一种提升IOT终端云喇叭语音播报时效性的优化方法

技术领域

本发明属于移动支付应用技术领域，尤其涉及一种提升IOT终端云喇叭语音播报时效性的优化方法。

背景技术

随着移动支付应用进入到千千万万商家的日常经营活动中，云喇叭作为一种IOT终端(物联网终端)服务设备越来越多的呈现在商家和消费者的面前，为千万的商家提供移动支付播报/提醒的重要功能。但是在某些地段时间段，由于移动无线网络客观存在的干扰、拥塞等问题，一直影响着云喇叭作为服务设备性能的完全发挥。支付播报/提醒的延迟--这个几乎在现有商家的云喇叭都存在的问题，一直是商家、消费者乃至运营商挥之不去的困扰。

商户在实际的活动场景中，一旦遭遇到这种延迟时长超过6秒，商户/用户体验感就会很不友好；超过10秒以上，则无法接受。由于这种延迟问题有着非常大的随机性，不定时不定点的出现在某个时间段，特别是在人流量高峰时段。商家和运营商都急切的盼望一种行之有效的方法能够解决或至少能明显改善这种情况。图1示出了抓取现场延迟(消费者支付完成与云喇叭播报之间的时间之差)的云服务后台管理数据的一种实际示例，从后台管理数据看出，此次交易产生了8秒的播报时间延迟，交易体验不友好。

云喇叭语音播报时延主要是网络问题引起的，移动无线网络一直存在干扰现象的客观性。由于移动网络数据业务量大幅增加，对LTE的网络覆盖和网络容量都提出非常高的要求，而且各类不同制式的无线天线的相互影响和小区半径逐步缩短，因而无线网络噪声和干扰也愈发复杂。专门讨论如何降低/消除干扰，提升网络性能，LTE网络规划和优化的重要任务和课题很多，并且针对干扰优化从而提升网络延迟性能的方法也不少，比如重新规划更新小区PCI、增加主小区PCI的功率覆盖、调整天馈(调整天线的方位角、下倾角(机械+电子)等等)、降低干扰小区发射功率、修改最小接收电平值、修改CIO切还带、查找外部干扰源等。

这类处理办法往往需要移动网络运营系统做大的调整，虽可以取得立竿见影的改善效果，提升某地区局域的通讯效果，但很难做到大范围调整(每个省的运营/政策部门都是各自的)，尤其是当面对的是全国性的商户时。另外申请调动移动运营管理商(譬如省移动部门)去调整/优化全范围内的移动网络性能，这在项目流程上是相当复杂和繁琐的审批过程。

下面从具体原理上分析云喇叭播报产生延迟的原因，以便可以采用相应的方法来进行优化解决此问题。

第一，无线信号干扰因素。

由于基站信号辐射很难做到绝对的覆盖和划分，这样LTE网络小区之间中必然会存在大量的模三干扰现象，UE终端设备在这些模三干扰小区内会出现时延增高、吞吐量降低、干扰变化剧烈等问题，这些问题无一不会对支付播报业务产生延迟影响。

在现场获取的原始数据中，原始数据包括参考信号接收功率值RSRP，物理小区PCI值，以及小区的信噪比数值SINR。图2是实际某个地段的实际场景的通讯数据，图3是图2左上部分的局部放大图。根据上述原始数据，分析采样点数据对应的PCI值、RSRP值、SINR值符合模三干扰的预设条件，确定现场为模三干扰采样点；即RSRP较好，而SINR比较差或者在逐渐变差。模三干扰只能减轻不能完全避免，全网都存在模三干扰。常规的主要优化手段就是PCI优化，合理配置邻区的PCI，但是这个是针对网络运营商条件而言，商户移动支付服务商无法进行PCI优化，不能直接处理模三干扰。

