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PCC系统构筑智能移动宽带

时间: 2014-07-29 17:54 来源: 邮电设计技术

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1 PCC技术背景 移动互联网、云计算、物联网被认为是即将改变通信业的三大技术,其中尤以移动互联网发展最快。随着3G、高速分组接入(HSPA)、长期演进(LTE)网络新技术的部署,无线网络带宽得到了大幅度提高, iPhone、iPad等智能终端越来越普及,App Store、Wo Store等应用商店应用的不断丰富,微博、网络社区、网络购物、网络支付等社会化媒体和消费手段向移动互联网的不断渗透,即时通讯(IM)、在线点播、P2P下载、网络游戏等网络应用的使用日趋频繁,让越来越多的消费者使用移动互联网的热情空前高涨,也让运营商的移动数据流量呈现爆炸式的增长,但运营商的收益增幅却远远小于数据流量的增幅,运营商在移动互联网大发展的新时期,有沦落为“管道工”的潜在危险。为此需要思考如下问题。 a) 如何通过提供差异化服务或差异化网络策略,来保障或提高VIP客户的体验? b) 在资费和业务对等的条件下,如何保障用户公平使用网络资源? c) 在网络资源有限的情况下(比如忙时),如何保障高收入业务(流媒体等)的高带宽,限制低收入业务(P2P下载)的带宽? d) 如何优化现有网络,避免IM业务长时间占用无线信道? e) 如何通过资费策略调整,在鼓励用户使用各种数据业务的同时,避免挤占重要业务的网络资源? 基于3GPP协议的策略与计费控制(PCC)系统架构为运营商解决上述问题提供了很好的解决方案,可以有效地对用户或者业务进行策略部署,通过静态或动态的计费和控制策略对运营商的分组数据网络进行精细化的管控,调节有限的带宽资源来保障重要客户和重要业务的使用,同时可以配合运营商的资费策略鼓励用户在网络闲时使用移动数据业务,从而提高网络资源的使用效率,增加运营商收益,达到对分组业务进行合理调控的目的。运营商可以结合自己网络的特点以及用户的行为分析,通过建设PCC系统构筑智能移动宽带,从根本上把握移动互联网业务的控制权,提高网络运营的收益,逐步实现从设备运营商到综合网络服务商的角色转换,掌握移动互联网发展的主动权。 2 PCC架构和原理 3GPP 标准组织把策略控制功能(PDF)和流计费功能(FBC)进行合并后,在R7中引入了PCC架构,主要用于实现分组网络业务数据传输的端到端的QoS策略控制、基于流的计费控制,它将业务应用层的QoS要求映射为业务承载层的QoS要求来保障数据传输,其宗旨是实现网络的精细化管控,为用户提供差异化服务。R8在R7的基础上增强了对LTE/CDMA/WLAN等多种接入类型、漫游、策略与计费规则功能(PCRF)寻址增强等功能点。R9主要进行功能完善。R10提出了“Policy Plane”的概念,并开展深层封包检测(DPI)业务检测上报、SPR标准化、基于业务选网等增强功能研究。 2.1 PCC架构 3GPP 定义的PCC架构如图1所示。

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PCC架构中的主要功能体包括:PCRF、策略与计费执行功能(PCEF)、签约信息储存(SPR)、应用功能(AF)、在线计费系统/离线计费系统(OCS/OFCS)等。 PCRF是PCC架构中的“大脑”,主要负责根据业务特性与相关用户属性制定并动态下发控制与计费策略给PCEF。 PCEF一般位于网关,可以和GPRS中的GGSN合设,主要进行业务数据流的检测,从PCRF获取并执行基于业务的控制与基于流的计费策略。 SPR管理和存储所有PCRF所需的签约用户或签约相关的信息,为PCRF制定相关策略提供签约信息。可以与网络中其他数据库分开设置或合设。 AF是提供应用服务的功能体,与PCRF通信以传输动态会话信息,PCRF根据会话信息进行PCC决策制定。 OCS/OFCS配合PCC系统进行在线或离线计费。 2.2 PCC架构和分组域系统的连接 PCC架构和分组域系统的连接示意图如图2所示。

