中國聯(lián)通移動(dòng)數(shù)據(jù)漫游用戶拜訪地接入改造方案探討

尼松濤，蔡慶宇，王 磊，張小勇（.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州450007；.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京000；.中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京00048）

1 拜訪地接入改造背景

隨著中國聯(lián)通2I2C用戶及相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的大力發(fā)展，移動(dòng)分組網(wǎng)用戶及流量持續(xù)增長，特別是隨著不限量套餐大力發(fā)展以及視頻業(yè)務(wù)為代表的高流量業(yè)務(wù)占比持續(xù)增大，2018年中國聯(lián)通上半年移動(dòng)數(shù)據(jù)用戶流量相對(duì)于2017年同期增長幅度保持在200%左右。漫游用戶流量也隨著整體流量的增長大幅度增長，尤其是響應(yīng)國家“提速降費(fèi)”號(hào)召取消流量漫游費(fèi)后，移動(dòng)用戶漫游流量持續(xù)大幅度增加，具體如圖1所示。

圖1 中國聯(lián)通移動(dòng)漫游流量增長趨勢(shì)圖

從移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的組成結(jié)構(gòu)來看，視頻類業(yè)務(wù)將是用戶流量消耗的主要業(yè)務(wù)類型，流量占比將不斷增長。在各類業(yè)務(wù)流量消耗占比中，用戶非視頻業(yè)務(wù)流量消耗變化不大，而視頻類應(yīng)用流量有較大提升，特別是未來隨著5G時(shí)代的到來，視頻質(zhì)量也將進(jìn)一步提高，往2K、4K等超高清發(fā)展，而且隨著AR/VR等技術(shù)的演進(jìn)和應(yīng)用，5G新業(yè)務(wù)也將進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長。預(yù)計(jì)2020年個(gè)人手機(jī)用戶的DOU將超過30 GB，未來移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將由現(xiàn)在的翻倍增加變?yōu)榫畤娛奖l(fā)。

中國聯(lián)通現(xiàn)有的移動(dòng)分組網(wǎng)漫游用戶采用歸屬地接入方式，也即漫游用戶流量需要經(jīng)跨省的承載骨干網(wǎng)返回至歸屬省GW/GGSN設(shè)備接入，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展前期，對(duì)滿足各省套餐靈活制定需求，內(nèi)容計(jì)費(fèi)及實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)精準(zhǔn)性要求等均起到了良好網(wǎng)絡(luò)支撐。但是隨著移動(dòng)用戶總體流量，特別是漫游流量的快速增長，中國聯(lián)通現(xiàn)有的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和路由機(jī)制已不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，所以必須推動(dòng)拜訪地改造工作，并盡量在5G商用部署前完成。

2 拜訪地接入改造難點(diǎn)分析

中國聯(lián)通從移動(dòng)GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一期工程以來，一直采用歸屬地接入方式，相應(yīng)分組網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、數(shù)據(jù)配置、業(yè)務(wù)發(fā)展、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等均適配歸屬地接入方案，若全量實(shí)施拜訪地接入改造，將面臨以下兩大難點(diǎn)。

2.1 省間本地內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則映射關(guān)系沖突

目前中國聯(lián)通內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則由公司統(tǒng)一制定IP/URL和RG/SID的映射關(guān)系，各省本地內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則自行制定IP/URL和RG/SID的映射關(guān)系。若由目前歸屬地接入改為拜訪地接入，會(huì)引發(fā)省間本地內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則映射關(guān)系的沖突，由此省內(nèi)定向流量客戶也會(huì)投訴相關(guān)問題。

如圖2所示，A省和B省的全國內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則的映射關(guān)系，如www.qq.com和183.254.86.128兩項(xiàng)業(yè)務(wù)地址的IP/URL和RG/SID的映射關(guān)系是公司統(tǒng)一配置，不存在沖突的問題。但對(duì)于省內(nèi)開展的本地內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則，比如A省和B省對(duì)應(yīng)www.sohu.com的RG/SID映射分別為1001和2001，而A省和B省對(duì)應(yīng)RG 1002的映射分別為202.112.62.78和163.112.62.8，存在明顯沖突關(guān)系。

