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随着长期演进(Long Term Evolution, LTE)网络在全球部署与商用步伐的日益加快,全球4G(4na Generation)网络对2G (2na Generation)、 3G (3ra Generation)网络的替代进程也在逐渐加速,LTE网络新增用户数量与移动数据流量持续增长,对网络容量提出更高的要求。与此同时,技术发展与生活需要进一步推动着智能手机的普及与渗透,基于智能手机的应用APP (Application)的功能延伸至生活的各个领域,业务形态不断丰富,改变了人们与互联网的交互方式和人与人之间的沟通方式。即时通讯、社交网络等新兴热门应用不同于网页浏览、文件传输等传统互联网应用的运行模式和数据结构,它们通过在后台发送心跳信息的机制以保持“永远在线”的网络连接,使网络中的小数据包和短连接行为的比例增加。这样的业务数据特征已经和LTE网络设计之初大不相同,也因此带来了诸多问题,一方面在网络侧造成信令量和系统资源负荷的急剧增加,另一方面在用户侧导致用户终端耗电量的增加,若不能很好的对上述问题进行管理则会影响网络的承载能力,降低网络用户体验与用户粘性。本文主要依托于在诺基亚通信投资(中国)有限公司实习期间与韩国运营商LG U+关于LTE网络演进策略的合作研究项目,在基于LG U+运营下的LTE真实网络场景中开展研究,分别从网络侧的信令开销和用户侧的终端耗电量两个角度研究数据业务发展对LTE网络的挑战,主要研究成果已交付LG U+使用。LG U+是目前全球LTE网络发展较为成熟的运营商之一,因此本文的研究工作能够为运营商的规划LTE网络演进路线提高用户体验等工作提供参考依据。本文的主要工作如下：1)针对LTE网络移动数据业务发展现状及未来发展趋势,从网络演进规划的角度,构建了一个融合分类业务量增长预测的LTE业务生成框架;详细分析了心跳信息形成机制与建模方法,构建适用于网络演进规划场景的心跳信息模型；同时在业务框架中综合考虑并梳理了传统移动互联网业务、VoLTE (Voice over LTE)业务模型与参数；重点基于LG U+的LTE网络业务实际发展情况建立分类业务的业务量增长预测,并融合到业务源模型中,作为全文研究工作的基础。2)基于LG U+选取的LTE真实网络建立参考网络,对在网络中的实际采集数据,包括下行业务量、LTE用户数、激活用户数、RRC (Radio Resource Control)连接请求次数等四方面的信息进行分析,利用LG U+实测数据对业务生成框架进行了对比验证,并得到LG U+的认可,表明该生成框架模型在参考网络环境下的适配性,为后续工作做好铺垫。3)以RRC状态转移相关信令为研究对象,从网络侧的角度对信令开销进行研究评估。以信令映射到物理信道的资源开销为考察指标,分别从控制平面和用户平面对心跳信息引起的信令开销进行了评估,并讨论了RRC时钟设置对各个信道的影响：结合业务生成框架,在业务量增长下的信道资源消耗进行了评估,考察了控制信道与数据信道的承载能力;利用诺基亚公司系统级仿真平台在参考网络中进行LTE网络演进策略的系统级仿真分析,为LG U+评估研究了智能手机信令和VoLTE带来的信道资源消耗对LTE网络升级演进策略的影响。4)从用户侧角度对新兴业务增长带来的LTE用户终端耗电问题进行研究,在总结非连续接收机制(Discontinuous Reception, DRX)相关研究进展的基础上,提出一种易于工程实现的适用于时延不敏感类型业务的DRX长周期切换方案并进行了性能分析,给出了结合3GPP (3rd Generation Partnership Project)用户辅助机制的空中接口方案。