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GGSN(DPI+PCEF):对业务进行解析识别,并上报业务特性给PCRF;从PCRF获取并执行基于业务流的控制与计费策略。 PCRF:根据业务特性与相关用户属性制定并动态下发业务的控制与计费策略给GGSN。 SPR:存储管理用户业务签约数据。 UBAS:完成数据采集、过滤、汇总、归类,进行各种数据分析。 3 福建联通PCC业务应用场景 随着中国联通3G网络的部署,用户的接入带宽得到了大幅度提升,随之而来智能终端大量涌现,以及在此基础上各种新的互联网业务蓬勃发展,这些都对移动分组网络运营带来了巨大的挑战。由于不同互联网业务的比特价值的差别,如何区分业务并对业务或用户带宽进行实时控制,对于运营商如何合理应用网络资源,避免成为管道工,降低CAPEX,进而实现带宽收益最大化,这些问题显得越来越重要且急迫。结合福建省的实际情况,部署PCC架构之后,能实现以下场景的应用。 3.1 金银铜用户分级 如何提供差异化的用户分级服务,保障VIP客户的网络体验,成为运营商关注的焦点和提高盈利能力的关键。分组核心网通过和PCC系统的交互,将获取的用户优先级信息(QoS等)传递给无线RNC,无线系统基于用户优先级实现区分用户的资源调度,高等级的用户可优先获得无线网络资源。 在该场景中,可将用户划分为金、银、铜等多个等级,不同等级对应不同的业务控制策略。 a) 用户等级的签约管理:每个用户对应的等级和策略由PCRF/SPR(PCRF和SPR可合设)或者HLR管理,不同用户可以签约不同的等级。 b) 用户等级控制的执行:区分用户的策略控制需要GGSN(PCEF)和无线(RNC)一起配合。PCEF需要将从PCRF/SPR获取的用户优先级等策略信息转发至无线RNC,无线系统根据用户的优先级进行相应网络资源的调度。 3.2 P2P等业务管控 P2P业务已经开始从固定宽带网向移动宽带网渗透,随着可以作为MODEM使用的手机越来越多,及上网卡的大量普及,P2P业务的使用也更加频繁,而P2P骤增的流量挤占了运营商自营业务和高价值业务的网络资源,给运营商的网络带来了很大的扩容压力。 为了解决该问题,需要网络能够识别用户所使用的业务,对不同的业务执行不同的控制策略,为高价值业务优先保障网络资源,限制P2P等低值业务对网络资源的占用。 在差异化业务管控方案中,不同的业务对应不同的带宽等策略。 a) 用户业务的识别: GGSN(PCEF)集成DPI功能,实现对业务的检测和控制。 b) 用户业务策略的签约管理:每个用户业务的控制策略可由PCRF/SPR管理,不同用户可以签约各自的业务控制策略。 c) 用户业务控制的执行:PCEF依据PCRF/SPR下发的业务策略,区分业务进行控制。例如:限制P2P业务的带宽,而不影响Web浏览。 3.3 忙区闲区管控 在城市里不同区域无线系统的业务忙闲程度不同,比如CBD和住宅区,有明显的潮汐效应,为了实现精细的网络管理,需要根据不同的位置执行不同的控制策略。 a) 在忙区,为了保障大众用户获得较快的Web浏览业务,需要对部分占用过多带宽的低价值业务进行严格限制。 b) 在闲区,为了给用户提供较好的业务体验,需要放宽对用户业务的控制策略。 c) 在PCRF/SPR系统中,配置忙区信息(小区、业务区、路由区等),以及用户在忙区的控制策略(例如:P2P带宽)。 d) GGSN(PCEF)在用户接入或位置发生改变时向PCRF/SPR上报更新的位置信息(需要无线系统配合实现)。PCRF/SPR依据用户的位置信息进行策略决策和下发,由PCEF执行相应的策略。 3.4 忙时闲时管控 不同时段无线系统的业务忙闲程度不同,为了实现精细的网络管控,需要在不同时段执行不同的控制策略: a) 在忙时,为了保障大众用户获得较快的Web浏览业务,需要对部分占用过多带宽的低价值业务(P2P等)进行严格限制。 b) 在闲时,为了给用户提供较好的业务体验,需要放宽对用户业务的控制策略,例如不限制P2P业务的带宽。 可以设置1个或多个忙闲时段,在不同的时段执行不同的控制策略,实现方式如下。 a) 在PCRF/SPR系统中,配置忙闲时段,以及各个时段对应的控制策略(例如:P2P带宽)。 b) PCRF/SPR依据忙闲时段信息进行策略决策和下发,由PCEF执行相应的策略。 可在PCRF/SPR中每天设置多个忙闲时段,达到更好的控制效果。例如: a) 忙时一:09:00~16:00,限制P2P业务的带宽。 b) 忙时二:19:00~23:00,限制P2P业务的带宽。 c) 其他时间:不限制P2P业务的带宽。 3.5 FUP管控 合理使用策略(FUP)为解决用户长时间占用无线资源和大量带宽的问题提供了很好的思路。 a) 当用户在一定时间(比如一天或一月)使用的流量小于额定的门限时,用户将获得较高的服务等级和带宽。 b) 当用户在一定时间(比如一天或一月)使用的流量大于额定的门限时,将降低该用户的服务等级和带宽,从而达到控制用户用量的目的。 部署该策略时,考虑到用户可能不知晓自己当前的用量,在月初几天的用量就已达到额定的门限,导致用户在之后大部分时间的带宽较低,可能会进行投诉。因此可以对该策略进行改进,依据用户/业务的当月及当天的总用量进行控制。当用户在当天使用的用量过多时,系统临时降低用户的等级和带宽,第二天恢复至正常状态,并重新累计当天用量。该方式可延缓用户触发月用量门限导致带宽下降的情况,从而尽量保证用户在整个月内享有较高的服务质量,同时又达到了控制用户使用流量过大的目的。 该方案的应用案例如图3所示。

