PCC管控策略研究

施兆陽，陳笑風，張國華

（1.中國電信股份有限公司安徽分公司 合肥230031；2.湖北大學楚才學院 武漢430062；3.億陽信通股份有限公司 北京100093）

1 PCC引入背景

數據流量的增長在給運營商帶來新的增長點的同時，也給移動網絡帶來了巨大沖擊，主要表現在：移動數據業務流量各網絡分布不均衡，網絡分流不足；數據業務占用2G網絡資源較多，資源消耗大；數據業務增長迅猛，但收支失衡；數據業務價值差異明顯，資源效率與效益失衡；數據業務占比過大，影響網絡質量。面臨這些挑戰，如何經營移動數據流量成為關鍵。

為提升數據業務流量的經營價值，豐富數據業務市場營銷手段，PCC（policy and charging control，策略與計費控制）技術應運而生。PCC是3GPP制定的標準之一，在核心網中增加了PCRF（policy and charging rules function，策略與計費規則功能）網元，根據用戶屬性和業務類別下發相應的控制命令至PCEF（policy and charging enforcement function，策略及計費執行功能）（GGSN）網元，以實現用戶感知和業務感知的策略控制和計費。

PCC通過為用戶提供智能化、差異化的業務體驗，強化數據業務精細化運營能力，加強業務與網絡資源聯動，有效提升數據流量業務網絡資源效率及效益。

2 PCC概述

2.1 PCC國際標準

標準的PCC功能是由國際標準組織3GPP定義的動態策略和計費控制技術方案。其中，TS 23.203（PCC Architecture）定義了PCC的策略控制架構，如圖1所示；TS 29.212（PCC over Gx Reference Point）、TS 29.213（PCC Signaling Flows and QoS Parameter Mapping）、TS 29.214（PCC over Rx Reference Point）、TS 29.215（PCC over S9 Reference Point）定義了PCC的流程和接口。

2.2 網元功能

根據分業務、分用戶、分產品的無線資源動態調度及分配方案，由核心網制定策略，確定不同業務和不同用戶組合后的QoS等級；等級標簽隨數據分組下發至BSC（base station controller，基站控制器），BSC根據不同的等級靈活調度網絡資源，對不同的用戶和業務進行差異化管理，從而保證特定用戶的用戶體驗，減少低優先級業務對網絡資源的過度占用。PCC系統架構如圖2所示，各網元功能具體介紹如下。

（1）BOSS

通過離線或在線模式發送用戶當前級別、套餐等信息至PCRF，更新PCRF上相關用戶當前所屬級別的信息。

（2）PCRF

基于用戶所屬級別定義用戶的QoS，用戶被允許的業務的優先級不同（如不同時間、不同小區，相同的業務可以有不同的級別）。

PCRF將這些相關業務的級別信息以PCC rule的形式呈現在自己的數據庫中。

在用戶激活上下文或者進行SGSN間路由區更新時，GGSN和PCRF進行Gx接口的信令交互，發送用戶PCC rule信息，作為控制的依據。

（3）GGSN

通過3～7層的關聯技術，區分需要控制的不同的業務流量。

在用戶激活上下文時，從PCRF獲取特定的業務在不同時間、不同小區下的控制信息，將其和特定的SCI值相對應，同時也確定此次激活該用戶被允許的QoS級別。

如有需要，GGSN還可以針對不同的業務設定不同的核心網帶寬上限。

相關業務級別確定后，GGSN在下行的GTP-U分組頭中附上SCI值，發送到SGSN。

（3）SGSN

在Gn接口收到下行的帶有SCI值的相關GTP-U分組后，取出SQI值，同時在下行的BSSGP分組頭中打上相同的SCI標記并發送到BSC。此相關功能通過nodeprop開關控制。

（4）BSS

如果SGSN發來的下行數據分組包含SCI值，則將其映射成BSC上相關的無線優先調度級別，基于此級別控制相關數據分組的表現（如優先級、時延在信道中占據的份額）。

如果SGSN發來的下行數據分組不包含SQI值，則采用在PDP激活時和SGSN協商的QoS（包括THP、ARP、TC）進行相關數據分組的控制。

2.3 QoS協商及決策過程

QoS協商流程如圖3所示。MS用戶終端發起業務攜帶QoS和HLR簽約QoS，首先在SGSN進行比較，按照取小原則，比較后將QoS參數發送到GGSN；如果部署了PCC，將PCRF設置的QoS下發到GGSN，在GGSN進行比較，按照取小原則，比較后的QoS為本次核心網下發到BSC/RNC執行承載控制。

