基於移動網際網路的物聯網應用無線效能最佳化研究論文
基於移動網際網路的物聯網應用無線效能最佳化研究論文
物聯網是新一代資訊科技的重要組成部分，是繼計算機、網際網路之後世界資訊產業發展的第三次浪潮.物聯網發展的核心是應用創新，而以使用者體驗為核心的創新是物聯網發展的重中之重.著手於“全球眼”網路影片監控系統、車聯網應用系統這兩大具有代表性的基於移動網際網路的物聯網應用，以提升物聯網使用者感知為目標，針對物聯網應用的無線效能展開分析，並建立多維度的系統模型，同時透過最佳化手段提升物聯網應用網路接入和傳輸環節的可靠性、即時性和安全性.
0 引 言
物聯網(Internet of Things)是透過光學識別、射頻識別技術、感測器、全球定位系統等新一代資訊科技，實時採集任何需要監控、連線、互動的物體或過程，採集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的資訊，透過各類可能的網路接入，實現物與物、物與人的泛在連結，實現對物品和過程的智慧化感知、識別和管理.物聯網是透過智慧感知、識別技術與普適計算、泛在網路的融合應用，被稱為繼計算機、網際網路之後世界資訊產業發展的第三次浪潮.
近年來，中國電信緊緊把握住物聯網蓬勃發展和行業資訊化需求日趨旺盛的市場機遇，定位於“智慧管道的主導者”，掌握著物聯網中至關重要的網路接入和網路傳輸環節.物聯網應用網路接入和傳輸過程的機制和質量，直接影響到應用的可靠性、即時性、安全性.
在上海電信現網中，已透過CDMA、EVDO移動網路技術承載了包括“全球眼”網路影片監控系統、車聯網應用系統、電力遠端抄表等一批具有代表性的物聯網應用.本文作者將針對“全球眼”網路影片監控系統、車聯網應用系統這兩項代表性業務，進行系統模型建立、無線效能分析、業務最佳化、跟蹤保障等方面內容的闡述.
1 “全球眼”網路影片監控系統
“全球眼”網路影片監控系統，是由中國電信推出的一項完全基於寬頻網的影象遠端監控、傳輸、儲存、管理的增值業務.該業務系統利用中國電信無處不達的網路，將分散、獨立的影象採集點進行聯網，實現跨區域、全國範圍內的統一監控、統一儲存、統一管理、資源共享，為各行業的管理決策者提供一種全新、直觀、擴大視覺和聽覺範圍的管理工具，提高其工作績效.同時，透過二次應用開發，為各行業的資源再利用提供了手段.
全球眼在現有基於寬頻的全球眼應用組網方式的基礎上，客戶只需在內部成員CDMA的手機終端上安裝全球眼-無線影片監控業務客戶端，即可透過無線網路接入全球眼應用系統，實時瀏覽授權監控的資源影象.
系統結構圖如圖1所示：
1.1 系統模型分析
本文作者將從這些取樣終端的1X及EV-DO資料業務連線特性、流量特性、簡訊特性和地理分佈特性等方面，詳細分析並建立“全球眼”網路影片監控系統的話務模型.
這些終端發起的EV-DO資料連線中，約54%的連線時長為10～11 s，12%連線時長大於15 s，按每次EV-DO連線的時長劃分的連線次數圖2所示;這些1X資料業務連線中，9%的連線時長為0～1 s，11%的連線時長為4～5 s，23%的連線時長大於2 min，每次1X連線的時長劃分的連線次數圖3所示：
在這些終端發起的EV-DO資料業務中，52%的連線間隔為4～5 s，故判斷該系統可能存在心跳機制，而這些使用者的1X資料連線及簡訊間隔均無明顯規律，圖4為EVDO連線間隔分佈情況.
根據EV-DO話單中存在RLP層資料流量欄位，故在此統計EV-DO連線的流量情況，圖5為EV-DO連線前反向流量情況：
根據統計得出，在全球眼終端的EV-DO資料業務連線中，前反向流量均有91%在1～4KB間，可能為系統心跳機制所產生的流量.同時根據24 h流量分佈，發現反向總流量遠大於前向流量，且這些上傳資料在時間軸上並非均勻分佈.
“全球眼”系統模型如表1所示：
1.2 效能分析
根據取樣的22個終端的EV-DO話單分析，這些終端的EV-DO資料業務連線的CFC(中斷型別)分佈如圖6，效能指標見表2.
1.3 最佳化及跟蹤
根據“全球眼”網路影片監控系統的系統模型和效能分析，發現：
1.“全球眼”使用者群體取樣產生的每日EV-DO平均連線次數達到27014次，遠高於每日平均連線次數為1673次的1X連線;在系統的EV-DO連線中，有91%的連線為以5 s為間隔、10 s連線時長、2～4 KB的心跳包連線;
2.連線次數在時間和空間上較為平均，連線流量則在每個時段有較大差異;
3.移動全球眼系統EV-DO效能正常，1X效能指標則低於全網平均水平，可能為使用者在覆蓋較差地區下切至1X所產生的的連線.
為改善“全球眼”網路影片監控系統的網路接入效能，針對其高EV-DO連線次數、心跳包頻繁的問題，針對“全球眼”應用的EV-DO連線機制進行了最佳化.
