LTE網絡引入PCC的業務保障策略分析

袁鵬輝，龍 彪，陳 潔

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 引言

以iPhone為代表的移動智能終端的出現和以App應用為代表的移動商業模式的成功，帶動了全球范圍內的一波移動互聯網熱潮。隨之而來的是移動數據業務流量的急速飆升，這極大地增加了網絡運營的成本和壓力。但利潤的增長卻要緩和得多，流量和利潤之間巨大的剪刀差讓運營商“只賺吆喝不賺錢”。因此改變經營策略，提高網絡的智能管控水平，實現區分用戶和業務的服務，提高盈利能力成為運營商的共識。

為順應運營商的這一轉變和需求，3GPP推出了PCC架構以加強對網絡的管控，合理利用網絡資源，向有價值的用戶和業務傾斜，提高收入/流量比值。PCC架構融合了策略控制和計費，提供了一整套完整的區分業務的QoS保障體系。LTE/EPS網絡與PCC系統結合提供了端到端的QoS控制機制，由LTE終端、eNode B、EPC設備及策略控制設備共同實現。本文首先簡要介紹了基于LTE網絡的PCC系統基本架構和功能，然后結合自營視頻類業務詳細分析了PCC的業務保障機制，最后給出了國內電信運營商在LTE網絡引入PCC保障業務的策略。

2 LTE網絡的PCC基本架構

3GPP給出的基于LTE網絡PCC系統的邏輯架構如圖1所示(僅考慮GTP協議情形)，主要包含用戶屬性存儲(subscriber profile repository，SPR)、業務功能（application function，AF）、策略計費決策功能（policy and charging rules function，PCRF）、策略計費執行功能（policy and charging enforcement function，PCEF）和業務流檢測功能（traffic detection function，TDF）等邏輯實體。

AF提供與動態策略控制和計費相關的應用相關的信息，如IMS平臺。SPR提供用戶/簽約相關信息，SPR與PCRF間的Sp接口為私有接口。根據產品的不同實現方式，SPR能與HSS或PCRF合設。TDF執行應用程序的檢測和匯報。PCRF和PCEF是策略控制決策和執行實體。在LTE/EPS網絡中，PGW執行PCEF功能。PCRF下發對用戶和業務授權的PCC規則給PCEF執行。相比2G/3G QoS控制，LTE/EPS網絡將QoS的控制參數簡化為4個參數，有利于業務QoS策略的制定和下發，其中包含兩個重要參數ARP和QCI。ARP決定了業務資源分配優先級及搶占和被強占能力，QCI與業務在節點轉發處理時所能享受到的服務等級有關。

3 基于PCC的業務保障機制

3.1 基于PCC的業務保障能力

LTE網絡具有較高的接入帶寬和靈活的QoS機制，通過核心網和無線接入網之間QoS參數的傳遞和映射，實現對業務端到端的QoS保障。基于PCC的LTE網絡具備從多個角度對業務進行保障的能力。

·為需要保障的業務設置較高的ARP。在網絡繁忙時，高ARP值業務獲得優先接入權，提高業務接通率，避免資源被其他業務搶占而造成業務中斷。

·為保障業務設置較高的QCI。通過QCI與網絡調度相關參數的映射，通過網絡智能調度，為業務分配更多資源，同時對資源的利用率也很高。

·為保障業務提供保障帶寬。通過提前預留帶寬，業務獨享網絡資源，避免在網絡負荷高時受到其他業務的干擾。但這種方式的資源利用率不高，需要慎重使用，建議只對部分業務（如VoIP業務）實行。

·基于用戶粒度的業務重定向。通過重定向，實現負載均衡，優化路由，降低端到端的時延。

3.2 基于PCC的業務保障機制

LTE網絡可實現多級QoS控制力度，即承載級、APN級、用戶級3種粒度的QoS控制機制。可實現通過為業務分配不同的QoS參數，將業務綁定到不同承載上實現對業務的保障。LTE網絡有3種不同類型的承載。

默認承載：用戶在網絡附著成功后就已經建立，對于每個PDN連接都有一個默認承載。而且只要用戶在線就會一直存在，即使沒有數據業務，核心網承載也一直保留。因此從節約資源的角度考慮，默認承載的QCI等級一般較低，為業務提供best-effort服務，但ARP等級較高，以盡量避免由于資源被搶占而導致的用戶下線。對于QoS要求不高的業務一般建議在默認承載上運行，以減輕網絡信令負擔。

