3G系統(tǒng)中基于業(yè)務(wù)特性深度識別的應(yīng)用

張晟 孫偉

（中國移動通信集團公司 北京 100032）

在傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)承載的應(yīng)用方式中，無線網(wǎng)絡(luò)作為應(yīng)用的一個透明通道，并不關(guān)心運行于承載之上的業(yè)務(wù)特性。而實際上不同的應(yīng)用有不同的特性需要區(qū)別對待，一些應(yīng)用比如BT業(yè)務(wù)或者P2P業(yè)務(wù)在P2P文件共享過程中的版權(quán)問題，同時在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中大量占用網(wǎng)絡(luò)帶寬的問題，流量模式對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)等；一些應(yīng)用比如移動運營商運營的服務(wù)比如無線音樂俱樂部或者移動運營商戰(zhàn)略合作伙伴運營的業(yè)務(wù)等等，由于其運營和戰(zhàn)略策略方面的原因，這些業(yè)務(wù)是需要得到保證的；一些應(yīng)用比如瀏覽網(wǎng)頁等業(yè)務(wù)是用戶最常見使用的業(yè)務(wù)，用戶感受度的好壞是用戶對網(wǎng)絡(luò)評價最直觀的參考。由此可見，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)作為應(yīng)用的一個透明通道的方式已經(jīng)不能滿足移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日益增長的需求。

如何通過為用戶提供差異化服務(wù)來提高用戶的ARPU值，讓高端用戶有更好的體驗?如何體現(xiàn)不同業(yè)務(wù)特性的差異化無線資源分配策略？中國移動提出一種基于核心網(wǎng)側(cè)識別業(yè)務(wù)特性，無線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)特性差異化調(diào)度的方法。該方法的優(yōu)點是能夠?qū)⒒趦?nèi)容計費與無線承載根據(jù)業(yè)務(wù)特性快速調(diào)度結(jié)合在一起，從而達(dá)到高價值業(yè)務(wù)資源的優(yōu)先分配。

在GSM、TD-SCDMA和LTE核心網(wǎng)融合的大背景下，核心網(wǎng)側(cè)完成業(yè)務(wù)特性的深度識別方案適用GSM、TD-SCDMA和LTE多種制式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，甚至適用完成核心網(wǎng)融合改造的WLAN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)識別需求，一種解決方案滿足中國移動多種無線制式技術(shù)運營的需求。

1 核心網(wǎng)識別出應(yīng)用業(yè)務(wù)

1.1 核心網(wǎng)（GGSN）業(yè)務(wù)識別技術(shù)和內(nèi)容計費

在3GPP R6標(biāo)準(zhǔn)中引入了基于數(shù)據(jù)流（Data Traffic Flow）的計費概念[1]。所謂基于數(shù)據(jù)流的計費是指分組域能區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流中的內(nèi)容所屬的業(yè)務(wù)類型，從而配以不同的資費標(biāo)準(zhǔn)，向移動用戶收取不同的話費。這大大地增強了現(xiàn)時只針對APN和PDP上下文的計費辦法。業(yè)務(wù)識別的主要目的是讓運營商對于用戶的數(shù)據(jù)有更深入的了解和分析，從而為移動客戶提供可區(qū)分的計費（DB，Differentiated Billing）服務(wù)。

為了達(dá)到內(nèi)容差異化計費的目的，GGSN需要進(jìn)行應(yīng)用業(yè)務(wù)的深度識別，其主要識別方法有如下幾種。

（1）SPI （Shallow Packet Inspection，淺層報文檢測）。L3/L4層檢測，GGSN打開TCP/UDP包頭，檢查里面的源／目的地端口號有否符合任何配置好的過濾規(guī)測。大部分的應(yīng)用協(xié)議都有可以識別的端口號（如HTTP，WAP，F(xiàn)TP，SMTP，POP3，SIP等等），通過對端口號的識別，可以區(qū)分這些應(yīng)用協(xié)議。