1.4 取得成果
透過無線效能跟蹤，發現“全球眼”網路影片監控系統產生在最佳化前的EV-DO連線次數遠大於1X連線，並存在以5 s為間隔、10 s連線時長、2～4KB的心跳包.連線次數在時間和空間上較為平均，連線流量則在每個時段有較大差異.移動全球眼系統EV-DO效能正常，1X效能指標低於全網平均水平，可能為使用者在覆蓋較差地區下切至1X所產生的的連線.最佳化前的“全球眼”系統存在高連線次數、心跳包頻繁的問題，在影響使用者使用感知的同時造成了網路資源的浪費.
將該系統的EV-DO連線機制最佳化之後，透過跟蹤3個最佳化後終端號碼的無線效能，發現系統連線次數明顯減少，且不存在心跳機制，在提升使用者使用感知的同時，達到了節能低耗、節約網路資源的目標.
透過繼續深入研究，發現現網在用的其他“全球眼”系統應用終端話務模型和最佳化前的相同，從多方面因素判斷其心跳機制可能同時受終端廠商的影響，需與終端廠商協同最佳化，繼續提升“全球眼”網路影片監控系統的網路接入效能.
2 車聯網應用系統
車聯網是中國電信的另一項代表性物聯網應用.車聯網透過在車輛上裝載電子標籤，經由無線射頻等識別技術，實現在資訊網路平臺上對所有車輛的屬性資訊和靜、動態資訊進行提取和有效利用，並根據不同的.功能需求對所有車輛的執行狀態進行有效的監管和提供綜合業務.而這一系統的傳輸載體就是CDMA網路.
2.1 系統模型分析
車聯網應用系統模型與車聯網應用系統性能如表3，4所示.
作者將從這些取樣終端號碼的EV-DO資料業務的連線特性、流量特性和地理分佈特性詳細分析“萬周線”車聯網系統的話務模型.
按每連線時長劃分的連線次數如圖8所示，按每連線間隔劃分的連線次數如圖9所示：
根據圖9分析得出，車聯網應用的EV-DO資料連線以AT發起為主，超過73%的連線時長為3～4 s，超過58%的連線間隔為9～11 s，故判斷存在心跳機制.
按每連線流量劃分的連線次數如圖10所示：
根據圖10分析得出，在這些DO資料連線中，超過90%的連線流量小於1KB，判斷為車聯網系統的心跳包流量.
2.2 效能分析
根據取樣的27個終端的DO話單分析，這些終端的DO連線的CFC(中斷型別)分佈如圖10所示，效能資料見表5：
透過以上資料分析得出，車聯網系統的EV-DO效能正常，各項指標均達到CDMA網路的平均水平.
2.3 最佳化及跟蹤
根據車聯網應用的系統模型和效能分析，發現：
1.車聯網使用者群體取樣產生的每日EV-DO平均連線次數為5713次，並存在以10 s為間隔、4 s連線時長、1KB以下的心跳包;
2.車聯網系統的連線主要出現在每日5：00～22：00點的工作時間，連線次數在每日7：00～9：00和16：00～18：00上下班時段達到最高峰;地理上主要分佈在徐彙區和浦東新區;
3.車聯網應用的EV-DO效能正常，達到CDMA網路的平均水平.
綜合考慮車聯網應用的網路接入環節，其同樣存在高EV-DO連線次數、多心跳包機制的問題，然而，車聯網應用具有地域性和即時性特性，需頻繁向伺服器彙報所在位置來提供車聯網應用相關服務.也就是說，車聯網應用的高EV-DO連線次數和多心跳包機制是必要的非冗餘的，不能取消或規避它的這種特性.
因此，針對車聯網應用的業務最佳化應聚焦在它的網路接入效能上，車聯網的EV-DO效能正常，各項指標均達到CDMA網路的平均水平.
2.4 取得成果
針對車聯網這類具有地域性和即時性、存在必要的頻繁心跳包的特殊物聯網應用，為提升電信物聯網應用服務水平，將業務最佳化的重心從減少EV-DO連線次數、降低心跳包頻率轉移至提升無線效能上，並透過定期建立多維度話務模型，對車聯網應用的無線效能進行跟蹤保障.
3 結 論
現今，物聯網相關技術已經廣泛應用於交通、物流、工業、農業、醫療、衛生、安防、家居、旅遊、軍事等二十多個領域，專家預計在未來3年內中國物聯網產業將在智慧電網、智慧家居、數字城市、智慧醫療、車用感測器等領域率先普及.
中國電信作為“智慧管道的主導者”，掌握著物聯網中至關重要的網路接入和網路傳輸環節，在繼計算機、網際網路之後的第三次資訊產業發展浪潮中也必將發揮優勢.本文作者著手於“全球眼”網路影片監控系統、車聯網應用系統這兩大具有代表性的基於移動網際網路的物聯網應用，以提升物聯網使用者感知為目標，針對物聯網應用的無線效能展開分析，並建立多維度的系統模型，並透過各相關部門溝通協作，提升了物聯網應用網路接入和傳輸環節的可靠性、即時性和安全性.