基于PCC架構(gòu)的LTE智能管道業(yè)務(wù)分析及實現(xiàn)

陳淑珍，王磊，楊敏維

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

基于PCC架構(gòu)的LTE智能管道業(yè)務(wù)分析及實現(xiàn)

陳淑珍，王磊，楊敏維

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

圍繞LTE智能管道的業(yè)務(wù)實現(xiàn)，分析了國內(nèi)外LTE智能管道的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)實質(zhì)，并詳細列舉了基于PCC架構(gòu)的智能管道業(yè)務(wù)實現(xiàn)流程和業(yè)務(wù)配置，最后指出了亟待解決的幾個難題。

LTE智能管道 帶寬管控 策略控制 靈活計費

1 LTE智能管道業(yè)務(wù)分析

1.1 LTE智能管道成為趨勢

LTE技術(shù)發(fā)展和商用至今，“LTE智能管道”已成為業(yè)界共識，這也是國際主流運營商推動差異化服務(wù)的重點舉措之一。據(jù)統(tǒng)計，國外主流運營商LTE智能管道的典型業(yè)務(wù)有：

（1）基于帶寬的階梯定價＋FUP成為LTE主流定價模式，表1 為德國Vodafone流量/帶寬套餐包：

表1 德國Vodafone流量/帶寬套餐包

（2）基于流量管控的帶寬限速、流量包成為主流靈活套餐包，圖1為德國T-Mobile的FUP & DAY PASS套餐。

（3）基 于帶寬的按需提供套餐，圖2為馬來西亞Maxis的BOD套餐、一鍵提速。

圖1 德國T-Mobile的FUP & DAY PASS套餐

圖2 馬來西亞Maxis的BOD套餐（左）、一鍵提速（右）

（4）基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的應(yīng)用保障。如法國電信等移動視頻業(yè)務(wù)保障、某中東運營商在其移動電視服務(wù)中實施網(wǎng)絡(luò)保障、愛立信與Akamai公司合作為印尼運營商Telkomsel提供移動云加速器。

國內(nèi)三大運營商由于LTE技術(shù)商用較晚，LTE網(wǎng)絡(luò)仍處在現(xiàn)網(wǎng)升級部署、全網(wǎng)覆蓋、初步商用階段，故三大運營商的LTE主流套餐仍沿用3G模式，即流量套餐包、定向流量包、閑時包等。這些都無法阻擋國內(nèi)三大運營商將“LTE智能管道”列入到產(chǎn)品規(guī)劃、市場布局重中之重的行列。國內(nèi)三大運營商都在借鑒國外經(jīng)驗，進行相關(guān)技術(shù)跟蹤，積極研發(fā)并著手開展現(xiàn)網(wǎng)試驗。

1.2 LTE智能管道業(yè)務(wù)實質(zhì)

綜上可知，LTE智能管道典型業(yè)務(wù)的實質(zhì)就是帶寬管控和流量管控，并提供靈活的計費功能。這樣可充分發(fā)揮LTE高帶寬、低時延和豐富的QoS配置參數(shù)的優(yōu)勢，增強用戶體驗，提升流量價值。

（1）帶寬管控

帶寬管控分為面向用戶和面向應(yīng)用2大類。

在面向用戶的帶寬管控中，針對不同的用戶類型（公眾用戶、政企客戶）、用戶等級及用戶簽約套餐，LTE能夠?qū)崿F(xiàn)不同的帶寬調(diào)整和優(yōu)先級保障。如當(dāng)移動用戶使用視頻、游戲、下載等高速業(yè)務(wù)時，當(dāng)前帶寬不能滿足用戶需要時，用戶可通過運營商提供的加速客戶端或網(wǎng)頁上內(nèi)嵌的加速按鈕，一鍵提升帶寬。當(dāng)用戶簽約不同的用戶等級（如金銀銅），LTE能為金銀銅用戶提供不同帶寬或優(yōu)先接入級別。

在面向應(yīng)用的帶寬管控中，LTE能夠為各種應(yīng)用提供不同的優(yōu)先級保障和帶寬調(diào)整。如移動視頻、移動電視高優(yōu)先級保障、移動云上傳/下載高優(yōu)先級保障和高帶寬雙重保證。

