WAP網關應對移動互聯網大流量的改造及演進

【摘要】通過分析WAP網關由于移動互聯網大流量帶來的問題，提出了對網關實施業務分流、網絡架構云化改造、系統功能完善的改造措施，并建議下一步向綜合流量網關演進。

【關鍵詞】WAP網關 業務分流 云化改造 智能管道 流量網關

中圖分類號：TN919 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-16-

[Abstract]By analyzing the problem of WAP gateway resulting from heavy traffic of mobile Internet， some measures such as gateway traffic shunt， cloud computing network architecture transformation and system function improvement are proposed in this paper， in the meantime， the evolution of integrated traffic gateway is recommended in the next step.

[Key words]WAP gateway traffic shunt cloud transformation smart pipe traffic gateway

1 WAP網關現狀及問題

在移動通信網中，WAP（無線訪問協議）網關主要建立用戶代理與服務器的數據通道為手機上網提供接入服務。其功能包括：上網代理，充當終端的代理服務器；協議轉換，實現無線側WAP協議與網絡側WWW協議相互翻譯；號碼攜帶，將用戶號碼傳遞給互聯網應用程序；終端適配；內容編解碼、格式轉換和內容壓縮；以及用戶鑒權、訪問控制、業務統計等運營方面的功能。到了WAP2.0以后手機采取HTTP方式上網，隨著智能機普及，電信業進入移動互聯網時代，以手機瀏覽器、手機支付、微信為代表的數據業務高速發展，很多應用無需經過WAP網關，WAP網關功能被弱化。

WAP網關目前主要承載業務除普通HTTP流量外，還包括彩信業務、下載業務（如JAVA下載等）、運用商自營業務（如天翼視訊、游戲基地等）以及其他互聯網業務。其中，HTTP瀏覽業務流占90%左右，其余業務流量占比均較小；尤其WAP1.X的業務占比不超過1%。以某省運營商為例，WAP網關流量每月增長20%，出現了因系統超負荷導致的性能下降、用戶上網時延增大等問題。據統計，WAP請求中超過90%訪問量僅需透傳，無需WAP網關參與，處理能力浪費嚴重；基于“小機+服務器”的網絡架構在擴容中周期長、業務影響大、難以快速有效應對超大流量的并發請求；系統擴容價格高、投資大，特別是個別廠家針對處理能力授權LICENSE進行收費，導致運營商網絡建設成本過高，單純依靠擴容WAP網關既造成投資浪費，又容易成為手機上網的瓶頸。

移動互聯網數據流量蘊含巨大業務價值，但缺乏讓流量產生價值增值的能力。流量經營產生了新需求：通道流量高速增長但難以識別、難以進行深層加工；市場營銷需要具備用戶流量資費的實時提醒以及自營業務推薦等功能；視頻流量占比越來越高，需要對視頻優化處理來提升用戶體驗；手機病毒和安全性堪憂，需要為用戶提供有效的病毒防護和安全加固手段等。這些需求原有的網絡無法處理。WAP網關如何應對業務的變化，以及下一步如何演進成為影響業務發展的主要問題。

綜合考慮網絡現狀與運營商的業務特點，提出主要從以下方面實施網絡改造措施：

（1）業務分流：是將普通上網瀏覽業務從WAP網關分離出去，只保留必須處理的業務量以減小網關負荷。

（2）網絡架構云化：主要是對網關進行云化改造，將現有的基于小機、服務器架構改造為基于云計算的分布式處理架構，支持超大的并發業務流量。

（3）系統功能完善：主要是通過新功能實現用戶業務可視化、流量深加工、新增業務功能支撐新業務需求。

2 網絡改造措施

2.1 業務智能分流

為有效減輕WAP網關負荷快速增長，緩解系統擴容壓力，新建分流設備對用戶流量進行區分，解析并鑒別用戶請求是否需要經過WAP網關處理。將HTTP業務、認證計費、彩信、手機銀行等業務與其他業務區分開，將不需處理的流量WAP2.0業務流從WAP網關分流出去，直接旁路轉發到互聯網上；將彩信業務流、自營業務流、對于有特殊需求（需要號碼前轉、認證計費、終端適配、內容處理等）的依然路由到網關處理。具體流程是：手機終端的上網請求信息經無線網、BSC/PCF等轉發到PDSN（分組數據支持節點），原先發送給WAP網關的流量轉發到智能分流設備；由分流設備終結用戶的TCP連接，解析用戶請求的主機/URL（統一資源定位器）地址；判斷該主機/URL是否需要WAP網關進行處理，如不需要則直接轉發到外部的防火墻/透明代理設備；如用戶請求為特殊業務則透傳給WAP網關，經黑白名單判斷后再轉發至目的地。分流判斷的依據有：根據業務類型區分；根據HTTP訪問URL區分（將流量最高的TOP N網站分流）；根據目的IP地址進行分流。實施過程中根據業務需要將規則組合成統一策略執行。

