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PCC系統構筑智能移動寬帶

時間: 2014-07-29 17:54 來源: 郵電設計技術

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1 PCC技術背景 移動互聯網、云計算、物聯網被認為是即將改變通信業的三大技術,其中尤以移動互聯網發展最快。隨著3G、高速分組接入(HSPA)、長期演進(LTE)網絡新技術的部署,無線網絡帶寬得到了大幅度提高, iPhone、iPad等智能終端越來越普及,App Store、Wo Store等應用商店應用的不斷豐富,微博、網絡社區、網絡購物、網絡支付等社會化媒體和消費手段向移動互聯網的不斷滲透,即時通訊(IM)、在線點播、P2P下載、網絡游戲等網絡應用的使用日趨頻繁,讓越來越多的消費者使用移動互聯網的熱情空前高漲,也讓運營商的移動數據流量呈現爆炸式的增長,但運營商的收益增幅卻遠遠小于數據流量的增幅,運營商在移動互聯網大發展的新時期,有淪落為“管道工”的潛在危險。為此需要思考如下問題。 a) 如何通過提供差異化服務或差異化網絡策略,來保障或提高VIP客戶的體驗? b) 在資費和業務對等的條件下,如何保障用戶公平使用網絡資源? c) 在網絡資源有限的情況下(比如忙時),如何保障高收入業務(流媒體等)的高帶寬,限制低收入業務(P2P下載)的帶寬? d) 如何優化現有網絡,避免IM業務長時間占用無線信道? e) 如何通過資費策略調整,在鼓勵用戶使用各種數據業務的同時,避免擠占重要業務的網絡資源? 基于3GPP協議的策略與計費控制(PCC)系統架構為運營商解決上述問題提供了很好的解決方案,可以有效地對用戶或者業務進行策略部署,通過靜態或動態的計費和控制策略對運營商的分組數據網絡進行精細化的管控,調節有限的帶寬資源來保障重要客戶和重要業務的使用,同時可以配合運營商的資費策略鼓勵用戶在網絡閑時使用移動數據業務,從而提高網絡資源的使用效率,增加運營商收益,達到對分組業務進行合理調控的目的。運營商可以結合自己網絡的特點以及用戶的行為分析,通過建設PCC系統構筑智能移動寬帶,從根本上把握移動互聯網業務的控制權,提高網絡運營的收益,逐步實現從設備運營商到綜合網絡服務商的角色轉換,掌握移動互聯網發展的主動權。 2 PCC架構和原理 3GPP 標準組織把策略控制功能(PDF)和流計費功能(FBC)進行合并后,在R7中引入了PCC架構,主要用于實現分組網絡業務數據傳輸的端到端的QoS策略控制、基于流的計費控制,它將業務應用層的QoS要求映射為業務承載層的QoS要求來保障數據傳輸,其宗旨是實現網絡的精細化管控,為用戶提供差異化服務。R8在R7的基礎上增強了對LTE/CDMA/WLAN等多種接入類型、漫游、策略與計費規則功能(PCRF)尋址增強等功能點。R9主要進行功能完善。R10提出了“Policy Plane”的概念,并開展深層封包檢測(DPI)業務檢測上報、SPR標準化、基于業務選網等增強功能研究。 2.1 PCC架構 3GPP 定義的PCC架構如圖1所示。

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PCC架構中的主要功能體包括:PCRF、策略與計費執行功能(PCEF)、簽約信息儲存(SPR)、應用功能(AF)、在線計費系統/離線計費系統(OCS/OFCS)等。 PCRF是PCC架構中的“大腦”,主要負責根據業務特性與相關用戶屬性制定并動態下發控制與計費策略給PCEF。 PCEF一般位于網關,可以和GPRS中的GGSN合設,主要進行業務數據流的檢測,從PCRF獲取并執行基于業務的控制與基于流的計費策略。 SPR管理和存儲所有PCRF所需的簽約用戶或簽約相關的信息,為PCRF制定相關策略提供簽約信息。可以與網絡中其他數據庫分開設置或合設。 AF是提供應用服務的功能體,與PCRF通信以傳輸動態會話信息,PCRF根據會話信息進行PCC決策制定。 OCS/OFCS配合PCC系統進行在線或離線計費。 2.2 PCC架構和分組域系統的連接 PCC架構和分組域系統的連接示意圖如圖2所示。