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图3 FUP方式示意图

3.6 校园网业务管控 对学生用户开展的校园网套餐,当终端在校园内使用业务时采用较低的费率,当用户移动至校园外的小区时则采用其他费率进行业务收费,同时可能还需对部分业务进行限制。由于用户在使用业务过程中往往不能获知自己当前的位置和收费情况,为了提高用户的认知度,当费率改变时应当及时向用户进行友好提示。 该策略属于基于位置的管控策略,并且支持用户提示机制。其中提示机制可采用短信通知,也可采用HTTP Portal重定向。因为使用数据卡上网时用户可能不方便接收短信,因此可采用HTTP Portal重定向方式向用户进行提醒。该方案如图4所示。

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该策略方案中,由PCRF/SPR管理用户在不同位置的控制策略,包括HTTP重定向策略。 当用户在校园网内接入时可正常使用业务,当用户离开校园网时,PCRF/SPR将通知PCEF执行HTTP重定向,将用户的上网请求重定向至提示Portal页面中,向用户友好提示。 该管控策略需要无线系统上报用户的位置信息。并且当用户位置改变时,需要无线系统向核心网更新用户的位置信息。 3.7 灵活定制的用量短信提醒 为了给用户提供贴心友好的提醒服务,当用户用量达到或即将达到设定的流量额度门限时,向用户发送短信提示当前的用量信息以提高用户的认知度。 该方式需要PCRF与短信系统相连,当系统检测到用户的用量达到设定的额度时,向用户发送短信进行提示。该方案如图5所示。

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3.8 基于DPI的内容计费 精细化的业务管控离不开区分内容的计费功能。GGSN(PCEF)内置的DPI需对L3~L7协议进行检测以识别不同的业务,PCEF将检测到的业务信息上报给PCRF,由PCRF根据SPR中的业务签约信息采取对应的计费策略。该方案实现如下。 a) 在线计费: GGSN(PCEF)通过Gy接口连接OCS系统,由OCS实时扣费,PCEF依据OCS授权的配额信息实时控制每个业务消耗的用量。 b) 离线计费:GGSN(PCEF)连接CG系统,将用户的内容计费话单保存在CG系统中,供运营商计费系统采集计费话单。 当用户余额不足时,GGSN(PCEF)依据OCS/PCRF的重定向指示信息,可禁止用户继续使用业务,并将用户重定向至运营商的自助服务Portal页面中。待用户充值完成后,用户方可继续使用业务。 4 福建联通PCC构建架构 福建联通分组网络的PCC客户分级管理系统,拟分阶段进行部署。 a) 阶段一:初期以基于DPI+PCC的控制方案为主,由UBAS(各厂家名称不一,实现用户行为分析、业务分析功能)提供用户行为和网络质量的分析,开展差异化控制业务。例如:忙闲时控制、P2P限速、FUP方案等。 b) 阶段二:结合终端、无线网设备情况,提供完善的端到端QoS保障,提供基于DPI、AF触发的QoS承载建立。 考虑到福建联通网络当前的支持能力,减少对现网的改造,选择首先进行阶段一的建设。暂不采用基于精确位置的管控方案,例如:忙区闲区管控、校园网管控等。 4.1 系统建设前的准备 福建联通现网有福州GPRS系统和厦门GPRS系统,本项目计划对新建的厦门分组域系统实施PCC的客户分级管理。厦门分组核心网有2套SGSN和2套GGSN设备,OCS系统设置在福州。为了实现PCC应用,需要新增PCRF、SPR系统,PCRF和SPR可以合设;为了实现对网络、业务的统计分析,需部署UBAS系统。 当需要开展用户级的差异化管控时(例如:金银铜分级方案),RNC配置用户QoS对应的无线调度机制。升级GGSN系统,提供基于DPI的PCC等功能。升级营账BOSS,实现用户在SPR系统中的开户管理。 GGSN与新建的PCRF/SPR、UBAS之间的对接采用局域网连接方式,各设备统一连接至1对核心交换机,以实现相互通信。PCRF/SPR与营账BOSS进行对接,实现BOSS对用户的开户管理。PCRF/SPR与厦门短信中心对接,实现用户的友好短信提示。 4.2 组网方案 GGSN、PCRF/SPR、UBAS等网元均接入至1对核心交换机(思科7609交换机),以实现IP互通,PCRF/SPR与厦门短信中心的对接通过局间中继的方式对接,SPR与BOSS的IP互通通过福建DCN网络承载,SPR只需接入至同局址的DCN接入交换机即可。组网图如图6所示。

