漫談移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計費

宋齊軍，梅 斌 ，杜志濤（.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，北京00048；.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司，北京0040）

0 前言

移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)指在數(shù)字蜂窩電話、智能手機或其他移動終端上通過移動通信網(wǎng)絡(luò)傳送的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，實現(xiàn)辦公、娛樂、互聯(lián)網(wǎng)訪問等信息服務(wù)的無線接入。中國的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)歷了3個主要的階段：2002年5月17日，中國移動正式開通GPRS業(yè)務(wù)；2003年3月28日，中國聯(lián)通宣布CDMA1X建成并投入商用；2009年5月17日電信日三大運營商以高速數(shù)據(jù)服務(wù)為特征的3G移動網(wǎng)絡(luò)正式商用。目前形成的是以中國移動TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)、中國聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)和中國電信CDMA2000網(wǎng)絡(luò)三分天下的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場格局。

移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使人們擺脫了線纜的束縛，可以在全球移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方享受自由的數(shù)據(jù)接入服務(wù)，極大地便利了人們對信息的獲取和共享。但在同時，由于移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的計費模式、計量方式以及用戶感知都不同于傳統(tǒng)語音和短信業(yè)務(wù)的按時長或按條計算，費用支出震蕩幅度很大，也越來越多地引起用戶的爭議和投訴，一定程度上影響了用戶在移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用上的積極性，給用戶和運營商帶來了很大的困擾。

本文通過對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計費流程、流量統(tǒng)計原理、計費模式、用戶與運營商之間的博弈等幾個方面進行分析，希望能對用戶在移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的使用和運營商對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)的資費策略制定起到借鑒作用。

1 移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計費流程

由于采用分組交換技術(shù)，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的基于電路交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，為用戶帶來2個顯著的特征：一是永遠在線，只要開通了移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用戶移動終端開機注冊后即可自動附著到分組網(wǎng)絡(luò)，用戶無需為每次數(shù)據(jù)的訪問手動建立呼叫連接，終端會根據(jù)用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，自動和運營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立1個或多個PDP會話，維持一定時間，并在長期空閑時自動釋放；二是由于PDP會話不是用戶可控制的，因此會話時間對用戶而言也不存在實際意義，因此用戶無需關(guān)心連接到網(wǎng)絡(luò)的時長，只需為終端實際傳送的數(shù)據(jù)量付費。

WCDMA網(wǎng)絡(luò)的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用和計費過程如圖1所示。用戶使用業(yè)務(wù)時首先在移動終端和SGSN側(cè)完成無線側(cè)的交互流程，通過GGSN完成用戶數(shù)據(jù)到WAP應(yīng)用平臺或互聯(lián)網(wǎng)的接入。在這個流程中，對用戶計費起著重要作用的是GGSN設(shè)備（有些運營商采用的是其他功能類似的設(shè)備），GGSN設(shè)備提供的用戶流量話單是移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計費的唯一依據(jù)。GGSN會根據(jù)用戶每個PDP會話中接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)報文大小進行統(tǒng)計，生成流量話單。

圖1 移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計費流程示意

業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)從GGSN設(shè)備采集原始話單進行預(yù)處理后，進行計費批價，根據(jù)批價和賬務(wù)累計結(jié)果與用戶套餐進行對比，當(dāng)套餐資源耗盡時或者在每周一通過在信網(wǎng)關(guān)向用戶發(fā)送流量使用情況提醒短信。根據(jù)短信免打擾用戶的原則，非實時提醒短信每日8：00前通常是不會發(fā)給用戶的。

2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量統(tǒng)計原理

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量計費中的流量是基于對用戶使用網(wǎng)絡(luò)時所發(fā)生的上下行數(shù)據(jù)報文的統(tǒng)計累加之和。

