基于PCC架构的LTE智能管道业务分析及实现

2015-12-19陈淑珍王磊杨敏维

移动通信 2015年10期

关键词：计费套餐管控

陈淑珍，王磊，杨敏维

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东广州 510630）

基于PCC架构的LTE智能管道业务分析及实现

陈淑珍，王磊，杨敏维

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东广州 510630）

围绕LTE智能管道的业务实现，分析了国内外LTE智能管道的业务现状及业务实质，并详细列举了基于PCC架构的智能管道业务实现流程和业务配置，最后指出了亟待解决的几个难题。

LTE智能管道带宽管控策略控制灵活计费

1 LTE智能管道业务分析

1.1 LTE智能管道成为趋势

LTE技术发展和商用至今，“LTE智能管道”已成为业界共识，这也是国际主流运营商推动差异化服务的重点举措之一。据统计，国外主流运营商LTE智能管道的典型业务有：

（1）基于带宽的阶梯定价＋FUP成为LTE主流定价模式，表1 为德国Vodafone流量/带宽套餐包：

表1 德国Vodafone流量/带宽套餐包

（2）基于流量管控的带宽限速、流量包成为主流灵活套餐包，图1为德国T-Mobile的FUP & DAY PASS套餐。

（3）基于带宽的按需提供套餐，图2为马来西亚Maxis的BOD套餐、一键提速。

图1 德国T-Mobile的FUP & DAY PASS套餐

图2 马来西亚Maxis的BOD套餐（左）、一键提速（右）

（4）基于业务优先级的应用保障。如法国电信等移动视频业务保障、某中东运营商在其移动电视服务中实施网络保障、爱立信与Akamai公司合作为印尼运营商Telkomsel提供移动云加速器。

国内三大运营商由于LTE技术商用较晚，LTE网络仍处在现网升级部署、全网覆盖、初步商用阶段，故三大运营商的LTE主流套餐仍沿用3G模式，即流量套餐包、定向流量包、闲时包等。这些都无法阻挡国内三大运营商将“LTE智能管道”列入到产品规划、市场布局重中之重的行列。国内三大运营商都在借鉴国外经验，进行相关技术跟踪，积极研发并着手开展现网试验。

1.2 LTE智能管道业务实质

综上可知，LTE智能管道典型业务的实质就是带宽管控和流量管控，并提供灵活的计费功能。这样可充分发挥LTE高带宽、低时延和丰富的QoS配置参数的优势，增强用户体验，提升流量价值。

（1）带宽管控

带宽管控分为面向用户和面向应用2大类。

在面向用户的带宽管控中，针对不同的用户类型（公众用户、政企客户）、用户等级及用户签约套餐，LTE能够实现不同的带宽调整和优先级保障。如当移动用户使用视频、游戏、下载等高速业务时，当前带宽不能满足用户需要时，用户可通过运营商提供的加速客户端或网页上内嵌的加速按钮，一键提升带宽。当用户签约不同的用户等级（如金银铜），LTE能为金银铜用户提供不同带宽或优先接入级别。

在面向应用的带宽管控中，LTE能够为各种应用提供不同的优先级保障和带宽调整。如移动视频、移动电视高优先级保障、移动云上传/下载高优先级保障和高带宽双重保证。

（2）流量管控

LTE能够根据用户、应用、内容、位置、时间、带宽、计费等，为用户提供多样化、多组合的流量包订购和管控，且流量包的流量大小、带宽、优先级是可配置的。如累计流量的限速套餐、基于在校学生的校园流量包、基于游戏玩家的游戏流量包、基于位置的区域流量包、基于时段的闲时流量包等。

（3）灵活计费

灵活计费可针对带宽、流量包、应用、优先级、时段、区域等设置不同价位，满足用户资费敏感度、提升流量价值需求。灵活计费通常与带宽管控、流量管控连动捆绑，将不同带宽调整和优先级、不同流量包大小、流量包内容、流量优先级等映射为不同计费方式。如阶梯流量包带宽+价格、内容流量包流量+价格、闲时段流量包流量+价格等。