3 無線網功能開啟策略

3.1 背景分析

PCC的目的是在不影響客戶感知的情況下，對資源占比最大且資源利用效率較低的業務（如QQ業務）資源分配方式進行優化，重點調控目標是無線資源消耗的熱點地區，如高校區、高檔寫字樓、CBD商業區，這些場景存在共性，即資源利用率高、數據業務易擁塞且很難或無法通過擴容解決，因此引入3項無線指標作為劃分不同熱點區域等級的標準，具體指標為每載頻RLC層流量、PS話務量占比和PDCH復用度。

3.2 篩選過程

結合3項無線指標，對不同廠商進行統計，劃分5檔小區優先級作為無線側開啟PCC功能的標準，詳細步驟如下（各地市可根據實際情況調整5檔小區的劃分標準）。

（1）計算3項指標

每載頻RLC層流量=小區RLC層上下行數據流量總和（EDGE流量+GPRS流量）/小區總載頻數。

PS話務量占比=小區等效數據話務量/（小區話音話務量+小區等效數據話務量）。

PDCH復用度=小區平均每PDCH上承載的TBF（temporary block flow，臨時塊流）數量（EDGE+GPRS）。

（2）針對不同廠商分別計算3項指標的平均值作為篩選的基準值（根據實際情況也可調整為按照地域計算，本文針對不同廠商進行計算）。

（3）結合開啟PCC功能小區的總體計劃，以3項指標的平均值作為基準，劃分5類等級：特急開啟、必須開啟、建議開啟、后備開啟以及不開啟（優先級依次降低，前3個等級小區作為本文實例中開啟PCC功能的小區），如圖4所示，具體介紹如下。

·特急開啟：3項指標均高于相應廠商平均值的小區。

·必須開啟：3項指標均高于相應廠商平均值80%且不為特急開啟的小區。

·建議開啟：3項指標均高于相應廠商平均值50%（省會城市A廠商）或60%、復用度大于2（地級市B廠商）且不為特急、必須開啟的小區。

·后備開啟：3項指標均高于相應廠商平均值40%（省會城市A廠商）或60%（地級市B廠商）且不為特急、必須以及建議開啟的小區。

·不開啟：不滿足上述條件的小區。

5類等級劃分的門限可配合各地市計劃開啟的PCC小區進行相應調整，后備開啟的小區作為備選，根據實際情況靈活進行補充。

4 核心網管控策略

PCC根據用戶和業務市場策略，通過無線差異化QoS、差異化計費、PCEF（GGSN）側的流量控制，實現移動網絡資源的有效、公平使用，實現數據流量的差異化、精細化經營，提高流量經營收益。

4.1 背景分析

針對現網存在的問題，如何利用PCC實現差異化經營？首先市場部和數據部制定差異化的市場和業務策略，同時在BOSS中形成規則，PCRF根據BOSS獲取的簽約信息、用戶狀態信息、市場策略等進行決策，生成網絡管控策略，最后PCEF（GGSN）通過兩種方式實施管控策略，即基于用戶和業務類型直接進行限速、門控、差異化計費，或者將QoS信息傳遞給SGSN及無線側，由無線側、核心網共同進行端到端的承載資源管理。

綜合目標用戶、應用時間、應用區域和業務的流量特點、用戶行為特征以及其他因素，選出需要部署策略的用戶組、時段和區域；同時通過選擇結果與門控、限速整形、優先級設置等“動作”相結合，設計精細化、可實施的管控策略。多維度制定的核心網管控策略如圖5所示。

4.2 管控驅動力

部署PCC功能后，可以提升無線資源效率，限制業務和用戶對無線資源的濫用；改善價值用戶體驗，提供重要客戶、高端用戶差異化服務保障；提供自營業務保障，增強高價值的自營業務競爭力；同時降低即時通信類業務對無線資源的過度占用，優化資源分配機制。

