基于DPI&PCC的“明星機(jī)”全業(yè)務(wù)保障策略研究

李 嶸，唐 斕

（中國電信股份有限公司湖南分公司 長沙 410016）

1 高端用戶成為運(yùn)營爭奪的焦點

從三大運(yùn)營商發(fā)布的前兩個季度的財報獲悉，中國聯(lián)通的利潤增長率保持較高水平，雖然其用戶整體ARPU值并不出眾，但依賴高質(zhì)量的3G用戶ARPU值，實現(xiàn)了對利潤率的有效保障和支撐。德國電信咨詢公司高級顧問譚炎明曾指出：“中國聯(lián)通依靠3G網(wǎng)絡(luò)聚攏了一大批優(yōu)質(zhì)的中高端用戶，而據(jù)數(shù)據(jù)分析，這批3G用戶里80%左右都搶奪自原中國移動用戶。”

（1）“明星機(jī)”帶來的高端用戶效益凸顯

從終端角度來講，中國聯(lián)通的利潤率的高增長率并不難理解，全球WCDMA制式的終端最為豐富，尤其在“明星機(jī)”方面，中國聯(lián)通與蘋果合作的先發(fā)優(yōu)勢，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔婊貓蟪尸F(xiàn)在財報中。隨著運(yùn)營商對“明星機(jī)”效應(yīng)的重視，與終端設(shè)備廠商的合作不斷深化，中國電信與蘋果的合作，中國移動、中國電信與三星、HTC、華為等國內(nèi)外終端公司的合作，將進(jìn)一步加劇從“明星機(jī)”角度爭奪高端用戶的局面。

（2）業(yè)務(wù)保障成為高端拓展短板

隨著 “明星機(jī)”與3G服務(wù)產(chǎn)品的不斷引入，終端性能持續(xù)提升，業(yè)務(wù)應(yīng)用也隨之日益豐富。與此相對，有限的網(wǎng)絡(luò)資源呈現(xiàn)出無序化爭搶，高端用戶的業(yè)務(wù)及服務(wù)無法得到有效保障，兩者之間的矛盾日益尖銳。如何為高端用戶提供差異化的業(yè)務(wù)服務(wù)和保障能力，提升高端用戶的業(yè)務(wù)體驗和網(wǎng)絡(luò)使用感知，成為各大運(yùn)營商亟待解決的問題。

2 業(yè)務(wù)保障模型設(shè)計

從明星機(jī)入手，實現(xiàn)對高端用戶的全業(yè)務(wù)保障，需要對終端類型、業(yè)務(wù)使用特征進(jìn)行深度解析，形成DPI的用戶信息與業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù)作為PCC的輸入，最終由PCC完成業(yè)務(wù)保障的策略制定，從而實現(xiàn)對高端用戶的精細(xì)化服務(wù)保障策略制定。

要實現(xiàn)從明星機(jī)角度對高端用戶的業(yè)務(wù)保障，主要依賴于DPI模塊和PCC模塊的協(xié)作，具體介紹如下。

（1）DPI模塊完成用戶與業(yè)務(wù)信息的獲取

首先，DPI通過接入關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口（PI/GN），實現(xiàn)對現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)碼流的解析，從而獲取用戶標(biāo)識信息（MS-ISDN等），通過用戶標(biāo)識與終端類型的識別與匹配，圈定目標(biāo)保障用戶，即明星機(jī)使用用戶，并對保障用戶進(jìn)行應(yīng)用業(yè)務(wù)解析，獲取業(yè)務(wù)應(yīng)用特征信息。

其次，對于PCC架構(gòu)所不支持的非IMS業(yè)務(wù)，由DPI構(gòu)建偽AF模塊，由偽AF模塊直接向PCRF上報符合格式要求的應(yīng)用層會話信息，包括用于識別業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的 IP filter信息和用于 QoS的媒體/應(yīng)用帶寬需求等會話信息。