第二，LTE网络调度机制的客观性因素。

移动通讯领域，UE终端设备和eNode基站之间的状态切换变化关系如图4所示。由于LTE采用共享信道，因此eNode需要在每个调度周期内分配PDSCH以及PUSCH的资源，并通过特定的信道通知UE，这一过程称之为调度。如果UE没有上行数据要传输，eNode并不需要为该UE分配上行资源，否则会造成资源的浪费。因此，UE需要告诉eNode自己是否有上行数据需要传输，以便eNode决定是否给UE分配上行资源。

为此LTE提供了一个上行调度请求(Scheduling Request，SR)的机制。所以UE和eNode之间的链路状态会因为支付业务需求的变化而变化，这里的链路状态分为Actived态(即激活态，亦为Connected态，连接态)、Inactived态(即去激活态)和Idle态(即空闲态)，Actived态和Inactived态之间可以转化，Inactived态和Idle态之间可以转化。

当UE终端设备，即云喇叭处于EMM-Registered、ECM-IDLE状态时，若UE有新的流量,或者从移动网络向UE发出新的流量，UE需要向网络请求服务，转换到ECM-Connected状态，然后在控制面和用户面分别设置一个ECM连接(RRC+S1信令连接)和E-RAB(DRB+S1承载),允许UE接收或发送流量。在网络向UE发送流量时，首先通知UE有下行数据，以便用户申请业务。当UE有新的流量要发送或者网络有下行数据要发送时，UE向MME发送ServiceRequest报文，转换到ECM-Connected状态。然后，UE通过使用分配的无线和网络资源，可以接收或发送流量。这个流程的转换如图4所示。

根据所述小区原始数据log日志信息，eNode基站不间断paging寻呼过程中,由于SIB消息有效时间/周期，UE终端设备从服务小区接受到MIB、SIB或者SI消息后，保存获取的SIB消息。每当UE从服务小区接受SIB1后都会对比接受到的和存储的参数，其中包含PLMN-Identify Info List中的第一个PLMN-Identity、systemInformationArea ID和valueTag。如果接收的和存储的参数相同，则认为存储的SIB消息在该小区有效；从成功确认有效的那一刻起3小时后，UE将删除任何SIB存储版本。所以间隔3个小时之后再次下发MIB即UE业务请求之时，eNode基站会下发SIB信息块再次同步，这种机制无形之中就会在某个时刻增加连接的时间成本，最终造成UE设备终端支付播报业务的延迟，尤其是网络业务本就繁忙的时间段或者LTE系统资源的调度本就紧张的时候。

因此鉴于目前LTE网络调度机制的原因，UE终端设备，即云喇叭需要根据支付业务的启动和结束来申请和释放网络资源，这也就说每次UE终端设备在发起支付业务，并使用完网络资源后，若长时间没有业务发生的情况下就会切换网络链接状态，直到下次再次发起业务，链路状态随业务的需求的变化而反复切，即Actived态<-->Inactived态<-->Idle态，这种反复申请和释放网络资源改变链路状态的方式，会使得云喇叭语音播报产生延迟。

基于上述两种造成播报延时的原因，对于商户移动支付服务商，能否提供一种简单、可行性高且可以针对全国范围内的问题商户随时作调整优化，具有重大应用价值。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种提升IOT终端云喇叭语音播报时效性的优化方法，旨在解决现有云喇叭存在播报延时的技术问题。

本发明采用如下技术方案：

所述提升IOT终端云喇叭语音播报时效性的优化方法，包括下述步骤：

步骤S1、用户手机端扫描UE终端设备上的二维付款码，当扫描成功后，用户手机端与网络侧的云平台后端服务器建立访问连接，同时用户手机端开始弹出付款界面，所述UE终端设备为云喇叭；