LTE智能管道的业务实现通常不是带宽管控、流量管控、灵活计费的单维度运营，而是多维度组合的PCC策略管控实现。

2 基于PCC架构的智能管道业务实现

LTE智能管道的带宽管控、流量管控和灵活计费主要是基于PCC架构，通过PCRF与PCEF的PCC策略交互实现。3种业务多维度组合的PCC策略，从技术实现角度而言，可具体细化为基于用户、应用、内容、位置、时间、计费等多维度组合的智能管道业务。

PCC（Policy Control and Charging，策略控制和计费）是由国际标准组织3GPP定义的动态策略和计费控制技术方案，可实现2G/3G/LTE的统一策略计费控制，使网络从哑管道向可管、可控的智能化管道演进发展。

组装PCC策略的关键在于对用户、应用、内容、位置、时间、计费等进行区分。通过用户识别能力，区分用户带宽、使用时间、流量、优先级、用户位置信息、接入类型，实现基于用户、位置、时间、计费等执行不同的PCC策略。通过业务区分能力，区分不同业务类型、业务优先级、带宽等，实现基于业务、内容、计费等执行不同的PCC策略。通过流量调控能力，控制用户流量、流量限速等，实现基于用户累计使用量、计费执行不同的PCC策略。通过灵活的计费控制能力实现带宽计费、区域计费、内容计费、时段计费等PCC策略。

PCC架构的优势就是基于上述能力的动态组合及控制，从而实现多维度组合的LTE智能管道业务。

2.1 PCC主要原理及机制

（1）主要功能实体

PCRF：策略控制决策。负责接收AF的业务信息，从HSS/SPR等获取用户签约信息，从PGW等获取用户在线动态数据，策略决策PCC策略，向PCEF下发策略。PCRF根据AF、HSS、PCEF提供的信息，通过Gx接口向PCEF下发PCC策略。

PCEF：策略执行者。接收并执行PCRF下发的PCC策略。

TDF：流量检测模块。可根据不同应用流和其它服务数据流特征进行检测，并将检测信息上报给PCRF，由PCRF给PCEF下发PCC策略。

DPI：报文分析系统。对IP报文中4~7层数据进行分析，通过报文检测和特征分析，获取终端、业务信息和网络状态，对业务流量进行识别和归类，为PCRF策略决策提供依据。

（2）主要的PCC策略属性和QoS参数

PCC策略重点关注如下属性和QoS参数：

Charging-Rule-Install：下发新的PCC策略。

QoS-Information：QoS参数配置信息。

Flow-Information：业务流信息。

Usage-Monitoring-Information：使用量信息、时长或流量计算。

Event-Trigger：流量、区域、时间等事件通知。

Gate Status：门状态。

Rating Group：费率组。

Precedence：策略优先级。

QCI：控制承载的优先级别参数。不同QCI的业务流使用不同的承载。

ARP（Allocation and Retention Priority）：承载建立/修改请求的优先级。当资源限制时根据这个参数决定承载建立/修改请求是接受还是拒绝。不同ARP的业务流使用不同的承载。

GBR（Guaranteed Bit Rate）：GBR承载的保证比特率。

MBR（Maximum Bit Rate）：GBR承载的最大比特率。

APN-AMBR（per APN Aggregate Maximum Bit Rate）：HSS中的签约参数。APN中的所有PDN连接中的所有non-GBR承载的聚合的最大比特率。上行的APN-AMBR处理在UE上执行，下行的APN-AMBR处理在PGW上执行。

2.2 网络组网图

图3是基于PCC架构的LTE智能管道组网图。由图3可见，PCRF是策略决策系统，负责提供PCC策略；PCEF是策略执行系统，负责执行PCRF下发的PCC策略。PCEF、TDF、DPI部署在PGW中。

图3 基于PCC架构的智能管道组网图

PCRF和PCEF通过Gx接口实现P C C策略交互，主要采用Diameter协议的RAR/RAA消息和CCR/CCA消息。

该方案的好处在于PCC策略交互流程是双向的。PCRF接收AF/ HSS等系统同步的签约信息，组合成多维度PCC策略并下发PCEF，这样减少了PCEF上大量的静态配置。PCEF也可根据网络和用户状态向PCRF上报信息，PCRF根据上报的信息下发新的PCC策略。