基于上述管控業務的驅動力，結合安徽省實際情況，主要研究以下5種場景的PCC核心網管控策略，在現網用戶驗證PCC試商用后的效果為后續現網的實施提供了參考依據，同時待業務支持、運營經驗豐富后可完善如基于接入類型的QoS帶寬控制和基于P2P視頻、下載類業務的策略組合控制，介紹如下：

·基于特定的QQ業務進行控制；

·基于累計流量進行控制，解決少量用戶占用大量帶寬的問題；

·基于用戶類別進行控制，提高VIP用戶的用戶體驗；

·基于業務類別進行控制，解決自有業務和非自有業務發展不均衡的問題；

·對忙/閑時進行控制，限制無效數據流量、確保話音質量。

4.3 管控策略實施

4.3.1 QQ網絡資源管控

QQ網絡資源管控示意如圖6所示，管控策略實施流程如下。

第二，審計單位要建立健全企業經濟責任審計工作的各項規章制度，確保科學、全面、合理。這樣可以規范審計人員的行為，防止出現私自簡化流程的情況。

（1）PCRF下發QQ_IM優化預定義規則。

（2）GGSN識別數據分組業務類型，將業務類型標識放在數據分組IP分組頭中的DSCP或者GTP-U擴展頭，發送給SGSN。

（3）如果為DSCP方式，則直接轉發；如果GTP-U為解析分組頭，則通過BSSGP擴展頭傳遞給BSC。

（4）解析數據分組DSCP標識或者BSSGP頭，識別數據流業務類型，針對特定業務對無線側信令面和業務面進行優化。

4.3.2 流量上限的包月套餐管控

流量上限的包月套餐示意如圖7所示，管控策略實施流程如下。

（2）用戶激活PDP時，GGSN(PCEF)通知PCRF用 戶上線。

（3）PCRF查看該用戶該月內是否達到流量上限。

（4）如果沒有達到上限，則PCRF下發新的配額，執行步驟（5）；如果達到上限，PCRF更新QoS降低用戶的總帶寬（此時可向用戶發送短信提醒），執行步驟（6）。

（5）GGSN(PCEF)統計用戶的使用量，當超過配額時，GGSN通知PCRF，轉至步驟（3）。

（6）GGSN(PCEF)通過Update PDP流程將更新的QoS傳遞給SGSN和無線設備，并分別執行新的QoS策略。

4.3.3 VIP用戶體驗保障

VIP用戶體驗保障示意如圖8所示，管控策略實施流程如下。

（1）BOSS通過SOAP接口向PCRF簽約定義用戶級別（如通過Usr Grade字段指示鉆石卡、金卡）。

（2）GGSN將用戶上線時的HLR、SGSN和用戶協商后的QoS傳遞給PCRF。

（3）PCRF根據BOSS簽約及配置本地策略，修改QoS中的ARP值。

（4）將PCRF修改后的ARP值下發到BSC。

（5）BSC根據ARP進行基于用戶級別的差異化調度。

4.3.4 自有業務優先級管控

自有業務優先級管控示意如圖9所示，管控策略實施流程如下。

（1）PCRF上配置自有業務及相應的QoS策略信息。

（2）用戶激活PDP時，GGSN(PCEF)通知PCRF用戶上線。

（3）PCRF向用戶下發基于自有業務的QoS控制規則。

（4）PCEF判斷用戶使用的是否是自有業務，為使用自有業務的用戶設置優先級高的QoS參數；為使用其他業務的用戶設置優先級低的QoS參數。

（5）GGSN(PCEF)通過Update PDP流程將更新的QoS傳遞給SGSN和無線設備，并分別執行新的QoS策略。

4.3.5 區分忙/閑時的QoS管控

區分忙/閑時的QoS管控示意如圖10所示，管控策略實施流程如下。

（1）PCRF配置忙/閑時小區及相應的QoS策略信息。

（2）用戶激活PDP時，GGSN(PCEF)通知PCRF用戶上線。

（3）PCRF判斷該用戶的登錄位置是否屬于忙/閑時管控區域。若屬于忙/閑時區域，則采用忙/閑時區域的QoS帶寬，如忙時將用戶的總帶寬降速到一個較小值（16/64 kbit/s），閑時將用戶的帶寬恢復到較大的合理值，同時區分忙/閑時的費率。

