论“信令风暴”与其解决方案

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2024年6月6日发(作者：)

……………………～

Ｍ　Ｎ０Ｌ０ＧＹ　０ＦＴＥＬＥｃ０ＭＭ　ＵＮＩ　Ｎｓ　

论“信令风暴＂与其解决方案　

田锋中兴通讯股份有限公司工程师　

摘要：深入浅出地对移动网信令风暴的形成原因　

目前以ｉＰｈｏｎｅ为代表的新一代智能终端的大量应　

用开始给网络的信令处理能力带来巨大的挑战，并在某　

进行了分析。通过量化的话务模型建模揭示了围　

绕智能终端、社交网络等最新应用场景中的用户　

行为模式和对网络的冲击和影响。　从基于现有网　

些区域带来了网络服务质量的下降。这一现象受到欧洲　

主流运营商的关注。据媒体报道，调查发现，在英国，用　

户获得的负面体验中，４５％与网络质量有关。这归因于　

智能手机用户的迅速增长导致信令流量激增，有可能造　

络架构设计了过渡状态下的解决方案，从未来网　

络标准制定的角度指出了彻底解决信令风暴的　

方案。　

关键词：信令风暴，智能终端，社交网络，移动网　

络　

成网络拥堵而影响所有用户。美国和德国也存在类似情　

况。除非该问题得到积极解决，否则全球的新兴市场早　

晚会遭遇相同问题。　

Ａｂｓｔｒａｃｔ＝Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｍｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｗｈｉｃｈ　

ｃａｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓｉｇｆｌａｌｉｎｇ　ｓｔｏｒｍ：Ｉｔ　ｓｅｔｓ　ｕｐ　ａ　ｔｒａｆｆｉｅ　ｍｏｄｅｌ　

ａ８　ａＩｌ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｆｏｒ　ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　

ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｓｔｏｒｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　

ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｗｏ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ：ｏｎｅ　ｉｓ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔ－　

ｉｎｇ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｓｔｏｒｍ，　

ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｉｓ　ｔｏ　ｔｕｎｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｍａｋｉｎｇ　ｔｏ　

ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌｌｎｇ　ｓｔｏｒｍ　ｉｓｓｕｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｏｍ．　

这个问题被称为“网络信令风暴”，大体可用下面一　

个故事来描述。　

渡口，各种动物都想过河。　

一

个摆渡公司负责经营这个渡口，整个摆渡调度系　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｓｔｏｒｍ，ｓｍａｒｔ　ｔｅｒｍｉｎａｌ，ｓｏｃｉａｌ　

