基于IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)計費和控制技術(shù)的研究

孫 兵

(華為技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210012)

在寬帶接入發(fā)展初期，運營商為了促進用戶量增加，大多采用粗放式運營模式，即不斷擴建新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過宣傳高帶寬來吸引用戶。隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)運營環(huán)境的發(fā)展變化，傳統(tǒng)運營模式給運營商帶了很多難題：

(1)寬帶需求的增加，要求在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上增加投入，投入持續(xù)增長，但收入?yún)s增長緩慢，投入產(chǎn)出比下降。如何提高投入產(chǎn)出比和提升每用戶平均收入(Average Revenue Per User，ARPU)的問題。

(2)在長途Internet與本地網(wǎng)分開部署的地區(qū)，本地網(wǎng)運營商需要租用長途網(wǎng)運營商昂貴的出口線路來連接到Internet，本地網(wǎng)運營商需要向長途網(wǎng)運營商結(jié)算昂貴的Internet外網(wǎng)訪問流量費用。Internet外網(wǎng)流量費用與內(nèi)網(wǎng)流量費用差異很大，如何將用戶的內(nèi)外網(wǎng)流量區(qū)分開來，并按照不同的費率級別計費，保證本地運營商的運營收入的問題。

(3)運營商需要按照用戶訪問不同的業(yè)務(wù)服務(wù)器的流量進行區(qū)別計費，例如，用戶訪問本地運營商的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(Internet Data Center，IDC)、本地網(wǎng)游戲網(wǎng)站等的流量分別統(tǒng)計，采用不同的費率進行計費。如何實現(xiàn)客戶的此類精細(xì)化運營需求的問題[1]。

(4)運營商需要對用戶訪問本地網(wǎng)各類業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、用戶訪問Internet網(wǎng)絡(luò)的帶寬做控制，實現(xiàn)基于不同業(yè)務(wù)帶寬的差異化服務(wù)，識別高、中、低端用戶，避免少量低端用戶占有了大量的帶寬。如何細(xì)分此類客戶需求的問題。

(5)有些運營商采用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(Internet Service Provider，ISP)業(yè)務(wù)批發(fā)的方式，其國內(nèi)、國外流量的費率一般是不同的，而且流量可能經(jīng)過不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商(Network Service Provider，NSP)，如何解決流量流經(jīng)不同NSP時的利益分配的問題。

針對上述業(yè)務(wù)場景需求，當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀主要是圍繞網(wǎng)卡抓包(Pcap)、網(wǎng)流分析(NetFlow)兩種方案。網(wǎng)卡抓包方案一般用于服務(wù)器或客戶端主機上，網(wǎng)流分析方案則用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。本文描述的用戶認(rèn)證網(wǎng)關(guān)精細(xì)化計費塊功能是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上部署，傳統(tǒng)網(wǎng)流分析(NetFlow)受限于性能問題，一般需進行報文采樣(至少5∶1以上采樣比)，不能逐包1∶1分析用戶所有業(yè)務(wù)報文，因此精度無法支持按照用戶的精細(xì)化流量分類計費要求。為了解決此問題，本文分析研究的基于IP網(wǎng)段的計費和控制技術(shù)方案，可以很好地滿足上述客戶場景的需求。

1 基于IP網(wǎng)段的業(yè)務(wù)計費及控制方案概述

在寬帶運營轉(zhuǎn)型的背景下，基于IP網(wǎng)段計費和控制方案將協(xié)助運營商實現(xiàn)IP承載網(wǎng)按照目的IP網(wǎng)段來區(qū)分業(yè)務(wù)、分別計費的精細(xì)化運營功能[2]。該方案通過用戶接入認(rèn)證網(wǎng)關(guān)設(shè)備和AAA Server，Billing計費系統(tǒng)進行配合實現(xiàn)，同時，接受策略服務(wù)器Policy Server資源策略控制系統(tǒng)對基于IP網(wǎng)段計費業(yè)務(wù)策略的控制，在運營商寬帶運營中完成如下功能：

(1)按目的IP地址/目的IP網(wǎng)段區(qū)分不同的業(yè)務(wù)類型，實現(xiàn)用戶不同業(yè)務(wù)類型的流量統(tǒng)計。