2.3 PCC策略交互流程

（1）用户在线过程中，PCRF发起PCC策略交互（RAR/RAA消息）

如图4所示，PCRF通过RAR消息向PCEF下发PCC策略，PCEF向PCRF上报RAA消息，回应PCC策略执行结果。

1）配置1——带宽调整

PCRF从AF/HSS等获取不同用户的签约信息，针对不同用户类型、不同位置区域、不同应用、不同接入类型、不同累计使用流量等进行带宽调整，参数包括AMBR等。配置如下：

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=1024000 //上行带宽调整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=10240000 //下行带宽调整

2）配置2——优先级调整

PCRF从AF/HSS等获取不同用户、不同应用签约信息，根据用户优先级（如金银铜）或应用优先级（如高中低），配置不同默认承载或建立专有承载，参数包括QCI、ARP、AMBR等，从而实现不同用户优先级保障。配置如下：

图4 用户在线过程中，PCRF发起PCC策略交互（RAR/RAA消息）

◆针对不同用户类型，如金银铜用户，分别下发不同的带宽、ARP等，配置如下：QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=1024000 //上行带宽调整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=10240000 //下行带宽调整

Allocation-Retention-Priority //ARP，优先级调整

Priority-Level=1

Pre-emption-Capability=EMPTION_ CAPABILITY_DISABLED

Pre-emption-Vulnerability=PRE_ EMPTION_VULNERABILITY_ENABLED

◆针对不同应用，如高优先级业务、低优先级业务，建立专用承载，配置如下：

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定应用下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定应用上行流

Flow-Status=ENABLED //流状态门控，上下行流都通过

QoS-Information

QoS-Class-Identifier=QCI_2 //专有承载，优先级保障

Max-Requestd-Bandwidth-UL=20480000 //上行带宽调整

Max-Requestd-Bandwidth-DL=20480000 //下行带宽调整

Allocation-Retention-Priority //ARP，优先级保障

Priority-Level=1

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

Precedence=1 //策略优先级

（2）用户在线过程中，PCEF发起PCC策略交互（CCR/CCA消息）

如图5所示，PCEF动态获取用户在线数据，根据网络状况、用户实时变化的流量、位置、接入类型、时段等，适时向PCRF上报信息，主动请求新的PCC策略。PCRF接收上报信息后，下发新的PCC策略。

图5 用户在线过程中，PCEF发起PCC策略交互（CCR/CCA消息）

1）配置1——流量管控和带宽调整

PCRF从AF/HSS等获取用户订购的流量信息，针对不同用户累计使用量达量后的带宽调整。例如套餐使用量2G、1G未达量时，允许用户高带宽20M；达量2G后，限制用户带宽为512k，从而限制用户使用数据业务。配置如下：

◆PCRF向PCEF下发用户2G使用量的监控报文请求以及未达量前的PCC策略：

Usage-Monitoring-Information

Granted-Service-Unit //下发使用量，任意上行流量、下行流量或上下行流量总和达到1G时，上报使用量信息

CC-Input-Octets=2048000000

CC-Output-Octets=2048000000

CC-Total-Octets=2048000000

Event-Trigger=USAGE_REPORT //PCRF要求PCEF在流量门限或周期到达时，触发上报到PCRF

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=20480000 //上行带宽调整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=20480000 //下行带宽调整

◆达量后，PCEF向PCRF上报用户使用量：

Usage-Monitoring-Information

Granted-Service-Unit

CC-Input-Octets =37302400

CC-Output-Octets =1736440000

CC-Total-Octets =2109464000 //上下行总流量达量

Event-Trigger=USAGE_ REPORT //达量，PCEF上报PCRF

◆PCRF收到达量信息后，下发新PCC策略：

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=512000 //上行带宽调整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=512000 //下行带宽调整

2）配置2——灵活计费

PCRF从AF/HSS等获取用户、应用签约信息，针对不同应用、不同区域、不同时段进行灵活计费。配置如下：

◆针对不同应用流计费：

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定业务下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定业务上行流