ｎｅｔｗｏｒｋ，ｍｏｂｉｈ　ｎｅｔｗｏｒｋ　

统和摆渡船都是标准组织统一设计的，摆渡公司不能自　

己随意更改。　

过去由于造大船难，想要摆渡大动物总是很困难，　

所以经常拥塞，时有抱怨。经过几十年的经营与不断投　

资，渡船公司终于买了大船了，大动物可以比较顺利底　

渡过去了。　

不过最近渡船公司的老板很苦恼，因为渡口某些时　

……　

２ｏ１＿ｌ……………　冬１　月第１１期现代电信科技●　■　

Ｒ　二　：　……一　

Ｎｏｔｅｓ，ＥＲＰ，ＣＲＭ，Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ等）越来越多　

地依赖邮件系统。一个商业ＰｕｓｈＭａｉｌ用户的通信模　

式与一个普通移动通信用户截然不同，　ｒ作的８小　

刻又变得很拥塞，动物们怨声载道。　

原来是某个时刻，会有大群的蚂蚁要渡河，而这　

些蚂蚁又是各自去不同地方。渡船公司一贯的做法　

是，如果动物的目的不同，不管是大象还是蚂蚁，一　

时内，系统会向其高频度地推送邮件抵达信息。现在　

越来越多的企业在实现办公自动化，随着智能无线　

终端Ｉ／Ｏ能力的巨大提升，越来越多的企业把自动　

次渡河都安排一只渡船运送。所以当蚂蚁客户很多　

的时候，虽然摆渡公司的摆渡能力（吨／天）绰绰有　

余，但还是把调度渡船的调度员给忙晕了，调度指令　

太多导致了口吃。调度员口吃，自然摆渡船的调度就　

不顺畅，产生了拥塞，于是客户投诉。　

摆渡公司老板发现整个摆渡系统的设计关注了　

摆渡能力（吨／天），但对于新出现的蚂蚁用户的摆　

渡问题（而且蚂蚁用户越来越多），现有摆渡系统没　

有解决方案。　

１“信令风暴＂问题产生的背景　

过去的话务模型不过是关注忙时语音与数据的　

折合话务量，ＵＭＴＳ／ＬＴＥ是对数据会话的承载能力　

做了提升。这里面有一个假设，那就是用户只对满足　

自己在网络通信忙时获得一定量的语言与数据通信　

服务关注，只要系统设计的时候能够满足给用户提　

供这个量（语音：Ｅｒｌ；数据：Ｍｂｙｔｅ下载）的通信服务，　

他就满足了，而且用户侧的忙时试呼次数（ＢＨＣＡ：　

Ｂｕｓｙ　Ｈｏｕｒ　Ｃａｌｌ　Ａｔｔｅｍｐｔｓ）不会很大。　

这个假设过去１００多年来一直是适用的，但是　

随着新兴用户和新一代终端的数据业务模式的引　

入，情况开始发生巨大的变化。　

１．１用户数据业务模式的改变　

“信令风暴”问题的产生，由如下３个关键因素　

综合交织而成。　

（１）新型商业应用（Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）对互联　

网严重依赖，永远在线（Ａｌｗａｙｓ　Ｏｎｌｉｎｅ）、信息推送　

（Ｐｕｓｈ　Ｍｅｓｓａｇｅ）成为新兴应用的关键特性，带来了巨　

大的用户便利性。　

随着ＰｕｓｈＭａｉｌ在商业上得到越来越广泛的成　

功应用，在上班时间，企业内部信息交互（群件Ｌｏｔｕｓ　

Ｑ　竺　ｉ．　…　

化系统同时绑定ＰＣ与智能终端，甚至是干脆切换　

向智能无线终端。　

（２）云计算类型业务广泛被大众认可及应用，典　

型的是社交网络（Ｓｏｃｉａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）以及各种应用　

（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）广泛被大众接受。　

ＱＱ、ＭＳＮ等社交网络终端软件普遍提供“群”服　

务，一个用户可以拥有Ｎ个群（免费用户受限，而付　

费用户基本不受限），每个群可以容纳Ｍ个用户（这　

个Ｍ值随着ＩＳＰ技术发展和市场竞争是在不断增　