(2)每種業(yè)務(wù)類型可以對應(yīng)一種計費費率級別，實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)的精細(xì)化運營計費功能，滿足本地網(wǎng)運營商和Internet長途網(wǎng)運營商的費用結(jié)算、業(yè)務(wù)增值等需求。

(3)針對用戶訪問不同的IP地址網(wǎng)段分別進行不同的帶寬控制，設(shè)計適合不同級別用戶(如金、銀、銅用戶)的不同業(yè)務(wù)帶寬需求的靈活組合套餐，便于運營商細(xì)分用戶市場，利用有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源進行差異化運營和服務(wù)。

(4)接入用戶自助服務(wù)，接入用戶登錄Portal業(yè)務(wù)定制Web頁面，根據(jù)自己的需要自助選購，激活/去激活各種IP網(wǎng)段增值業(yè)務(wù)策略，降低運營商運維成本。

(5)開放的架構(gòu)、開放的接口，采用開放的架構(gòu)和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)接口，組網(wǎng)靈活，與AAA服務(wù)器、計費服務(wù)器、策略服務(wù)器對接簡單。

2 基于IP網(wǎng)段的業(yè)務(wù)計費及控制方案概述方案原理

2.1 IP網(wǎng)段計費和控制業(yè)務(wù)流程：靜態(tài)策略

IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)靜態(tài)策略是指業(yè)務(wù)帶寬控制策略是在用戶上線時，從用戶網(wǎng)關(guān)設(shè)備本地配置文件中獲取，或者由AAA Server從用戶認(rèn)證響應(yīng)中下發(fā)。靜態(tài)控制策略的主要業(yè)務(wù)流步驟。

(1)用戶向網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)起上線請求，網(wǎng)關(guān)發(fā)送用戶認(rèn)證請求至AAA Server。

(2)AAA Server回應(yīng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備用戶認(rèn)證成功消息，消息中攜帶目的網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)策略名稱(用戶網(wǎng)關(guān)進行用戶業(yè)務(wù)做帶寬控制和QOS策略)，如果認(rèn)證消息中未攜帶業(yè)務(wù)策略名稱，用戶網(wǎng)關(guān)則通過本地配置來獲取策略。

(3)用戶網(wǎng)關(guān)響應(yīng)用戶上線成功通知，并向AAA Server發(fā)起用戶基本業(yè)務(wù)計費開始過程。

(4)網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)用戶訪問目的地址網(wǎng)段，定義不同的費率，并進行相應(yīng)的流量統(tǒng)計。

(5)用戶網(wǎng)關(guān)根據(jù)AAA Server下發(fā)或本地配置的目的網(wǎng)段業(yè)務(wù)策略，對用戶訪問目的地址網(wǎng)段的流量進行帶寬控制。

(6)用戶網(wǎng)關(guān)循環(huán)將各個費率級別的IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)請求報文(攜帶用戶名、費率級別、計費業(yè)務(wù)策略名、用戶流量信息)發(fā)送給AAA Server，AAA Server回應(yīng)計費響應(yīng)信息[3]。

(7)AAA Server記錄目的IP網(wǎng)段的話單文件，并通過FTP文件傳輸?shù)仁侄螌DR話單文件傳送給Billing計費系統(tǒng)。

(8)Billing計費系統(tǒng)根據(jù)CDR話單文件中的用戶名、費率級別、計費業(yè)務(wù)策略名和預(yù)先配置的費率轉(zhuǎn)換關(guān)系進行批價、計費和結(jié)算操作。

2.2 IP網(wǎng)段計費和控制業(yè)務(wù)流程：動態(tài)策略

IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)動態(tài)策略是用戶上線后，通過PolicyServer或AAA Server，在線向網(wǎng)關(guān)設(shè)備下發(fā)修改用戶的業(yè)務(wù)計費策略。

用戶網(wǎng)關(guān)通過計費策略配置各種IP網(wǎng)段訪問業(yè)務(wù)的上下行流量帶寬限制信息，用戶上線認(rèn)證時，可通過AAA Server下發(fā)或網(wǎng)關(guān)設(shè)備本地配置用戶初始的計費業(yè)務(wù)策略，在用戶上線后正常使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)過程中，根據(jù)實際運營需要，允許在線動態(tài)修改用戶的IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)策略，例如，動態(tài)修改用戶的IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)帶寬級別[4]。通過AAA Server動態(tài)修改IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)策略的流程：