圖2 IP/URL和RG/SID的映射關(guān)系圖

中國聯(lián)通歸屬地接入方式已經(jīng)開展了10年左右，各地基于歸屬地接入方案開展了豐富的本地化內(nèi)容計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)。若全面改造為拜訪地接入，首先要梳理統(tǒng)一31省的RG/SI數(shù)據(jù)，避免漫游與本地用戶計(jì)費(fèi)規(guī)則的沖突問題。

經(jīng)過初步統(tǒng)計(jì)梳理，目前公司內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則有4 000條左右，各省內(nèi)容計(jì)費(fèi)規(guī)則1 000～5 000條（平均2 000條），全國總計(jì)6萬條，IP/URL和RG/SID映射規(guī)則全面梳理難度大，耗時(shí)長，不能快速響應(yīng)拜訪地接入改造工程需求。

2.2 OCS改造難度大，且將被消息計(jì)費(fèi)取代

若全量用戶進(jìn)行拜訪地改造，則用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)和話單產(chǎn)生點(diǎn)會(huì)由現(xiàn)在的歸屬地GGSN/GW變?yōu)榘菰L地GGSN/GW，相應(yīng)的計(jì)費(fèi)接口也由本地直聯(lián)變?yōu)榭缡〉幕ネǎ鐖D3所示。

圖3 改造前后計(jì)費(fèi)接口連接圖

對(duì)于后付費(fèi)用戶，可以通過省內(nèi)BSS和集團(tuán)BSS系統(tǒng)配合進(jìn)行后付費(fèi)話單的采集和傳遞工作。而對(duì)于OCS預(yù)付費(fèi)用戶，由于其Gy接口采用DCC消息傳遞模式，若要進(jìn)行改造，則需要全國5個(gè)GGSN廠家與7個(gè)OCS廠家對(duì)接其Gy接口，全網(wǎng)連接組網(wǎng)示意圖如圖4所示。

圖4 改造后OCS計(jì)費(fèi)接口連接圖

目前各省OCS和GGSN交互接口存在諸多私有約定，如協(xié)議字段、參數(shù)的定義和使用、阻塞機(jī)制、超時(shí)放通機(jī)制，離線文件格式及生成、回收補(bǔ)扣機(jī)制等改造難度大，且公司規(guī)劃逐步以消息計(jì)費(fèi)方式取代OCS系統(tǒng)。

3 拜訪地接入改造方案

3.1 總體改造思路

綜合分析上述改造難點(diǎn)，從減少拜訪地改造對(duì)網(wǎng)絡(luò)和用戶帶來的沖擊，同時(shí)加快改造進(jìn)度的角度出發(fā)，本次中國聯(lián)通移動(dòng)漫游用戶拜訪地改造總體遵循如下改造思路。

a）盡量減少拜訪地接入改造對(duì)市場及用戶的影響。

b）對(duì)于OCS用戶，仍采用歸屬地接入方式。

c）對(duì)于行業(yè)用戶、WAP用戶、集團(tuán)上網(wǎng)卡用戶，仍采用歸屬地接入方式。

d）核心網(wǎng)網(wǎng)元全部升級(jí)改造，滿足全網(wǎng)用戶拜訪地接入改造的需求。

e）抓大放小、分階段實(shí)施，逐步將所有用戶改造為拜訪地接入。

基于此改造思路，本次中國聯(lián)通第1批拜訪地改造的目標(biāo)用戶/產(chǎn)品特征如下。

a）全國性套餐產(chǎn)品。

b）不疊加本地定向流量包，或者疊加后出省無效。

c）新增全國性套餐產(chǎn)品如需疊加本地定向流量，建議出省無效。

3.2 總體改造效果

本次改造后，核心網(wǎng)網(wǎng)元全部升級(jí)改造，滿足全網(wǎng)用戶拜訪地接入改造的需求，基于“抓大放小、分階段實(shí)施，減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響”的總體思路，前期可針對(duì)全國性高流量產(chǎn)品（如冰激凌套餐用戶、騰訊王卡用戶、螞蟻寶卡用戶、百度神卡用戶等）改造為拜訪地接入。改造后，用戶/產(chǎn)品的改造效果如圖5所示。具體到現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)連接上，其連接路由如圖6所示。