大的）。在这某一个群的任意一个用户通过其终端发　

送一条信息，所有在这个群里面的用户都会被推送　

过去这样的Ｎ＊Ｍ的群Ｍｅｓｈ通信模式还仅仅存在于　

ＰＣ领域，现在随着智能无线终端Ｉ／Ｏ能力的巨大提　

升，已经开始普遍向智能终端迁徙。　

（３）以ｉＰｈｏｎｅ为代表的新一代智能终端很好地　

改善了人与网络的互动性，让基于Ｉｎｔｅｍｅｔ的海量　

内容获取（Ａｃｃｅｓｓ）变得非常容易，让更多的应用开　

始摆脱ＰＣ平台迁移到移动终端上来。　

更加关键的变化是，随着越来越多９０后、（）０后　

以及更新人类开始拥有智能终端，更将带来无线应　

用业务模式的本质转变。他们是伴随着互联网、云计　

算长大的，网络已经深深地嵌入其生活和思维，网络　

游戏、社交网络成为他们生活与思想的一部分。这决　

定了上述两类典型应用的用户群将迅速地成指数级　

别增加。　

１．２智能手机带来的新数据行为特点　

以ｉＰｈｏｎｅ、Ａｎｄｒｏｉｄ及ＷＭ７为代表的新一代智　

能手机，普遍特点是屏幕大，用户Ｉ／Ｏ能力强，ＣＰ［ｉ　

处理能力强，极度依赖宽带无线网络（ＥＤＧＥ，３（　，　

ＷｉＦｉ　ｏ随之带来的是高能耗与有限电池容量的矛　

……………………

Ｍ　ＮｏＬ　ＦＴＥ呦ＭＭＵ　ＮＩ洲０Ｎｓ　

盾。用户对于智能手机的待机时间、激活使用时间有　

基本预期，这个预期必须被满足，否则就不能热销。　

了故障，在第一个环节没有预测到数据业务使用模　

式的变化，导致了了问题的产生。用户数据业务模式　

的改变只是近几年的事情，尤其是２００７年标志性的　宽带数据业务就是一个高耗能的业务，按照现　

有的无线业务标准规范流程，每次建立连接当链路　

ｉＰｈｏｎｅ发布距今只有４年时间，而一代通讯制式从　

上没有数据业务的时候，一般系统计数器都要在几　

分钟之后才会指示拆除链路，当初这么规定的目的　

就是为了防止Ｐｕｓｈ信息之类的频繁发生Ｂｕｒｓｔ业务　

开始规划到商用产品上市一般是５年左右。因此，整　

个无线产业界的规划系统（尤其是３ＧＰＰ组织）还没　

有能够清晰地认知并在其标准规划中提出解决方　

导致系统与终端之间无线数据链路反复被拆建。　

但是现在流行的智能手机，普遍采用的行为模　

式是：　

（１）一旦屏幕被关闭，缺省认为用户将一段时间　

不再使用手机，３—５秒之后手机就会主动、强行拆除　

现有无线数据链路，从而节省电能；　

（２）一旦手机与系统之间没有数据传输，３—５秒　

之后手机就会主动、强行拆除现有无线数据链路，从　

而节省电能。　

当终端主动发起数据链路拆除的时候，系统无　

法保留这个数据联接，因为此时终端会强行拆除会　

话（ｓｅｓｓｉｏｎ）的上下文，目的就是一个省电。这样本来　

协议里面早先设定的缓冲频繁Ｂｕｒｓｔ数据的链路存　

在时间也没有了，此举加剧了“信令风暴”。这种情况　

下系统是在被动地适应新一代终端的数据业务模　

式。　

１．３旧的标准制定流程难以适应形势变化　

移动网络好比一个人类社会，需要相应的组织　

和人来制定游戏规则，也就是技术标准。ＥＴＳＵ３ＧＰＰ　

负责标准制定多年，其规划的ＧＳＭ／ＵＭＴＳ／ＬＴＥ移动　

网络架构在相当长的时间内很好地预测了社会对移　

动网络的需求并给予了满足。　

一

直以来的流程是按照如下模式来运作的，并　

且运作得很好：　

１）标准组织提前预测未来通讯需求的发展一２）　

设定工作组进行标准开发－÷３）标准发布一４）设备供　

应商按照标准开发商用化设备一５）运营商购买商用　

化设备并向最终用户提供满足需求的通讯服务。　

信令风暴问题的产生，恰恰就是这个机制出现　

案。　

１．４　当前的技术体制无法提供好的解决方案　