實現(xiàn)統(tǒng)計累加功能的關(guān)鍵就在于分離出每個用戶的上下行報文，目前在網(wǎng)絡(luò)上使用的是TCP/IP協(xié)議，常見的報文分為TCP報文和UDP報文，圖2是TCP報文的結(jié)構(gòu)示意。網(wǎng)元設(shè)備能夠識別出每個用戶的報文就是因為這些報文中的固定位置包含了上網(wǎng)過程中運營商分配給用戶的IP地址。網(wǎng)元設(shè)備通過檢查每個上行報文中的源IP地址和下行報文中的目的IP地址就可以分離出每個用戶的數(shù)據(jù)報文，然后把報文大小累加到用戶的上行和下行計量器上。當(dāng)用戶的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)束后，網(wǎng)元在輸出的話單中記錄本次網(wǎng)絡(luò)連接的開始時間和結(jié)束時間以及上下行計量器的累加值作為主要的計費信息。

圖2 TCP報文結(jié)構(gòu)示意

下面以3個用戶在某個時間內(nèi)的數(shù)據(jù)報文來介紹流量統(tǒng)計的過程，此時網(wǎng)元內(nèi)部管理的用戶的手機號碼、IP地址和計量器的關(guān)系見表1。網(wǎng)元設(shè)備檢查下行報文，目的IP地址是10.10.1.2的報文大小都累加到C1，目的IP地址是10.10.1.3的報文大小都累加到C3，目的IP地址是10.10.1.4的報文大小都累加到C5。同理對上行報文根據(jù)來源IP地址分別把報文大小累加到C2、C4和C6。

表1 用戶手機號碼、IP地址和計量器列表

圖3是上述3個用戶在某個時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)報文示意，可以看到上行報文和下行報文是多個用戶混雜的，而且到同一個用戶到同一個服務(wù)器的報文也不是連續(xù)的。這正是報文交換的本質(zhì)特征，雖然在應(yīng)用層面看到的是一個個獨立的連續(xù)數(shù)據(jù)流，實際在網(wǎng)絡(luò)中都是分散的報文。對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言，記錄的某個用戶通信中的開始和結(jié)束時間只是一個時間段內(nèi)檢測到的首個報文和最后一個報文的時間點，至于這期間傳遞了很多報文抑或一個報文都沒有，結(jié)果是相同的。圖3中的統(tǒng)計只考慮統(tǒng)計到每個用戶的流量，在實際使用中，運營商會對用戶終端和指定服務(wù)器之間的特定數(shù)據(jù)流量采用特殊的費率，則還需要根據(jù)上行報文的目標(biāo)IP地址和下行報文的來源IP地址以及端口信息進一步細分后分類統(tǒng)計。此時每個類別都需要增加2個獨立的計量器，采用動態(tài)申請計量器的方式，哪怕最終發(fā)現(xiàn)只是發(fā)生一個報文，也需要從申請之時一直保持到整個通信周期結(jié)束。

圖3 數(shù)據(jù)報文流量統(tǒng)計原理示意

現(xiàn)有的網(wǎng)元設(shè)備GGSN對數(shù)據(jù)報文一般會根據(jù)用戶接入網(wǎng)絡(luò)使用的接入點名稱（APN）的不同，采取3條通道處理：采用訪問互聯(lián)網(wǎng)APN接入的數(shù)據(jù)走一條通道，采用訪問運營商內(nèi)部業(yè)務(wù)平臺APN接入的走一條通道，采用企業(yè)專用APN接入的走企業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)專用通道。在前2條通道上根據(jù)3GPP計費要求，都支持對用戶對端服務(wù)IP地址級別的流量識別，可以設(shè)置有限的幾類流量（也稱為費率組），并配置符合每類流量的對端服務(wù)器IP地址特征進行分類別的流量統(tǒng)計。由于互聯(lián)網(wǎng)IP地址的不可預(yù)測性，運營商很少在采用訪問互聯(lián)網(wǎng)APN接入的數(shù)據(jù)通道上開放分類別統(tǒng)計功能，通常只在采用訪問運營商內(nèi)部業(yè)務(wù)平臺APN接入的數(shù)據(jù)通道上對特定的一些服務(wù)器地址開放流量分類統(tǒng)計功能。

