基于用戶配額的LTE用量控制技術研究

池煒成

（中國電信股份有限公司廣東研究院，廣東 廣州 510630）

基于用戶配額的LTE用量控制技術研究

池煒成

（中國電信股份有限公司廣東研究院，廣東 廣州 510630）

通過分析用戶配額的含義和來源，并闡述用戶配額體系，提出了2種基于用戶配額的LTE用量控制方案，以融合支持在線計費用戶與離線計費用戶，最后探討了相關的應用場景。

長期演進 策略和計費控制 用戶配額 用量控制

1 引言

在大力發展LTE業務的背景下，運營商將LTE流量經營作為重點業務經營策略。相對于2G/3G網絡，LTE具有傳輸速率更高、QoS（Quality of Service，服務質量）更具保障等特點，不但使用戶在傳統移動業務中（如網頁瀏覽、在線聊天等）有更好的體驗，還可以為用戶承載2G/3G網絡難以支持的高清視頻、三維游戲等實時高帶寬業務。然而，正因為LTE具有高帶寬特性，若用戶不注意控制用量，特別是在長時間使用高帶寬業務時，有可能出現用量大幅超出預算，從而導致支付高昂的上網費用。要緩解此問題，除了用戶自身注意用量外，運營商亦需提供一些措施來協助用戶更好地控制用量。

基于用戶配額的LTE用量控制是一種有效的應對手段，它根據用戶配額的變化執行不同的PCC（Policy and Charging Control，策略和計費控制）規則，對LTE上網速率進行靈活調控，從而控制上網用量的消費速度，避免大額超量費用的產生。由于用量控制在業務上涉及種類繁多的用戶配額，在技術上又涉及LTE網絡的多個網元以及BSS（Business Support System，業務支撐系統），所以具有一定的復雜性，本文將在分析LTE用戶配額體系的基礎上探討相關技術方案。

2 用戶配額體系

用戶配額是指用戶預知可用的LTE上網使用量，一般是指用戶在計費周期開始時已知的、可用的且不會被額外收費的LTE上網流量或時長，如某用戶套餐中每月可用2GB國內流量，2GB范圍內流量不另外計費，2GB范圍外則按標準計費。用戶配額主要有兩個來源：一是用戶訂購；二是贈送。用戶訂購產生的用戶配額是指由用戶訂購業務而獲得的LTE上網使用量，用戶通過訂購4G套餐、流量可選包、加餐包等方式可以獲得新的用量配額，如某運營商的199 4G套餐中包含了3GB的LTE上網流量、500MB的易信定向流量。贈送產生的用戶配額是指運營商在營銷活動中免費贈送給用戶的LTE上網使用量或者其他用戶轉贈給本用戶的LTE上網使用量，前者如某運營商對新的4G套餐用戶在開戶后的連續4個月內每月贈送15GB本地流量，后者如用戶的家人因為本月流量余額充足而將部分流量轉贈給用戶使用。

由于用戶訂購和贈送存在多種業務形態，所以用戶配額也存在多種類型，不同類型的用戶配額可能有不同的使用范圍，這一系列的用戶配額構成了用戶的用戶配額體系，如圖1所示。

總體上，從用戶配額的計算單位劃分，用戶配額可分為流量配額和時長配額兩大類，如上網可用流量10GB，上網可用時長3 600分鐘。目前業界主要采用流量配額，而時長配額較少。在每個大類下，可以從多個維度進行類型細分。

從配額的周期性劃分，可分為一次性配額和周期性配額。一次性配額是指一次性分配的當期用完為止的使用量，不會延伸至下個計費周期使用；周期性配額是指每個計費周期都會重新初始化的使用量，可以細分為天配額、周配額、月配額、季配額、年配額等。

從配額的業務使用范圍劃分，可分為通用配額、定向配額、定時配額。通用配額是指配額可以用于任何業務以及在任何時段使用；定向配額是指限定在特定業務或內容上使用，如易信定向流量、蘋果APP Store定向流量、愛音樂定向流量等；定時配額是指限定在特定時段使用的配額，可細分為閑時配額、忙時配額，其中閑時配額只在閑時時段（如晚上11點至早上8點）使用。

