移动数据业务用户行为模型研究

    移动数据业务是当前移动通信市场上新兴的充满希望的一个业务领域，移动数据通信以全新的方式和内容提供给人们信息交流的新形式。移动通信是一种可供人们随时随地交流的通信方式，非常适合目前人们工作、生活节奏快的特点，给通信用户带来了巨大的便利。从技术发展而言，移动化和数据化代表了当今通信领域的两大趋势，两者的结合形成了当前最大的通信热点——移动数据业务，即利用无处不在的移动网络为用户提供更先进、种类更多、更个性化的数据业务，像目前互联网所提供的信息服务、浏览、在线游戏、视频电话/音乐、电子移动商务、位置服务、下载类业务、多媒体短信类业务等等。

    移动数据业务目前是移动运营商最重要的利润增长点，但目前无线分组数据业务的发展很大程度上受到无线传输技术的限制。由于无线链路的传输速率较低，不利于高质量数据业务的发展。

    移动数据业务在许多方面有其特殊性，如数据业务具有上下行传输速率不对称，时延没有话音敏感；网络运营商的计费标准会影响用户的业务使用行为，因为各类业务的使用频度与使用时长不同；无线空中接口的特性(快衰落、多普勒频移、阴影效应等)差异大和用户的移动性在一定程度上影响了无线分组数据业务不能完全等同于有线网络终端用户的业务行为；手机终端的局限性也会影响用户使用分组业务的行为，因为手机终端的功耗和处理能力是无法与PC相比的，从而给手机用户进行网页浏览带来不便。这些因素都会影响分组数据业务的组成和业务模型及其参数的变化，因而，合理、有效、简洁的用户行为模型的建立对于研究用户行为、配置系统设备、预测业务发展有重要的意义。

1 用户行为模型分析方法
    通常业务建模除了需要分析业务特性，还要借助合理的分析方法和建模流程。本文采用基于实际测量的方法进行研究，以直接测量收集网络数据为基础进行分析。针对各类业务建模所需的参数进行实际测量可以得到精确的业务模型。

    目前按照技术体系划分，移动数据业务可以划分为以下几类：

    (1)浏览类。以WAP为代表，类似于计算机的浏览器应用。

    (2)消息通信类。以短消息(SMS)/增强型短消息(EMS)/多媒体消息(MMS)/邮件(IMAP4)为代表，类似于计算机的Email/ICQ应用，着重解决实时/非实时的消息通信问题。中国联通实施了彩E业务(手机邮箱业务)，本文将重点分析彩E业务。

    (3)下载及本地运行类。主要以JAVA/BREW为代表，类似于计算机的客户端/服务器(Client/Server)应用，具备本地运算和灵活的应用逻辑分布能力，给移动数据应用的开发者提供了丰富的应用运行条件。

    目前中国联通在CDMA2000 1x网络上为用户提供了移动数据业务，包括互动视界(WAP业务)、彩E(手机邮箱)、神奇宝典(BREW/JAVA下载)等业务，业务发展势头良好。本文根据中国联通CDMA网络实际业务运行数据，对各类业务模型进行分析。

2 WAP业务系统

2.1 WAP业务系统介绍
    WAP[1]是无线应用协议的简称，继承了开放系统互连(OSI)的层次模型。WAP以Internet上的HTTP/HTML为基础，针对无线通信的特性(终端设备显示界面较小、功率低、内存较小、无线网络带宽窄、多延迟和较不可靠)作了相应修正。WAP系统包括WAP手机、WAP网关和WAP内容服务器，其中WAP网关起协议的翻译作用，是联系底层网络与万维网的桥梁。WAP客户应用发出请求服务的动作类似于WEB应用中的统一资源定位(URL)请求的概念，只是中间多了一个WAP网关的转换过程。用户键入要访问的WAP内容服务器的URL后，信号经过无线网络，以WAP协议方式发送请求至WAP网关，然后经过“翻译”，再以HTTP协议方式与WAP内容服务器交互，最后WAP网关将返回的内容压缩、处理成二进制流返回到客户的WAP手机屏幕上。WAP手机内含WAP微浏览器，微浏览器负责解释无线标记语言(WML)和无线标记语言脚本(WML SCRIPT)，用户看到请求的URL页面的内容。

2.2 用户行为模型分析
    (1)数据采集
    WAP业务数据采集流程如图1所示。由图1可见数据采集点1在WAP网关处，用ETHEREAL[2]工具抓包解包，记录手机跟网关及网关和内容服务器之间的数据包。本文所用数据采集时间为2004年3月—7月，每 d每h采集10 min。数据采集点2记录部分内容提供商的日志，记录了聊天、浏览、游戏、下载类业务的数据内容。