（2）PCC模塊完成策略輸出

在現(xiàn)有的3GPP的PCC架構(gòu)下，只滿足針對少量的IMS架構(gòu)的業(yè)務(wù)策略支撐需求，對于大部分熱門應(yīng)用都無法實現(xiàn)有效的策略管理，WAP或HTTP訪問、E-mail和FTP、RTSP等很多應(yīng)用都不包含在IMS體系中，沒有PCC下的應(yīng)用功能實體模塊，從而無法實現(xiàn)對這些應(yīng)用的業(yè)務(wù)信息采集，不能形成管理策略。

通過DPI對全業(yè)務(wù)的深度解析，首先實現(xiàn)對終端中“明星機(jī)”用戶群體的遴選，然后完成對“明星機(jī)”用戶的應(yīng)用業(yè)務(wù)解析，并針對IMS業(yè)務(wù)信息與非IMS業(yè)務(wù)信息分別進(jìn)行呈送。首先，對于IMS業(yè)務(wù)，由DPI模塊直接上報至AF，再由AF與PCRF進(jìn)行會話交互；對于非IMS業(yè)務(wù)，則由DPI構(gòu)建偽AF模塊，由偽AF模塊上報至PCRF。PCRF根據(jù)AF或偽AF上報的業(yè)務(wù)信息，結(jié)合用戶簽約數(shù)據(jù)和計費信息，最終形成PCC管理策略下發(fā)至PCEF。具體交互流程如圖1所示。

該保障模型的實現(xiàn)難點主要集中在以下3個方面：

·圈定明星機(jī)需要對終端進(jìn)行識別，當(dāng)前單一應(yīng)用協(xié)議的終端識別率偏低；

·要實現(xiàn)對全業(yè)務(wù)的保障，需要對IMS業(yè)務(wù)和非IMS進(jìn)行全盤解析；

·突破PCC的AF功能實體帶來的IMS業(yè)務(wù)限制，利用DPI的非IMS業(yè)務(wù)信息的獲取，實現(xiàn)對全業(yè)務(wù)的保障支撐。

3 模型設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

針對以上3個技術(shù)難點，本文給出了相應(yīng)的解決方案，終端聯(lián)合識別模型旨在解決當(dāng)前終端識別率偏低的問題，從理論上講，該模塊可有效提升終端識別率10%以上，即從平均75%的識別水平提升至85%以上；業(yè)務(wù)特征分析模型完成針對主流業(yè)務(wù)應(yīng)用的全解析，實現(xiàn)對熱門應(yīng)用的業(yè)務(wù)信息搜集，并根據(jù)協(xié)議承載分別形成提交至AF及偽AF的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；并詳細(xì)闡述了保障策略形成的PCC交互流程。

3.1 終端聯(lián)合識別模型

隨著對用戶感知運(yùn)營需求分析的不斷深化，從用戶、終端維度進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的需求凸顯，由于在網(wǎng)絡(luò)信令消息中并不強(qiáng)制攜帶終端信息，使得在各網(wǎng)元及信令接口間無法直接獲取用戶的終端信息；通過基于DPI的對業(yè)務(wù)信息的深度解析，從用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中尋找終端信息，實現(xiàn)對終端的識別，成為唯一可行的途徑。

終端聯(lián)合識別模型提供了一種終端識別的集合策略，以WAP與HTTP的解碼協(xié)同實現(xiàn)在業(yè)務(wù)層面的高精度終端識別能力。從業(yè)務(wù)面的應(yīng)用協(xié)議（WAP/HTTP）中提取用戶終端信息，由于在用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的過程中，使用的瀏覽器及上網(wǎng)方式不同，從而導(dǎo)致提取的字段并非總是正確的終端信息，這就需要對新提取的用戶終端信息進(jìn)行合法性驗證。

3.1.1 HTTP的終端信息獲取

HTTPUA（user agent）用于獲取客戶端瀏覽器信息，可以獲取瀏覽器的類型、版本號碼、操作系統(tǒng)類型等，通過解析HTTP中的UA信息實現(xiàn)終端識別。通過UA信息識別用戶終端的特征庫，根據(jù)這種終端識別庫的使用經(jīng)驗，終端類型識別率可以達(dá)到75%以上，在硬件設(shè)備識別方面，可實現(xiàn)對手機(jī)終端與PC的區(qū)分；在操作系統(tǒng)識別方面，可以完全識別主流的操作系統(tǒng) （如Windows/Linux/*nix/Mac OSX/iOS/Android/Windows Phone/Symbian）。當(dāng)用戶使用手機(jī)類的移動終端使用2.5G/3G網(wǎng)絡(luò)時，就可識別手機(jī)的具體型號。