要對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文進行超越IP地址級別的分析是極其消耗設(shè)備資源的，因為IP地址級別以上的分析就需要針對應(yīng)用層協(xié)議來識別流量類別。常見的HTTP，需要通過分析報文數(shù)據(jù)體中的URL來識別數(shù)據(jù)流量的類別。在HTTP應(yīng)用協(xié)議中，組成URL的域名在報文數(shù)據(jù)體中出現(xiàn)的位置和長度都不是確定的，識別域名的難度相當(dāng)于在一頁作文稿紙中從頭開始逐行尋找，直到找到以“@時間：”開頭，緊接著為“×年×月×日@”的一段內(nèi)容為止。由于互聯(lián)網(wǎng)URL的不確定性，現(xiàn)網(wǎng)中運營商一般只是在訪問內(nèi)部業(yè)務(wù)平臺數(shù)據(jù)通道上對用戶數(shù)據(jù)報文按照可控的URL地址匹配規(guī)則進行流量分類統(tǒng)計。

3 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用背后的故事

用戶傳統(tǒng)的電路通信習(xí)慣影響了對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的認知，經(jīng)常希望運營商提供自己上網(wǎng)的詳細記錄，比如要求運營商提供訪問新浪網(wǎng)站或查看某個網(wǎng)頁的清單等。運營商難以滿足用戶這些需求的原因是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)電路通信在通信對象以及使用記錄的統(tǒng)計上有很大差異。傳統(tǒng)電路業(yè)務(wù)的一次通信過程是發(fā)生在用戶和另外一個（或有限的幾個）固定對象之間連續(xù)的交互行為，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用過程是用戶和多個不特定對象的非連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸行為。

下面以訪問常用的谷歌搜索和新浪門戶2個網(wǎng)站為例來看一組數(shù)據(jù)。由于谷歌默認網(wǎng)頁內(nèi)容非常簡單，不具有代表性，本文訪問的是定制了谷歌天氣、中國農(nóng)歷、谷歌資訊和谷歌熱搜欄目的個性化網(wǎng)頁。為提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，啟動網(wǎng)頁瀏覽器后首先清除所有緩存文件，然后打開IP協(xié)議報文監(jiān)控軟件開始監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的報文。

輸入http://www.google.com.hk/ig?hl=zh-CN訪問定制的谷歌網(wǎng)站，在首次訪問時，共發(fā)生8次DNS查詢，52次GET請求，產(chǎn)生606個報文，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)上下行流量為381 KB。在一些內(nèi)容被緩存后，第二次訪問該網(wǎng)址，共發(fā)生4次DNS查詢，8次GET請求，產(chǎn)生154個報文，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)流量大小為105 KB。

輸入http://www.sina.com.cn/訪問新浪網(wǎng)站，在首次訪問時共產(chǎn)生51次DNS查詢，144次GET請求，產(chǎn)生2 453個報文，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)上下行流量為1 402 KB，約1.4 MB。同樣在一些內(nèi)容被緩存后，第二次訪問新浪網(wǎng)站時，共產(chǎn)生39個GET請求，產(chǎn)生804個報文，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)上下行流量為465 KB。

每次DNS查詢和GET請求都是一次TCP邏輯通信過程，每次DNS請求就說明GET請求需要獲得一個新的主機地址。這就說明一般情況下用戶訪問定制谷歌網(wǎng)站首頁需要和8個IP地址進行通信，訪問新浪網(wǎng)站首頁需要和51個IP地址進行通信，這還不包括DNS查詢對應(yīng)的多個DNS服務(wù)器的地址。

如果要分離出用戶訪問的不同服務(wù)器地址的流量，根據(jù)前文所述的流量統(tǒng)計原理，則需要同時為用戶一次網(wǎng)絡(luò)連接過程（此處不是指TCP邏輯連接，而是類似用戶上寬帶時先選擇連接網(wǎng)絡(luò)，下線時選擇斷開網(wǎng)絡(luò)這樣一個過程）中涉及的每個服務(wù)器地址都增加2個計量器，這個數(shù)量是巨大的，也是網(wǎng)元設(shè)備所不能承受的。為降低計量器的數(shù)量，唯一的可能是在每次TCP邏輯連接結(jié)束后馬上輸出一條話單，這樣用戶在一次訪問新浪首頁的很簡單操作中，會產(chǎn)生約150次的TCP邏輯連接，將產(chǎn)生150條左右的話單。

