基于移动互联网的物联网应用无线性能优化研究论文
时间：2021-08-31物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮.物联网发展的核心是应用创新，而以用户体验为核心的创新是物联网发展的重中之重.着手于“全球眼”网络视频监控系统、车联网应用系统这两大具有代表性的基于移动互联网的物联网应用，以提升物联网用户感知为目标，针对物联网应用的无线性能展开分析，并建立多维度的系统模型，同时通过优化手段提升物联网应用网络接入和传输环节的可靠性、即时性和安全性.
0 引 言
物联网(Internet of Things)是通过光学识别、射频识别技术、传感器、全球定位系统等新一代信息技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理.物联网是通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮.
近年来，中国电信紧紧把握住物联网蓬勃发展和行业信息化需求日趋旺盛的市场机遇，定位于“智能管道的主导者”，掌握着物联网中至关重要的网络接入和网络传输环节.物联网应用网络接入和传输过程的机制和质量，直接影响到应用的可靠性、即时性、安全性.
在上海电信现网中，已通过CDMA、EVDO移动网络技术承载了包括“全球眼”网络视频监控系统、车联网应用系统、电力远程抄表等一批具有代表性的物联网应用.本文作者将针对“全球眼”网络视频监控系统、车联网应用系统这两项代表性业务，进行系统模型建立、无线性能分析、业务优化、跟踪保障等方面内容的阐述.
1 “全球眼”网络视频监控系统
“全球眼”网络视频监控系统，是由中国电信推出的一项完全基于宽带网的图像远程监控、传输、存储、管理的增值业务.该业务系统利用中国电信无处不达的网络，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨区域、全国范围内的统一监控、统一存储、统一管理、资源共享，为各行业的管理决策者提供一种全新、直观、扩大视觉和听觉范围的管理工具，提高其工作绩效.同时，通过二次应用开发，为各行业的资源再利用提供了手段.
全球眼在现有基于宽带的全球眼应用组网方式的基础上，客户只需在内部成员CDMA的手机终端上安装全球眼-无线视频监控业务客户端，即可通过无线网络接入全球眼应用系统，实时浏览授权监控的资源图像.
系统结构图如图1所示：
1.1 系统模型分析
本文作者将从这些采样终端的1X及EV-DO数据业务连接特性、流量特性、短信特性和地理分布特性等方面，详细分析并建立“全球眼”网络视频监控系统的话务模型.
这些终端发起的EV-DO数据连接中，约54%的连接时长为10～11 s，12%连接时长大于15 s，按每次EV-DO连接的时长划分的连接次数图2所示;这些1X数据业务连接中，9%的连接时长为0～1 s，11%的连接时长为4～5 s，23%的连接时长大于2 min，每次1X连接的时长划分的连接次数图3所示：
在这些终端发起的EV-DO数据业务中，52%的连接间隔为4～5 s，故判断该系统可能存在心跳机制，而这些用户的1X数据连接及短信间隔均无明显规律，图4为EVDO连接间隔分布情况.
根据EV-DO话单中存在RLP层数据流量字段，故在此统计EV-DO连接的流量情况，图5为EV-DO连接前反向流量情况：
根据统计得出，在全球眼终端的EV-DO数据业务连接中，前反向流量均有91%在1～4KB间，可能为系统心跳机制所产生的流量.同时根据24 h流量分布，发现反向总流量远大于前向流量，且这些上传数据在时间轴上并非均匀分布.
“全球眼”系统模型如表1所示：
1.2 性能分析
根据采样的22个终端的EV-DO话单分析，这些终端的EV-DO数据业务连接的CFC(中断类型)分布如图6，性能指标见表2.
1.3 优化及跟踪
根据“全球眼”网络视频监控系统的系统模型和性能分析，发现：
1.“全球眼”用户群体采样产生的每日EV-DO平均连接次数达到27014次，远高于每日平均连接次数为1673次的1X连接;在系统的EV-DO连接中，有91%的连接为以5 s为间隔、10 s连接时长、2～4 KB的心跳包连接;
2.连接次数在时间和空间上较为平均，连接流量则在每个时段有较大差异;
3.移动全球眼系统EV-DO性能正常，1X性能指标则低于全网平均水平，可能为用户在覆盖较差地区下切至1X所产生的的连接.
为改善“全球眼”网络视频监控系统的网络接入性能，针对其高EV-DO连接次数、心跳包频繁的问题，针对“全球眼”应用的EV-DO连接机制进行了优化.