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GGSN(DPI+PCEF):對業務進行解析識別,并上報業務特性給PCRF;從PCRF獲取并執行基于業務流的控制與計費策略。 PCRF:根據業務特性與相關用戶屬性制定并動態下發業務的控制與計費策略給GGSN。 SPR:存儲管理用戶業務簽約數據。 UBAS:完成數據采集、過濾、匯總、歸類,進行各種數據分析。 3 福建聯通PCC業務應用場景 隨著中國聯通3G網絡的部署,用戶的接入帶寬得到了大幅度提升,隨之而來智能終端大量涌現,以及在此基礎上各種新的互聯網業務蓬勃發展,這些都對移動分組網絡運營帶來了巨大的挑戰。由于不同互聯網業務的比特價值的差別,如何區分業務并對業務或用戶帶寬進行實時控制,對于運營商如何合理應用網絡資源,避免成為管道工,降低CAPEX,進而實現帶寬收益最大化,這些問題顯得越來越重要且急迫。結合福建省的實際情況,部署PCC架構之后,能實現以下場景的應用。 3.1 金銀銅用戶分級 如何提供差異化的用戶分級服務,保障VIP客戶的網絡體驗,成為運營商關注的焦點和提高盈利能力的關鍵。分組核心網通過和PCC系統的交互,將獲取的用戶優先級信息(QoS等)傳遞給無線RNC,無線系統基于用戶優先級實現區分用戶的資源調度,高等級的用戶可優先獲得無線網絡資源。 在該場景中,可將用戶劃分為金、銀、銅等多個等級,不同等級對應不同的業務控制策略。 a) 用戶等級的簽約管理:每個用戶對應的等級和策略由PCRF/SPR(PCRF和SPR可合設)或者HLR管理,不同用戶可以簽約不同的等級。 b) 用戶等級控制的執行:區分用戶的策略控制需要GGSN(PCEF)和無線(RNC)一起配合。PCEF需要將從PCRF/SPR獲取的用戶優先級等策略信息轉發至無線RNC,無線系統根據用戶的優先級進行相應網絡資源的調度。 3.2 P2P等業務管控 P2P業務已經開始從固定寬帶網向移動寬帶網滲透,隨著可以作為MODEM使用的手機越來越多,及上網卡的大量普及,P2P業務的使用也更加頻繁,而P2P驟增的流量擠占了運營商自營業務和高價值業務的網絡資源,給運營商的網絡帶來了很大的擴容壓力。 為了解決該問題,需要網絡能夠識別用戶所使用的業務,對不同的業務執行不同的控制策略,為高價值業務優先保障網絡資源,限制P2P等低值業務對網絡資源的占用。 在差異化業務管控方案中,不同的業務對應不同的帶寬等策略。 a) 用戶業務的識別: GGSN(PCEF)集成DPI功能,實現對業務的檢測和控制。 b) 用戶業務策略的簽約管理:每個用戶業務的控制策略可由PCRF/SPR管理,不同用戶可以簽約各自的業務控制策略。 c) 用戶業務控制的執行:PCEF依據PCRF/SPR下發的業務策略,區分業務進行控制。例如:限制P2P業務的帶寬,而不影響Web瀏覽。 3.3 忙區閑區管控 在城市里不同區域無線系統的業務忙閑程度不同,比如CBD和住宅區,有明顯的潮汐效應,為了實現精細的網絡管理,需要根據不同的位置執行不同的控制策略。 a) 在忙區,為了保障大眾用戶獲得較快的Web瀏覽業務,需要對部分占用過多帶寬的低價值業務進行嚴格限制。 b) 在閑區,為了給用戶提供較好的業務體驗,需要放寬對用戶業務的控制策略。 c) 在PCRF/SPR系統中,配置忙區信息(小區、業務區、路由區等),以及用戶在忙區的控制策略(例如:P2P帶寬)。 d) GGSN(PCEF)在用戶接入或位置發生改變時向PCRF/SPR上報更新的位置信息(需要無線系統配合實現)。PCRF/SPR依據用戶的位置信息進行策略決策和下發,由PCEF執行相應的策略。 3.4 忙時閑時管控 不同時段無線系統的業務忙閑程度不同,為了實現精細的網絡管控,需要在不同時段執行不同的控制策略: a) 在忙時,為了保障大眾用戶獲得較快的Web瀏覽業務,需要對部分占用過多帶寬的低價值業務(P2P等)進行嚴格限制。 b) 在閑時,為了給用戶提供較好的業務體驗,需要放寬對用戶業務的控制策略,例如不限制P2P業務的帶寬。 可以設置1個或多個忙閑時段,在不同的時段執行不同的控制策略,實現方式如下。 a) 在PCRF/SPR系統中,配置忙閑時段,以及各個時段對應的控制策略(例如:P2P帶寬)。 b) PCRF/SPR依據忙閑時段信息進行策略決策和下發,由PCEF執行相應的策略。 可在PCRF/SPR中每天設置多個忙閑時段,達到更好的控制效果。例如: a) 忙時一:09:00~16:00,限制P2P業務的帶寬。 b) 忙時二:19:00~23:00,限制P2P業務的帶寬。 c) 其他時間:不限制P2P業務的帶寬。 3.5 FUP管控 合理使用策略(FUP)為解決用戶長時間占用無線資源和大量帶寬的問題提供了很好的思路。 a) 當用戶在一定時間(比如一天或一月)使用的流量小于額定的門限時,用戶將獲得較高的服務等級和帶寬。 b) 當用戶在一定時間(比如一天或一月)使用的流量大于額定的門限時,將降低該用戶的服務等級和帶寬,從而達到控制用戶用量的目的。 部署該策略時,考慮到用戶可能不知曉自己當前的用量,在月初幾天的用量就已達到額定的門限,導致用戶在之后大部分時間的帶寬較低,可能會進行投訴。因此可以對該策略進行改進,依據用戶/業務的當月及當天的總用量進行控制。當用戶在當天使用的用量過多時,系統臨時降低用戶的等級和帶寬,第二天恢復至正常狀態,并重新累計當天用量。該方式可延緩用戶觸發月用量門限導致帶寬下降的情況,從而盡量保證用戶在整個月內享有較高的服務質量,同時又達到了控制用戶使用流量過大的目的。 該方案的應用案例如圖3所示。

