網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放研究現(xiàn)狀及展望

張卓筠 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院工程師

網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放研究現(xiàn)狀及展望

張卓筠 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院工程師

通過分析網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放的典型應(yīng)用場景，歸納總結(jié)了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放的實現(xiàn)方案，并對未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放的研究熱點進行展望。

網(wǎng)絡(luò)能力 開放需求 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1 引言

管道資源和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢是運營商的核心競爭力所在，但如何整合內(nèi)外部資源，與價值鏈上的各方利益合作共贏，成為了未來移動網(wǎng)絡(luò)演進必須考慮的重要問題。

具體來說，3GPP系統(tǒng)具有獨特的核心資產(chǎn)，即3GPP業(yè)務(wù)能力，包括通信能力、上下文信息、簽約信息和控制能力等。通信能力是指提供語音、短信、MMS服務(wù)等能力；簽約信息包括簽約ID、特征集、優(yōu)先權(quán)等信息；上下文信息包含實時的用戶信息，例如用戶位置、終端能力和數(shù)據(jù)連接類型等；控制能力是指對業(yè)務(wù)質(zhì)量、策略/安全方面的控制和監(jiān)控的功能。這些能力和信息對第三方業(yè)務(wù)提供商來說是非常寶貴的資源。

移動網(wǎng)絡(luò)如何更高效、安全地開放自身的能力已經(jīng)成為未來網(wǎng)絡(luò)演進的方向和業(yè)界關(guān)注的熱點問題，很多標(biāo)準(zhǔn)化組織和研究機構(gòu)也對此開展了積極的研究和探索。

本文在介紹業(yè)界研究進展的基礎(chǔ)上，深入分析了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放的典型應(yīng)用場景，歸納總結(jié)了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放的實現(xiàn)方案。

2 標(biāo)準(zhǔn)研究進展

目前，國內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)組織和機構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)能力開放的相關(guān)研究如下：

●OMA

重點研究移動網(wǎng)絡(luò)與第三方業(yè)務(wù)提供商之間的API接口，已經(jīng)定義了文件傳輸、能力發(fā)現(xiàn)、位置信息、圖片共享等20多個API接口。

●GSMA

基于OMA的研究成果，定義了包括設(shè)備能力、位置信息、支付、連接屬性在內(nèi)的9個API接口。

●3GPP

2013年6月，3GPPSA1立項了研究課題“Service Exposureand EnablementSupport”，主要分析移動網(wǎng)絡(luò)能力開放的場景和需求，包括物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域和其他的第三方業(yè)務(wù)提供商，而且考慮了第三方可以給移動網(wǎng)絡(luò)開放能力信息，從而幫助移動網(wǎng)絡(luò)進行業(yè)務(wù)預(yù)測分析，改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗。2014年5月，3GPP SA2立項了“Architecture Enhancements for Service Capability Exposure”和“M onitoring Enhancements”兩個研究課題，分別研究能力開放架構(gòu)和監(jiān)控能力開放的關(guān)鍵技術(shù)。

●CCSA

中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的TC5WG9的CN子組于2014年立項了“基于策略和計費控制（PCC）架構(gòu)的移動網(wǎng)絡(luò)能力開放總體技術(shù)要求”和“基于策略和計費控制（PCC）架構(gòu)的移動網(wǎng)絡(luò)能力開放的應(yīng)用接入控制網(wǎng)元（AAC）設(shè)備技術(shù)要求”兩個行標(biāo)項目，主要研究基于PCC架構(gòu)的能力開放方案。

●IMT2020

國內(nèi)IMT2020（5G推進組）于2013年12月底成立了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組，其中的能力開放子組主要負(fù)責(zé)研究網(wǎng)絡(luò)能力開放的需求和關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，該子組已經(jīng)完成網(wǎng)絡(luò)能力開放需求方面的研究工作，后續(xù)將開展網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放關(guān)鍵技術(shù)的研究階段。