(1)用戶上線成功，通過AAA Server下發(fā)(或網(wǎng)關(guān)設(shè)備本地配置)獲取初始IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)策略。

(2)用戶根據(jù)初始業(yè)務(wù)策略進行IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)流量統(tǒng)計、計費和帶寬控制。

(3)運營商通過AAA Server下發(fā)COA參數(shù)修改用戶的IP網(wǎng)段計費控制業(yè)務(wù)參數(shù)(如帶寬控制參數(shù))對用戶業(yè)務(wù)策略進行修改。

(4)用戶網(wǎng)關(guān)設(shè)備按照新的策略對IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)進行帶寬控制和計費，并向AAA Server發(fā)送IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)實時計費報文(每個IP網(wǎng)段費率級別發(fā)送一次實時計費報文)、攜帶用戶名、IP網(wǎng)段費率級別、修改后的業(yè)務(wù)策略等內(nèi)容。

(5)AAA Server按照MSCG發(fā)來的IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)流量統(tǒng)計等信息生成CDR話單，并傳送到Billing系統(tǒng)，按照新的業(yè)務(wù)策略對用戶進行批價計費。

3 本方案與傳統(tǒng)方案的比較

傳統(tǒng)基于NetFlow進行流量統(tǒng)計分析的方案存在如下問題：

(1)流量統(tǒng)計精確性和性能問題。NetFlow部署分為兩個模式：逐包模式和采用模式，逐包模式對每個報文均要進行處理，采樣模式則配置一定的采樣間隔頻率，采樣頻率內(nèi)只處理一個報文。隨著用戶帶寬增加，用戶訪問記錄成為海量數(shù)據(jù)，若逐處理報文統(tǒng)計則會大大影響設(shè)備運行性能，若間隔采樣處理則信息又有失真。因此，實際應(yīng)用中，NetFlow只適合網(wǎng)間流量計費結(jié)算，不適合對單個具體用戶進行計費。

(2)NetFlow方案對計費Billing系統(tǒng)要求高、效率低、實現(xiàn)復(fù)雜度高，不適合對用戶進行計費。實際情況、計費系統(tǒng)很難配合、使用NetFlow對用戶按流量計費。

IP網(wǎng)段計費方案通過區(qū)分和統(tǒng)計每個用戶訪問不同目的網(wǎng)絡(luò)的流量，計費Billing系統(tǒng)只需要按不同目的網(wǎng)絡(luò)流量，乘以不同級別費率做簡單計算即可，對用戶網(wǎng)關(guān)的處理性能沒有負(fù)面影響，Billing系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、處理效率高，同時，支持按時長、流量/不同網(wǎng)絡(luò)流量差異化、包月等靈活的計費方式[5]。

4 業(yè)務(wù)應(yīng)用場景

4.1 按目的網(wǎng)絡(luò)計費

很多地區(qū)Internet和電信網(wǎng)建網(wǎng)采用本地網(wǎng)與長途網(wǎng)分開運營模式，可通過目的IP地址網(wǎng)段來區(qū)分本地內(nèi)網(wǎng)和Internet外網(wǎng)，本地運營商需要租用長途運營商的出口線路以便連接到國際Internet網(wǎng)絡(luò)，出口線路的租用費用一般非常昂貴，通過按目的地址計費的方式，運營商可以把用戶訪問Internet外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)的流量分開統(tǒng)計，采用不同的計費費率，其中，Internet外網(wǎng)流量費率較高，內(nèi)網(wǎng)流量費率較低[6]。本地運營商可以把租用的長途運營出口線路的昂貴費用，合理地分?jǐn)偨o入網(wǎng)用戶。此外，根據(jù)實際運營需要，計費層次可以擴展成市內(nèi)、省內(nèi)、國內(nèi)、國際，從而實現(xiàn)更加具有差異化的計費策略。

4.2 按實際業(yè)務(wù)計費

實際Internet互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)或電信級業(yè)務(wù)部署中，不同的業(yè)務(wù)服務(wù)器分別處于不同的網(wǎng)絡(luò)中，通過用戶訪問的目的IP地址網(wǎng)段，可以區(qū)分業(yè)務(wù)，用戶訪問和使用業(yè)務(wù)的計費費率可各不相同，常用的兩種業(yè)務(wù)運營模式如下：