（4）PCRF將相應策略的QoS帶寬參數下發給PCEF。

（5）GGSN(PCEF)通過Update PDP流程將更新的QoS傳遞給SGSN和無線設備，并分別執行新的QoS策略。

4.4 部署方案

按照中國電信集團要求，流量管理策略實施初期以省為范圍進行流量管理，省級漫游用戶采用拜訪地流量管理策略；同時僅針對CMNET、CMWAP兩類通用APN應用，以區分業務或用戶的流量管理為主，考慮與時間、流量、位置等因素結合。

在現網部署方案中，主要是以省為單位新建策略控制服務器，支持差異化策略管理；升級GGSN支持策略控制功能（大部分現網設備可軟件升級），實現集約化的流量控制和管理；利舊GGSN的DPI功能支持業務檢測和控制功能；打開2G/3G無線設備的QoS控制功能（大部分現網設備可支持軟件升級），支持差異化無線調度；新增BOSS與PCRF的接口，支撐用戶分級、業務分級的市場策略。

表1 綜合調度優先級

5 現網應用案例

5.1 驗證金、銀、銅牌用戶的差異

網絡根據用戶優先級（金、銀、銅）分配不同資源，為高級用戶在無線側優先分配資源以實現用戶感知的差異。不同等級用戶的速率對比如圖11所示（測試條件：用戶同時下載且占用同樣的數據信道）。

根據現網參數設置，金、銀、銅牌用戶在同時下載時，速率比為10∶5∶3，現網應用中可以根據實際情況制定優先級，控制用戶下載速率。

5.2 用戶與業務相結合的綜合管控測試

PCC結合用戶和使用業務提供不同調度優先級，BSC根據調度優先級分配不同的網絡資源。綜合調度優先級見表1。用戶等級和業務相結合的速率對比如圖12所示（測試條件：一個用戶做FTP下載，另一個用戶同時進行QQ文件傳輸占用同樣的數據信道）。

從以上3個用戶兩兩結合的測試結果來看，符合調度權重優先級表設置，低級別QQ用戶速率得到進一步遏制，有效降低QQ對網絡資源的消耗。同時FTP和飛信業務同屬于其他業務，根據綜合調度優先級表，速率比應為10∶3，符合預期，飛信速率大于QQ速率，說明飛信沒有跟QQ一樣受到最高的管控。

綜上所述，PCC策略管控可以在無線資源緊張小區為高級別用戶/業務提供更好的業務使用體驗，同時通過增強無線功能機制實現節省PDCH資源、提升PDCH承載效率的雙重功效。

6 結束語

本文通過對PCC標準、網元結構以及QoS協商機制的介紹，將每載頻RLC層流量、PS話務量占比和PDCH復用度這3項指標作為PCC開啟區域的標準，重點研究了核心網的5種管控策略以及實施流程，同時在現網的實踐中取得了良好的效果，對于目前中國移動在各省市開展的PCC功能試用以及策略管控的制定有一定的參考價值。

PCC是一項綜合的系統工程，只有可運營的PCC精細化管理系統，才能更好地支撐市場運營策略的實施。需要構建可評可管理系統，形成閉環，使需求來源于現網，策略實施于現網，效果評估基于現網；組織流程的支撐，部門的合理定位，保障PCC運營策略的順利實施與落地；持續拓展PCC應用范圍，逐步深化PCC在網絡資源優化及市場策略支撐的應用內涵，逐步擴展PCC在移動互聯網管理方面的應用外延，最大程度地發揮PCC價值。

1 3GPP TS 23.203.Policy and Charging Control(PCC)Architecture,2012

2 3GPP TS 29.212.PCC over Gx Reference Point,2012

3 3GPP TS 29.213.PCC Signaling Flows and QoS Parameter Mapping,2012

4 3GPP TS 29.214.PCC over Rx Reference Point,2012

5 3GPP TS 29.215.PCC over S9 Reference Point,2012

6 中國移動策略及計費功能（PCC）網絡建設方案,2012

7 中國移動通信企業標準——PCC管控效果驗證測試方案,2012