3 能力開放應(yīng)用場景分析

移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力是非常寶貴的資源，深入分析和整合移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力將給移動網(wǎng)絡(luò)運營商和第三方業(yè)務(wù)提供商的合作帶來契機。本文主要介紹4個應(yīng)用場景，即QoS保障能力開放、連接屬性開放、實時位置開放和計費模式選擇。

3.1 QoS保障能力開放

（1）概述

根據(jù)第三方業(yè)務(wù)提供商和運營商達成的協(xié)議，運營商可以保障第三方業(yè)務(wù)提供商某個應(yīng)用程序的帶寬或訪問速度，從而提高該應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)體驗。

（2）場景示例

●為第三方業(yè)務(wù)提供商提供全時段業(yè)務(wù)加速

根據(jù)第三方業(yè)務(wù)提供商與運營商達成的協(xié)議，只要有用戶使用該第三方的業(yè)務(wù)，就為其進行業(yè)務(wù)提速，由第三方來替用戶支付提速費用。

●為第三方業(yè)務(wù)提供商提供特定場景的業(yè)務(wù)加速

根據(jù)第三方業(yè)務(wù)提供商與運營商達成的協(xié)議，只在特定時間段等特殊場景為用戶提供業(yè)務(wù)加速，例如提供特定時間的“中國好聲音加速流量包”，由第三方來替用戶支付提速費用。

●為第三方業(yè)務(wù)提供商提供指定用戶群的業(yè)務(wù)加速

為業(yè)務(wù)合作伙伴指定的用戶群體提供業(yè)務(wù)加速，既可以是業(yè)務(wù)的臨時加速，也可以是業(yè)務(wù)的全時段加速。

●為指定業(yè)務(wù)提供質(zhì)量保障

為指定業(yè)務(wù)提供質(zhì)量保障，例如為運營商自有業(yè)務(wù)手機視頻、云游戲等提供高速率、低時延、低丟包率的質(zhì)量保障。

3.2 連接屬性開放

（1）概述

連接屬性可以表征該用戶下一時刻可能獲得的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由于用戶會同時運行多個應(yīng)用程序，所以某一個第三方獲得的最大數(shù)據(jù)傳輸速率會小于預(yù)期的最大傳輸速率。本場景描述的是向第三方業(yè)務(wù)提供商開放用戶的連接屬性，從而改善用戶體驗。

（2）場景示例

用戶A和B是某運營商的簽約用戶。他們都在使用智能手機訪問網(wǎng)站：news.example.com。用戶A的傳輸速率較高，而用戶B的傳輸速率較低。

該網(wǎng)站向網(wǎng)絡(luò)請求獲得用戶A和用戶B的連接屬性，網(wǎng)絡(luò)把目標(biāo)用戶的連接屬性發(fā)送給該網(wǎng)站。由于兩個用戶的連接屬性不同，該網(wǎng)站會返回完整的內(nèi)容給用戶A，包括圖片、動畫和文字。同時，網(wǎng)站返回壓縮后的內(nèi)容給用戶B，包括文字和低清晰度的圖片。

這樣，用戶A和B都能以較低的延遲訪問該網(wǎng)站的業(yè)務(wù)，用戶A可以瀏覽到完整的網(wǎng)站內(nèi)容，用戶B可以瀏覽到壓縮后的網(wǎng)站內(nèi)容。

3.3 實時位置開放

（1）概述

根據(jù)業(yè)務(wù)提供商和運營商達成的協(xié)議，運營商可以向第三方業(yè)務(wù)提供商開放用戶的實時位置信息，用于緊急救援或是交通監(jiān)控等場景。

（2）場景示例

運營商和某救援機構(gòu)簽署協(xié)議，可以向該救援機構(gòu)提供某一區(qū)域的用戶數(shù)量。

當(dāng)某一區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時，急救機構(gòu)向運營商請求提供該區(qū)域內(nèi)UE的數(shù)量。區(qū)域的定義可以參考OMA中定義的區(qū)域內(nèi)容。運營商可以把第三方提供的區(qū)域信息翻譯成3GPP可以理解的內(nèi)容，如TA、LA等信息，來獲取到該區(qū)域內(nèi)的用戶數(shù)量。救援機構(gòu)可以參考該輔助信息安排救援行動。