（2）流量管控

LTE能夠根據(jù)用戶、應(yīng)用、內(nèi)容、位置、時間、帶寬、計費等，為用戶提供多樣化、多組合的流量包訂購和管控，且流量包的流量大小、帶寬、優(yōu)先級是可配置的。如累計流量的限速套餐、基于在校學(xué)生的校園流量包、基于游戲玩家的游戲流量包、基于位置的區(qū)域流量包、基于時段的閑時流量包等。

（3）靈活計費

靈活計費可針對帶寬、流量包、應(yīng)用、優(yōu)先級、時段、區(qū)域等設(shè)置不同價位，滿足用戶資費敏感度、提升流量價值需求。靈活計費通常與帶寬管控、流量管控連動捆綁，將不同帶寬調(diào)整和優(yōu)先級、不同流量包大小、流量包內(nèi)容、流量優(yōu)先級等映射為不同計費方式。如階梯流量包帶寬+價格、內(nèi)容流量包流量+價格、閑時段流量包流量+價格等。

LTE智能管道的業(yè)務(wù)實現(xiàn)通常不是帶寬管控、流量管控、靈活計費的單維度運營，而是多維度組合的PCC策略管控實現(xiàn)。

2 基于PCC架構(gòu)的智能管道業(yè)務(wù)實現(xiàn)

LTE智能管道的帶寬管控、流量管控和靈活計費主要是基于PCC架構(gòu)，通過PCRF與PCEF的PCC策略交互實現(xiàn)。3種業(yè)務(wù)多維度組合的PCC策略，從技術(shù)實現(xiàn)角度而言，可具體細化為基于用戶、應(yīng)用、內(nèi)容、位置、時間、計費等多維度組合的智能管道業(yè)務(wù)。

PCC（Policy Control and Charging，策略控制和計費）是由國際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP定義的動態(tài)策略和計費控制技術(shù)方案，可實現(xiàn)2G/3G/LTE的統(tǒng)一策略計費控制，使網(wǎng)絡(luò)從啞管道向可管、可控的智能化管道演進發(fā)展。

組裝PCC策略的關(guān)鍵在于對用戶、應(yīng)用、內(nèi)容、位置、時間、計費等進行區(qū)分。通過用戶識別能力，區(qū)分用戶帶寬、使用時間、流量、優(yōu)先級、用戶位置信息、接入類型，實現(xiàn)基于用戶、位置、時間、計費等執(zhí)行不同的PCC策略。通過業(yè)務(wù)區(qū)分能力，區(qū)分不同業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)優(yōu)先級、帶寬等，實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)、內(nèi)容、計費等執(zhí)行不同的PCC策略。通過流量調(diào)控能力，控制用戶流量、流量限速等，實現(xiàn)基于用戶累計使用量、計費執(zhí)行不同的PCC策略。通過靈活的計費控制能力實現(xiàn)帶寬計費、區(qū)域計費、內(nèi)容計費、時段計費等PCC策略。

PCC架構(gòu)的優(yōu)勢就是基于上述能力的動態(tài)組合及控制，從而實現(xiàn)多維度組合的LTE智能管道業(yè)務(wù)。

2.1 PCC主要原理及機制

（1）主要功能實體

PCRF：策略控制決策。負責(zé)接收AF的業(yè)務(wù)信息，從HSS/SPR等獲取用戶簽約信息，從PGW等獲取用戶在線動態(tài)數(shù)據(jù)，策略決策PCC策略，向PCEF下發(fā)策略。PCRF根據(jù)AF、HSS、PCEF提供的信息，通過Gx接口向PCEF下發(fā)PCC策略。

PCEF：策略執(zhí)行者。接收并執(zhí)行PCRF下發(fā)的PCC策略。

TDF：流量檢測模塊?？筛鶕?jù)不同應(yīng)用流和其它服務(wù)數(shù)據(jù)流特征進行檢測，并將檢測信息上報給PCRF，由PCRF給PCEF下發(fā)PCC策略。

