業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度策略探討

宮云平，雷多萍，陳喜洲

（中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

當(dāng)前，行業(yè)融合成為大勢(shì)所趨，電信產(chǎn)業(yè)逐步走向信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)，電信、廣電、互聯(lián)網(wǎng)公司及終端制造商的業(yè)務(wù)領(lǐng)域相互融合。同時(shí)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，目前已進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，個(gè)性化應(yīng)用層出不窮，新的技術(shù)應(yīng)用和價(jià)值點(diǎn)不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致信息產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈不斷整合，這些都給傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)。在這種情勢(shì)下，中國(guó)電信提出要成為“智能管道的主導(dǎo)者”，從而引起了業(yè)界對(duì)“智能管道”的廣泛討論。

中國(guó)電信將智能管道定義為“指客戶感知良好、運(yùn)營(yíng)管理方便、業(yè)務(wù)開通靈活，通過(guò)用戶可識(shí)別、業(yè)務(wù)可區(qū)分、質(zhì)量可控制、網(wǎng)絡(luò)可管理，提供高速協(xié)同接入、資源自助指配、速率針對(duì)性保障的差異化服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)”。從智能管道的內(nèi)涵中不難看出，資源的智能調(diào)度是智能管道的基礎(chǔ)，不同用戶和不同業(yè)務(wù)的差異化服務(wù)保障最終都要通過(guò)對(duì)資源的靈活調(diào)度實(shí)現(xiàn)。對(duì)于資源的智能管控調(diào)度，中國(guó)電信開展了一系列的研究和試驗(yàn)，本文聚焦業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層面，重點(diǎn)探討業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)在資源智能調(diào)度方面的現(xiàn)狀、發(fā)展演進(jìn)趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)等。

2 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度現(xiàn)狀

2.1 業(yè)界研究現(xiàn)狀

資源調(diào)度一直是業(yè)界研究的重點(diǎn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP早在R5版本就提出了策略管理功能，在R7版本中，3GPP將策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)融合后，提出PCC（policy and charging control）架構(gòu)體系，通過(guò)該架構(gòu)可以使網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到不同的業(yè)務(wù)流，并針對(duì)業(yè)務(wù)流實(shí)現(xiàn)QoS控制、計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)等需求。PCC架構(gòu)功能模塊部署如圖1所示。

圖1 3GPP提出的PCC架構(gòu)

近年來(lái)，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，電信運(yùn)營(yíng)商作為提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的管道運(yùn)營(yíng)商，迫切需要通過(guò)資源的有效調(diào)度來(lái)發(fā)揮基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源的最大價(jià)值，以便更好地發(fā)展自營(yíng)業(yè)務(wù)，更好地與合作伙伴實(shí)現(xiàn)共贏，所以各運(yùn)營(yíng)商也紛紛開展基于PCC參考架構(gòu)的資源調(diào)度策略的研究和試驗(yàn)。

2.2 中國(guó)電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度現(xiàn)狀

中國(guó)電信在承接CDMA網(wǎng)運(yùn)營(yíng)后，按照SDP標(biāo)準(zhǔn)建立了橫向架構(gòu)的業(yè)務(wù)平臺(tái)體系，經(jīng)過(guò)近幾年不斷的優(yōu)化整合，越來(lái)越多的業(yè)務(wù)平臺(tái)納入橫向架構(gòu)中。同時(shí)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的能力類平臺(tái)和管理類平臺(tái)作為共用資源，為眾多的應(yīng)用類平臺(tái)所調(diào)用，如何更好地調(diào)度共用資源以提供差異化的資源保障是業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)智能化的關(guān)鍵。

在目前中國(guó)電信的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，資源調(diào)度策略呈現(xiàn)“靜態(tài)、孤立、單一”3個(gè)特點(diǎn)。每一個(gè)平臺(tái)預(yù)先配置資源調(diào)度策略，主要是流量控制；各業(yè)務(wù)平臺(tái)分別實(shí)現(xiàn)各自的資源調(diào)度，對(duì)象比較單一，主要是業(yè)務(wù)訪問(wèn)并發(fā)數(shù)；各業(yè)務(wù)平臺(tái)根據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)本身的處理能力，對(duì)于所有接入本平臺(tái)的業(yè)務(wù)訪問(wèn)請(qǐng)求進(jìn)行控制，對(duì)于超出處理能力的業(yè)務(wù)請(qǐng)求一律拒絕。現(xiàn)網(wǎng)重點(diǎn)業(yè)務(wù)平臺(tái)的資源調(diào)度情況見表1。