步骤S2、云平台后端服务器向UE终端设备下发业务提示信息包，具体过程如下：

获取UE终端设备与eNode基站之间通讯链路的链路状态；

如果当前为Inactived态，则eNode基站与UE终端设备建立连接，此时链路状态激活为Actived态；

如果当前为Idle态，则云平台后端服务器与eNode基站建立连接，然后eNode基站UE终端设备建立连接，此时链路状态激活为Actived态；

如果当前为Actived态或者激活为Actived态后，云平台后端服务器通过eNode基站向UE终端设备下发业务提示信息包；

步骤S3、在用户手机端弹出付款界面的过程中，UE终端设备接收到业务提示信息包并发出相应的提示音；

步骤S4、当付款界面完全弹出后，用户手机端接收用户输入的支付金额并确认后，云平台后端服务器完成支付相关数据操作，并向UE终端设备推送支付结果播报信息包，UE终端设备完成相应语音播报。

进一步的，所述优化方法还包括下述步骤：

步骤S5、对于云平台后端服务器与UE终端设备之间建立的链路连接，获取现场原始数据，包括接收功率RSRP值，物理小区PCI值以及小区的信噪比数值SINR，判断当前的通讯环境是否理想，如果不理想，则根据UE终端设备的通讯频段信息列表通过跳频优化算法，选出最优的工作频段并完成切换。

进一步的，如果通过跳频优化算法仍然得不到最优的工作频段，则UE终端设备从当前TDD模式切换到FDD模式，再通过跳频优化算法，选出最优的工作频段并完成切换。

进一步的，所述通讯环境是否理想的判断方式为：RSRP<-100dBm且SINR>0dBm。

进一步的，所述跳频优化算法的过程为：

将UE终端设备的通讯频段信息列表中，各物理小区的PCI值对模三取余，选择其中没有重复余数的PCI值对应的物理小区，验证其是否满足RSRP<-100dBm且SINR>0dBm，如果满足则选择该物理小区对应的频段为最优工作频段。

进一步的，当UE终端设备和eNodeB基站的通讯链路处于没有支付业务发生的Idle态的时间内，UE终端设备每间隔若干秒向eNode基站上行发送当前的位置信息，以最大限度的保留UE终端设备和eNode基站之间链路的激活态停留时长。

本发明的有益效果是：本发明采用两种优化方式，其一是定制支付预播报提示音服务，用户用手机端扫描二维码在弹出支付界面过程中，云平台后端服务器提前激活与UE终端设备之间的链路状态，避免或减少了付款金额播报延时现象的发生；其二是通过判断通讯环境的状态，通过跳频优化算法，选出最优的工作频段并完成切换，尽可能保证网络通讯工作在最佳状态，减少网络延迟和干扰。上述两种方式，分别从云平台后端服务器的定制开发和UE终端设备的工作频段选择完成了云喇叭语音播报延时的优化，无需涉及通讯运行商层面的网络优化，本发明方法实现简单，有利于提升用户体验。

附图说明

图1是云服务后台管理数据的一种截图示例；

图2是实际某个地段某个场景的通讯数据截图；

图3是图2的局部放大图；

图4是UE终端设备和eNode基站之间的状态切换变化关系图；

图5是本实施例提供的提升IOT终端云喇叭语音播报时效性的优化方法流程图；

图6是TDD模式切换到FDD模式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图5所示，本实施例提供的提升IOT终端云喇叭语音播报时效性的优化方法，下述步骤：

步骤S1、用户手机端扫描UE终端设备上的二维付款码，当扫描成功后，用户手机端与网络侧的云平台后端服务器建立访问连接，同时用户手机端开始弹出付款界面，所述UE终端设备为云喇叭。

具体操作时，用户启动手机端的支付应用APP扫描UE终端设备上的二维付款码，二维扫描付款码实质上是对应了云平台后端服务器(即https商家服务器)的链接地址，手机端通过扫码操作本质上就是访问云平台后端服务器，扫描成功即手机端与网络侧的云平台后端服务器已经建立访问连接，启动了对云后端服务器的访问。扫描成功后，会自动弹出付款界面。