DPI：報文分析系統(tǒng)。對IP報文中4~7層數(shù)據(jù)進行分析，通過報文檢測和特征分析，獲取終端、業(yè)務(wù)信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，對業(yè)務(wù)流量進行識別和歸類，為PCRF策略決策提供依據(jù)。

（2）主要的PCC策略屬性和QoS參數(shù)

PCC策略重點關(guān)注如下屬性和QoS參數(shù)：

Charging-Rule-Install：下發(fā)新的PCC策略。

QoS-Information：QoS參數(shù)配置信息。

Flow-Information：業(yè)務(wù)流信息。

Usage-Monitoring-Information：使用量信息、時長或流量計算。

Event-Trigger：流量、區(qū)域、時間等事件通知。

Gate Status：門狀態(tài)。

Rating Group：費率組。

Precedence：策略優(yōu)先級。

QCI：控制承載的優(yōu)先級別參數(shù)。不同QCI的業(yè)務(wù)流使用不同的承載。

ARP（Allocation and Retention Priority）：承載建立/修改請求的優(yōu)先級。當(dāng)資源限制時根據(jù)這個參數(shù)決定承載建立/修改請求是接受還是拒絕。不同ARP的業(yè)務(wù)流使用不同的承載。

GBR（Guaranteed Bit Rate）：GBR承載的保證比特率。

MBR（Maximum Bit Rate）：GBR承載的最大比特率。

APN-AMBR（per APN Aggregate Maximum Bit Rate）：HSS中的簽約參數(shù)。APN中的所有PDN連接中的所有non-GBR承載的聚合的最大比特率。上行的APN-AMBR處理在UE上執(zhí)行，下行的APN-AMBR處理在PGW上執(zhí)行。

2.2 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)圖

圖3是基于PCC架構(gòu)的LTE智能管道組網(wǎng)圖。由圖3可見，PCRF是策略決策系統(tǒng)，負責(zé)提供PCC策略；PCEF是策略執(zhí)行系統(tǒng)，負責(zé)執(zhí)行PCRF下發(fā)的PCC策略。PCEF、TDF、DPI部署在PGW中。

圖3 基于PCC架構(gòu)的智能管道組網(wǎng)圖

PCRF和PCEF通過Gx接口實現(xiàn)P C C策略交互，主要采用Diameter協(xié)議的RAR/RAA消息和CCR/CCA消息。

該方案的好處在于PCC策略交互流程是雙向的。PCRF接收AF/ HSS等系統(tǒng)同步的簽約信息，組合成多維度PCC策略并下發(fā)PCEF，這樣減少了PCEF上大量的靜態(tài)配置。PCEF也可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用戶狀態(tài)向PCRF上報信息，PCRF根據(jù)上報的信息下發(fā)新的PCC策略。

2.3 PCC策略交互流程

（1）用戶在線過程中，PCRF發(fā)起PCC策略交互（RAR/RAA消息）

如圖4所示，PCRF通過RAR消息向PCEF下發(fā)PCC策略，PCEF向PCRF上報RAA消息，回應(yīng)PCC策略執(zhí)行結(jié)果。

1）配置1——帶寬調(diào)整

PCRF從AF/HSS等獲取不同用戶的簽約信息，針對不同用戶類型、不同位置區(qū)域、不同應(yīng)用、不同接入類型、不同累計使用流量等進行帶寬調(diào)整，參數(shù)包括AMBR等。配置如下：

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=1024000 //上行帶寬調(diào)整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=10240000 //下行帶寬調(diào)整

2）配置2——優(yōu)先級調(diào)整

PCRF從AF/HSS等獲取不同用戶、不同應(yīng)用簽約信息，根據(jù)用戶優(yōu)先級（如金銀銅）或應(yīng)用優(yōu)先級（如高中低），配置不同默認(rèn)承載或建立專有承載，參數(shù)包括QCI、ARP、AMBR等，從而實現(xiàn)不同用戶優(yōu)先級保障。配置如下：

圖4 用戶在線過程中，PCRF發(fā)起PCC策略交互（RAR/RAA消息）

◆針對不同用戶類型，如金銀銅用戶，分別下發(fā)不同的帶寬、ARP等，配置如下：QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=1024000 //上行帶寬調(diào)整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=10240000 //下行帶寬調(diào)整