Flow-Status=ENABLED //流状态门控，上下行流都通过

……

Rating-Group=1 //费率标识，根据费率标识计费

Online=DISABLE_ONLINE //非在线计费

Offline=ENABLE_ONLINE //在线计费

◆针对不同区域计费：

a. PCRF向PCEF定制位置变更通知事件

Event-Trigger=USER_LOCATION_CHANGE //超时，PCEF上报

b. PCEF在位置变更后上报，请求新PCC策略

Event-Trigger=USER_LOCATION_CHANGE //位置变更

Tracking Area Identity

Tracking Area Code=16495 //新位置区域

c. PCRF接收位置变更事件报告后，下发新PCC策略，包含新的计费信息，Rating-Group=2

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223334

……

Rating-Group=3 //新费率标识，根据新费率标识计费

Online=DISABLE_ONLINE //非在线计费Offline=ENABLE_ONLINE //在线计费◆针对不同时段计费：

a. PCRF向PCEF定制超时事件

Event-Trigger=REVALIDATION_TIMEOUT //超时，PCEF上报

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

b. PCEF在超时后上报，请求新PCC策略

Event-Trigger=REVALIDATION_TIMEOUT

c. PCRF接收超时事件报告后，下发新PCC策略，包含新的计费信息Rating-Group=2

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定业务下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定业务上行流

Flow-Status=ENABLED //流状态门控，上下行流都通过

……

Rating-Group=2 //新费率标识，新时段，根据新费率标识计费

Online=DISABLE_ONLINE //非在线计费Offline=ENABLE_ONLINE //在线计费

3 结束语

随着PCC网络架构的现网部署，LTE智能管道正处于发展的有利时机，国内外运营商都在如火如荼地对其进行研究和部署。但不可否认，LTE智能管道真正意义上的灵活实施仍将面临网络侧改造、IT侧改造的难点。特别是PCRF作为一个网元设备，无法具备软件平台的灵活便捷特性以及空口资源是共享而非独享等问题，这些都是LTE智能管道前进路上亟待解决的难题。

参考文献：

[1] 池炜成. 端到端的LTE QoS控制技术与策略研究[J]. 移动通信, 2014(5): 52-58.

[2] 张美璟,王应明,李灵慧. 基于PCC架构的数据业务管控策略研究[J]. 福州大学学报, 2014(2): 231-241.

[3] 周伟,毛聪杰. 用PCC在CDMA网络中实现智能管道[J].电信科学, 2013(9): 89-93.

[4] 郎为民,李建军,胡东华,等. LTE系统中的PCC与QoS研究[J]. 数据通信, 2010(3): 21-23.

[5] 袁鹏辉,龙彪,陈洁. LTE网络引入PCC的业务保障策略分析[J]. 电信科学, 2012(11): 29-31.

[6] 宁祥峰. 3GPP LTE系统QoS技术的研究及改进[D]. 济南: 山东大学, 2011.

[7] 刘海,邢向晖,尼松涛. 基于PCC架构的数据业务QoS优化研究[J]. 邮电设计技术, 2011(6): 58-62.

[8] 徐钦. LTE系统中基于QoS保证的资源调度机制研究与实现[D]. 西安: 西安科技大学, 2012.

[9] 曾宇辉. 下一代无线通信系统资源管理及QoS增强研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2011.★

陈淑珍：硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为智能管道中宽带网络承载控制系统等。

王磊：硕士毕业于中山大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为宽带差异化服务、智能型终端研究等。

杨敏维：高级工程师，硕士毕业于湖南大学，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要研究方向为智能管道宽带差异化服务、智能管道中宽带网络承载控制系统研究等。

常海防：PMP，高级工程师，北京大学经济学硕士、北京邮电大学计算机硕士，现任职于中国移动通信集团设计院网络所，主要研究方向为IT系统、云计算、大数据、IP网络、项目管理、战略管理、人民币国际化。

皮天一：高级工程师，现任职于中国移动通信集团公司计划建设部，主要从事投资计划管理、IT系统规划建设等工作。

张杰：高级工程师，硕士毕业于郑州大学，现任职于中国移动通信集团河南有限公司工程建设中心，主要从事IT系统应用及规划建设工作。

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