一種引入內(nèi)容控制模塊的改進(jìn)PCC架構(gòu)模型*

李牧南，孫 超，盧 科

(1.華南理工大學(xué)工商管理學(xué)院，廣州 510641;2.華南理工大學(xué)廣東省創(chuàng)新方法與決策管理系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510641;3.廣州市優(yōu)迅計(jì)算機(jī)科技有限公司，廣州 510631)

1 引言

PCC是3GPP(3rd Generation Partnership Project)標(biāo)準(zhǔn)定義的IMS(IP Multimedia Subsystem)承載網(wǎng)絡(luò)資源與計(jì)費(fèi)策略控制架構(gòu)，旨在為用戶提供差異化的服務(wù)，提供用戶業(yè)務(wù)流承載資源保障以及流計(jì)費(fèi)策略［1－2］。近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長，對(duì)移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和處理能力提出了更高的要求，但是國內(nèi)三大運(yùn)營商普遍發(fā)現(xiàn)一個(gè)典型的現(xiàn)象，那就是“增量不增收”。盡管移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的流量呈現(xiàn)了較大的增長，但是運(yùn)營商數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入?yún)s顯得增幅不大，甚至某些重點(diǎn)地區(qū)的每用戶平均收入(Average Revenue Per User，ARPU)值還有所下降。對(duì)于國內(nèi)移動(dòng)通信運(yùn)營商來說，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增量不增收的情況已經(jīng)成為一個(gè)困擾中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通共同的問題。

為提升數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量經(jīng)營價(jià)值，豐富數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場營銷手段，為用戶提供智能化、差異化的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)精細(xì)化運(yùn)營能力，運(yùn)營商引入了策略及計(jì)費(fèi)控制(PCC)架構(gòu)。黃韜和施兆陽等人認(rèn)為，部署PCC功能后，需要進(jìn)一步提煉PCC的核心網(wǎng)控制策略，從而可以更好提升無線資源效率，限制業(yè)務(wù)和用戶對(duì)無線資源的濫用;提供自營業(yè)務(wù)保障，增強(qiáng)高價(jià)值的自營業(yè)務(wù)競爭力;同時(shí)降低即時(shí)通信類業(yè)務(wù)對(duì)無線資源的過度占用，優(yōu)化資源分配機(jī)制等［3－4］。

盡管3GPP的PCC架構(gòu)定義了差異化管控支撐機(jī)制，但是3GPP只是定義了PCC架構(gòu)中基本的網(wǎng)元功能和接口流程，適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)運(yùn)營的策略管控規(guī)則及方案仍需要運(yùn)營商來確定，這也是目前各運(yùn)營商基于自身移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀進(jìn)行研究的重點(diǎn)［5］。PCC架構(gòu)已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)控制的核心結(jié)構(gòu)，甚至可以考慮與固網(wǎng)進(jìn)行融合控制，從而為用戶提供更好的上網(wǎng)感知和體驗(yàn)［6］。Damjan就認(rèn)為移動(dòng)運(yùn)營商在部署和應(yīng)用PCC架構(gòu)過程中，潛在對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信、業(yè)務(wù)內(nèi)容控制的挑戰(zhàn)認(rèn)識(shí)不足的問題［7］。當(dāng)前關(guān)于PCC架構(gòu)演化的研究還是主要集中在如何適應(yīng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信間的通信效率問題［8］。對(duì)于如何改進(jìn)運(yùn)營商所面臨的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理績效問題，當(dāng)前國內(nèi)外有影響力的研究不多。本文的第二部分分析了當(dāng)前PCC架構(gòu)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代面臨的問題與挑戰(zhàn)，第三部分則討論了通過引入對(duì)業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行管控的CCRF模塊對(duì)PCC架構(gòu)的改進(jìn)，以及一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的案例。

2 當(dāng)前PCC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)和存在問題分析

2.1 3GPP的PCC架構(gòu)概述

3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的PCC架構(gòu)主要由策略和計(jì)費(fèi)控制功能(PCRF)單元、策略和計(jì)費(fèi)執(zhí)行功能(PCEF)單元、應(yīng)用功能(AF)單元、用戶屬性存儲(chǔ)器(SPR)等功能實(shí)體組成，其標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)如圖1所示［1－2］。

圖1 3GPP的PCC架構(gòu)示意圖Fig.1 PCC architecture of 3GPP

PCRF單元是獨(dú)立網(wǎng)元，主要負(fù)責(zé)策略控制決策和基于流計(jì)費(fèi)控制等功能。

PCEF單元，其功能實(shí)體位于網(wǎng)關(guān)(如GGSN)，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的檢測(cè)、策略執(zhí)行和基于流的計(jì)費(fèi)等功能。