這里大家會有個疑問，用戶不就只是訪問了一個新浪首頁，也就一個地址呀，怎么可能有那么多地址和記錄呢?這是HTML的超級鏈接造成的。用戶訪問新浪首頁時，雖然只是在WWW瀏覽器的地址欄輸入一個地址，實際上瀏覽器首先只是獲得了一個框架性質(zhì)的HTML文件，在這個文件中還會包含許多圖片鏈接，流媒體鏈接和許多版塊鏈接，以及許多腳本文件的鏈接。瀏覽器在后臺會自動發(fā)起這些鏈接的獨立數(shù)據(jù)請求，最后把獲得的數(shù)據(jù)整合后展現(xiàn)給用戶。對于一個大型網(wǎng)站，背后有成百上千臺服務(wù)器，不同的內(nèi)容存放在不同的服務(wù)器上，而且還可能會引用其他網(wǎng)站的鏈接，因此真實的數(shù)據(jù)報文就會包含很多對端服務(wù)器地址，這一切都是用戶所不了解的。從這個角度來看，即使通過努力能夠把用戶訪問每個網(wǎng)絡(luò)IP地址的數(shù)據(jù)流量單獨統(tǒng)計出來，用戶也會覺得奇怪：為什么只輸入一個URL請求，卻得到這么一大堆的內(nèi)容，這怎么會是我的流量呢?

這里還要澄清一個URL地址和網(wǎng)絡(luò)IP地址的區(qū)別。用戶一般透過互聯(lián)網(wǎng)訪問的都是公網(wǎng)IP地址，目前主要是 IPv4版本，典型的表現(xiàn)形式如 202.1××.×××.×××；而URL則包括域名和內(nèi)容標(biāo)記，其中域名是每個企業(yè)或團體向國際域名組織申請注冊的，內(nèi)容標(biāo)記則是由網(wǎng)站設(shè)計人員自行定義的，域名部分用服務(wù)器真實IP地址替換也是可行的，典型的表現(xiàn)形式如http://news.qq.com/a/20110629/000033.htm。域名解析是單向的，可以根據(jù)域名查地址，反之則不行，因此在流量計量過程中運營商僅依據(jù)上述數(shù)據(jù)報文中對端地址把流量歸類到各個網(wǎng)站是不可能的。

如果要進一步統(tǒng)計出用戶期望的訪問了哪個網(wǎng)頁使用了多少流量，則必須對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文進行超越IP地址級別的應(yīng)用層報文分析，并對每個HTTP請求輸出一個話單，此處的HTTP請求是指網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器最終定位的靜態(tài)和動態(tài)資源（包括每個小按鈕圖片），而不是用戶意義上的一個網(wǎng)頁。

除了上互聯(lián)網(wǎng)瀏覽外，在一次簡單使用過程中很容易涉及很多對端主機地址的還有P2P下載應(yīng)用。當(dāng)用戶把計算機和iPhone等3G手機相連，計算機通過手機上網(wǎng)時，如果使用迅雷等軟件下載文件，在下載源充足時，和用戶通信的IP地址則可能是遍布全球的很多個計算機地址，每分鐘從這些主機獲得的下行數(shù)據(jù)流量可以超過15 MB。當(dāng)迅雷等程序一直在運行時（實際上大多數(shù)計算機的迅雷軟件也正是處于默認開機運行狀態(tài)），即使用戶并不認為自己在下載文件，后臺自動上傳到許多主機的上行流量也可以高達2 MB/min（因為迅雷等軟件采用的是P2P下載技術(shù)，用戶在從多個源下載文件的同時，自身也在成為其他用戶的數(shù)據(jù)源）。因此迅雷等軟件使用的流量更是無法分類統(tǒng)計出是到底是訪問哪個文件使用的流量。

4 計費模式的抉擇

從計費實現(xiàn)的角度看，按時間計費和按流量計費都是可行的，甚至按時長計費實現(xiàn)起來更簡單一些。但從業(yè)務(wù)角度來看，卻關(guān)系到運營商的定價策略、成本核算和用戶認可程度。由于移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用的是分組交換技術(shù)，不需要為用戶保留獨占的數(shù)據(jù)通道，為了降低用戶使用移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的資費，因此采用按流量計費成為運營商發(fā)展業(yè)務(wù)之初的首選。CDMA1X無線上網(wǎng)卡是運營商最早推出按時長計費的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)品，這是因為無線上網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)傳輸會話建立和終止是由用戶控制的，從用戶行為上提供了業(yè)務(wù)使用時間的可度量性。在早期技術(shù)條件下，理論速率為153.6 kbit/s，實際傳輸速率為20～120 kbit/s時，相對容易制定合理的按時長計費資費標(biāo)準(zhǔn)。