3.4 計費模式選擇

（1）概述

根據(jù)業(yè)務(wù)提供商和運營商達成的協(xié)議，運營商可以向第三方業(yè)務(wù)提供商開放計費模式選擇能力。

（2）場景示例

某游戲開發(fā)商開發(fā)了一款在線游戲，用戶可以在線注冊該游戲，并可以使用手機通過由運營商網(wǎng)絡(luò)訪問該在線游戲。運營商和該游戲開發(fā)商簽署協(xié)議，可以讓該游戲開發(fā)商選擇和改變計費模式。

用戶A注冊了該游戲，當(dāng)用戶A使用手機訪問該在線游戲時，訪問流量由用戶A承擔(dān)。當(dāng)用戶A升級為VIP用戶后，該游戲開發(fā)商會與網(wǎng)絡(luò)交互，請求網(wǎng)絡(luò)對游戲開發(fā)商計費，訪問流量由該游戲開發(fā)商支付，而不再由用戶A支付訪問該游戲的流量費用。

4 現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)能力開放實現(xiàn)方案

基于上述的網(wǎng)絡(luò)能力開放需求分析，目前比較成熟的實現(xiàn)方案是基于PCC架構(gòu)來實現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)的影響相對較小，實現(xiàn)較為容易，主要有以下兩種：

4.1基于XML化的Rx接口的能力開放方案

該方案主要考慮把Rx接口協(xié)議用XML協(xié)議來實現(xiàn)，可以將移動網(wǎng)絡(luò)能力通過PCRF開放給應(yīng)用AF，實現(xiàn)方式簡單，也可以簡化應(yīng)用開發(fā)需求，其基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于Rx接品的能力開放架構(gòu)

該方案中，對網(wǎng)元功能要求主要包括以下3點：

（1）PCRF：升級支持XML協(xié)議，包含RESTFUL以及SOAP。

（2）SPR：支持包含第三方SP的簽約信息，包括QoS需求、優(yōu)先級、計費鍵值等。

（3）AF：支持XML協(xié)議，包含RESTFUL以及SOAP。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時，比如網(wǎng)絡(luò)擁塞或者無線邊緣速率無法滿足帶寬需求時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要通知SP當(dāng)前的狀態(tài)，如果可行的話，可以攜帶當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可使用的資源，以便AF進行應(yīng)用層的處理。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)側(cè)可提供的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息包括擁塞狀態(tài)、用戶位置、承載狀態(tài)、接入網(wǎng)類型切換和QoS信息。

4.2 基于AAC的能力開放方案

該方案中，在應(yīng)用功能實體（AF）和策略計費控制實體（PCRF）之間增加一個統(tǒng)一的應(yīng)用接入控制網(wǎng)元（Application AccessControl，AAC），用于根據(jù)應(yīng)用的QoS要求向PCRF申請、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，同時根據(jù)應(yīng)用要求向PCRF執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)資源事件通知訂閱和取消。AAC可將AAC與AF之間基于XML的協(xié)議（如SOAP、RestfulHTTP）轉(zhuǎn)換為AAC與PCRF之間Diameter協(xié)議，簡化應(yīng)用開放要求、提高網(wǎng)絡(luò)安全性。基于AAC的能力開放架構(gòu)如圖2所示。

本架構(gòu)基于3GPPPCC架構(gòu)，架構(gòu)中的新增實體應(yīng)用接入控制網(wǎng)元AAC位于第三方AF和PCRF之間，連接運營商網(wǎng)絡(luò)和外部第三方數(shù)據(jù)應(yīng)用。AAC支持第三方AF和PCRF之間的協(xié)議適配功能，執(zhí)行對第三方AF的準(zhǔn)入授權(quán)機制，支持用戶發(fā)起的業(yè)務(wù)資源更新功能，也支持第三方AF和運營商網(wǎng)絡(luò)的計費適配功能。

