
·地区：北美
·时间：2009年9月
iPhone在纽约地区掉话率高达30%，收发一条Twitter消息延迟15分钟。苹果iPhone手机有快速休眠功能，这个功能是为了节电，但并没有考虑到启用快速休眠功能对网络造成的冲击。短期内信令增加了好几倍，造成网络瘫痪。
新西兰电信
·地区：新西兰
·时间：2010年3月
短短三个月时间，该公司的3G网络因为流量激增而四度瘫痪，推测其原因来自WCDMA/HSDPA用户信令激增，新西兰电信公司承认自己的网络出现了问题，并尽力修复。公司的首席技术官(CTO)FrankMount被当即解雇。
NTT DoCoMo
·地区：日本
·时间：2012年1月
在东京地区的网络发生故障，在持续四个多小时的故障期间，有252万用户受到了影响。NTT DOCOMO事后调查发现，激增的数据流量是导致网络故障的主因，而产生大量数据流量的来源是一款可以免费语音通信的Android应用，会每隔3至5分钟发送控制信令。
O2
·地区：英国
·时间：2012年7月
英国电信运营商O2网络出现问题，数千名用户受到影响，电话、短信、数据业务等无法正常工作，部分用户信号中断8小时以上，依赖O2网络的小型电信公司GiffGaff和Tesco等也全线瘫痪。据推测其源于移动互联网应用对其信令网的冲击。 