移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展到今天，按時長計費則成為運營商面臨的難題。一方面現(xiàn)網(wǎng)實際速率從幾十kbit/s到21 Mbit/s不等，最高速率和最低速率存在近千倍的差異，而且即使采用QoS機制，用戶的接入速率也是運營商無法保障的；另外一方面手機一般處于待機狀態(tài)下，移動終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通常是隨時在線的，在上網(wǎng)時長的統(tǒng)計上也難以在運營商和用戶之間取得統(tǒng)一認識。在缺乏技術(shù)手段控制用戶終端長期處在一個相對穩(wěn)定的速率情況下，移動網(wǎng)絡(luò)所能提供的帶寬極度不均勻，也使得運營商難以制定各方都可接受的單位時長資費標(biāo)準(zhǔn)。例如同樣1 GB流量在峰值速率21.6 Mbit/s情況下僅6.5 min即可耗盡，而在網(wǎng)絡(luò)條件差時，按照速率50 kbit/s計算，則需要約45 h左右才能用完。兩者之差高達400倍，即使按照一般3G手機上網(wǎng)的峰值速率3.6 Mbit/s計算，兩者之差仍高達66倍。

對用戶而言，則處于期望按時長收費和按流量收費的搖擺之間。對于QQ聊天等應(yīng)用，由于在線時間很長，流量非常小，用戶則希望按流量計費；對于網(wǎng)絡(luò)視頻、高速下載等應(yīng)用則希望按時間收費。此外更多的用戶還希望能像有線接入那樣能夠提供包月不限時長和流量的計費模式。

從運營商角度來看，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供包月計費的阻力還很大。對于有線上網(wǎng)而言，用戶端接入的線路是獨享的，用戶是否使用，對運營商的成本都是固定的；而對于無線上網(wǎng)而言，每個蜂窩扇區(qū)可供使用的無線信道是有限的，是供基站范圍內(nèi)多個用戶搶占的，多個用戶之間使用是非我即彼的關(guān)系。如果發(fā)展包月用戶，對網(wǎng)絡(luò)的影響也是不同的。對固定寬帶用戶而言，如果大量包月用戶同時接入互聯(lián)網(wǎng)，雖然最終速率可能下降，但每個用戶仍然是可以訪問網(wǎng)絡(luò)的。對無線移動上網(wǎng)用戶而言，如果大量包月用戶使用，在無線信道僅能滿足少數(shù)用戶接入的情況下，會發(fā)生用戶間的信道爭用，最終導(dǎo)致大部分用戶根本無法接入網(wǎng)絡(luò)。

5 其他需要引起關(guān)注的問題

移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)逐漸成為訪問互聯(lián)網(wǎng)的重要手段，移動智能終端在改變著人們的生活習(xí)慣。用戶和運營商的博弈最終目的是為了達到一個雙贏的局面：用戶不需要復(fù)雜的計費模式，當(dāng)移動數(shù)據(jù)通信成為日常必需品之后，可以接受的是每月相對固定的合理支出；運營商的期望是在網(wǎng)絡(luò)利用率未達到滿負荷的情況下，盡量提高用戶的ARPU值，為企業(yè)帶來運營收益。

因此在相對公平的原則下，保證用戶的消費額度在可控范圍內(nèi)，是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)計費的發(fā)展方向。建議運營商通過改造支撐系統(tǒng)，給用戶更多的自由選擇，并為用戶提供適當(dāng)?shù)氖褂幂o導(dǎo)及流量提醒。比如，可以考慮讓用戶自行設(shè)置其每月流量的上限，達到上限時自動斷網(wǎng)。這樣既使用戶擁有主動性，又可避免用戶不知情超量使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)導(dǎo)致的投訴發(fā)生。