由于问题的产生得突然，现有移动系统机制缺　

乏应对手段，并且发达国家的主流运营商遇到的概　

率更大，因此在领先的高端运营商处产生了一定的　

恐慌。虽然这个问题目前仅仅是小范围内发生，但是　

我们现有的和正在规划中的无线技术体制都无法从　

根本上提供好的解决手段，所以目前业界对此高度　

重视，其态度如同全球目前高度重视“超级细菌”一　

样——因为目前它能抵抗现有的所有抗生素，医疗　

界没有好的应对方案；重视它不是因为它已经导致　

了巨大的疫情，而是目前没有问题的解决方案。　

另外值得注意的是，这个问题本身的存在与解　

决对运营商而言，不会带来其收益的增加，只能减少　

用户对服务质量降低的不满。　

２对信令风暴的建模与进一步详　

细分析　

假设一个传统用户，主要业务是语音与数据上　

网业务，选取上午１　１—１２点这一个小时时间对其业　

务使用情况进行分析，如表ｌ。　

表１中，总ＢＨＣＡ值＝４。　

在普通用户基础上，我们再来考虑一个年轻的　

高端ＩＴ公司用户，他使用ＰｕｓｈＭａｉｌ处理公司邮件，　

这个小时他会收到平均２０封邮件，每个平均５００　

Ｋｂｙｔｅ，他同时也使用ＰＣ；他也使用ＰｕｓｈＭａｉｌ处理自　

己的私人邮件，这个小时他平均收到５封私人邮件，　

…

黑　＿１宴　曼　垦～　鬯竖９　

Ｒ　二　：　……　

表１传统用户典型业务使用情况　

商业应用　个人应用　

ＢＨＣＡ　２　２　

语音　

总共话务量（ｍｒ］）　Ｏ．１６　Ｏ．Ｏ８　

用户端发起　

ＢＨＣＡ　１　５　

（Ｐｕｌ１）　数据流量　２　１　

数据　（Ｍｂ・ｙｔｅ）　

网络侧发起　

ＢＨＣＡ　

（Ｐｕｓｈ）　数据流量　

（Ｍｂｙｔｅ）　

平均每个大小２００　Ｋｂｙｔｅ。工作时间他收到Ｐｕｓｈ邮　

件则做如下处理，如果是公司邮件，如果他在ＰＣ旁　

就用ＰＣ处理（占７０％情况），如果不在ＰＣ旁则立即　

用智能终端联网阅读并处理邮件；私人邮件则只会　

阅读与处理２０％标题比较感兴趣的邮件，其他８０％　

他仅看抵达邮件标题提醒，并不联网去接收和阅读　

邮件。　

他的智能终端上面安装了ＱＱ等社交网络软　

件，ＱＱ接受来自网络的Ｐｕｓｈ信息；他同时是１０个　

ＱＱ兴趣群的Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ组员，平均每个ＱＱ群有５０　

人，平均每小时每个群会有１Ｏ条讨论信息会从网络　

Ｐｕｓｈ过来，他会回复５％的信息（５条）。　

每条来自网络的Ｐｕｓｈ信息，我们认为平均大小　

表２新兴用户典型业务使用情况　

商业应用　个人应用　

ＢＨＣＡ　２　２　

语音　

总共话务量（ｅｒ］）　Ｏ．１　６　０．Ｏ８　

ＢＨＣＡ　６　１　

用户端发起　

（Ｐｕ１］）　数据流量　

（Ｍｂ１．２ｌ　

数据　

ｙｔｅ）　

５．０４　

ＢＨＣＡ　２０　１　０Ｏ　

网络侧发起　

（Ｐｕｓｈ）　数据流量　０

．

０４　Ｏ．０２　

（Ｍｂｙｔｅ）　

是下载和上行各２　Ｋｂｙｔｅ。其业务使用情况如表２。　

表２中，总ＢＨＣＡ值＝１２４（计算了Ｐｕｌｌ与Ｐｕｓｈ　

的ＢＨＣＡ）　

Ｑ　．竺　。．ｉ．　２０　…　，　

从上面的模型的简单分析可见：总数据下载量　

增加２．１倍，但总ＢＨＣＡ增加６２倍。正是这增加的　

ＢＨＣＡ，容易导致这类新兴用户群聚集的高端商务　

区、校园等地区产生信令风暴。　

为了方便理解，特绘出信令流程图说明。手机侧　

发起的数据业务信令流程如图１，系统侧发起的数　

据业务信令流程图如图２。无线接入承载释放流程　

Ｒｃ曲　ｃ　Ｓ￣ｔｕｔ　

２　Ｒｅｑｕｅ￣ｌ　

３　Ｓｅｃ∞　Ｆｕｎ　ｏｎｓ　

’　