（2）DPI（Deep Packet Inspection， 深層報文檢測），URL/特征字檢測。通過監(jiān)聽和解析應(yīng)用層協(xié)議獲得當(dāng)前業(yè)務(wù)的類別和特性。比如對P2P業(yè)務(wù)或者BT業(yè)務(wù)的識別，或者某網(wǎng)站是運用商合作網(wǎng)站，都可以通過DPI的方式識別。

1.2 核心網(wǎng)通過DSCP攜帶業(yè)務(wù)特性給無線網(wǎng)絡(luò)

1.2.1 IP報文頭中DSCP字段介紹

DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服務(wù)代碼點）。IETF于1998年12月發(fā)布了Diff-Serv（Differentiated Service）的QoS分類標(biāo)準(zhǔn)。它在每個數(shù)據(jù)分組IP頭部的服務(wù)類別（ToS，Type of Service）標(biāo)識字節(jié)中（見圖1），利用已使用的6bit和未使用的2bit，通過編碼值來區(qū)分優(yōu)先級。

圖1 IP包頭結(jié)構(gòu)

1.2.2 核心網(wǎng)（GGSN）根據(jù)識別出的業(yè)務(wù)特性映射為DSCP值

GGSN根據(jù)內(nèi)容計費的策略或者運營策略將各個業(yè)務(wù)特性映射為DSCP值。運營商可以根據(jù)用戶感受進(jìn)行映射業(yè)務(wù)特性與DSCP值的對應(yīng)關(guān)系，比如將用戶感受較高的HTTP業(yè)務(wù)映射為較大的DSCP值。運營商也可以根據(jù)運營策略進(jìn)行映射關(guān)系，比如將移動自營的業(yè)務(wù)“無線音樂俱樂部”設(shè)置為優(yōu)先級較高的DSCP值，而將對資源占用很多的P2P業(yè)務(wù)設(shè)置為較低的DSCP值（如表1所示）。

表1 應(yīng)用業(yè)務(wù)與DSCP值映射關(guān)系

1.2.3 GGSN將業(yè)務(wù)信息通過DSCP隨路攜帶給無線網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，GGSN識別出高層業(yè)務(wù)后，在IP的DSCP中填充擴展的DSCP值，將用戶數(shù)據(jù)類型信息傳送給SGSN，SGSN將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給RNC （SGSN和GGSN是采用的Direct Channel技術(shù)），RNS（RNC/Node B）根據(jù)用戶的當(dāng)前業(yè)務(wù)特性以及用戶簽約的優(yōu)先級綜合起來重新調(diào)整資源分配，保證高價值業(yè)務(wù)的QoS。

圖2 核心網(wǎng)與RNC之間通過DSCP值傳遞業(yè)務(wù)特性流程圖

2 無線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)特性應(yīng)用技術(shù)

2.1 用戶間無線資源差異化調(diào)度

無線網(wǎng)絡(luò)控制器獲取到下行方向每個數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù)特性后，可以生成當(dāng)前業(yè)務(wù)的主流業(yè)務(wù)。根據(jù)獲得的應(yīng)用業(yè)務(wù)特性，無線網(wǎng)絡(luò)控制器調(diào)整資源分配。無線網(wǎng)絡(luò)控制器在調(diào)整資源分配的時候，還應(yīng)該考慮當(dāng)前RAB的簽約特性包括核心網(wǎng)在建立呼叫鏈路時候RAB指派中體現(xiàn)用戶優(yōu)先級關(guān)系的QoS參數(shù)TC（Traffic Class）、THP（Traffic Handling Priority)和ARP（Allocation/Retention Priority)[2]，即滿足用戶對應(yīng)用業(yè)務(wù)感受的同時還需要最大程度地滿足高簽約用戶的服務(wù)質(zhì)量。