圖2 基于AAC的能力開放架構(gòu)

PCRF根據(jù)簽約以及網(wǎng)絡(luò)策略決定UE是否允許使用相關(guān)業(yè)務(wù)，并進行QoS授權(quán)。PCRF與AAC的接口為Rx接口，AAC將AF協(xié)議轉(zhuǎn)換后和PCRF交互，該接口是否需要增強待研究，PCRF執(zhí)行AAC的AF和IPCAN會話的關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)機制同現(xiàn)有技術(shù)。

4.3 評估分析

上述兩種方案都是基于現(xiàn)有的PCC架構(gòu)，通過PCRF進行對外開放。對方案的評估分析參見表1。

表1 方案評估分析

5 未來能力開放技術(shù)研究熱點

目前，3GPPSA2工作組正在開展網(wǎng)絡(luò)能力開放架構(gòu)演進方面的研究工作，主要提出了通過在網(wǎng)絡(luò)中增加網(wǎng)絡(luò)能力開放層SCEF（ServiceCapability Exposure Function）來負(fù)責(zé)與第三方業(yè)務(wù)提供商進行交互的功能，能力開放架構(gòu)演進的基本框圖如圖3所示。

網(wǎng)絡(luò)能力開放功能層SCEF通過3GPP網(wǎng)絡(luò)接口安全開放網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力。SCEF提供了通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可編程接口接入網(wǎng)絡(luò)能力，這些接口可以由OMA、GSMA，或是由其他的標(biāo)準(zhǔn)組定義。SCEF可以把底層的3GPP網(wǎng)絡(luò)接口和協(xié)議進行抽象。SCEF根據(jù)所支持的API接口的不同會有差異。

SCEF的主要功能包括：鑒權(quán)和授權(quán)、API識別、畫像管理；接入控制列表管理、策略增強、計費、與外部互聯(lián)和連接點相關(guān)的問題、抽象等方面。

圖3 網(wǎng)絡(luò)能力開放架構(gòu)演進

該方案通過通用的網(wǎng)絡(luò)能力開放層，與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部網(wǎng)元直接對接，消除了對于PCRF的依賴，實現(xiàn)方式更為靈活高效。但是，目前該方案的研究尚處于起步階段，還有待后續(xù)的分析和驗證。

6 結(jié)束語

本文從移動網(wǎng)絡(luò)能力開放的典型場景出發(fā)，簡述了目前比較成熟的兩種基于PCC架構(gòu)的能力開放方案，并分析評估了兩種方案的特點，最后對未來網(wǎng)絡(luò)能力開放的演進架構(gòu)進行了展望。

1 OMA PresenceAPI.OMA-TS-REST_NetAPI_Presence-V 1_ 0-20130212-C

2 GSMA Zonal Presence.http://www.gsma.com/oneapi/zonalpresence-beta/

3 3GPPTR22.853.ServiceExposureand EnablementSupport

4 3GPPTR23.862.EPCEnhancements to Support Interworking w ithDataApplication Providers

5 3GPPTS29.213.Policyand Charging ControlSignalling Flows andQualityofService(QoS)ParameterMapping

6 3GPPTS29.212(b10).Policy and Charging Control over Gx ReferencePoint

7 3GPPTS29.214(b10).Policy and Charging Control over Rx ReferencePoint

8 3GPPTS 32.240.Telecommunication Management.Charging Management.ChargingArchitectureandPrinciples

9 3GPPTS32.299.Telecommunication Management.Charging Management.DiameterChargingApplications

10 3GPPTR23.813.Studyon PolicySolutionsandEnhancements

StatusandProspectof Network ServiceCapabilityExposure

Ananalysisofscenariosof thenetwork servicecapabilityexposureisprovided.Theexistingsolutionsofnetwork capabilityexposureareanalyzedandstudied,andanoutlook forthefutureresearchisalsosummarized in thispaper.

networkcapability,exposurerequirement,networkarchitecture

2014-12-24）