中國聯(lián)通拜訪地接入改造方案實(shí)施效果如下。a）全國性高流量產(chǎn)品用戶改為拜訪地接入。b）所有OCS用戶繼續(xù)歸屬地接入。

c）其他非全國性高流量產(chǎn)品后付費(fèi)用戶以及本地定向流量用戶、行業(yè)用戶、WAP用戶、集團(tuán)上網(wǎng)卡，繼續(xù)歸屬地接入。

圖5 中國聯(lián)通拜訪地改造實(shí)施效果圖

圖6 中國聯(lián)通拜訪地改造實(shí)施路由圖

3.3 改造技術(shù)原理

改造前，中國聯(lián)通移動(dòng)數(shù)據(jù)漫游用戶采用歸屬地接入方式，在UE發(fā)起PDN連接請(qǐng)求時(shí)，MME將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和運(yùn)營者標(biāo)識(shí)組成完整的APN，通過DNS解析之后獲得相應(yīng)的P-GW的IP地址，對(duì)于通用APN，MME采用MSISDN號(hào)段擴(kuò)展方式，即在APN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)后面增加用戶MSISDN的3～9位標(biāo)識(shí)，用＜APN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)+1xxH0H1H2H3+HPLMN運(yùn)營者標(biāo)識(shí)＞向DNS查詢，DNS根據(jù)此標(biāo)識(shí)進(jìn)行APN解析，指向歸屬PGW。具體流程如圖7所示。

本次針對(duì)全國性高流量用戶/產(chǎn)品的拜訪地改造，主要利用用戶簽約CC（Charging Characteristics）字段進(jìn)行定制化開發(fā)，使移動(dòng)分組網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)網(wǎng)元能識(shí)別并結(jié)合CC字段進(jìn)行拜訪地接入路由。

圖7 中國聯(lián)通現(xiàn)有歸屬地接入技術(shù)原理圖

根據(jù)3GPP TS 32.298 CDR（Charging Data Record）parameter description標(biāo)準(zhǔn)中CC字段的定義，B3標(biāo)識(shí)普通計(jì)費(fèi)、B2標(biāo)識(shí)預(yù)付費(fèi)、B1標(biāo)識(shí)包月計(jì)費(fèi)、B0標(biāo)識(shí)熱計(jì)費(fèi)。目前主要是用0x0800字段標(biāo)志用戶為后付費(fèi)普通用戶，0x0400字段標(biāo)志用戶為預(yù)付費(fèi)用戶。

改造后在HSS/HLR中CC字段中不同簽約值對(duì)應(yīng)不同類型的用戶：預(yù)付費(fèi)用戶的CC字段值為0x0400和0x0480；全國性高流量產(chǎn)品用戶的CC字段值為0x0880（使用B15位來標(biāo)識(shí)簽約全國高流量套餐用戶，1表示簽約該類型套餐用戶，0表示未簽約該類型套餐用戶）；其余后付費(fèi)產(chǎn)品用戶CC字段值為0x0800。

對(duì)SGSN/MME進(jìn)行定制化開發(fā)，使其支持基于用戶CC簽約值判決是否進(jìn)行APN號(hào)段擴(kuò)展，對(duì)CC為0880的用戶不進(jìn)行APN號(hào)段擴(kuò)展，DNS對(duì)此類用戶的APN進(jìn)行解析并返回漫游地GGSN/PGW；對(duì)其余CC值的用戶仍進(jìn)行APN號(hào)段擴(kuò)展，DNS對(duì)此類用戶的APN解析返回歸屬地GGSN/PGW，從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)高流量用戶的拜訪地接入改造。