從配額的使用區域范圍劃分，可分為本地配額、省內配額、國內配額、國際配額，分別限定配額使用的區域范圍為用戶所在的本地網內、用戶歸屬省內、全國范圍、全球范圍。

從配額是否可共享劃分，可分為共享配額、非共享配額。共享配額是可以讓其他用戶共享的配額，如副卡用戶可以共享主卡用戶的流量、員工用戶可以共享企業用戶的流量等。

通過不同維度的組合可產生更加豐富的用戶配額類型，如定向閑時流量配額、省內共享流量配額、通用可共享周配額等。

圖1 用戶配額體系

用戶配額狀態是指用戶的累計用量與用戶配額的相對位置，通過累計用量與用戶配額的比值或比值范圍來確定，它反映了用戶的累計用量與相應用戶配額之間對比關系。用戶配額狀態可以靈活定義，如為流量配額定義2個狀態：狀態1是累計流量在用戶配額內，狀態2是累計流量在用戶配額外；為流量配額定義4個狀態：狀態1是累計用量到達流量配額50%，狀態2是累計用量到達流量配額90%，狀態3是累計用量到達流量配額100%（即配額已用完），狀態4是累計用量到達流量配額150%（即已超額使用50%）。用戶配額狀態可以針對用戶配額大類定義，亦可以針對某個細分的用戶配額類型定義，前者如用戶擁有的所有流量配額的總和，后者如針對某個定向流量配額定義（如微信專用流量）。

圖2 網絡側用量累計方案

3 用量控制

基于用戶配額的LTE用量控制總體可分為：第一部分是用戶配額的產生和存儲；第二部分是用量累計與用戶配額狀態判斷；第三部分是用戶PCC規則的調整與用戶提醒；第四部分是PCC規則的執行。這四部分工作需要LTE網絡與BSS協同完成，以下提出2種實現方案。

3.1 網絡側用量累計方案

本方案將用量累計與用戶配額狀態判斷功能放在LTE網絡側的PCRF（Policy and Charging Rule Function，策略和計費規則功能）完成，用戶配額由BSS系統側的C RM（Customer Relationship Management，客戶關系管理）生成并傳遞給SPR（Subscription Profile Repository，用戶屬性存儲器）網元存儲，用戶PCC規則的調整與用戶提醒亦由PCRF完成，PCC規則的執行由PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略和計費執行功能）完成。具體如圖2所示。

其中，CRM系統進行業務受理，接受用戶的訂購以及完成相關用量的贈送，然后將相關的用戶信息與訂購數據同步給LTE網絡側的SPR網元，從而使SPR網元中存儲了各種類型的用戶配額信息。若用戶有新的訂購行為或新的贈送，用戶配額將發生變化，CRM系統實時將更新數據同步給SPR，如通過Web Service接口。當用戶使用LTE上網時，PCEF通過Gx接口向PCRF請求下發用戶的PCC規則，PCRF通過SPR獲得用戶配額信息，進行用戶配額狀態判斷，根據用戶配額狀態生成用戶PCC規則，其中包含上行最大比特率（UL-maximum bitrate）、下行最大比特率（DL-maximum bitrate）、QCI（QoS Class Identifier，QoS級別標識）、門狀態（Gate status）等信息。PCRF下發用戶的PCC規則給PCEF，同時給PCEF下發用戶監控額度，指示PCEF進行用量監控。PCEF統計用戶網絡使用量，達到用戶監控額度后上報給PCRF。PCRF根據PCEF上報用量的情況進行各種用量累計，然后進行用戶配額狀態的判斷，并根據預設的條件，當用戶配額轉為特定狀態時，如當用戶配額狀態從狀態1（累計用量到達通用流量配額50%）轉為狀態2（累計用量到達通用流量配額90%）時，PCRF生成新的PCC規則并下發給PCEF執行，同時向用戶發出提醒，提醒用戶的配額已接近用完，以便用戶適當控制用量。