步骤S2、云平台后端服务器向UE终端设备下发业务提示信息包，具体过程如下：

S21、获取UE终端设备与eNode基站之间通讯链路的链路状态。

S22、如果当前为Inactived态，则eNode基站与UE终端设备建立连接，此时链路状态激活为Actived态；

S23、如果当前为Idle态，则云平台后端服务器与eNode基站建立连接，然后eNode基站UE终端设备建立连接，此时链路状态激活为Actived态；

S24、如果当前为Actived态或者激活为Actived态后，云平台后端服务器通过eNode基站向UE终端设备下发业务提示信息包。

前述背景技术中已对Actived态、Inactived态、Idle态这三种链路状态进行描述，这里不再赘述。本实施例中，业务提示信息包具体为“DUDU-嘟嘟”的业务提示音。通过在云平台后端服务器增加了“DUDU-嘟嘟”服务任务，通过MQTT协议，云平台后端服务器端向UE终端设备端下发“DUDU-嘟嘟”业务提示信息包。

由于网络侧的云平台后端服务器有业务提示信息包主动发往UE终端设备，在“DUDU-嘟嘟”业务提示信息包未达UE终端设备前，假设此时UE终端设备和eNode基站的通讯链路处于空闲态Idle，首先网络侧云平台后端服务器到eNode基站的NG接口建立连接，然后eNode基站到UE终端的建立RRC也连接，这样从网络侧的云平台后端服务器到UE终端设备之间的整个无线/有线链接通道都被激活，及此时UE终端设备的通讯链路处于Actived态，也就是connected状态。此过程正常情况下时间一般在毫秒级(几百个毫秒)。

如果UE终端设备与eNode基站之间通讯链路的链路状态为Inactived态，则直接连接eNode基站到UE终端设备的RRC连接即可，此时UE终端设备的通讯链路处于Actived态。

因此如果当前通讯链路为Actived态或者激活为Actived态后，云平台后端服务器再下发“DUDU-嘟嘟”业务提示信息包。

在下发“DUDU--嘟嘟”播报消息前，UE终端设备为了协助eNode基站寻呼UE，MME在寻呼消息中携带eDRX周期长度；UE请求eDRX，UE在附着请求或者TAU(Tracking AreaUpdate)请求消息中携带请求使用的eDRX参数，包括空闲的eDRX长度等，根据实际情况，设置eDRX长度为10.24秒[1024帧]；

MME(Mobility Management Entity，是3GPP协议LTE接入网络的关键控制节点)决定是否接受或拒绝UE激活eDRX的请求，当接收时，MME基于运营商策略，向UE提供不同请求的eDRX参数，同时还向UE提供寻呼时间窗长度。如果MME接受使用eDRX，则UE应更具接收到的eDRX长度和寻呼时间窗长度使用eDRX。

UE在RRC_Idle空闲状态时：默认寻呼的eDRX最小周期是128帧(1.28s),最长周期是(10.24s),包括128个、256个、512个、1024个无线帧；默认寻呼的eDRX最小周期是2个超帧(20.48s)，最长周期是1024超帧(约为2.91小时，一个超帧等于1024帧)，包括2个、4个、6个、8个、10个、12个、14个、16个、32个、64个、128个、256个、512个、1024个超帧。

步骤S3、在用户手机端弹出付款界面的过程中，UE终端设备接收到业务提示信息包并发出相应的提示音。

由于通讯链路激活为Actived态一般不超过几百毫秒，当“DUDU-嘟嘟”业务提示信息到达了UE终端设备后，UE终端设备发出相应的提示音。而此时大部分情况下，可能手机端还处于弹出付款界面的过程中，或者刚完全弹出付款界面，UE终端设备发出“嘟嘟”的提示音提示用于付款。在手机端，用户正在通过付款界面输入付款金额，而此时的UE终端设备因为已经收到“DUDU-嘟嘟”提示信息包，正在执行提示音播放。