    (2)采集点1数据分析
    图2所示WAP页面主对象为文本对象，内嵌对象为小图标。ETHEREAL抓包结果内容主要包括：数据包的序号；数据包的时间(根据这些记录的时间可以得出数据包的请求间隔)；手机和网关的地址，如10.96.24.6为手机的IP地址，10.0.0.169为WAP网关的IP地址；数据包所使用的协议；数据包的具体内容。抓包结果内容记录了一个用户的一次上网过程，数据记录了用户对于主对象的请求和对内置对象的请求。由于WAP终端在运算能力上受限，为单进程处理方式，对于页面中主对象和内置对象，在请求中手机WAP浏览器先收到主对象数据，解析主对象中包含了几个内置对象，并对内置对象发起依次连接，即发出一个内置对象请求后，直到收到该请求对应的数据后才发下一个内置对象请求，这与在PC机上发起多个并行的HTTP请求不同。对大量采集的数据进行分析，统计出表1所示的模型参数。由模型参数可以对WAP网关能力进行估算。

    系统处理能力主要表现在每秒钟的数据处理上。WAP网关的处理能力以每秒所能处理的交易数c衡量(其中一次交易定义为WAP网关把一次由用户终端发起的WSP/HTTP请求发给业务网站，并将业务网站的应答数据回送给用户获得确认响应的过程)。

    根据WAP系统用户容量和业务模型，WAP网关所需处理的忙时交易次数为：用户数×某种业务的用户使用比例×每日平均活动用户比例×活动用户日平均每日在线业务对象请求次数×每次业务对象的WSP/HTTP请求次数×每日忙时系统交易量集中系数，即N×P1×P2×n×R×Wd。

    (a)WAP网关的处理能力c(每秒所能处理的交易数)
c=Σ(N×P1×P2×n×R×Wd   /3 600)         (1)

    (b)忙时WAP网关所需建立的连接数(并发用户数)
系统并发用户数=N×P1×P2×Mh (2)

    WAP网关忙时系统带宽(B)＝Σ(N×P1×P2×n×R×Wd  ×a /3 600)      (3)

    在网关上还记录了每2 min同时在线用户数，图3是网关平均同时在线用户数的变化趋势图，可以看出时间对用户行为的影响。

    图3中蓝线表示在线用户数的变化趋势，横轴对应一天中的某一时刻，纵轴对应某一时刻的在线用户数。由图3可以看出，在凌晨5:30时，达到一天中在线用户数的最低值；在晚上22:40，达到一天中在线用户数的最大值。这与传统业务白天为忙时，晚上为闲时的业务行为不同。一方面对于系统负荷，晚上负荷比白天负荷重，所以中国联通一般放在晚上2:00左右进行系统升级和一些统计分析工作，在晚上尤其要保证系统稳定。另外，针对访问用户特性，可以提供白天和夜晚不同的业务，根据时段为用户提供特色化的服务。

    (3)采集点2数据分析
    采集点2针对4类不同的WAP业务分别提取，包括聊天类、文字浏览类、下载类和游戏类。数据中可以得到用户请求的URL地址、请求时间、用户的终端编号等。分析WAP里各类业务对用户行为的影响，不同业务请求时间间隔如表2所示。

    从表2可以看出4类业务的请求间隔从小到大的顺序为：下载类<聊天类<浏览类<游戏类，即从平均来看，下载类的请求时间间隔最短，方差最小，这是由于主要下载对象是图片铃声等小数据量的业务，而且数据量相对集中，用户阅读时间相对比较近似；聊天类请求时间间隔次之；浏览类请求时间间隔较长，而游戏类由于用户的思考时间造成阅读时间最长，而且因为游戏种类的不同方差也比较大。4类业务中下载类业务的请求次数远远大于其他3种业务，为目前应用最广泛的一类业务。根据用户请求次数统计得到的业务比例(即用户请求比例)有：下载类∶浏览类＝6.94∶1；聊天类∶游戏类＝29∶1。

    此外，对于各类业务的在线时长本文也进行了统计，如表3如示。

    从以上统计结果可以看出，聊天类的在线时长最小，方差相对也较小，跟用户的好友是否在线有关系，某些时长很长，但是很多非常短，所以在线平均时长较小。在线时长通常聊天类<下载类<浏览类<游戏类。