Non-GBR專有承載：一般在業務需要的時候建立，在業務結束后就拆除。相對于默認承載，Non-GBR專用承載的QoS等級一般要高一些，用于為對QoS有一定要求的業務提供保障。但網絡并不為Non-GBR專有承載分配固定帶寬，因此業務體驗與網絡實時負荷密切相關。

GBR專有承載：與以上兩種承載不同，其獨占固定帶寬。即使沒有業務數據傳輸，只要承載保留，其他承載上的業務也不能使用這些資源，因此帶寬利用率較低。但由于這種對資源的獨占特性，使其能為業務提供高質量的服務保障，而且不受網絡負荷變化影響，因此對業務的保障能力最強。

LTE網絡專有承載的建立可以通過終端發起，也可以通過網絡側發起，但是否建立或修改專有承載由網絡決定。對每個承載QoS參數的授權也由網絡側控制，以加強運營商對網絡資源的控制。

4 PCC業務保障典型應用

在LTE網絡基于PCC的業務保障有兩種方式：一是通過限制低價值業務的帶寬，間接為高價值業務預留資源；二是為高價值業務授權較高的QoS等級，通過網絡智能調度，主動搶占資源。

下面以某運營商開展自營視頻類業務提供服務保障的場景為例，詳細說明基于PCC主動為業務提供服務保障的流程。

對于該自營視頻業務，假設已經部署了應用服務器（對于沒有部署應用服務器的情形，可以利用TDF的業務檢測功能。在檢測到業務開始后，通過動態下發或提前預配置控制策略，為業務提供保障）。圖2是通過網絡側發起承載建立對業務進行保障的一個典型流程。

（1）～（2）：用戶在 LTE 網絡附著成功，默認承載已經建立。用戶通過移動終端登錄視頻網站，準備收看視頻。

（3）～（4）：該視頻網站的應用服務器AF收到用戶登錄信息后，根據用戶IP地址，查找到為該用戶服務的PCRF。AF與PCRF進行信息交互 （在此之前PCRF可能會對AF進行認證），AF向PCRF提供業務相關信息供PCRF做策略決策。PCRF可向AF提供用戶信息，如終端類型、接入方式等，用于業務對終端的適配，以最大化網絡資源的利用。

（5）～（6）：收到業務信息后，如果 PCRF 上沒有存儲用戶簽約信息，PCRF將向SPR請求該信息。

（7）：PCRF基于業務信息、用戶簽約信息和運營商策略進行決策，并生成PCC規則下發給PCEF執行。在整個流程中，策略決策是最關鍵的一步。對于自營視頻業務，通過為其授權較高等級的QoS參數，給予固定的保證帶寬，并結合靈活的策略計費制定多種類型的業務套餐。同時在業務體驗過程中結合多種信息動態更新PCC規則，充分保障該業務的服務體驗，以實現業務的迅速推廣。

（8）～（10）：PCEF 收到 PCC 規則開始執行（如預留資源、修改已有承載或發起新承載的建立等）。在承載建立或修改過程中，網絡為業務預留帶寬，同時核心網各節點將QoS參數映射為轉發處理相關參數。在無線側，eNode B將QoS參數作為業務接納控制以及無線資源調度的輸入。通過以上方式實現對業務的端到端的QoS保障。在步驟（3）～（4）中，AF可根據用戶的位置來指定一個靠近用戶的內容站點為用戶服務，PCRF將這一信息轉發給PCEF，由PCEF執行重定向，優化媒體面路由。

5 結束語

PCC提供了強大的網絡管控和業務保障能力，對運營商做大做強管道有重要意義。一些主流電信運營商，如美國Verizon和日本KDDI，通過積極的LTE演進策略，在新建的LTE網絡部署PCC，在發展用戶、提高盈利能力、快速推廣業務等方面均取得了良好的效果。因此，本文建議國內運營商在開展LTE商用部署時同步引入PCC，利用LTE提供的高接入帶寬，充分發揮PCC的強大業務保障能力，為LTE用戶提供良好的服務體驗，從一開始就樹立LTE業務良好的服務口碑。更進一步，為了在將來LTE網絡部署PCC積累運營經驗和更好地實現3G網絡與LTE的互操作、統一或融合策略，可在3G向4G過渡時期適當部署PCC進行試點。

1 3GPP TS 23.401.General Packet Radio Service Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Access（R11）

2 3GPP TS 23.203.Policy and Charging Control Architecture（R11）