一種實現P2P業務可管可控方案探討

馮傳奮，王少波，李愛嬌

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，山東 250001）

1 引言

P2P（Peer to Peer）技術，是通過在系統之間直接交換來共享資源和服務的一種應用模式。在P2P網絡結構中，每個節點的地位都是相同的，同時具有客戶端和服務器的雙重功能，可以同時作為服務使用者和服務提供者。P2P技術得到了廣泛的應用。但在應用中也引發了一系列問題。

（1）P2P業務大量占用無線資源，擠占話音信道，降低網絡質量；

（2）網絡無管控手段，無法區分用戶、不同時間段實現對P2P業務的精細化管理。

本文就是針對以上問題，基于在IMS域引入RACS及PCC架構，提出了一種對P2P業務實現可管可控的方案。

2 P2P技術分析

P2P的工作機制可以大體分為3個階段。第一個階段為登錄階段，主要是找到網絡入口，進入網絡；第二個階段為搜索階段，即找到需要進行交互的對等端；最后一個為交互階段，在此階段實現與對等端進行交互。

P2P技術主要具有以下幾個特點。

（1）去中心化。在P2P技術結構中，中心的意義被大大弱化甚至完全消失，網絡結構扁平化的特點也進一步凸顯。

（2）可擴展性。可擴展性被認為是P2P網絡最重要的特性之一，P2P網絡在理論上可以無限擴展。

（3）健壯性。P2P網絡架構天生具有耐攻擊、高容錯的優點。由于服務是分散在各個節點之間進行的，部分節點或網絡遭到破壞對其他部分的影響很小。

（4）高性價比。采用P2P架構可以有效地利用閑置的資源，達到高性能計算和海量存儲的目的，用更低的成本提供更高的計算和存儲能力。

（5）負載均衡。P2P 網絡環境下由于每個節點既是服務器又是客戶機，減少了對傳統C/S結構服務器能力的要求，同時因為資源分布在多個節點，更好的實現了整個網絡的負載均衡。

基于上述特點，P2P技術的典型應用主要有：P2P下載類業務，如迅雷P2P下載，Bittorrent等；P2P流媒體類業務，如PPLive、QQLive等；IM類業務，如MSN、Google Talk等；VoIP類業務，如Skype、SIP等。

3 IMS架構及資源控制

IMS是3GPP在R5版本中提出的支持IP多媒體業務的子系統。主要包括CSCF、HSS、MGCF、MRF、AS等功能實體，采用SIP、Diameter協議。

為了提高系統的效率，簡化操作，降低時延，同時提高策略控制和流計費機制的普適性，在3GPP R7版本中提出了PCC架構，具體如圖1所示，主要包括PCEF、PCRF等功能實體，可以實現基于用戶定制信息的策略控制以及基于業務數據流的計費控制。此外，TISPAN NGN為了實現對固定接入的策略控制提出了RACS架構，如圖2所示，主要包含SPDF、A-RACF等功能實體。

圖1 PCC邏輯架構圖

4 實現對P2P業務的管控方案

結合3GPP及TISPAN提出的兩種架構，我們給出了通過IMS域實現對P2P業務可管可控的方案，如圖3所示。需引入PCRF、SPDF，配合SPR、及A-RACF網元實現策略決策功能，現網分離架構的SBC中的BGW、BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等（引入LTE后）實現業務識別及策略執行功能。

圖2 RACS邏輯架構圖

其中，PCRF、SPR、GGSN、SAE-GW等網元主要針對移動接入的P2P業務實現管控；NASS、SPDF、A-RACF、BRAS/SR等網元主要針對固定接入的P2P業務實現管控。

為了實現對P2P業務的管控，首先需要對P2P業務進行有效地識別。如P2P終端支持SIP協議，則可以根據SIP請求中包含的IMS通信業務標志符來識別是否為P2P業務。

如P2P終端不支持SIP協議，則可以通過BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等實現對P2P業務的識別。目前的識別技術主要有基于端口的P2P識別機制和基于P2P統計特征的識別機制。前者是一種傳統識別機制，由于目前P2P應用軟件通常使用一定范圍內的端口號并將這些端口號動態分配給用戶，這就使得基于固定端口號進行識別的策略并不夠準確。

圖3 實現對P2P業務可管可控方案

對于第二種識別機制，由于P2P業務有著獨有的特性，這種識別機制可以識別大規模的P2P流量，得到了廣泛應用。例如，在如前所述的P2P第二個工作階段（搜索階段），一方面，由于用戶并不能同時向返回清單中的全部用戶發送申請要求建立連接；另一方面，由于各種終端的不同處理能力與網絡延時的存在，清單中其他用戶的回復并不能同時反饋給發送請求的用戶。因此，在此階段，建立連接的數量從開始起將逐漸增加直至達到一個峰值，之后建立連接的數量開始逐漸下降。也就是說對于P2P業務，其連接數量的特征就表現為從平穩增加轉變為一個尖銳的峰值。因此，就可以依據此特征來識別是否為P2P業務。在本方案中主要通過BGW、BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等網元實現業務的識別。