從業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)整體來(lái)看，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中各平臺(tái)之間彼此配合協(xié)調(diào)共同完成某一個(gè)業(yè)務(wù)流程，所以平臺(tái)的資源調(diào)度方式跟這些業(yè)務(wù)流程特點(diǎn)密切相關(guān)，不同的業(yè)務(wù)流程消耗平臺(tái)的資源類型、消耗方式差別很大。總體來(lái)說(shuō)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流程（或者稱數(shù)據(jù)流）有兩大類：一類是流量型，另一類是次數(shù)型。針對(duì)兩類數(shù)據(jù)流的特征，其所流經(jīng)平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行資源管控調(diào)度的方式也不同，具體可參見表2。

3 中國(guó)電信業(yè)務(wù)網(wǎng)資源調(diào)度總體目標(biāo)架構(gòu)

3.1 總體目標(biāo)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在PCC架構(gòu)中，PCRF和PCEF/DPI是實(shí)現(xiàn)整個(gè)資源調(diào)度的核心。PCRF對(duì)輸入的用戶級(jí)別、業(yè)務(wù)級(jí)別等信息進(jìn)行分析，制定相應(yīng)的策略后下發(fā)給PCEF執(zhí)行。對(duì)于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，各類數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)量動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)變化，相應(yīng)的信息收集和分析的顆粒度應(yīng)比較精細(xì)，才能滿足對(duì)資源實(shí)時(shí)調(diào)度管控的需要。所以，要完成資源的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)配，需要有“信息收集→策略制定/更新→策略下發(fā)執(zhí)行→執(zhí)行效果反饋→信息收集”這樣一個(gè)閉環(huán)的過(guò)程，如圖2所示。

圖2 動(dòng)態(tài)資源調(diào)配閉環(huán)流程

結(jié)合PCC架構(gòu)要求和中國(guó)電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配總體架構(gòu)主要考慮以下因素。

·架構(gòu)具有前瞻性和良好的演進(jìn)性：根據(jù)中國(guó)電信綜合平臺(tái)目標(biāo)架構(gòu)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配實(shí)現(xiàn)總體方案隨著綜合平臺(tái)架構(gòu)的演進(jìn)而不斷完善，最終基于綜合平臺(tái)的邏輯架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

·以橫向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，參考PCC架構(gòu)：充分挖掘現(xiàn)有平臺(tái)的能力，考慮現(xiàn)有業(yè)務(wù)平臺(tái)的平滑升級(jí)演進(jìn)，邏輯上滿足PCC架構(gòu)。

·支撐系統(tǒng)和業(yè)務(wù)平臺(tái)緊密結(jié)合：資源調(diào)度功能是疊加在現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)之上的，大量的信息收集、分析需要支撐系統(tǒng)協(xié)作完成。

·兼顧流量型和次數(shù)型兩類業(yè)務(wù)流：3GPP的PCC架構(gòu)主要是針對(duì)帶寬資源進(jìn)行管控，在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，更多是次數(shù)型業(yè)務(wù)流，所以資源調(diào)度策略應(yīng)更著眼于次數(shù)型業(yè)務(wù)流。

綜合考慮以上因素，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配總體目標(biāo)架構(gòu)如圖3所示。

表1 重點(diǎn)平臺(tái)資源調(diào)度現(xiàn)狀

表2 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流類型及特征對(duì)比

圖3 業(yè)務(wù)網(wǎng)資源調(diào)配總體架構(gòu)

業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配總體架構(gòu)中的4個(gè)邏輯功能塊描述如下。

·信息收集：充分利用升級(jí)現(xiàn)有的綜合網(wǎng)管、信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)撥測(cè)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，主要收集網(wǎng)絡(luò)中各類資源的動(dòng)態(tài)變化情況。

·信息綜合分析：多維度關(guān)聯(lián)分析，可以從業(yè)務(wù)、用戶、內(nèi)容、終端、CP/SP、套餐等多維度進(jìn)行分析。該系統(tǒng)可以新建或者在現(xiàn)有OSS上改造。