業務分流主要方式如下：

方式一：借助于外部的DPI（深度包解析）系統分流（見圖1）。DPI系統一般部署在移動網絡PDSN至HACCG（歸屬代理內容計費網關）的匯聚鏈路上，能夠動態根據每個流（IP五元組）特征及特性，對流量、報文內容進行實時檢測分析和過濾控制。經解析后的普通HTTP流量分發到代理服務器，再轉發到互聯網，其他業務流仍經WAP網關處理。

方式二：利用原有網絡設備改造擴容實現分流（見圖2）。一般將WAP網絡內的負載均衡器、七層交換機等專用硬件升級擴容實現業務流的七層解析與分流，分流后不需要經過WAP網關的流量分發到防火墻，完成地址轉換后轉發到互聯網上。endprint

方式三：針對WAP網關進行內部改造（見圖3）。將網關處理的流量分為淺處理和深處理。對普通頁面瀏覽的流量實行淺處理，業務處理機只需要實現基本的上網代理功能；對需要進行號碼傳送、內容插入等復雜處理的流量實行深處理，仍執行原有的處理機制。

方式一中HTTP代理一般基于開源軟件開發，成本相對較低，實際部署中需要對軟件定制，保留核心應用、去除附加功能，以保證轉發效率和速度；方式二中使用負載均衡器等專用設備分流效率較高，但硬件成本較高。前兩種方案都需要在網絡中新增設備，其實質思想相同，只是采用的設備、數據配置有區別；共同的缺點是對分離出去的流量不能實現號碼透傳、用戶鑒權、業務統計等。相比之下，方式三基于原有的WAP處理機制，僅僅在軟件上進行改造，號碼處理、認證鑒權、安全規則等各項功能均不受限，優點比較突出；但該方案關鍵在于需要與各廠家談判，針對淺處理和深處理的LICENSE實行不同的價格，最大程度降低設備投資，解決成本過高的問題。實施中需要統籌考慮設備投資、系統性能等，再確定采取哪種方式。

2.2 網絡架構云化

云計算技術便于資源的動態調整和彈性擴容，縮減了工程周期和擴容難度，故考慮對WAP網關實施云化改造，以規避原有的“小機+服務器”架構存在的問題。改造過程中的關鍵點是在云資源池上如何進行資源的分配和網絡的平滑割接。

WAP網關主要設備包括：網絡設備（防火墻、交換機、負載均衡器等）；數據庫主機，負責WAP業務需要的數據配置、用戶信息、永久Cookies等各種業務數據及業務管理功能；業務處理機，是WAP業務流程的核心服務器，主要實現代理轉發、訪問控制等業務流程的處理；RADIUS（遠程撥號認證系統）主機，與AAA（認證鑒權計費）和PDSN交互RADIUS消息，實現用戶認證鑒權以及MDN與IP地址的映射功能。此外，還包括用戶日志留存、話單記錄、統計報表等服務器。云化改造中，網絡層設備（虛擬防火墻、虛擬負載均衡、虛擬交換機）由資源池以集群形式提供服務，應用程序由Linux的LVS軟件實現負載均衡，虛機的計算、內存資源按照同等物理主機的1：1.2比例分配，以確保虛機資源充足。數據庫由兩臺虛機承載，采取主備冗余。RADIUS、業務處理機集成在一個虛擬機上承載，由多臺虛機組成集群。后期根據業務量的變化情況，可考慮將數據庫改為全分布式，與RADIUS和業務處理機集成在同一臺虛擬機上，進一步提高系統性能。業務統計、運維管理、日志留存等其他功能模塊都部署在相應的虛機上，如圖4所示：