在完成業務識別以后，PCRF、SPDF等網元就可以根據運營商的具體策略及網絡情況，產生針對此業務的資源接納控制策略，并將產生的策略發給BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等網元來執行相關的策略。

對P2P業務的策略控制可以有以下幾種策略：

（1）基于累積使用量。例如對于P2P業務，可以設定在用戶使用量小于1GB時，提供的帶寬為2Mbit/s；當業務量在1GB到2GB時，降低用戶帶寬到1Mbit/s；當業務量達到2GB以上時，降低用戶帶寬到128kbit/s。

（2）基于時間。例如根據用戶使用習慣，在網絡流量高峰期時，降低P2P業務的帶寬，防止網絡擁塞；在閑時，提升P2P的業務帶寬。

（3）基于用戶。例如將用戶分為幾個級別，根據不同的用戶級別提供不同的帶寬。將級別最低的用戶使用P2P業務的最大帶寬限制在1M以內，將最高級別用戶使用P2P業務的最大帶寬限制在10M以內。

（4）基于用戶的位置信息。例如對于商業區，禁止P2P業務，以保證商業用戶的工作需求；而對于住宅區及校園，可以適當提供P2P業務，以滿足學生用戶的需求。

此外，如能識別出P2P的不同業務類別，則還可以進一步實現基于不同類別的P2P業務的精細管控。例如，針對如前所述的4種不同P2P業務類別分別給予不同的優先級。對于VoIP類業務，由于時延要求高，給予最高的優先級；P2P流媒體類業務次之，IM類業務再次之；最后是時延要求最低的下載類業務。

下面為簡化描述，以終端支持SIP協議并通過移動接入方式使用P2P業務為例，從業務建立和資源修改兩個方面說明上述方案是如何實現對P2P業務管控的。對于不支持SIP協議的終端，其相關的流程與下面描述流程的主要區別在于對P2P業務的識別上。根據前述描述，對于不支持SIP協議的終端，可以通過GGSN來識別用戶使用的業務是否為P2P業務，并告知P-CSCF，后續的流程與支持SIP協議的終端完全一致。

4.1 業務建立

業務建立的流程詳見圖4所示。具體流程描述如下：

（1）UE1發起業務建立請求。

（2）P-CSCF1分析業務建立請求中的消息，識別出為P2P業務，獲知該請求可獲得建立的媒體流最大帶寬，向PCRF1發送QoS資源預留請求。

（3）PCRF1與GGSN1交互，確定可以接納該QoS預留請求。

（4）P-CSCF1繼續轉發該業務建立請求。

圖4 業務建立流程

（5）P-CSCF2在收到業務建立請求時，針對被叫用戶終端可能建立的最大帶寬的媒體流向PCRF2發送請求進行QoS預留。

（6）PCRF2與GGSN2交互，確定可以接納該QoS預留請求。

（7）GGSN2將業務建立請求轉發給UE2。

（8）UE2接受請求，并返回200響應。

（9）UE1向UE2發送ACK。

隨后，UE1和UE2就可以進行數據交互。

4.2 資源修改

假設使用基于累積使用量作為管控策略，開始用戶使用的帶寬為2Mbit/s，當用戶使用量達到1GB后，需要對其帶寬限制在1Mbit/s以下，即需要對資源進行修改，圖5給出了資源修改的具體流程。為簡便，僅涉及其中一端，對端的流程與此類似，就不再贅述。具體流程描述如下：

（1）P-CSCF1向PCRF1發送資源修改請求消息。

（2）PCRF1對包含修改參數的請求進行授權，包括檢查所修改的QoS資源和PCRF1中定義的運營商策略是否一致。如一致，則與GGSN1交互，確定可以接納該QoS預留請求。

（3）PCRF1向GGSN1下發資源修改消息，GGSN1執行資源修改，將可提供帶寬由2Mbit/s降低到1Mbit/s。

圖5 資源修改流程

5 結束語

由于P2P技術具有諸多優點，P2P業務得到了廣泛的應用，但也隨之帶來了諸多問題。本文首先對P2P技術及IMS資源控制技術進行了分析，在此基礎上提出了一種對P2P業務實現可管可控的方案，并給出了相關的實現流程。

[1] 3GPP TS 23. 228 V9. 1. 0. IP Multimedia Subsystem (IMS)[S]. Sep 2009.

[2] 3GPP TS 23. 203 V9. 3. 0. Policy and Charging Control Architecture[S].Dec 2009.

[3] ETSI ES 282. 003 V3. 4. 1. Resource and Admission Control Sub-System (RACS): Functional Architecture[S]. Sep 2009.