    通过对4类业务的分析，可以看出业务类型对用户行为的影响，运营商可以有针对性地开展业务，增强业务的粘性，吸引用户的使用。

    综上所述，对WAP业务系统分析，可以看出手机终端使用时间和用户使用业务的类型对用户行为都有影响，为用户提供服务，要考虑到这些因素的影响。

3 彩E业务系统用户行为模型分析
    彩E业务[3]就是手机邮箱业务。彩E业务使移动用户可以在移动台上编辑图像、音频、视频等多媒体信息并发送给其他移动用户，收信人可以通过移动台展示多媒体信息。彩E邮件系统结构如图4所示。多媒体邮件业务还可以使移动台的电子邮件服务与Internet上的电子邮件进行无缝接续，使电子邮件可以在移动终端和互联网之间实现自由传送。彩E业务模式相对简单，可以分为3类：终端到终端、终端到互联网邮件系统、互联网邮件系统到终端(即互联网邮件系统也可以向移动终端用户发送邮件)。多媒体邮件业务用户行为模型如表4所示。

    对于彩E业务，从业务模型来看，如果要发展彩E业务，除了应调动手机厂商积极性，生产带有彩E客户端的手机外，还应调动内容提供商(CP)的积极性开发适合彩E发送的内容，如音乐、贺卡图片等内容，吸引用户之间互相发送。

    根据多媒体邮件业务用户模型，进行系统处理能力估算，得出以下系统参数：

    (1)忙时移动多媒体邮件系统所需处理的邮件数=多媒体邮件业务的用户数×每个用户日平均使用次数×忙时集中率/3 600，即N×e×Mh /3 600。

    (2)忙时移动多媒体邮件系统所需建立的连接数=N×e×Mh×T /3 600。

    (3)系统存储容量估算：移动多媒体邮件系统需要存储的数据主要为用户邮箱内的数据。假设平均每个用户邮箱容量为3 MB，并由于各用户的邮箱空间不会同时满负载，按照20%的平均负载量计算，则移动多媒体邮件系统所需要的磁盘容量=N×3×20%。

4 下载类业务用户行为模型分析
    移动终端有相应的JAVA客户端，用户通过应用管理软件发出请求，CP的下载服务器接收到请求后经认证把请求的内容下载到终端。整个业务流程简单，就是请求应答的过程。JAVA下载系统结构如图5所示。

    交互过程没有WAP业务复杂，是3类业务中最简单的一种。在下载类模型中每个会话(Session)呼叫请求次数是1。与WAP业务不同，没有多次交互的流程，用户的请求数据量比WAP业务大。通过对数据分析，模型参数如表5所示。

    JAVA下载类业务系统的处理能力以每秒所能处理的交易数衡量(其中，一次交易定义为下载服务器进行一次用户请求下载，并将下载内容发送给用户的过程)。

    下载系统所需处理的忙时下载次数=用户数×下载类业务的用户使用比例×每个用户业务月平均使用次数×忙日集中系数×忙时集中率×每个会话的呼叫次数(点击数)，即N×P×e×Md×Mh×n。相应地：下载系统处理能力(每秒所能处理的交易数)=N×P×e×Md×Mh×n /3 600，忙时下载系统所需建立的连接数(并发用户数)=N×P×e×Md×Mh×T /3 600。

5 结束语
    对目前现有移动通信网上所开展的数据业务的分析，可以分析出用户使用的行为习惯，对于评估系统的负荷和开展业务都有重要的参考价值。移动数据业务模型无论是对中国运营商还是其他国家运营商未来开展3G业务提供用户行为分析及网络系统配置都是重要依据，针对用户行为开发业务能够对增值业务市场产生很大的推动作用，如何设计一个准确、高效、可扩展性强的用户行为模型是一个值得继续深入探讨的问题。

6 参考文献
[1] Wap Forum. WAP Architecture Specification [ED/OL]. http://www.wapforum .org/.
[2] Ethereal Last Release 0.10.5 [EB/OL].
http://www.ethereal.com.
[3] 中国联通. 中国联通多媒体邮件技术体制 [Z].

收稿日期：2004-11-16

[摘要] 文章根据移动数据各种业务的特点，运用在中国联通现有移动通信网采集的数据进行分析，得出了彩E业务、下载类业务等移动数据业务的用户行为模型。文章认为对数据业务分析得出的用户使用行为习惯，对评估系统的负荷和开展业务有重要的参考价值，无论是对中国运营商还是其他国家运营商未来开展3G业务，提供用户行为分析以及进行网络系统配置都是重要依据。

[关键词] 移动数据业务；用户行为模型；系统配置; 业务发展

[Abstract] User behavior models concerning various mobile data services, such as Color-Email and downloading, are built up according to the traffic characteristics of different mobile data services and on the basis of data collected from the running network of China Unicom. These user behavior models are valuable references to the assessment of system load and the development of services. They are also of great importance to the configuration of network systems and the launch of 3G services for operators in a worldwide scope.

[Keywords] mobile data service; user behavior model; system configuration; service development