LTE網(wǎng)絡(luò)引入PCC的業(yè)務(wù)保障策略分析

袁鵬輝，龍 彪，陳 潔

（中國(guó)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(dòng)智能終端的出現(xiàn)和以App應(yīng)用為代表的移動(dòng)商業(yè)模式的成功，帶動(dòng)了全球范圍內(nèi)的一波移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)熱潮。隨之而來的是移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的急速飆升，這極大地增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的成本和壓力。但利潤(rùn)的增長(zhǎng)卻要緩和得多，流量和利潤(rùn)之間巨大的剪刀差讓運(yùn)營(yíng)商“只賺吆喝不賺錢”。因此改變經(jīng)營(yíng)策略，提高網(wǎng)絡(luò)的智能管控水平，實(shí)現(xiàn)區(qū)分用戶和業(yè)務(wù)的服務(wù)，提高盈利能力成為運(yùn)營(yíng)商的共識(shí)。

為順應(yīng)運(yùn)營(yíng)商的這一轉(zhuǎn)變和需求，3GPP推出了PCC架構(gòu)以加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管控，合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，向有價(jià)值的用戶和業(yè)務(wù)傾斜，提高收入/流量比值。PCC架構(gòu)融合了策略控制和計(jì)費(fèi)，提供了一整套完整的區(qū)分業(yè)務(wù)的QoS保障體系。LTE/EPS網(wǎng)絡(luò)與PCC系統(tǒng)結(jié)合提供了端到端的QoS控制機(jī)制，由LTE終端、eNode B、EPC設(shè)備及策略控制設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)。本文首先簡(jiǎn)要介紹了基于LTE網(wǎng)絡(luò)的PCC系統(tǒng)基本架構(gòu)和功能，然后結(jié)合自營(yíng)視頻類業(yè)務(wù)詳細(xì)分析了PCC的業(yè)務(wù)保障機(jī)制，最后給出了國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商在LTE網(wǎng)絡(luò)引入PCC保障業(yè)務(wù)的策略。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)的PCC基本架構(gòu)

3GPP給出的基于LTE網(wǎng)絡(luò)PCC系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)如圖1所示(僅考慮GTP協(xié)議情形)，主要包含用戶屬性存儲(chǔ)(subscriber profile repository，SPR)、業(yè)務(wù)功能（application function，AF）、策略計(jì)費(fèi)決策功能（policy and charging rules function，PCRF）、策略計(jì)費(fèi)執(zhí)行功能（policy and charging enforcement function，PCEF）和業(yè)務(wù)流檢測(cè)功能（traffic detection function，TDF）等邏輯實(shí)體。

AF提供與動(dòng)態(tài)策略控制和計(jì)費(fèi)相關(guān)的應(yīng)用相關(guān)的信息，如IMS平臺(tái)。SPR提供用戶/簽約相關(guān)信息，SPR與PCRF間的Sp接口為私有接口。根據(jù)產(chǎn)品的不同實(shí)現(xiàn)方式，SPR能與HSS或PCRF合設(shè)。TDF執(zhí)行應(yīng)用程序的檢測(cè)和匯報(bào)。PCRF和PCEF是策略控制決策和執(zhí)行實(shí)體。在LTE/EPS網(wǎng)絡(luò)中，PGW執(zhí)行PCEF功能。PCRF下發(fā)對(duì)用戶和業(yè)務(wù)授權(quán)的PCC規(guī)則給PCEF執(zhí)行。相比2G/3G QoS控制，LTE/EPS網(wǎng)絡(luò)將QoS的控制參數(shù)簡(jiǎn)化為4個(gè)參數(shù)，有利于業(yè)務(wù)QoS策略的制定和下發(fā)，其中包含兩個(gè)重要參數(shù)ARP和QCI。ARP決定了業(yè)務(wù)資源分配優(yōu)先級(jí)及搶占和被強(qiáng)占能力，QCI與業(yè)務(wù)在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)處理時(shí)所能享受到的服務(wù)等級(jí)有關(guān)。

3 基于PCC的業(yè)務(wù)保障機(jī)制

3.1 基于PCC的業(yè)務(wù)保障能力

LTE網(wǎng)絡(luò)具有較高的接入帶寬和靈活的QoS機(jī)制，通過核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)之間QoS參數(shù)的傳遞和映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)端到端的QoS保障。基于PCC的LTE網(wǎng)絡(luò)具備從多個(gè)角度對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行保障的能力。