不同終端在使用HTTP時所攜帶的UA信息見表1。

表1 UA中的終端信息

3.1.2 WAP的終端信息獲取

通過用戶WAP上網(wǎng)協(xié)議中的x-wap-profile字段實現(xiàn)終端識別?！皒-wap-profile”的內(nèi)容本質(zhì)上是一個URL的字符串，指向的鏈接就是用戶終端能力描述文件。在文件名稱中有終端型號信息，WAP的終端提取就是通過這個型號描述信息來提取終端型號，最終實現(xiàn)終端識別。

以對iPhone的業(yè)務(wù)終端識別為例，判定iPhone使用的“x-wap-profile”串，見表 2。

若用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組中攜帶的“x-wap-profile”串中有這些特征串，即判定該用戶為iPhone用戶。

表2 iPhone的x-wap-profile字段樣式

3.1.3 終端識別的管理策略

可以看出，通過WAP和HTTP的終端獲取是行之有效的，但單單依靠其中一種獲取方式無法滿足對終端類型解析的精度要求，聯(lián)合識別模型就是利用對WAP和HTTP的關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)對終端識別的精度解析。終端聯(lián)合識別流程如圖2所示，具體介紹如下。

（1）由DPI模塊完成對用戶的識別，形成針對目標(biāo)用戶數(shù)據(jù)的上下文維護(hù)。

（2）對用戶產(chǎn)生的WAP或HTTP進(jìn)行解析，截獲協(xié)議所攜帶的終端信息，并對該終端信息加蓋協(xié)議戳。

（3）使用散列算法遍歷用戶終端—用戶對應(yīng)表，如已存在該目標(biāo)用戶的終端信息，則對比新獲取的信息，如果兩者相同，則不做處理；如果不相同，則需驗證新終端信息的有效性。

（4）對于新識別用戶，即終端—用戶對應(yīng)表中不存在的用戶，同樣需要驗證終端信息的有效性。

（5）終端信息的有效性驗證需要利用終端信息庫，如果新終端信息有效，則更改終端—用戶對應(yīng)表；如果新信息無效，則刪除該終端信息并更改終端—用戶對應(yīng)表中的終端類型。

（6）對于新識別用戶終端信息的有效性驗證，同樣需要查詢終端信息庫，如果所獲終端信息是有效的，則加入終端—用戶對應(yīng)表；如果所獲信息是無效的，則在終端—用戶對應(yīng)表中的終端欄標(biāo)記為空。

3.2 業(yè)務(wù)特征分析模型

在業(yè)務(wù)特征分析模塊中，除了已經(jīng)完成的用戶識別以及終端類型外，還將針對不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用形成符合應(yīng)用功能實體模塊AF要求的業(yè)務(wù)信息格式，對于大部分業(yè)務(wù)（不存在AF）來說，若要實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息到PCRF的輸入，則要構(gòu)建偽AF模塊，即在DPI中設(shè)計針對該應(yīng)用的偽AF，并將該業(yè)務(wù)信息傳送至匹配的偽AF模塊，再由該偽AF模塊完成與PCRF的會話交互。

分析模型完成對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的檢測分析，從中獲取業(yè)務(wù)特征信息，如五元組信息、源IP地址、目的IP地址、源端口號、目的端口號、協(xié)議類型、7層URL、流量識別、應(yīng)用協(xié)議會話信令等，并將這些信息和AF與偽AF模塊中所要求的信息進(jìn)行匹配分析，獲取業(yè)務(wù)信息，如圖3所示。