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圖3 FUP方式示意圖

3.6 校園網業務管控 對學生用戶開展的校園網套餐,當終端在校園內使用業務時采用較低的費率,當用戶移動至校園外的小區時則采用其他費率進行業務收費,同時可能還需對部分業務進行限制。由于用戶在使用業務過程中往往不能獲知自己當前的位置和收費情況,為了提高用戶的認知度,當費率改變時應當及時向用戶進行友好提示。 該策略屬于基于位置的管控策略,并且支持用戶提示機制。其中提示機制可采用短信通知,也可采用HTTP Portal重定向。因為使用數據卡上網時用戶可能不方便接收短信,因此可采用HTTP Portal重定向方式向用戶進行提醒。該方案如圖4所示。

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該策略方案中,由PCRF/SPR管理用戶在不同位置的控制策略,包括HTTP重定向策略。 當用戶在校園網內接入時可正常使用業務,當用戶離開校園網時,PCRF/SPR將通知PCEF執行HTTP重定向,將用戶的上網請求重定向至提示Portal頁面中,向用戶友好提示。 該管控策略需要無線系統上報用戶的位置信息。并且當用戶位置改變時,需要無線系統向核心網更新用戶的位置信息。 3.7 靈活定制的用量短信提醒 為了給用戶提供貼心友好的提醒服務,當用戶用量達到或即將達到設定的流量額度門限時,向用戶發送短信提示當前的用量信息以提高用戶的認知度。 該方式需要PCRF與短信系統相連,當系統檢測到用戶的用量達到設定的額度時,向用戶發送短信進行提示。該方案如圖5所示。