AF單元位于業(yè)務(wù)/應(yīng)用平臺(tái)(設(shè)備)，負(fù)責(zé)與PCRF交互相關(guān)信息。

SPR單元、用戶存儲(chǔ)BOSS(Business Operation Sup－porting System)提供與相關(guān)用戶的簽約等信息。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)PCC架構(gòu)中PCRF單元實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析

在業(yè)務(wù)處理過程中，PCRF需向內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)庫查詢用戶數(shù)據(jù)，從承載層和應(yīng)用層獲得相關(guān)信息來確定用戶QoS(Quality of Service)策略，用戶數(shù)據(jù)可包括用戶簽約的業(yè)務(wù)信息、運(yùn)營商定義的用戶信息等，從承載層和應(yīng)用層獲得信息包括接入網(wǎng)絡(luò)信息、用戶身份標(biāo)識(shí)、用戶位置信息、協(xié)商的QoS、用戶設(shè)備信息和用戶計(jì)費(fèi)方式等。

根據(jù)這些信息，PCRF將為用戶配置相應(yīng)的QoS策略，并與其他核心網(wǎng)元交互，分配相關(guān)資源以保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)PCC架構(gòu)存在問題及其內(nèi)容控制單元的提出

當(dāng)前PCC架構(gòu)下的PCRF功能點(diǎn)定義了基于數(shù)據(jù)流的控制策略能力，但是缺少對(duì)傳遞內(nèi)容的處理機(jī)制和管控能力，原因是PCRF的處理機(jī)制更多的傾向于承載層，如 GPRS(General Packet Radio Service)的GGSN(Gateway GPRS Support Node)/SGSN(Serving GPRS Support Node)網(wǎng)元。這種定位決定了PCRF的數(shù)據(jù)源面向的是IP包級(jí)別的QoS，例如時(shí)延、丟包、抖動(dòng)等。

但是，在網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)有大量與用戶所訪問內(nèi)容密切相關(guān)資源需要得到有效管控，例如DNS、Cache、WAP/WEB/綜合網(wǎng)關(guān)、手機(jī)終端等。這些網(wǎng)元的特點(diǎn)是需要對(duì)應(yīng)用層以及交互內(nèi)容進(jìn)行有效控制，從而提升端到端的服務(wù)質(zhì)量和資源占用效率。因此，有必要引入針對(duì)業(yè)務(wù)功能點(diǎn)的控制。從內(nèi)容控制層面，而不僅僅是承載層或傳輸層進(jìn)行端到端的策略控制。最近一年，中國移動(dòng)有些省級(jí)運(yùn)營商已經(jīng)在從事內(nèi)容控制單元相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，例如通過引入融合增值網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)，以及設(shè)立獨(dú)立的策略管控中心等都是相關(guān)問題的積極探索。

傳統(tǒng)的PCC架構(gòu)盡管推出時(shí)間并不長，但是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了3GPP當(dāng)年制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)候的初步設(shè)想。尤其是國內(nèi)隨著以微信、QQ等即時(shí)通信的迅速普及，對(duì)于傳統(tǒng)依賴語音業(yè)務(wù)的移動(dòng)運(yùn)營商形成了巨大沖擊。以QQ和微信為代表的新興移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)通信的信令占比過高，導(dǎo)致影響到其他可能帶來更高業(yè)務(wù)收入的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);另外，微信的出現(xiàn)，對(duì)于移動(dòng)通信行業(yè)傳統(tǒng)的短信和語音業(yè)務(wù)的分流作用也是非常明顯，從而造成當(dāng)前整個(gè)移動(dòng)通信行業(yè)普通性的“增量不增收”、“業(yè)務(wù)收入增長乏力”等局面。內(nèi)容控制功能模塊的引入主要是進(jìn)一步強(qiáng)化運(yùn)營商對(duì)于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量運(yùn)營的能力，從而可以根據(jù)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要制定具有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和優(yōu)化方案，同時(shí)也可以對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)營銷能力的提升起到一定的作用。

3 基于CCRF的PCC架構(gòu)改進(jìn)方案

考慮到國內(nèi)移動(dòng)通信運(yùn)營商在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面運(yùn)營管理的困境，這里提出在傳統(tǒng)的PCRF單元中嵌入CCRF單元，即內(nèi)容控制規(guī)則功能。該功能單元的引入，不需要更改現(xiàn)有的PCC架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署方式，而只是在原有的PCRF單元基礎(chǔ)上追加更為科學(xué)的業(yè)務(wù)功能控制策略機(jī)制。