·策略制定：核心功能模塊，采用新建方式，參照PCRF設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶等級(jí)、營(yíng)銷策略、網(wǎng)絡(luò)中資源動(dòng)態(tài)情況等制定資源調(diào)配策略。兼顧流量型和次數(shù)型兩種資源的調(diào)配策略。

·策略執(zhí)行：升級(jí)現(xiàn)有業(yè)務(wù)平臺(tái)，增加策略執(zhí)行模塊，參照PCEF設(shè)計(jì)，執(zhí)行策略并反饋執(zhí)行結(jié)果。

3.2 演進(jìn)思路

現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)平滑升級(jí)過(guò)渡，最終形成多維度、按需調(diào)度資源的智能化網(wǎng)絡(luò)，大概可以分成3個(gè)階段平滑演進(jìn)。

（1）第一階段：采用靜態(tài)策略對(duì)資源進(jìn)行調(diào)配

在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的入口網(wǎng)元（網(wǎng)絡(luò)接入和業(yè)務(wù)接入）中部署PCEF和DPI功能，實(shí)現(xiàn)策略執(zhí)行功能。利用現(xiàn)有支撐系統(tǒng)的分析結(jié)果，結(jié)合長(zhǎng)期的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，形成靜態(tài)資源控制策略，手工配置在策略執(zhí)行模塊上，并通過(guò)網(wǎng)管、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)分系統(tǒng)等觀察策略執(zhí)行效果。第一階段示意如圖4所示。

（2）第二階段：通過(guò)動(dòng)態(tài)策略對(duì)資源進(jìn)行調(diào)配

進(jìn)一步整合升級(jí)現(xiàn)有的信息收集分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類資源信息、用戶信息、業(yè)務(wù)信息等的全面收集；新建信息綜合分析平臺(tái)和策略制定平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“信息收集→信息分析→策略制定→策略執(zhí)行→執(zhí)行反饋/信息收集”的閉環(huán)。第二階段示意如圖5所示。

（3）第三階段：基于綜合平臺(tái)架構(gòu)的資源自動(dòng)調(diào)配

圖4 第一階段結(jié)構(gòu)示意

圖5 第二階段結(jié)構(gòu)示意

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配總體解決方案，涉及很多關(guān)鍵技術(shù)，需要各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)一步深入研究，重點(diǎn)包括以下幾方面。

（1）基于“次數(shù)”的調(diào)度技術(shù)

目前業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于“流量型”數(shù)據(jù)流的資源調(diào)度保障，已經(jīng)有跨平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，主要是有賴于IP網(wǎng)的QoS保障方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究已經(jīng)開展多年，大部分?jǐn)?shù)通設(shè)備都給予了不同程度的支持。但是對(duì)于“次數(shù)型”數(shù)據(jù)流的資源管控，則缺乏統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，主要有各設(shè)備廠商結(jié)合網(wǎng)元設(shè)備特點(diǎn)個(gè)性定制，實(shí)現(xiàn)方式千差萬(wàn)別。所以“次數(shù)型”數(shù)據(jù)流的跨平臺(tái)資源調(diào)度保障亟需從規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)到設(shè)備實(shí)現(xiàn)方面深入研究解決。

（2）融合網(wǎng)關(guān)的流量收斂

但是隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的應(yīng)用采用客戶端方式提供給用戶使用，從PDSN過(guò)來(lái)的業(yè)務(wù)流，直接通過(guò)融合防火墻做NAT后去往Internet的已經(jīng)占了大部分，電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)客戶端應(yīng)用提供用戶號(hào)碼和計(jì)費(fèi)的功能將逐漸減弱，對(duì)用戶業(yè)務(wù)流量的監(jiān)控、控制功能逐步削弱，更不要妄談對(duì)用戶提供差異化的資源保障服務(wù)了。

因此，研究業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)接入側(cè)的入口網(wǎng)元數(shù)據(jù)流收斂技術(shù)非常重要，通過(guò)分組域核心網(wǎng)PDSN、AAA服務(wù)器和CE設(shè)備的配合，把PDSN的所有CTWAP上網(wǎng)業(yè)務(wù)流匯聚到融合網(wǎng)關(guān)，將全部業(yè)務(wù)流收斂起來(lái)，并部署DPI設(shè)備完成業(yè)務(wù)檢測(cè)分析及控制，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)流的多維度分析和差異化資源保障才有可能。