3.3 PCC生成保障策略

在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，IMS業(yè)務(wù)應(yīng)用通常都使用SIP信令，是否使用SIP信令也成為IMS業(yè)務(wù)與非IMS業(yè)務(wù)應(yīng)用的主要區(qū)別。對于IMS業(yè)務(wù)，其制定了與PCC架構(gòu)相匹配的業(yè)務(wù)架構(gòu)，可以使用預(yù)定義的網(wǎng)絡(luò)智能框架支持業(yè)務(wù)的傳送；但對于其他大多數(shù)業(yè)務(wù)，由于業(yè)務(wù)架構(gòu)的不匹配，不存在與非IMS業(yè)務(wù)相匹配的AF模塊，使得無法獲取業(yè)務(wù)信息，從而無法實現(xiàn)與PCC的信息交互，也就無法實現(xiàn)動態(tài)PCC策略的決策生成。本文提供了一種針對AF/無AF場景下的全業(yè)務(wù)保障策略控制模型，利用DPI架構(gòu)與PCC架構(gòu)的對接，在實現(xiàn)對目標(biāo)用戶群IMS業(yè)務(wù)進(jìn)行信息輸入的同時，通過構(gòu)建偽AF模塊，實現(xiàn)對非IMS業(yè)務(wù)的信息輸入，從而實現(xiàn)針對全業(yè)務(wù)的PCC管理策略生成。

DPI與PCC的交互流程如圖4所示，具體介紹如下。

（1）由DPI模塊完成對用戶標(biāo)識和終端信息的獲取，鎖定需要進(jìn)行業(yè)務(wù)保障的明星機(jī)用戶群體，并解析該類用戶的業(yè)務(wù)應(yīng)用信息，形成滿足AF或偽AF需求的業(yè)務(wù)特征信息。

（2）由DPI向AF或偽AF模塊下發(fā)獲取的目標(biāo)明星機(jī)的業(yè)務(wù)特征信息。

（3）AF或偽AF向PCRF上報動態(tài)會話業(yè)務(wù)特征信息。

（4）在PCRF收到AF或偽AF的上報信息后，與SPR交互獲取用戶的簽約信息。

（5）同時，PCRF與 OCS/OFCS交互，獲取用戶的計費信息。

（6）根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)信息以及簽約、計費信息，生成PCC策略。

（7）生成PCC策略后，PCRF向PCEF下發(fā)PCC策略。

（8）PCRF向DPI模塊下發(fā)動態(tài)DPI策略。

根據(jù)明星機(jī)所確定的保證用戶群體，結(jié)合保障用戶簽約數(shù)據(jù)（SPR獲取）、套餐信息、實時余額（OCS/OFCS獲?。┳兏黁oS等級，PCRF根據(jù)對保障用戶等級的判定，下發(fā)ARP、TC、MBR等QoS參數(shù)到無線網(wǎng)，實現(xiàn)無線信道分配優(yōu)化效果的分業(yè)務(wù)、分用戶的動態(tài)資源調(diào)控，使無線網(wǎng)提供差異化帶寬能力保證及QoS，包括業(yè)務(wù)有效性（trafficavailability）、時延（latency）、抖 動 （jitter）、吞 吐 量 （throughput）、分 組 丟 失 率（loss probability）等指標(biāo)。通過變更以上指標(biāo)的QoS等級，實現(xiàn)差異化保障策略，從而實現(xiàn)服務(wù)的差異化，提升網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用率，向高價值用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)使用保障，提升用戶的體驗，革新當(dāng)前粗放式的運(yùn)營服務(wù)方式。

4 策略可行性驗證

該保障策略的可行性驗證主要完成兩方面工作：首先需要驗證DPI模塊，該模塊用于完成深度業(yè)務(wù)信息解析，實現(xiàn)對明星機(jī)的精度識別以及對用戶業(yè)務(wù)行為信息的挖掘，并提供滿足模擬AF端需求的Rx接口（AF與PCRF）會話，實現(xiàn)與PCRF的互通。該部分功能的實現(xiàn)和驗證，可通過采用具有DPI分析能力的第三方系統(tǒng)平臺實現(xiàn)，筆者利用中國電信股份有限公司湖南分公司 （以下簡稱湖南電信）與武漢虹信公司聯(lián)合研發(fā)的CDMA網(wǎng)信令監(jiān)測分析系統(tǒng)對該部分進(jìn)行驗證；另一個需要驗證的是PCC模塊，可利用現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備環(huán)境，驗證PCRF對DPI模塊會話輸入的識別和處理，并跟蹤PCRF與OCS間的Gy接口、與SPR間的Sp接口以及與PCEF間的Gx接口，驗證對輸入數(shù)據(jù)的有效處理以及輸出的PCC策略是否符合設(shè)計預(yù)想。保障策略的全部執(zhí)行流程如圖5所示。