核心網(wǎng)側(cè)PGW尋址信令交互流程如圖8所示。

圖8 中國聯(lián)通拜訪地接入技術(shù)原理圖

3.4 周邊網(wǎng)元改造要求

從現(xiàn)有的歸屬地接入路由方式改造為拜訪地接入路由方式，不僅僅涉及到核心網(wǎng)網(wǎng)元的定制化開發(fā)，相應(yīng)的周邊系統(tǒng)也會(huì)隨之進(jìn)行適配性升級(jí)開發(fā)，其中包括DRA信令網(wǎng)、ES一號(hào)多終端系統(tǒng)、特通系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等，下面以DRA信令網(wǎng)和ES一號(hào)多終端系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。

3.4.1 Gx接口尋址方式改造

對(duì)于目前歸屬地接入的方式，中國聯(lián)通PCC系統(tǒng)采用VoLTE業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共用PCRF，PCC系統(tǒng)支持分APN路由的組網(wǎng)方式，Gx接口組網(wǎng)如圖9所示。

圖9 中國聯(lián)通Gx接口組網(wǎng)圖

a）對(duì)于VoLTE業(yè)務(wù)采用拜訪地接入方式，拜訪地PCEF通過DRA以準(zhǔn)直聯(lián)方式接入拜訪地PCRF設(shè)備。

b）對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用回歸屬地接入方式，PCEF（GGSN/P-GW）設(shè)備將Gx接口組網(wǎng)配置為按號(hào)段直聯(lián)省內(nèi)對(duì)應(yīng)PCRF設(shè)備。即未漫游用戶Gx接口路由→歸屬地P-GW/GGSN/PCEF→歸屬地PCRF；漫游用戶Gx接口路由→漫游地SGSN、S-GW→歸屬地P-GW/GGSN/PCEF→歸屬地PCRF。

拜訪地改造后，某省GGSN/GW接入用戶同時(shí)會(huì)有本地用戶和漫游入用戶，本地用戶的PCRF使用省內(nèi)本地設(shè)備，而漫游入用戶的PCRF使用歸屬地的PCRF。目前GGSN/PECF Gx接口直聯(lián)省內(nèi)PCRF的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，會(huì)使漫游入用戶無法尋址到歸屬地PCRF，為解決這個(gè)問題，有以下2種方案可以選擇。

a）GGSN/GW增加號(hào)段分析能力：對(duì)于本地用戶選擇Gx接口直聯(lián)通道，對(duì)于漫游入用戶，通過DRA路由解析到拜訪地PCRF。

b）全量用戶進(jìn)行Gx接口DRA路由：GGSN/GW直接將全量用戶的Gx接口通過DRA進(jìn)行路由選擇，利用DRA的號(hào)段解析能力，將本地用戶Gx接口路由到本地PCRF，漫游入用戶的Gx接口路由到歸屬地PCRF。

經(jīng)過設(shè)備綜合評(píng)估，GGSN/GW增加全網(wǎng)號(hào)段解析功能會(huì)大大增加設(shè)備負(fù)擔(dān)，并且未來某省若新增號(hào)段或調(diào)整現(xiàn)有號(hào)段，也會(huì)增加全網(wǎng)GGSN/GW的數(shù)據(jù)配置工作量，總體上給現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備和維護(hù)能力帶來極大的挑戰(zhàn)。

本次拜訪地改造選擇全量用戶Gx接口DRA路由的方式，具體路由尋址方式如圖10所示。

圖10 Gx接口信令路由圖

3.4.2 一號(hào)多終端ES系統(tǒng)改造要求

中國聯(lián)通一號(hào)多終端工程在北京（北區(qū)中心）、廣州（南區(qū)中心）各新建1對(duì)ES設(shè)備（含主備，異局址設(shè)置），用戶根據(jù)URL訪問ES設(shè)備獲取服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)將用戶按照分區(qū)規(guī)則解析至所屬區(qū)域的ES設(shè)備。

目前歸屬地接入方式中漫游用戶經(jīng)歸屬地GGSN接入，由歸屬省169網(wǎng)DNS發(fā)起ES域名解析，返回拜訪地歸屬區(qū)域ES，具體信令流程如圖11所示。①UE向省DNS發(fā)起ES域名解析→②省DNS向根DNS查詢→③根DNS把NS域名/地址返給省DNS→④省DNS向NS發(fā)起ES域名解析→⑤NS根據(jù)省DNS地址確定終端大區(qū)，返給終端歸屬大區(qū)的2個(gè)ES地址→⑥終端根據(jù)地址找到歸屬ES。