步骤S4、当付款界面完全弹出后，用户手机端接收用户输入的支付金额并确认后，云平台后端服务器完成支付相关数据操作，并向UE终端设备推送支付结果播报信息包，UE终端设备完成相应语音播报。

本步骤是正常的付款步骤。用户在手机端输入支付金额，并点击确认后，手机端向云平台后端服务器发送确认指令，云平台后端服务器进行相关的支付业务操作，处理完成后，向UE终端设备推送支付结果播报信息包，UE终端设备完成语音播报，比如播报当前用户支付的金额。

由于在主动式移动支付应用场景的过程中,需要通过手动扫描二维码来发起用户端的支付行为，从成功扫码到支付金额的输入再到确认支付付款最后到支付完成，整个过程的操作时间基本在10～15秒(一般情况下统计得出)以上，扫码付款页面展示(提示音DUDU-嘟嘟)到用户手机端app完成支付，中间一般也有8秒的时间间隔，这就为UE设备终端提前启动状态转换并激活和保持通讯链路的握手提供了时间提前量。因此本发明是利用用户在扫描的过程中，提前激活通讯链路为Actived态，保证后续支付操作后推送支付结果的语音播报的及时性。

此处理方式好比在一定时间跨度内(或者时间片内，激活状态停留的时间内)，对象A(云平台后端服务器)要去拜访对象B(UE终端设备)。由于事先并不知道对象B是否在家(是否在线actived状态)，因此，通过提前预约(类似先发短信或者电话)告知对象B，得到对象B的反馈(握手，并激活他们之间的链路状态并connected)后，在约定的时间内，对象A再直接去拜访对象B，这样对象A与对象B碰头的机率就会大大增加；而对于无提前预约或者告知的情况，对象A单向直接去拜访对象B而言，对象A和对象B成功会面的机会显然无法保证，失败的机率就会很突出，最后对象A和对象B见面的时间就会延迟，往后拉长。

因此通过本发明方法，由于整个付款操作的流程中，UE终端设备和网络侧云平台后端服务器之间的通讯链路被提前激活，当真正的付款金额播报业务下发的时候，通讯链路就省去了再去激活所需的时间和麻烦，云平台后端服务器通过手机端付款页面的付款操作，获取付款金额及生成相应的语音播报业务下发，UE终端设备很快便接收到了金额播报业务信息包，并准时播报付款金额，避免或减少了付款金额播报延时现象的发生。整个过程就类似前述“拜访之前，提前预约”，当对象A要与对象B会面，为了保证接下来的会面能如期实现，提前发送预约消息/信息包，就能避免直接去拜会面因对方不在状态(UE通讯链路的Idle态)而错失或者导致延期/延时。

上述的优化方式为一种优化方式，在加入扫码提示信息预播报，是常态优化手段，也就是无论当前的信号环境好坏与否，都是一直都需要去执行的任务和手段。另外，为了应对有些通讯环境比较恶劣的情况，上述手段还不能让UE终端设备的播报业务达时效性达到最佳状态。

因此本发明还提供了另外一种方式，具体如下，本发明实施例提供的优化方法还包括下述步骤：

步骤S5、对于云平台后端服务器与UE终端设备之间建立的链路连接，获取现场原始数据，包括接收功率RSRP值，物理小区PCI值以及小区的信噪比数值SINR，判断当前的通讯环境是否理想，如果不理想，则根据UE终端设备的通讯频段信息列表通过跳频优化算法，选出最优的工作频段并完成切换。

所述步骤S5并不代表S5是位于S4之后执行，而是在UE终端设备通讯链路比较恶劣的情况时，进行的一种优化方式，执行于整个支付工作过程。本发明从UE终端设备的底层嵌入式系统中，加入步骤S5方法来获取或者强化播报时效性。