·為需要保障的業(yè)務(wù)設(shè)置較高的ARP。在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)，高ARP值業(yè)務(wù)獲得優(yōu)先接入權(quán)，提高業(yè)務(wù)接通率，避免資源被其他業(yè)務(wù)搶占而造成業(yè)務(wù)中斷。

·為保障業(yè)務(wù)設(shè)置較高的QCI。通過QCI與網(wǎng)絡(luò)調(diào)度相關(guān)參數(shù)的映射，通過網(wǎng)絡(luò)智能調(diào)度，為業(yè)務(wù)分配更多資源，同時(shí)對(duì)資源的利用率也很高。

·為保障業(yè)務(wù)提供保障帶寬。通過提前預(yù)留帶寬，業(yè)務(wù)獨(dú)享網(wǎng)絡(luò)資源，避免在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷高時(shí)受到其他業(yè)務(wù)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(duì)部分業(yè)務(wù)（如VoIP業(yè)務(wù)）實(shí)行。

·基于用戶粒度的業(yè)務(wù)重定向。通過重定向，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，優(yōu)化路由，降低端到端的時(shí)延。

3.2 基于PCC的業(yè)務(wù)保障機(jī)制

LTE網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)多級(jí)QoS控制力度，即承載級(jí)、APN級(jí)、用戶級(jí)3種粒度的QoS控制機(jī)制。可實(shí)現(xiàn)通過為業(yè)務(wù)分配不同的QoS參數(shù)，將業(yè)務(wù)綁定到不同承載上實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的保障。LTE網(wǎng)絡(luò)有3種不同類型的承載。

默認(rèn)承載：用戶在網(wǎng)絡(luò)附著成功后就已經(jīng)建立，對(duì)于每個(gè)PDN連接都有一個(gè)默認(rèn)承載。而且只要用戶在線就會(huì)一直存在，即使沒有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，核心網(wǎng)承載也一直保留。因此從節(jié)約資源的角度考慮，默認(rèn)承載的QCI等級(jí)一般較低，為業(yè)務(wù)提供best-effort服務(wù)，但ARP等級(jí)較高，以盡量避免由于資源被搶占而導(dǎo)致的用戶下線。對(duì)于QoS要求不高的業(yè)務(wù)一般建議在默認(rèn)承載上運(yùn)行，以減輕網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)擔(dān)。

Non-GBR專有承載：一般在業(yè)務(wù)需要的時(shí)候建立，在業(yè)務(wù)結(jié)束后就拆除。相對(duì)于默認(rèn)承載，Non-GBR專用承載的QoS等級(jí)一般要高一些，用于為對(duì)QoS有一定要求的業(yè)務(wù)提供保障。但網(wǎng)絡(luò)并不為Non-GBR專有承載分配固定帶寬，因此業(yè)務(wù)體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)負(fù)荷密切相關(guān)。

GBR專有承載：與以上兩種承載不同，其獨(dú)占固定帶寬。即使沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，只要承載保留，其他承載上的業(yè)務(wù)也不能使用這些資源，因此帶寬利用率較低。但由于這種對(duì)資源的獨(dú)占特性，使其能為業(yè)務(wù)提供高質(zhì)量的服務(wù)保障，而且不受網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化影響，因此對(duì)業(yè)務(wù)的保障能力最強(qiáng)。

LTE網(wǎng)絡(luò)專有承載的建立可以通過終端發(fā)起，也可以通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起，但是否建立或修改專有承載由網(wǎng)絡(luò)決定。對(duì)每個(gè)承載QoS參數(shù)的授權(quán)也由網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制，以加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的控制。

4 PCC業(yè)務(wù)保障典型應(yīng)用

在LTE網(wǎng)絡(luò)基于PCC的業(yè)務(wù)保障有兩種方式：一是通過限制低價(jià)值業(yè)務(wù)的帶寬，間接為高價(jià)值業(yè)務(wù)預(yù)留資源；二是為高價(jià)值業(yè)務(wù)授權(quán)較高的QoS等級(jí)，通過網(wǎng)絡(luò)智能調(diào)度，主動(dòng)搶占資源。

下面以某運(yùn)營(yíng)商開展自營(yíng)視頻類業(yè)務(wù)提供服務(wù)保障的場(chǎng)景為例，詳細(xì)說明基于PCC主動(dòng)為業(yè)務(wù)提供服務(wù)保障的流程。