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3.8 基于DPI的內容計費 精細化的業務管控離不開區分內容的計費功能。GGSN(PCEF)內置的DPI需對L3~L7協議進行檢測以識別不同的業務,PCEF將檢測到的業務信息上報給PCRF,由PCRF根據SPR中的業務簽約信息采取對應的計費策略。該方案實現如下。 a) 在線計費: GGSN(PCEF)通過Gy接口連接OCS系統,由OCS實時扣費,PCEF依據OCS授權的配額信息實時控制每個業務消耗的用量。 b) 離線計費:GGSN(PCEF)連接CG系統,將用戶的內容計費話單保存在CG系統中,供運營商計費系統采集計費話單。 當用戶余額不足時,GGSN(PCEF)依據OCS/PCRF的重定向指示信息,可禁止用戶繼續使用業務,并將用戶重定向至運營商的自助服務Portal頁面中。待用戶充值完成后,用戶方可繼續使用業務。 4 福建聯通PCC構建架構 福建聯通分組網絡的PCC客戶分級管理系統,擬分階段進行部署。 a) 階段一:初期以基于DPI+PCC的控制方案為主,由UBAS(各廠家名稱不一,實現用戶行為分析、業務分析功能)提供用戶行為和網絡質量的分析,開展差異化控制業務。例如:忙閑時控制、P2P限速、FUP方案等。 b) 階段二:結合終端、無線網設備情況,提供完善的端到端QoS保障,提供基于DPI、AF觸發的QoS承載建立。 考慮到福建聯通網絡當前的支持能力,減少對現網的改造,選擇首先進行階段一的建設。暫不采用基于精確位置的管控方案,例如:忙區閑區管控、校園網管控等。 4.1 系統建設前的準備 福建聯通現網有福州GPRS系統和廈門GPRS系統,本項目計劃對新建的廈門分組域系統實施PCC的客戶分級管理。廈門分組核心網有2套SGSN和2套GGSN設備,OCS系統設置在福州。為了實現PCC應用,需要新增PCRF、SPR系統,PCRF和SPR可以合設;為了實現對網絡、業務的統計分析,需部署UBAS系統。 當需要開展用戶級的差異化管控時(例如:金銀銅分級方案),RNC配置用戶QoS對應的無線調度機制。升級GGSN系統,提供基于DPI的PCC等功能。升級營賬BOSS,實現用戶在SPR系統中的開戶管理。 GGSN與新建的PCRF/SPR、UBAS之間的對接采用局域網連接方式,各設備統一連接至1對核心交換機,以實現相互通信。PCRF/SPR與營賬BOSS進行對接,實現BOSS對用戶的開戶管理。PCRF/SPR與廈門短信中心對接,實現用戶的友好短信提示。 4.2 組網方案 GGSN、PCRF/SPR、UBAS等網元均接入至1對核心交換機(思科7609交換機),以實現IP互通,PCRF/SPR與廈門短信中心的對接通過局間中繼的方式對接,SPR與BOSS的IP互通通過福建DCN網絡承載,SPR只需接入至同局址的DCN接入交換機即可。組網圖如圖6所示。