3.1 導(dǎo)入CCRF的PCC架構(gòu)改進(jìn)

CCRF是服務(wù)業(yè)務(wù)流和內(nèi)容資源的策略決策點(diǎn)，它與PCRF一起為PCEF選擇及提供可用的策略控制決策，如圖2所示。

圖2 基于CCRF的改進(jìn)PCC架構(gòu)示意圖Fig.2 Improved PCC architecture based on CCRF

這里提出在現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的PCC架構(gòu)中引入CCRF網(wǎng)元結(jié)構(gòu)，一方面該模塊可以在業(yè)務(wù)和內(nèi)容層面對(duì)QoS服務(wù)質(zhì)量、資源調(diào)度策略、服務(wù)提供策略提供控制;另外一方面也可以為數(shù)據(jù)和增值業(yè)務(wù)用戶提供差異化的服務(wù)，從而提高業(yè)務(wù)本身的客戶感知和滿意度，增強(qiáng)運(yùn)營商在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)競爭中的軟實(shí)力。同時(shí)，可以看出在圖2給出的改進(jìn)架構(gòu)對(duì)于現(xiàn)有的PCC架構(gòu)沒有本質(zhì)上的改動(dòng)，即在硬件投資方面幾乎不需要追加，只是現(xiàn)有的GGSN廠商需要適當(dāng)擴(kuò)充設(shè)備的功能。對(duì)于在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量較大的省份(例如廣東、浙江等)，則需要考慮引入融合網(wǎng)關(guān)等硬件，以及加收獨(dú)立的策略管控中心，這些投資在數(shù)據(jù)網(wǎng)的日常優(yōu)化和擴(kuò)容中就可以簡單地消化。

3.2 CCRF模塊的功能分析

CCRF包含策略控制決策和基于內(nèi)容的策略控制功能。CCRF接受來自PCC架構(gòu)中的其他設(shè)備的輸入，結(jié)合自身的自定義信息做出 PCC決策。CCRF包括策略控制和基于內(nèi)容的控制，實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)控制能力。

CCRF功能可以根據(jù)屬性(包括用戶信息、會(huì)話信息、事務(wù)信息、設(shè)備信息)配置不同的策略，決定某個(gè)用戶某次請(qǐng)求是否需要進(jìn)行訪問控制、內(nèi)容適配、內(nèi)容加速等;提供與語音類業(yè)務(wù)相仿的移動(dòng)數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)生成能力，可以快速生成不同的移動(dòng)數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)，供用戶訂購。例如:

(1)手機(jī)沖浪:個(gè)人Portal+內(nèi)容適配+內(nèi)容加速;

(2)TD加速:內(nèi)容適配+內(nèi)容加速;

(3)移動(dòng)廣告:移動(dòng)廣告+內(nèi)容適配;

(4)家長控制:內(nèi)容過濾;

(5)個(gè)人病毒防護(hù):病毒過濾+內(nèi)容過濾;

(6)流量分時(shí)套餐:流量計(jì)費(fèi)+帶寬控制;

(7)企業(yè)用戶上網(wǎng)控制:訪問控制+帶寬控制等。

通過上述分析可以得知，CCRF功能點(diǎn)能對(duì)應(yīng)用層以及交互內(nèi)容進(jìn)行控制，與PCRF一起為PCEF提供策略控制決策，從而提升端到端的服務(wù)質(zhì)量和資源占用效率。有效解決終端訪問互聯(lián)網(wǎng)的能力瓶頸，提升用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的體檢，提高運(yùn)營商在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上的運(yùn)營掌握能力，增加業(yè)務(wù)收入，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。

3.3 CCRF模塊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析

CCRF對(duì)于現(xiàn)有PCC架構(gòu)下設(shè)備供應(yīng)商來說，不需要進(jìn)行大的設(shè)備改造，可以考慮開放已有的參數(shù)配置接口，例如協(xié)議壓縮比、數(shù)據(jù)包窗口等。因此，引入CCRF模塊更多是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的業(yè)務(wù)管理能力和軟件承載能力提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

首先，CCRF并不是PCC架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊，該模塊的業(yè)務(wù)管控模式還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)界規(guī)范;

其次，由于不同運(yùn)營商的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模式也存在一定差異，因此現(xiàn)有的PCC設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行設(shè)備改造涉及面較廣，而且成本較高。因此，對(duì)于CCRF模塊的實(shí)施可以作為運(yùn)營商個(gè)性化需求定制的模式，即針對(duì)運(yùn)營商階段性的流量運(yùn)營目標(biāo)，制定CCRF具體的功能點(diǎn);