PCC系统构筑智能移动宽带 图6 福建联通PCC组网图

4.3 策略制定 福建联通根据自身的网络情况和国内运营商PCC的商用情况,前期仅对厦门分组系统进行PCC建设,对用户和业务的管控策略主要采用用户分级策略、P2P等业务的管控策略、忙闲时的管控策略、FUP、用户友好短信提醒策略。而基于精确位置的管控策略在条件成熟时可适时引入。 4.3.1 金银铜用户分级策略 不同级别用户针对不同APN在SPR签约不同的QoS:在SPR上配置用户的开户签约数据,同时对多个APN签约不同的QoS参数(Traffic Class、MBR、GBR、ARP等),例如对UNINET、UNIWAP分别签约不同的QoS、在RNC上设置QoS参数对应的调度机制。 4.3.2 P2P等业务管控策略 将用户等级配置为金牌、银牌、铜牌三级用户,对应的QoS策略分别为不限制QoS、限制QoS、禁止接入。定义不同级别的用户可使用不同的业务及带宽: 例如,金牌用户使用FTP业务不限制带宽;银牌用户使用FTP业务限制带宽;铜牌用户使用FTP业务被禁止;金牌用户使用BT业务不限制带宽;银牌用户使用BT业务限制带宽;铜牌用户使用BT业务被禁止。 4.3.3 忙时闲时管控策略 配置时段,23:00~07:00为优惠时段(可根据情况适当调整),07:00~23:00为正常时段。配置策略,对于HTTP业务,优惠时段最高比特率(MBR)为2 Mbit/s,正常时段MBR为1 Mbit/s。优惠时段到达之后,PCRF主动PUSH决策:用户在07:00~23:00进行HTTP业务,PCRF下发HTTP业务的决策:MBR 2 Mbit/s;当PCRF检测到时间过了07:00之后,主动通过RAR消息下发HTTP业务的决策:MBR 1 Mbit/s。 4.3.4 FUP管控 a) 根据流量门限进行QoS带宽控制:配置用户FTP业务的签约流量为100 M,超过流量则对该用户带宽控制为128 kbit/s,不作其他类型带宽控制。 b) 根据时长门限进行QoS带宽控制:配置用户BT业务的签约时长为360 s,超过时长则对该用户带宽控制为128 kbit/s,不作其他类型带宽控制。 c) 根据定期上报进行QoS带宽控制:配置用户FTP业务上报方式为定期上报(上报周期为60 s),配置该业务流量阈值为100 M,时长阈值为180 s,超过阈值则将用户带宽限制为16 kbit/s。 4.3.5 灵活定制的用量短信提醒 a) 根据DataUsage流量控制进行重定向:配置用户HTTP业务的签约流量为10 M,超过流量则对该用户重定向到URL1。 b) 根据DataUsage流量控制进行短信通知:配置用户HTTP业务的签约流量为10 M,并接收短信通知,超过流量则对该用户进行短信通知,配置用户用量达到100%时进行短信通知。 5 总结 目前,该系统在福建省的分组域系统中还只针对少部分的客户群进行试商用,其在现网的实际运行效益还有待进一步验证。PCC系统作为构筑运营商智能宽带的有力工具,已经得到了更多的关注和重视,但是它只是一种工具手段,而提高用户的体验、满意度和运营商的收益才是终极目的。运营商应通过对现网用户的行为分析和业务分析,制定适合本地业务发展的有效策略,需根据忙闲时和忙闲区的特征,制定合理的资费策略,引导用户的业务使用行为。在尽量减少对普通客户的影响下提高VIP客户的体验。对于QQ等IM业务,实行PDCH分配优化,提升无线资源利用率,在有限网络资源的情况下,保障高价值用户和业务的使用。 参考文献: [1]中国联通. 中国联通EPC网络PCC设备测试规范(初稿)[S]. 中国联通,2010.8. [2]中国联通. 中国联通Gx接口测试规范V0.3[S]. 中国联通,2010.3 [3]中国联通. 中国联通Gx接口测试规范V0.0.2.1[S]. 中国联通,2010.2. [4]王慧娟. PCC:智慧宽带的“智慧大脑”[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]杨红梅,芮通,习建德,等. SR 68-2010策略和计费控制(PCC)系统技术研究[R]. 工业和信息化部电信研究院等,2010.

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