PCC系統構筑智能移動寬帶 圖6 福建聯通PCC組網圖

4.3 策略制定 福建聯通根據自身的網絡情況和國內運營商PCC的商用情況,前期僅對廈門分組系統進行PCC建設,對用戶和業務的管控策略主要采用用戶分級策略、P2P等業務的管控策略、忙閑時的管控策略、FUP、用戶友好短信提醒策略。而基于精確位置的管控策略在條件成熟時可適時引入。 4.3.1 金銀銅用戶分級策略 不同級別用戶針對不同APN在SPR簽約不同的QoS:在SPR上配置用戶的開戶簽約數據,同時對多個APN簽約不同的QoS參數(Traffic Class、MBR、GBR、ARP等),例如對UNINET、UNIWAP分別簽約不同的QoS、在RNC上設置QoS參數對應的調度機制。 4.3.2 P2P等業務管控策略 將用戶等級配置為金牌、銀牌、銅牌三級用戶,對應的QoS策略分別為不限制QoS、限制QoS、禁止接入。定義不同級別的用戶可使用不同的業務及帶寬: 例如,金牌用戶使用FTP業務不限制帶寬;銀牌用戶使用FTP業務限制帶寬;銅牌用戶使用FTP業務被禁止;金牌用戶使用BT業務不限制帶寬;銀牌用戶使用BT業務限制帶寬;銅牌用戶使用BT業務被禁止。 4.3.3 忙時閑時管控策略 配置時段,23:00~07:00為優惠時段(可根據情況適當調整),07:00~23:00為正常時段。配置策略,對于HTTP業務,優惠時段最高比特率(MBR)為2 Mbit/s,正常時段MBR為1 Mbit/s。優惠時段到達之后,PCRF主動PUSH決策:用戶在07:00~23:00進行HTTP業務,PCRF下發HTTP業務的決策:MBR 2 Mbit/s;當PCRF檢測到時間過了07:00之后,主動通過RAR消息下發HTTP業務的決策:MBR 1 Mbit/s。 4.3.4 FUP管控 a) 根據流量門限進行QoS帶寬控制:配置用戶FTP業務的簽約流量為100 M,超過流量則對該用戶帶寬控制為128 kbit/s,不作其他類型帶寬控制。 b) 根據時長門限進行QoS帶寬控制:配置用戶BT業務的簽約時長為360 s,超過時長則對該用戶帶寬控制為128 kbit/s,不作其他類型帶寬控制。 c) 根據定期上報進行QoS帶寬控制:配置用戶FTP業務上報方式為定期上報(上報周期為60 s),配置該業務流量閾值為100 M,時長閾值為180 s,超過閾值則將用戶帶寬限制為16 kbit/s。 4.3.5 靈活定制的用量短信提醒 a) 根據DataUsage流量控制進行重定向:配置用戶HTTP業務的簽約流量為10 M,超過流量則對該用戶重定向到URL1。 b) 根據DataUsage流量控制進行短信通知:配置用戶HTTP業務的簽約流量為10 M,并接收短信通知,超過流量則對該用戶進行短信通知,配置用戶用量達到100%時進行短信通知。 5 總結 目前,該系統在福建省的分組域系統中還只針對少部分的客戶群進行試商用,其在現網的實際運行效益還有待進一步驗證。PCC系統作為構筑運營商智能寬帶的有力工具,已經得到了更多的關注和重視,但是它只是一種工具手段,而提高用戶的體驗、滿意度和運營商的收益才是終極目的。運營商應通過對現網用戶的行為分析和業務分析,制定適合本地業務發展的有效策略,需根據忙閑時和忙閑區的特征,制定合理的資費策略,引導用戶的業務使用行為。在盡量減少對普通客戶的影響下提高VIP客戶的體驗。對于QQ等IM業務,實行PDCH分配優化,提升無線資源利用率,在有限網絡資源的情況下,保障高價值用戶和業務的使用。 參考文獻: [1]中國聯通. 中國聯通EPC網絡PCC設備測試規范(初稿)[S]. 中國聯通,2010.8. [2]中國聯通. 中國聯通Gx接口測試規范V0.3[S]. 中國聯通,2010.3 [3]中國聯通. 中國聯通Gx接口測試規范V0.0.2.1[S]. 中國聯通,2010.2. [4]王慧娟. PCC:智慧寬帶的“智慧大腦”[J]. 通信世界周刊,2011. [5]3GPP TS 23.203(V7.3.0)Policy and charging control architecture[S/OL]. [2011-07-19].http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23203-730.pdf. [6]楊紅梅,芮通,習建德,等. SR 68-2010策略和計費控制(PCC)系統技術研究[R]. 工業和信息化部電信研究院等,2010.

(責任編輯:6g下載網)

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