(1)按目的IP地址區(qū)分業(yè)務(wù)內(nèi)容的運營模式。當(dāng)前，Internet上提供的內(nèi)容日新月異，但不同的內(nèi)容制作成本是有差異的，運營商需要根據(jù)用戶使用的不同內(nèi)容服務(wù)，進行差異化計費。運營商通過把VOD，F(xiàn)TP，Game等內(nèi)容分散在不同的內(nèi)容服務(wù)器上，用戶網(wǎng)關(guān)需要根據(jù)不同業(yè)務(wù)的內(nèi)容服務(wù)器所在網(wǎng)段區(qū)分業(yè)務(wù)，當(dāng)用戶訪問服務(wù)器IP地址進行業(yè)務(wù)使用時，產(chǎn)生的流量被統(tǒng)計到對應(yīng)的業(yè)務(wù)計費級別上，用戶網(wǎng)關(guān)設(shè)備再將這些內(nèi)容訪問流量信息和費率級別上報至AAA服務(wù)器，后臺計費Billing系統(tǒng)根據(jù)不同內(nèi)容業(yè)務(wù)的費率計算出用戶最終的綜合費用[7]。

(2)多服務(wù)商協(xié)同運營模式。網(wǎng)絡(luò)運營商NSP本身不提供內(nèi)容服務(wù)，內(nèi)容由各個業(yè)務(wù)服務(wù)商ASP提供。在用戶網(wǎng)關(guān)根據(jù)每個業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)商ASP配置一種業(yè)務(wù)類型，并把ASP提供業(yè)務(wù)的服務(wù)器IP地址段和業(yè)務(wù)類型綁定，用戶訪問ASP服務(wù)內(nèi)容時，將用戶報文流量統(tǒng)計到不同的業(yè)務(wù)類型中、并對應(yīng)不同的計費費率級別。用戶網(wǎng)關(guān)設(shè)備按照目的IP網(wǎng)段計費的方式，將用戶訪問每個ASP服務(wù)的流量單獨統(tǒng)計出來，這樣網(wǎng)絡(luò)運營商NSP可根據(jù)ASP映射的費率級別分別計算用戶的總費用。然后，網(wǎng)絡(luò)運營商NSP再與各個業(yè)務(wù)運營ASP按照費率約定進行收益分成和分享，可保證網(wǎng)絡(luò)運營商NSP的收益，不被透明化和管道化。

5 結(jié)語

為了保證IP網(wǎng)段計費的及時性和準(zhǔn)確性，用戶網(wǎng)關(guān)支持實時發(fā)送計費信息報文至AAA Server，發(fā)送間隔時間可配置，避免周期性循環(huán)發(fā)送所有費率級別的IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)，給AAA Server處理性能帶來沖擊和影響。網(wǎng)關(guān)設(shè)備在發(fā)送IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)實時，計費報文是對各個費率級別代表的業(yè)務(wù)流量增量做判斷，如果在實時計費周期內(nèi)有IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)增量流量產(chǎn)生，則發(fā)送該級別的實時計費報文至AAA Server。否則，在實時計費周期內(nèi)如果沒有增量流量產(chǎn)生，則說明用戶沒有訪問該IP網(wǎng)段的新的業(yè)務(wù)流，不需更新計費信息。實際應(yīng)用中，用戶一般同時訪問IP網(wǎng)段的數(shù)量不是太多，在用戶網(wǎng)關(guān)上開啟實時計費功能，只對在實時計費間隔周期內(nèi)有業(yè)務(wù)流量增量的IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)，發(fā)送計費報文給AAA Server，既保證IP網(wǎng)段業(yè)務(wù)計費控制的實時性和準(zhǔn)確性，又不對AAA Server的處理性能帶來較大挑戰(zhàn)和影響，為本文基于IP網(wǎng)段的計費控制方案實際部署和應(yīng)用效果進行保駕護航。

本文方案的應(yīng)用，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運營商基于IP網(wǎng)絡(luò)承載用戶電信級業(yè)務(wù)的精細(xì)化、差異化運營，本地和長途網(wǎng)間費用計算、IP網(wǎng)絡(luò)承載多應(yīng)用服務(wù)的有差別計費，協(xié)助網(wǎng)絡(luò)運營商提高網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的運營價值，避免運營商網(wǎng)絡(luò)被各種承載業(yè)務(wù)和應(yīng)用透明化管道化后的利益損失。