4.1 DPI模塊可行性驗證

為滿足研究需要，對已在網(wǎng)運(yùn)行的“CDMA網(wǎng)信令監(jiān)測分析系統(tǒng)”（用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、故障分析和業(yè)務(wù)分析）中的DPI模塊進(jìn)行改造，在實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息深度解析的同時，采用本文提出的終端聯(lián)合識別模型構(gòu)造偽AF模塊，實現(xiàn)與PCRF的交互對接。

（1）合法終端識別精度顯著提升

對比聯(lián)合識別模型與傳統(tǒng)識別模型的終端識別率，長期抽樣數(shù)據(jù)顯示，聯(lián)合識別模型高于傳統(tǒng)識別模型10%以上，識別率從原來的75%左右提升到85%以上。經(jīng)過對終端信息數(shù)據(jù)的剖析，發(fā)現(xiàn)合法終端，尤其是中、高檔智能機(jī)的識別精度明顯提升。未識別的終端以非法的改裝機(jī)、山寨機(jī)為主，采用聯(lián)合識別模型后，非法終端識別率的提升不明顯。

同時在測試中發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合識別模型的弊端在于所造成的性能開銷較大，針對該問題，后期將研究過濾規(guī)則，通過限定識別范圍，大幅降低性能開銷。

（2）偽 AF完成Rx接口會話

實驗通過DPI模塊完成對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的分析，實現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的信息獲取，如業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的IPfilter信息等。由偽AF模塊模擬發(fā)起的Rx會話主要完成會話信息的輸出定制、會話信息的修改、AF會話終止等過程。在偽AF模塊的構(gòu)造過程中，可忽略門控過程、訂閱/取消訂閱信令路徑狀態(tài)通知過程等會話。接口采用輕量級的文件交換機(jī)制，可有效提升交互效率。

4.2 PCC模塊可行性驗證

將DPI的采樣數(shù)據(jù)通過偽AF模塊交互至PCC，偽AF與PCRF的Rx接口會話可以獲取用戶信息、動態(tài)業(yè)務(wù)會話特征信息，PCC模塊通過Sp接口、Gy接口完成對用戶簽約信息、計費信息的調(diào)取。獲取的用戶簽約信息包括用戶標(biāo)識、用戶等級、計費類型、配額狀態(tài)、起賬日期等；獲取的業(yè)務(wù)會話相關(guān)信息包括用戶標(biāo)識、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、業(yè)務(wù)計費方式、業(yè)務(wù)起止時間。

PCRF對目標(biāo)“明星機(jī)”的用戶數(shù)據(jù)簽約數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)訂購信息進(jìn)行處理，依據(jù)PCC提供完善的時間管理策略、用戶管理策略與業(yè)務(wù)等級策略，實現(xiàn)不同時段的用戶等級與業(yè)務(wù)等級的綜合考評，完成對“明星機(jī)”全業(yè)務(wù)的QoS保障策略輸出，在DPI模塊對輸出的目標(biāo)終端的綜合性業(yè)務(wù)策略中進(jìn)行畫像呈現(xiàn)。

5 結(jié)束語

在移動寬帶蓬勃發(fā)展的趨勢下，運(yùn)營商與內(nèi)容提供商在網(wǎng)絡(luò)資源與利益分配上的矛盾不斷深化，與此同時，傳統(tǒng)的粗放式運(yùn)營模式難以滿足用戶的服務(wù)需求，本文從“明星機(jī)”的高端用戶業(yè)務(wù)保障策略出發(fā)，以點代面深入探究精細(xì)化的管道運(yùn)營模式，展現(xiàn)DPI與PCC解決方案為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營帶來的豐富的應(yīng)用。