對(duì)于該自營(yíng)視頻業(yè)務(wù)，假設(shè)已經(jīng)部署了應(yīng)用服務(wù)器（對(duì)于沒有部署應(yīng)用服務(wù)器的情形，可以利用TDF的業(yè)務(wù)檢測(cè)功能。在檢測(cè)到業(yè)務(wù)開始后，通過動(dòng)態(tài)下發(fā)或提前預(yù)配置控制策略，為業(yè)務(wù)提供保障）。圖2是通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起承載建立對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行保障的一個(gè)典型流程。

（1）～（2）：用戶在 LTE 網(wǎng)絡(luò)附著成功，默認(rèn)承載已經(jīng)建立。用戶通過移動(dòng)終端登錄視頻網(wǎng)站，準(zhǔn)備收看視頻。

（3）～（4）：該視頻網(wǎng)站的應(yīng)用服務(wù)器AF收到用戶登錄信息后，根據(jù)用戶IP地址，查找到為該用戶服務(wù)的PCRF。AF與PCRF進(jìn)行信息交互 （在此之前PCRF可能會(huì)對(duì)AF進(jìn)行認(rèn)證），AF向PCRF提供業(yè)務(wù)相關(guān)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(yè)務(wù)對(duì)終端的適配，以最大化網(wǎng)絡(luò)資源的利用。

（5）～（6）：收到業(yè)務(wù)信息后，如果 PCRF 上沒有存儲(chǔ)用戶簽約信息，PCRF將向SPR請(qǐng)求該信息。

（7）：PCRF基于業(yè)務(wù)信息、用戶簽約信息和運(yùn)營(yíng)商策略進(jìn)行決策，并生成PCC規(guī)則下發(fā)給PCEF執(zhí)行。在整個(gè)流程中，策略決策是最關(guān)鍵的一步。對(duì)于自營(yíng)視頻業(yè)務(wù)，通過為其授權(quán)較高等級(jí)的QoS參數(shù)，給予固定的保證帶寬，并結(jié)合靈活的策略計(jì)費(fèi)制定多種類型的業(yè)務(wù)套餐。同時(shí)在業(yè)務(wù)體驗(yàn)過程中結(jié)合多種信息動(dòng)態(tài)更新PCC規(guī)則，充分保障該業(yè)務(wù)的服務(wù)體驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的迅速推廣。

（8）～（10）：PCEF 收到 PCC 規(guī)則開始執(zhí)行（如預(yù)留資源、修改已有承載或發(fā)起新承載的建立等）。在承載建立或修改過程中，網(wǎng)絡(luò)為業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬，同時(shí)核心網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)將QoS參數(shù)映射為轉(zhuǎn)發(fā)處理相關(guān)參數(shù)。在無線側(cè)，eNode B將QoS參數(shù)作為業(yè)務(wù)接納控制以及無線資源調(diào)度的輸入。通過以上方式實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的端到端的QoS保障。在步驟（3）～（4）中，AF可根據(jù)用戶的位置來指定一個(gè)靠近用戶的內(nèi)容站點(diǎn)為用戶服務(wù)，PCRF將這一信息轉(zhuǎn)發(fā)給PCEF，由PCEF執(zhí)行重定向，優(yōu)化媒體面路由。

5 結(jié)束語

PCC提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管控和業(yè)務(wù)保障能力，對(duì)運(yùn)營(yíng)商做大做強(qiáng)管道有重要意義。一些主流電信運(yùn)營(yíng)商，如美國(guó)Verizon和日本KDDI，通過積極的LTE演進(jìn)策略，在新建的LTE網(wǎng)絡(luò)部署PCC，在發(fā)展用戶、提高盈利能力、快速推廣業(yè)務(wù)等方面均取得了良好的效果。因此，本文建議國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商在開展LTE商用部署時(shí)同步引入PCC，利用LTE提供的高接入帶寬，充分發(fā)揮PCC的強(qiáng)大業(yè)務(wù)保障能力，為L(zhǎng)TE用戶提供良好的服務(wù)體驗(yàn)，從一開始就樹立LTE業(yè)務(wù)良好的服務(wù)口碑。更進(jìn)一步，為了在將來LTE網(wǎng)絡(luò)部署PCC積累運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和更好地實(shí)現(xiàn)3G網(wǎng)絡(luò)與LTE的互操作、統(tǒng)一或融合策略，可在3G向4G過渡時(shí)期適當(dāng)部署PCC進(jìn)行試點(diǎn)。

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）