Allocation-Retention-Priority //ARP，優(yōu)先級調(diào)整

Priority-Level=1

Pre-emption-Capability=EMPTION_ CAPABILITY_DISABLED

Pre-emption-Vulnerability=PRE_ EMPTION_VULNERABILITY_ENABLED

◆針對不同應(yīng)用，如高優(yōu)先級業(yè)務(wù)、低優(yōu)先級業(yè)務(wù)，建立專用承載，配置如下：

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定應(yīng)用下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定應(yīng)用上行流

Flow-Status=ENABLED //流狀態(tài)門控，上下行流都通過

QoS-Information

QoS-Class-Identifier=QCI_2 //專有承載，優(yōu)先級保障

Max-Requestd-Bandwidth-UL=20480000 //上行帶寬調(diào)整

Max-Requestd-Bandwidth-DL=20480000 //下行帶寬調(diào)整

Allocation-Retention-Priority //ARP，優(yōu)先級保障

Priority-Level=1

Pre-emption-Capability=EMPTION_ CAPABILITY_DISABLED Pre-emption-Vulnerability=PRE_ EMPTION_VULNERABILITY_ENABLED

Precedence=1 //策略優(yōu)先級

（2）用戶在線過程中，PCEF發(fā)起PCC策略交互（CCR/CCA消息）

如圖5所示，PCEF動態(tài)獲取用戶在線數(shù)據(jù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況、用戶實時變化的流量、位置、接入類型、時段等，適時向PCRF上報信息，主動請求新的PCC策略。PCRF接收上報信息后，下發(fā)新的PCC策略。

圖5 用戶在線過程中，PCEF發(fā)起PCC策略交互（CCR/CCA消息）

1）配置1——流量管控和帶寬調(diào)整

PCRF從AF/HSS等獲取用戶訂購的流量信息，針對不同用戶累計使用量達量后的帶寬調(diào)整。例如套餐使用量2G、1G未達量時，允許用戶高帶寬20M；達量2G后，限制用戶帶寬為512k，從而限制用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。配置如下：

◆PCRF向PCEF下發(fā)用戶2G使用量的監(jiān)控報文請求以及未達量前的PCC策略：

Usage-Monitoring-Information

Granted-Service-Unit //下發(fā)使用量，任意上行流量、下行流量或上下行流量總和達到1G時，上報使用量信息

CC-Input-Octets=2048000000

CC-Output-Octets=2048000000

CC-Total-Octets=2048000000

Event-Trigger=USAGE_REPORT //PCRF要求PCEF在流量門限或周期到達時，觸發(fā)上報到PCRF

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=20480000 //上行帶寬調(diào)整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=20480000 //下行帶寬調(diào)整

◆達量后，PCEF向PCRF上報用戶使用量：

Usage-Monitoring-Information

Granted-Service-Unit

CC-Input-Octets =37302400

CC-Output-Octets =1736440000

CC-Total-Octets =2109464000 //上下行總流量達量

Event-Trigger=USAGE_ REPORT //達量，PCEF上報PCRF

◆PCRF收到達量信息后，下發(fā)新PCC策略：

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=512000 //上行帶寬調(diào)整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=512000 //下行帶寬調(diào)整

2）配置2——靈活計費

PCRF從AF/HSS等獲取用戶、應(yīng)用簽約信息，針對不同應(yīng)用、不同區(qū)域、不同時段進行靈活計費。配置如下：

◆針對不同應(yīng)用流計費：

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定業(yè)務(wù)下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定業(yè)務(wù)上行流