對于R4業(yè)務(wù)（R4終端或者R4小區(qū)），RNC根據(jù)用戶高層業(yè)務(wù)的變化調(diào)整用戶調(diào)度優(yōu)先級，當(dāng)用戶從低優(yōu)先級業(yè)務(wù)（比如BT）更換為高優(yōu)先級業(yè)務(wù)（HTTP）且該用戶上報4A事件（4A事件表示有更大的數(shù)據(jù)量要發(fā)送，需要更多資源），RNC將優(yōu)先級低的業(yè)務(wù)資源減少，為高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的用戶分配更多的資源，從而提高用戶感受，具體流程示意如圖3所示。

圖3 R4資源調(diào)整流程圖

對于HSDPA和HSUPA業(yè)務(wù)，由于HSDPA下行是共享信道，HSUPA上行是共享心到，其資源分配和調(diào)度由Node B來控制。

Node B根據(jù)調(diào)度優(yōu)先級（SPI，Scheduling Priority Indicator）,保障速率（GBR，Guaranteed Bit Rate）和下行數(shù)據(jù)量以及信道質(zhì)量指示符（CQI，Channel Quality Indicator）進(jìn)行共享信道的資源分配。通常情況下，下行數(shù)據(jù)量和CQI是實時變化的，而SPI和GBR是半靜態(tài)的。因此在引入深度識別的情況下，RNC可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型通過修改SPI或者GBR來控制Node B的資源分配，調(diào)整過程如下：

RNC向Node B發(fā)送無線鏈路重配置消息[3]，通知Node B更新后的SPI和GBR后，Node B根據(jù)新優(yōu)先級和GBR進(jìn)行HSPA用戶調(diào)度，HSPA調(diào)度算法與目前通用HSPA調(diào)度算法相同（PF算法或者RR算法）。

2.2 用戶內(nèi)不同業(yè)務(wù)的差異化調(diào)度

通常情況下，一個用戶同時進(jìn)行多個業(yè)務(wù)的時候，高感受業(yè)務(wù)會因為受到低感受業(yè)務(wù)的擠占而影響用戶對高感受業(yè)務(wù)的感受度，例如同時進(jìn)行BT下載和HTTP的時候，很容易因為BT下載，導(dǎo)致Http資源被占用，用戶感覺上網(wǎng)的速度很慢，用戶感受度極差。

采用深度識別基于DSCP的分組調(diào)度策略后，同一個用戶內(nèi)保證高優(yōu)先級DSCP數(shù)據(jù)分組優(yōu)先發(fā)送，從而降低高感受業(yè)務(wù)時延，提高用戶感受。

2.3 基于應(yīng)用業(yè)務(wù)的統(tǒng)計

通過數(shù)據(jù)包IP DSCP值攜帶業(yè)務(wù)特性后，無線網(wǎng)絡(luò)控制器可以根據(jù)DSCP值提供頻點級別或者小區(qū)級別的各種業(yè)務(wù)的報表信息。運營商可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)價值業(yè)務(wù)分布情況，合理調(diào)整無線網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃和優(yōu)化，最大化利用每個無線載波的價值。

在引入終端類型分析技術(shù)后，可以實現(xiàn)基于終端級價值業(yè)務(wù)統(tǒng)計和行為模型分析。運營商可以根據(jù)終端用戶的價值業(yè)務(wù)分析和行為模型的分析，可以獲得各類用戶和終端最感興趣的價值業(yè)務(wù)，為運營商制定后續(xù)運營策略和服務(wù)策略提供依據(jù)和素材。

3 結(jié)束語

通過深度識別技術(shù)引入，無線網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制精細(xì)化，使網(wǎng)絡(luò)成為一個智能的業(yè)務(wù)網(wǎng)，從容應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)特殊業(yè)務(wù)沖擊、安全攻擊等其它惡性事件，同時引入精細(xì)化調(diào)度策略，能夠大大提升用戶的感受度，最大化提高無線資源利用率。

[1] 3GPP TS23125-680 Overall High Level Functionality and Architecture Impacts of Flow Based Charging

[2] 3GPP TS 23.207 End-to-End Quality of Service (QoS) Concept and Architecture;

[3] 3GPP TS25433-790 UTRAN Iub Interface Node B Application Part(NBAP) Signaling;