第三，當(dāng)前的增值網(wǎng)關(guān)設(shè)備由于涉及到不同的廠家，每個(gè)廠家均實(shí)現(xiàn)CCRF模塊也不一定能夠滿足不同運(yùn)營商的個(gè)性化需求。在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，可以考慮作為一個(gè)備選的插件，由運(yùn)營商主導(dǎo)來進(jìn)行個(gè)性化定制開發(fā)，而傳統(tǒng)的增值業(yè)務(wù)設(shè)備供應(yīng)商需要適當(dāng)開放相關(guān)的流量管控參數(shù)接口。圖3和圖4是在廣東移動(dòng)實(shí)驗(yàn)性CCRF模塊的部分功能界面截圖。

圖3 CCRF分時(shí)段數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表截圖Fig.3 The real－ time statistics graphic based on CCRF

圖4 CCRF的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信令實(shí)時(shí)占比統(tǒng)計(jì)截圖Fig.4 The real－ time ratio statistics of data service signaling based on CCRF

3.4 引入CCRF模塊的效果分析

引入CCRF的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在廣東移動(dòng)的某個(gè)地級(jí)市分公司投入了試運(yùn)行。通過一個(gè)月的試運(yùn)行，以及前后數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，只是對(duì)幾個(gè)參數(shù)設(shè)置了控制策略，例如IP包壓縮比、抖動(dòng)和時(shí)延等，用戶針對(duì)上網(wǎng)感知效果的投訴量和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)訪問的故障工單投遞數(shù)均有不同程度的小幅下降。但是，這只是一個(gè)月的數(shù)據(jù)對(duì)比。從中可以發(fā)現(xiàn)，通過引入CCRF模塊，傳統(tǒng)的PCC架構(gòu)模型的運(yùn)營效率有進(jìn)一步提升和改進(jìn)的空間。同時(shí)，國內(nèi)外針對(duì)PCC架構(gòu)模型改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和研究性論文并不多見，這里提出的改進(jìn)模型具有典型的中國特色和原始創(chuàng)新意義。首先，由于國內(nèi)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶在近年來實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，傳統(tǒng)運(yùn)營商面臨著尷尬的“增量不增收”情況，如何提高流量運(yùn)營績效是國內(nèi)三大運(yùn)營商面臨的普遍性問題;其次，國內(nèi)移動(dòng)通信的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般都照搬歐美標(biāo)準(zhǔn)，缺乏有針對(duì)性的創(chuàng)新和改進(jìn)，尤其是在國際標(biāo)準(zhǔn)制定方面，一直缺乏應(yīng)有的話語權(quán)。

4 結(jié)論與展望

當(dāng)前國內(nèi)移動(dòng)通信運(yùn)營商普遍面臨數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入增長與流量增長嚴(yán)重不匹配的情形，但是作為帶寬的最大租賃方的眾多即時(shí)通信類、游戲類增值服務(wù)商卻分享了流量激增帶來的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量和利潤雙向增長。但是，在如何解決企業(yè)發(fā)展與公眾的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)需求等方面，存在諸多兩難矛盾需要解決。如何適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和用戶的消費(fèi)模式，如何改善長期依賴傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)快速增長的單一發(fā)展模式，國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商需要進(jìn)行更高層次的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略重構(gòu)設(shè)計(jì)。

針對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在業(yè)務(wù)管控領(lǐng)域存在的管控問題，以及如何改變移動(dòng)運(yùn)營商目前尷尬的流量運(yùn)營現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)管控模式，本文提出了在傳統(tǒng)3GPP的PCC架構(gòu)下引入CCRF單元來增強(qiáng)運(yùn)營商對(duì)于流量和業(yè)務(wù)的管控能力，從而進(jìn)一步提升對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)整體的管理能力和運(yùn)營績效。改進(jìn)后的PCC架構(gòu)將有效地緩解數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的沖擊，對(duì)運(yùn)營商構(gòu)筑管道的精細(xì)化、差異化經(jīng)營能力，拓展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管道新價(jià)值具有重要的意義。

本文提出的盡管是一個(gè)概念模型，但是通過實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目案例分析可以看出，引入CCRF模塊后的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理手段更加豐富，可以預(yù)見對(duì)于未來4G業(yè)務(wù)的全面精細(xì)化運(yùn)營管理也具有較好的支撐。CCRF更為具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、CCRF與其他模塊和設(shè)備之間的協(xié)同，以及CCRF在現(xiàn)有PCC架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)后的效果分析是下一步的重要研究內(nèi)容。

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