1.4 取得成果
通过无线性能跟踪，发现“全球眼”网络视频监控系统产生在优化前的EV-DO连接次数远大于1X连接，并存在以5 s为间隔、10 s连接时长、2～4KB的心跳包.连接次数在时间和空间上较为平均，连接流量则在每个时段有较大差异.移动全球眼系统EV-DO性能正常，1X性能指标低于全网平均水平，可能为用户在覆盖较差地区下切至1X所产生的的连接.优化前的“全球眼”系统存在高连接次数、心跳包频繁的问题，在影响用户使用感知的同时造成了网络资源的浪费.
将该系统的EV-DO连接机制优化之后，通过跟踪3个优化后终端号码的无线性能，发现系统连接次数明显减少，且不存在心跳机制，在提升用户使用感知的同时，达到了节能低耗、节约网络资源的目标.
通过继续深入研究，发现现网在用的其他“全球眼”系统应用终端话务模型和优化前的相同，从多方面因素判断其心跳机制可能同时受终端厂商的影响，需与终端厂商协同优化，继续提升“全球眼”网络视频监控系统的网络接入性能.
2 车联网应用系统
车联网是中国电信的另一项代表性物联网应用.车联网通过在车辆上装载电子标签，经由无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合业务.而这一系统的传输载体就是CDMA网络.
2.1 系统模型分析
车联网应用系统模型与车联网应用系统性能如表3，4所示.
作者将从这些采样终端号码的EV-DO数据业务的连接特性、流量特性和地理分布特性详细分析“万周线”车联网系统的话务模型.
按每连接时长划分的连接次数如图8所示，按每连接间隔划分的'连接次数如图9所示：
根据图9分析得出，车联网应用的EV-DO数据连接以AT发起为主，超过73%的连接时长为3～4 s，超过58%的连接间隔为9～11 s，故判断存在心跳机制.
按每连接流量划分的连接次数如图10所示：
根据图10分析得出，在这些DO数据连接中，超过90%的连接流量小于1KB，判断为车联网系统的心跳包流量.
2.2 性能分析
根据采样的27个终端的DO话单分析，这些终端的DO连接的CFC(中断类型)分布如图10所示，性能数据见表5：
通过以上数据分析得出，车联网系统的EV-DO性能正常，各项指标均达到CDMA网络的平均水平.
2.3 优化及跟踪
根据车联网应用的系统模型和性能分析，发现：
1.车联网用户群体采样产生的每日EV-DO平均连接次数为5713次，并存在以10 s为间隔、4 s连接时长、1KB以下的心跳包;
2.车联网系统的连接主要出现在每日5：00～22：00点的工作时间，连接次数在每日7：00～9：00和16：00～18：00上下班时段达到最高峰;地理上主要分布在徐汇区和浦东新区;
3.车联网应用的EV-DO性能正常，达到CDMA网络的平均水平.
综合考虑车联网应用的网络接入环节，其同样存在高EV-DO连接次数、多心跳包机制的问题，然而，车联网应用具有地域性和即时性特性，需频繁向服务器汇报所在位置来提供车联网应用相关服务.也就是说，车联网应用的高EV-DO连接次数和多心跳包机制是必要的非冗余的，不能取消或规避它的这种特性.
因此，针对车联网应用的业务优化应聚焦在它的网络接入性能上，车联网的EV-DO性能正常，各项指标均达到CDMA网络的平均水平.
2.4 取得成果
针对车联网这类具有地域性和即时性、存在必要的频繁心跳包的特殊物联网应用，为提升电信物联网应用服务水平，将业务优化的重心从减少EV-DO连接次数、降低心跳包频率转移至提升无线性能上，并通过定期建立多维度话务模型，对车联网应用的无线性能进行跟踪保障.
3 结 论
现今，物联网相关技术已经广泛应用于交通、物流、工业、农业、医疗、卫生、安防、家居、旅游、军事等二十多个领域，专家预计在未来3年内中国物联网产业将在智能电网、智能家居、数字城市、智能医疗、车用传感器等领域率先普及.
中国电信作为“智能管道的主导者”，掌握着物联网中至关重要的网络接入和网络传输环节，在继计算机、互联网之后的第三次信息产业发展浪潮中也必将发挥优势.本文作者着手于“全球眼”网络视频监控系统、车联网应用系统这两大具有代表性的基于移动互联网的物联网应用，以提升物联网用户感知为目标，针对物联网应用的无线性能展开分析，并建立多维度的系统模型，并通过各相关部门沟通协作，提升了物联网应用网络接入和传输环节的可靠性、即时性和安全性.
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