４　Ｒａｄ　＾ｃｃ器ｓ８ｅ　ｒ料　ｓ’９ｒ　ｅｎＩ　

ｊ　ａｄ　。０　呻　Ｒｅ犁璐ｔ　

Ｒａｄ帕８ｅａｆｅｆｓｅ　Ｄ　

Ｃｏｍｐ１￣　

．　

６　Ｒ３ｄｍＡｃ￣ｓｓ　Ｂ∞ｒｅｆ　ｓｑ呷Ｊｅｎｌ　

Ｒ畔ｐａ嘴ｅ－　

７　ｓＧ　ｔ№　Ｅ　ｃａ∞ｎ　

８　ＵＤ　ｎｋＰＤＵ　

图１手机侧发起的服务请求　

Ｄ口唧　

２　Ｐ０　呻　

２　

３１　ＲＲＣ　ｄ　

ＲＲｃ　ｃ。ｆｍｅｃ　ｓｅ呻　

４　Ｓ　ｆ　≥　

５　Ｓｅｃ神ＦＬｍ￡　ＯｆＢ　

６　Ｒａ西０　Ｂｅａ蝌Ｓｄ　

！　销　ｗ　

６　Ｒ　ｄｂＢｅ　ｒ　Ｓｅｔｕｐ　

¨Ｑ　…　．．　６　Ｒａｄ　Ａｃｃｅ镐￣ｅＥｅｒＡ　

…一

一　一

壁靶　＿．　

７　ＢＧｓｌ　吣　ＰＤＰ　Ｃ　Ｍｏ蛳ｃａ由ｏ　

８　Ｄ　Ｐ０Ｕ　

图２网络侧发起的服务请求　

如图３。　

３信令风暴问题的解决方案　

３．１移动网络标准的根治之道　

目前的数据业务Ｓｅｓｓｉｏｎ都是适合一段时间的　

连续传输数据，现有的系统标准架构无法有效地处　

理终端和系统发起的大量且频繁的Ｂｕｒｓｔ数据业务。　

要解决信令风暴问题，需从移动网络标准方面人手，　

………………

图３无线接入承载释放流程　

这是长治久安的根治之举。需要针对终端和系统发　

起的大量且频繁的Ｂｕｒｓｔ数据制定协议，定义特别　

的信令流程和新定义空中信道。　

如果将空中信道比作道路交通，过去是车道，但　

是随着行人越来越多，现已到了分别设立车道和行　

人道的时候。人车分流，人车的交通管控也分别采取　

不同的举措。网络要对业务打标签，不管是用户侧还　

是网络侧接人业务，对不同的业务从接入网络那点　

开始就要打标签。网络在与移动终端互动的时候，根　

据标签不同采用不同的服务机制和策略，用不同类　

型的信道来处理（需要定义新型信道）。　

这就类似于把ＭＰＬＳ协议引入到无线网络中的　

ＲＡＮ＋ＰＳ域来。让运送蚂蚁、猪、大象渡河，不仅要有　

不同的调度机制，而且要用不同的船。　

３．２现有设备改进的权宜之计　

从现有设备的改进入手，关键是修改数据部分　

ＢＨＣＡ的配置算法，增大系统数据部分的ＢＨＣＡ处　

理能力。根据前述分析，出现这样的信令风暴的区域　

是有明显的用户群特征的。这里我们给出的优化建　

议是，根据移动服务区的特点，区别对待容易出现高　

数据业务ＢＨＣＡ特征用户群所在区域，比如高端商　

务区，校园，通过设立单独的ＰＳ域，配置更大处理能　

力的ＧＧＳＮ、ＳＧＳＮ来应对。而对于全网，并不需要无　

区别地统一考虑增加数据ＢＨＣＡ能力措施，以达到　

………’

Ｍ粼　№　帅ＭＭ　洲　

最优成本解决问题的目的。现有设备需要改进的关　

键点是基站、基站控制器、ＰＳ（ＳＧＳＮ）。　

现时的解决方案至少有下面几种。　

・

通过终端ＩＭＥ号查询，之后通过维护的公开　

ＩＭＥ数据库判断该终端是否为智能终端；如果是，则　

让系统配合该智能终端的行为模式；　

・

通过ＤＰＩ（深度报文解析）通过终端数据业务　

行为特征判断该终端是否为智能终端，如果是则让　

该终端的ＤＣＨ缓释放以缓冲Ｂｕｒｓｔ数据业务；　

・

通过从系统对智能手机发送Ｐｉｎｇ包，延缓手　

机发起的强行数据链路拆除。　

上述措施通过缓冲Ｂｕｒｓｔ数据业务，适当延长　

数据链路ＤＣＨ存在时间，减少拆建数据信道，从而　

减小信令风暴。但这仅是一个权宜之计，因为从整体　

而言这将导致ＲＡＮ系统吞吐能力的下降和浪费，可　

能造成真正需要数据业务的用户要求建立数据链路　

ＤＣＨ时网络拥塞，同样导致用户体验的下降。　

根本解决之道还是前述根治之道。　圆　

参考文献　

［１］Ｃｌ１４中国通信网．诺西：智能手机用户对语音和数据服务要求最　

高，使用忠诚度最低．２０１０—０９—１５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｌ１４ｎｅｔ／ｎｅｗｓ／２０５／ａ５４２９　

９３－ｈｔｍ１．　

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ｉｌ｜■，　

本文标签： 网络终端用户信令风暴