首先根据当前的接收功率RSSP值和SINR值判断当前的通讯环境是否理想。如果RSRP<-100dBm且SINR>0dBm可认为是否理想通讯环境。如果不理想则需要根据当前UE终端设备获取的通讯频段信息列表，采用“跳频优化”处理方式来获取最优工作频段，并且切换到最优工作频段。

所述跳频优化算法的过程为：

将UE终端设备的通讯频段信息列表中，各物理小区的PCI值对模三取余，选择其中没有重复余数的PCI值对应的物理小区，验证其是否满足RSRP<-100dBm且SINR>0dBm，如果满足则选择该物理小区对应的频段为最优工作频段。

结合图3、4所示，图中所示频段对应的小区PCI为例，PCI＝[365,257,343,347,394,393,502]。它们对3的余数分别是[2,2,1,2,1,0,1]，其中余数之中1和2有多次重复，即对应的频段都存在模三干扰，都是被模三干扰所污染了的小区频段，并且从对应的SINR值也可以看出，模三干扰导致SINR值普遍都<0dBm，在这些PCI小区频段内延迟、数据吞吐量都会不同程度的出现问题并最终影响终端设备云喇叭播报时效。其中只有余数0没有重复，因此只有余数0对应PCI小区对应的工作频段没有模三干扰，且SINR值＝8.5dBm，远优于门阏值，此小区的工作频段Frequency＝2452，PCI＝393。

因此在UE终端设备的嵌入式系统中，根据现场PCI值、RSRP值、SINR值动态的分析选择最合适的工作频段，图示中，工作频段由1850跳到2452，2452对应的频段SINR值8.5dBm,很优质。因此本发明通过动态跳频来规避模三干扰问题，能够行之有效地实现对UE终端设备无线通讯信号质量的优化。

与此同时为了尽可能支持通讯链路系统的Actived激活态，在UE终端设备和eNodeB基站的通讯链路处于没有支付业务发生的Idle态的时间内，UE终端设备每间隔若干秒(如30秒)向eNode基站上行发送当前的位置信息，以最大限度的保留UE终端设备和eNode基站之间链路的激活态停留时长。另外，由于移动网络的切换引起的网络延迟，在某些特定地点和环境下也是异常明显，所以要尽量避免UE设备端空间位置频繁移动(避免经常性的移动云喇叭设备)，尤其是业务活动期间。

如果通过跳频优化算法仍然得不到最优的工作频段，则UE终端设备从当前TDD模式切换到FDD模式，再通过跳频优化算法，选出最优的工作频段并完成切换。模式切换一般位于IDLE态下，而且也是基于对eNod基站周边小区信号数据采集和分析的结果临时性的无线通讯模式切换。UE终端设备嵌入式式系统内部软件调整通讯模式为FDD通讯模式，图6为debug模式下，查看UE终端设备由TDD模式切换到FDD模式。FDD模式有助于改善干扰环境下的通讯信号的质量，提升UE终端设备播报的时效性。

综上，本发明利用云平台后端服务器和UE终端设备之间的MQTT通讯交互协议，定制支付预播报提示音“DUDU--嘟嘟”服务。在启动支付并成功扫码二维码后的第一时间内，通过MQTT协议及时下发提示信息送往UE终端设备(提示扫码成功播放“嘟嘟”音)，此时用户支付场景并未结束，支付行为还在进行中，这为后续的及时推送收款播报的关键业务信息---收款金额提示播报提供了激活链路所需要的缓冲时间，即提前预热/激活通讯链路，为后续收款金额播报实现感观上的第一时间做好了铺垫，这样就可以大概率地降低关键业务下发前由于状态未转换或未激活需要花时间先处理而带来的种种不便，最后导致了播报延迟现象，特别是在某些情况无线网络资源紧张的环境下。

另一方面，在UE终端设备的嵌入式系统优化上，采用间接规避的方式来处理模三干扰问题--跳频处理，而不是直接处理模三干扰，能够明显提高网络质量，降低播报延时。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。