Flow-Status=ENABLED //流狀態(tài)門控，上下行流都通過

……

Rating-Group=1 //費率標(biāo)識，根據(jù)費率標(biāo)識計費

Online=DISABLE_ONLINE //非在線計費

Offline=ENABLE_ONLINE //在線計費

◆針對不同區(qū)域計費：

a. PCRF向PCEF定制位置變更通知事件

Event-Trigger=USER_LOCATION_CHANGE //超時，PCEF上報

b. PCEF在位置變更后上報，請求新PCC策略

Event-Trigger=USER_LOCATION_CHANGE //位置變更

Tracking Area Identity

Tracking Area Code=16495 //新位置區(qū)域

c. PCRF接收位置變更事件報告后，下發(fā)新PCC策略，包含新的計費信息，Rating-Group=2

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223334

……

Rating-Group=3 //新費率標(biāo)識，根據(jù)新費率標(biāo)識計費

Online=DISABLE_ONLINE //非在線計費Offline=ENABLE_ONLINE //在線計費◆針對不同時段計費：

a. PCRF向PCEF定制超時事件

Event-Trigger=REVALIDATION_TIMEOUT //超時，PCEF上報

REVALIDATION_TIME=Sep 18,2014 23:00:00.000000000 UTC

b. PCEF在超時后上報，請求新PCC策略

Event-Trigger=REVALIDATION_TIMEOUT

c. PCRF接收超時事件報告后，下發(fā)新PCC策略，包含新的計費信息Rating-Group=2

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定業(yè)務(wù)下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定業(yè)務(wù)上行流

Flow-Status=ENABLED //流狀態(tài)門控，上下行流都通過

……

Rating-Group=2 //新費率標(biāo)識，新時段，根據(jù)新費率標(biāo)識計費

Online=DISABLE_ONLINE //非在線計費Offline=ENABLE_ONLINE //在線計費

3 結(jié)束語

隨著PCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的現(xiàn)網(wǎng)部署，LTE智能管道正處于發(fā)展的有利時機，國內(nèi)外運營商都在如火如荼地對其進行研究和部署。但不可否認(rèn)，LTE智能管道真正意義上的靈活實施仍將面臨網(wǎng)絡(luò)側(cè)改造、IT側(cè)改造的難點。特別是PCRF作為一個網(wǎng)元設(shè)備，無法具備軟件平臺的靈活便捷特性以及空口資源是共享而非獨享等問題，這些都是LTE智能管道前進路上亟待解決的難題。

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陳淑珍：碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為智能管道中寬帶網(wǎng)絡(luò)承載控制系統(tǒng)等。

王磊： 碩士畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為寬帶差異化服務(wù)、智能型終端研究等。

楊敏維：高級工程師，碩士畢業(yè)于湖南大學(xué)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為智能管道寬帶差異化服務(wù)、智能管道中寬帶網(wǎng)絡(luò)承載控制系統(tǒng)研究等。

常海防：PMP，高級工程師，北京大學(xué)經(jīng)濟學(xué)碩士、北京郵電大學(xué)計算機碩士，現(xiàn)任職于中國移動通信集團設(shè)計院網(wǎng)絡(luò)所，主要研究方向為IT系統(tǒng)、云計算、大數(shù)據(jù)、IP網(wǎng)絡(luò)、項目管理、戰(zhàn)略管理、人民幣國際化。

皮天一：高級工程師，現(xiàn)任職于中國移動通信集團公司計劃建設(shè)部，主要從事投資計劃管理、IT系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)等工作。

張杰：高級工程師，碩士畢業(yè)于鄭州大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團河南有限公司工程建設(shè)中心，主要從事IT系統(tǒng)應(yīng)用及規(guī)劃建設(shè)工作。

Analysis and Implementation of LTE Smart-Pipe Business Based on PCC Architecture

CHEN Shu-zhen, WANG Lei, YANG Min-wei
(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

According to implementation of LTE smart-pipe business, status and essence of LTE smart-pipe business at home and abroad were analyzed. Implementation fl ow and confi guration of smart-pipe business based on PCC architecture were described in detail. Finally, several sticky problems were pointed out.

LTE smart-pipe bandwidth control policy control fl exible charging

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.018

TN929.53

A

1006-1010(2015)10-0089-07

陳淑珍,王磊,楊敏維. 基于PCC架構(gòu)的LTE智能管道業(yè)務(wù)分析及實現(xiàn)[J]. 移動通信, 2015,39(10): 89-95.

2015-02-09

責(zé)任編輯：劉妙 liumiao@mbcom.cn