LTE網(wǎng)絡引入PCC的業(yè)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(xiàn)和以App應用為代表的移動商業(yè)模式的成功，帶動了全球范圍內(nèi)的一波移動互聯(lián)網(wǎng)熱潮。隨之而來的是移動數(shù)據(jù)業(yè)務流量的急速飆升，這極大地增加了網(wǎng)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(jīng)營策略，提高網(wǎng)絡的智能管控水平，實現(xiàn)區(qū)分用戶和業(yè)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(wǎng)絡的管控，合理利用網(wǎng)絡資源，向有價值的用戶和業(yè)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(qū)分業(yè)務的QoS保障體系。LTE/EPS網(wǎng)絡與PCC系統(tǒng)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(xiàn)。本文首先簡要介紹了基于LTE網(wǎng)絡的PCC系統(tǒng)基本架構和功能，然后結合自營視頻類業(yè)務詳細分析了PCC的業(yè)務保障機制，最后給出了國內(nèi)電信運營商在LTE網(wǎng)絡引入PCC保障業(yè)務的策略。

2 LTE網(wǎng)絡的PCC基本架構

3GPP給出的基于LTE網(wǎng)絡PCC系統(tǒng)的邏輯架構如圖1所示(僅考慮GTP協(xié)議情形)，主要包含用戶屬性存儲(subscriber profile repository，SPR)、業(yè)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(zhí)行功能（policy and charging enforcement function，PCEF）和業(yè)務流檢測功能（traffic detection function，TDF）等邏輯實體。

AF提供與動態(tài)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(jù)產(chǎn)品的不同實現(xiàn)方式，SPR能與HSS或PCRF合設。TDF執(zhí)行應用程序的檢測和匯報。PCRF和PCEF是策略控制決策和執(zhí)行實體。在LTE/EPS網(wǎng)絡中，PGW執(zhí)行PCEF功能。PCRF下發(fā)對用戶和業(yè)務授權的PCC規(guī)則給PCEF執(zhí)行。相比2G/3G QoS控制，LTE/EPS網(wǎng)絡將QoS的控制參數(shù)簡化為4個參數(shù)，有利于業(yè)務QoS策略的制定和下發(fā)，其中包含兩個重要參數(shù)ARP和QCI。ARP決定了業(yè)務資源分配優(yōu)先級及搶占和被強占能力，QCI與業(yè)務在節(jié)點轉發(fā)處理時所能享受到的服務等級有關。

3 基于PCC的業(yè)務保障機制

3.1 基于PCC的業(yè)務保障能力

LTE網(wǎng)絡具有較高的接入帶寬和靈活的QoS機制，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，實現(xiàn)對業(yè)務端到端的QoS保障?；赑CC的LTE網(wǎng)絡具備從多個角度對業(yè)務進行保障的能力。

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

·為保障業(yè)務設置較高的QCI。通過QCI與網(wǎng)絡調(diào)度相關參數(shù)的映射，通過網(wǎng)絡智能調(diào)度，為業(yè)務分配更多資源，同時對資源的利用率也很高。

·為保障業(yè)務提供保障帶寬。通過提前預留帶寬，業(yè)務獨享網(wǎng)絡資源，避免在網(wǎng)絡負荷高時受到其他業(yè)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(yè)務（如VoIP業(yè)務）實行。

·基于用戶粒度的業(yè)務重定向。通過重定向，實現(xiàn)負載均衡，優(yōu)化路由，降低端到端的時延。

3.2 基于PCC的業(yè)務保障機制

LTE網(wǎng)絡可實現(xiàn)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?？蓪崿F(xiàn)通過為業(yè)務分配不同的QoS參數(shù)，將業(yè)務綁定到不同承載上實現(xiàn)對業(yè)務的保障。LTE網(wǎng)絡有3種不同類型的承載。

默認承載：用戶在網(wǎng)絡附著成功后就已經(jīng)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(shù)據(jù)業(yè)務，核心網(wǎng)承載也一直保留。因此從節(jié)約資源的角度考慮，默認承載的QCI等級一般較低，為業(yè)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(yè)務一般建議在默認承載上運行，以減輕網(wǎng)絡信令負擔。

Non-GBR專有承載：一般在業(yè)務需要的時候建立，在業(yè)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(yè)務提供保障。但網(wǎng)絡并不為Non-GBR專有承載分配固定帶寬，因此業(yè)務體驗與網(wǎng)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(yè)務數(shù)據(jù)傳輸，只要承載保留，其他承載上的業(yè)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(yè)務提供高質量的服務保障，而且不受網(wǎng)絡負荷變化影響，因此對業(yè)務的保障能力最強。

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

4 PCC業(yè)務保障典型應用

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

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

對于該自營視頻業(yè)務，假設已經(jīng)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(yè)務檢測功能。在檢測到業(yè)務開始后，通過動態(tài)下發(fā)或提前預配置控制策略，為業(yè)務提供保障）。圖2是通過網(wǎng)絡側發(fā)起承載建立對業(yè)務進行保障的一個典型流程。

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

（3）～（4）：該視頻網(wǎng)站的應用服務器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(yè)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(yè)務對終端的適配，以最大化網(wǎng)絡資源的利用。

（5）～（6）：收到業(yè)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(yè)務信息、用戶簽約信息和運營商策略進行決策，并生成PCC規(guī)則下發(fā)給PCEF執(zhí)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(yè)務，通過為其授權較高等級的QoS參數(shù)，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(yè)務套餐。同時在業(yè)務體驗過程中結合多種信息動態(tài)更新PCC規(guī)則，充分保障該業(yè)務的服務體驗，以實現(xiàn)業(yè)務的迅速推廣。

（8）～（10）：PCEF 收到 PCC 規(guī)則開始執(zhí)行（如預留資源、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)絡為業(yè)務預留帶寬，同時核心網(wǎng)各節(jié)點將QoS參數(shù)映射為轉發(fā)處理相關參數(shù)。在無線側，eNode B將QoS參數(shù)作為業(yè)務接納控制以及無線資源調(diào)度的輸入。通過以上方式實現(xiàn)對業(yè)務的端到端的QoS保障。在步驟（3）～（4）中，AF可根據(jù)用戶的位置來指定一個靠近用戶的內(nèi)容站點為用戶服務，PCRF將這一信息轉發(fā)給PCEF，由PCEF執(zhí)行重定向，優(yōu)化媒體面路由。

5 結束語

PCC提供了強大的網(wǎng)絡管控和業(yè)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(wǎng)絡部署PCC，在發(fā)展用戶、提高盈利能力、快速推廣業(yè)務等方面均取得了良好的效果。因此，本文建議國內(nèi)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(fā)揮PCC的強大業(yè)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(yè)務良好的服務口碑。更進一步，為了在將來LTE網(wǎng)絡部署PCC積累運營經(jīng)驗和更好地實現(xiàn)3G網(wǎng)絡與LTE的互操作、統(tǒng)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）