為保證網絡調整對業務影響最小，從核心網分組域到業務平臺新劃分一個測試域，測試域內手機終端獲取的IP地址段、APN接入名均與在線業務相區別，PDSN和AAA上配置新測試域的信息，并將路由指向云資源池上的新WAP網關，在云資源池上先將新系統部署完畢，完成業務測試后，再正式將用戶業務指向到新網關，實現業務平滑割接。WAP業務流量與用戶使用習慣密切相關。據統計，晚間21點至24點屬業務高峰期，而凌晨1點至7點屬業務量低谷。云化之后，在資源池內將WAP網關與其他非實時性要求的應用（如離線統計分析）實施資源調配，可實現業務削峰錯谷，提高資源使用效率。虛擬機的快速復制、網絡資源的動態調配使得擴容方便快捷，有利于新功能的快速發布上線。原有的WAP網關采用單局點模式，云化之后啟用云資源池統一容災備份節點，既消除了單點故障業務全阻的隱患，又提高了安全可靠性。

2.3 業務功能完善

在保持WAP網關原有的終端適配、號碼前轉等能力的基礎上，其功能完善主要聚焦在提高通道服務質量和流量深度處理以便挖掘流量帶來的附加價值。在流量控制方面，一是增強信息緩存處理能力，通過TCP優化、圖像壓縮、視頻優化等技術，減少協議層的鏈接時延和用戶業務請求時延，上網提速并節省帶寬；二是針對上網錯誤碼重定向，實現流量提醒等提升用戶感知；三是增強安全功能，通過訪問控制、防病毒、內容過濾等，通過域名、URL、IP地址（端口號）、五元組對特定網址和內容進行攔截過濾。在流量加工方面，一是可引入互聯網內容深加工支撐營銷信息嵌入，如實現內容工具條功能、以網絡可視化等提升數據流量價值；二是與OTT后向合作，結合智能管道控制，支持后向計費能力；三是通過接口程序，將網絡的計費、位置等能力開放給移動互聯網業務開發者，如圖5所示：

上述功能部署后，適用于多種業務場景：與PCRF（策略計費規則功能）配合實現微信、微博等流量專屬包；開通兒童綠色上網業務，家長設定子女上網訪問規則，限制兒童訪問某些網站；在用戶訪問錯誤站點時，進行個性化營銷內容植入；通過WAP網關將位置能力、用戶信息能力、計費能力等開放給應用開發者，設計新的應用、優化合作業務的用戶體驗等。移動互聯網業務能否成功以用戶體驗為第一要素，新增的功能是否上線必須考慮用戶體驗，只有用戶試用后體驗好、愿意使用的業務才適合在現網發布。

3 下一步演進策略

以某省運營商為例，針對現網中流量劇增導致WAP訪問成功率降低和時延變大等問題，實施了業務分流和平臺云化工作。采取上述第一種分流方式，通過將HTTP流量排名靠前的TOP100網站分流到互聯網，使網關流量降低了52%。將網關遷移到云資源池，可方便地實現處理機遷移和增刪調整，云化之后擴容周期減小，擴容5 000TPS的項目工期從原來的6個月降低到一周內，滿足了系統快速上線的要求。

電信運營商為保持網絡和業務應用的競爭力，可將WAP網關的演進分為短期和長期2個階段：短期內通過網絡改造以緩解擴容壓力，建設分流系統、實施云化改造，重點解決當下的問題；長期目標是演進為綜合流量網關，實現內容處理和流量深度加工，配合智能管道來豐富業務類型，如圖6所示：

在與智能管道的分工中，智能管道定位在網絡側網元，主要關注流量調控、資源配置、流量調度、流量使用等，通過CRM、OCS（在線計費）等支撐系統向PCRF、HACCG等發送控制策略，觸發用戶通道的升速、降速、限流、QoS（服務質量）保障等一系列動作，實現用戶及業務可識別、流量可管理。而流量網關的目標是提升流量附加價值，定位在業務側網元，關注基于流量、用戶點擊帶來的業務價值。通過支撐系統與ISMP（綜合業務管理平臺）、OIDD（開放信息動態數據）、UDB（統一用戶認證）的互動作用，觸發用戶行為分析系統，向流量網關發起控制策略，使通信內容本身發生增值變化，典型應用如圖像壓縮、內容緩存、工具欄嵌入、實時流量提醒、信息前傳控制、上網安全控制、廣告過濾等。在移動互聯網時代，運營商只有將智能管道與流量經營有效結合，才能凸現網絡價值，處于競爭中的有利位置。

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作者簡介

趙其朋：高級工程師，碩士，現任職于中國電信股份有限公司陜西分公司，從事運營維護工作，主要研究方向為移動互聯網應用平臺。endprint