（3）多維度的信息關(guān)聯(lián)

作為制定各種調(diào)度策略的依據(jù)，各類信息的多維度關(guān)聯(lián)分析的范圍、準(zhǔn)確性、顆粒度都直接影響調(diào)度策略的制定。目前網(wǎng)絡(luò)中各類信息散落在各個(gè)網(wǎng)元、各個(gè)支撐系統(tǒng)中，這些信息依附于某一個(gè)主鍵，形成“多張”信息表，如何把這多張信息表通過(guò)其中的“相同域”關(guān)聯(lián)起來(lái)是制定精細(xì)化資源調(diào)度的關(guān)鍵。

以上研究主要是針對(duì)海上失蹤物體位置的預(yù)測(cè)的，而針對(duì)內(nèi)河失蹤物體的研究則相對(duì)較少。李琳琳等[9]以川江為例研究失蹤人員搜尋區(qū)域的確定方法，利用風(fēng)致漂移、風(fēng)生流致漂移和水流致漂移的規(guī)律，總結(jié)時(shí)間推移下落水人員的漂移規(guī)律，可對(duì)人員漂移的距離進(jìn)行估計(jì)，但是不能更進(jìn)一步預(yù)測(cè)人員漂移具體位置。于衛(wèi)紅等[10]通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)總水流矢量計(jì)算、風(fēng)壓差計(jì)算及位置的總或然誤差計(jì)算，提出確定搜尋目標(biāo)漂移后的搜尋區(qū)域的具體方法。該研究是基于物體位置報(bào)告及風(fēng)、流、浪等信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，對(duì)研究工作有很好的指導(dǎo)意義。

例如，以用戶號(hào)碼為主鍵的靜態(tài)信息表包括用戶套餐、用戶級(jí)別、用戶終端類型、用戶喜好等信息，以CP/SP標(biāo)識(shí)為主鍵的靜態(tài)信息表包括業(yè)務(wù)類型、SLA、用戶規(guī)模。另外還有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中各類資源實(shí)時(shí)情況，包括網(wǎng)元、接口、業(yè)務(wù)類型、時(shí)間、忙閑、流向等。

圖6 第三階段結(jié)構(gòu)示意

實(shí)現(xiàn)各類信息的關(guān)聯(lián)，例如在某時(shí)間段某級(jí)別用戶喜歡使用某類業(yè)務(wù)，某網(wǎng)元某接口在某時(shí)間段繁忙主要是由于哪類用戶或哪類業(yè)務(wù)爆發(fā)造成的等，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確提供這些信息才能有針對(duì)性地制定細(xì)致的資源調(diào)度保障策略。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)電信作為傳統(tǒng)的管道運(yùn)營(yíng)商，無(wú)論基于提高資源使用效率還是基于提供差異化的用戶體驗(yàn)需求考慮，都需要改變過(guò)去“粗放型”的網(wǎng)絡(luò)資源使用管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的智能管理、精確調(diào)配、差異化保障。各國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也積極探討資源調(diào)度策略的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，業(yè)界不乏資源靈活分配、精確配置的成功案例，但是對(duì)于中國(guó)電信來(lái)說(shuō)，結(jié)合自己的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況、用戶特征、業(yè)務(wù)特征等來(lái)因地制宜地研究、部署自己的資源調(diào)配系統(tǒng)更為關(guān)鍵。本文結(jié)合3GPP PCC架構(gòu)和中國(guó)電信現(xiàn)有業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)，在深入調(diào)研分析現(xiàn)網(wǎng)各網(wǎng)元資源調(diào)度現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中主要數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)上，提出了基于中國(guó)電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)橫向架構(gòu)的資源調(diào)配目標(biāo)架構(gòu)，并對(duì)其涉及的關(guān)鍵技術(shù)、演進(jìn)路線進(jìn)行研究分析，為中國(guó)電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的智能化資源調(diào)配提供參考。

1 3GPP TS23.203.Policy and Charging Control Architecture

2 中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信CDMA業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)規(guī)范（WAP網(wǎng)關(guān)設(shè)備技術(shù)規(guī)范），2009

3 中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)（ISAG）開放接口技術(shù)規(guī)范，2009