圖11 歸屬地接入方式下一號(hào)多終端系統(tǒng)圖

現(xiàn)網(wǎng)路由方式進(jìn)行拜訪地接入改造后，按照一號(hào)多終端路由方式，漫游用戶通過拜訪地169網(wǎng)DNS發(fā)起ES域名解析，按現(xiàn)有流程，只能接入到拜訪地的ES系統(tǒng)中，但拜訪地ES未存儲(chǔ)用戶信息，無法正常實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)。

因此需要一號(hào)多終端ES系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)升級(jí)改造，即ES實(shí)現(xiàn)歸屬解析功能，將來自UE的消息分發(fā)給UE歸屬的ES，根據(jù)歸屬解析結(jié)果將漫游用戶仍接入到歸屬地ES系統(tǒng)中。改造后路由系統(tǒng)如圖12所示。

4 拜訪地改造優(yōu)勢(shì)展望

中國聯(lián)通移動(dòng)數(shù)據(jù)漫游用戶拜訪地改造實(shí)施后，對(duì)降低漫游用戶的時(shí)延和骨干網(wǎng)的投資會(huì)有立竿見影的效果。

4.1 改善漫游用戶時(shí)延

圖12 拜訪地接入改造后ES路由系統(tǒng)圖

2017年上半年，中國聯(lián)通利用西安和南京的現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行了漫游用戶業(yè)務(wù)時(shí)延測試，測試組網(wǎng)如圖13所示，其中在西安高新機(jī)房部署1臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù)器接入公網(wǎng)，對(duì)2臺(tái)相同終端UE1和UE2分別配置為歸屬地接入和拜訪地接入方式，終端上安裝ping軟件ping服務(wù)器地址，2個(gè)終端各自ping包100次統(tǒng)計(jì)平均時(shí)延。其中路徑1為UE1→eNB→西安MME/SGSN與SGW→IP承載B網(wǎng)→南京PGW→169網(wǎng)→西安Server，路徑2為UE2→eNB→西安MME/SGSN與SGW→西安vPGW-U→169網(wǎng)→西安Server。

圖13 跨省用戶數(shù)據(jù)接入圖

測試結(jié)果：路徑1的平均時(shí)延為108.361 ms；路徑2的平均時(shí)延為22.063 ms。采用漫游地業(yè)務(wù)疏導(dǎo)的用戶，ping包時(shí)延減少86 ms左右。

基于上述南京、西安跨省的時(shí)延測試結(jié)果可以推斷，對(duì)于漫游跨省距離更大的網(wǎng)絡(luò)場景以及用戶使用即時(shí)手游業(yè)務(wù)場景，用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)效果提升會(huì)更為明顯。

4.2 節(jié)省承載B網(wǎng)骨干層面投資

目前中國聯(lián)通歸屬地接入方式會(huì)造成漫游用戶的流量迂回，承載B網(wǎng)骨干層面主要疏通移動(dòng)數(shù)據(jù)漫游業(yè)務(wù)，隨著中國聯(lián)通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長，承載B網(wǎng)會(huì)因大量擴(kuò)容需求而增加投資，2018年因省際漫游對(duì)B網(wǎng)的投資已超2個(gè)億。

高流量漫游用戶改為拜訪地接入后，全網(wǎng)15%的漫游用戶流量會(huì)逐漸改為就近疏通，從而大大減輕B網(wǎng)骨干層面擴(kuò)容壓力，節(jié)省相應(yīng)擴(kuò)容投資。

另外，針對(duì)未來5G面向垂直行業(yè)/交通自動(dòng)化的超高可靠通信、各類低延遲敏感型通信應(yīng)用，如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等，拜訪地就近接入方式可以更好地提升5G行業(yè)用戶的使用體驗(yàn)，為中國聯(lián)通未來開拓5G垂直行業(yè)市場提供網(wǎng)絡(luò)資源基礎(chǔ)。