3.2 BSS側用量累計方案

本方案將用量累計與用戶配額狀態判斷功能放在BSS側的計費系統中完成，用戶配額由CRM系統生成并傳遞給計費系統存儲，PCRF根據計費系統提供的用戶配置狀態信息進行用戶PCC規則的調整，用戶提醒由計費系統發起，PCC規則的執行由PCEF完成。

為實現此構想，3GPP從R11起在PCC架構增加了PCRF與OCS（Online Charging System，在線計費系統）之間的Sy接口。Sy接口主要用于用戶配額狀態信息的交互，供PCC決策使用，如圖3所示。

在新的PCC架構中，P-GW（Packet Data NetworkGateway，分組數據網網關）與OCS的Gy接口用于實現預付費用戶的在線計費，P-GW與OFCS（Offline Charging System，離線計費系統）的Gz接口用于實現后付費用戶的離線計費，新增的PCRF與OCS之間的Sy接口主要用于OCS向PCRF報告用戶配額狀態信息。當PCRF首次對用戶作策略決策時，PCRF使用初始配額報告請求（Initial Spending Limit Report Request）流程，向OCS請求報告用戶的某些或全部用戶配額狀態，OCS向PCRF提供所請求的用戶配額狀態，并且當用戶配額狀態發生變化時主動通知PCRF。PCRF也可以使用中間配額報告請求（中間SLR）流程向OCS請求增加訂閱新的用量配額狀態信息，或者取消某些用戶配額狀態信息的訂閱。當PCRF不再需要該用戶的用戶配額狀態信息時，PCRF使用終止配額報告請求流程完全取消配額報告。

上述方案為OCS用戶的用戶配額狀態報告提供了參考，但是并未提及OFCS用戶的用戶配額狀態報告。因此，為了融合支持所有用戶（包括OCS用戶和OFCS用戶）的用戶配額狀態報告功能，需要在此方案上進行改進，形成用戶配額狀態報告融合方案，如圖4所示。

此融合方案中，在BSS側新增一個用戶配額狀態管理模塊，統一負責向PCRF報告所有用戶（包括OCS用戶和OFCS用戶）的用戶配額狀態。CRM系統將所有的用戶類型信息以及OFCS用戶的配額數據同步給用戶配額狀態管理模塊。在PCRF向用戶配額狀態管理模塊發出配額報告請求后，用戶配額狀態管理模塊首先進行用戶類型判斷。若為OCS用戶，用戶配額狀態管理模塊將對應的SLR（Spending Limit Report Request，消費狀態通知請求）消息轉發至OCS，并將OCS響應的SLA（Spending Limit Report Answer，消費狀態通知應答）轉發給PCRF；若為OFCS用戶，用戶配額狀態管理模塊判斷用戶當前的用戶配額狀態，將響應的SLA正確發送至PCRF。

圖3 PCC架構中的Sy接口

圖4 用戶配額 狀態報告融合方案

對于OCS用戶，用戶的用量累計、用戶配額存儲、用戶配額狀態的判斷由OCS完成，用戶配額狀態管理模塊僅作為統一與PCRF交互的代理，負責接收PCRF的請求，然后轉發給OCS，OCS經用戶配額狀態管理模塊將用戶配額狀態反饋給PCRF。對于OFCS用戶，鑒于OFCS用戶的離線計費特點，OFCS一般會經過話單的采集、預處理、批價、合帳、優惠等多個處理環節才能完成累計用量，而且整個流程不區分業務，即LTE上網業務與其他業務（如語音業務、短信業務、增值業務等）都在一個流程中處理，這些都不利于快速累計OFCS用戶的LTE上網用量，從而難以快速判斷并向PCRF報告用戶配額狀態。為應對此問題，OFCS在完成預處理后立即分揀出LTE上網話單信息并同步給用戶配額狀態管理模塊，用戶配額狀態管理模塊進行實時累計用量，并判斷用戶配額狀態，若用戶配額狀態發生變化，則立即向PCRF報告。

綜上所述，在融合方案中，無論對OCS用戶還是OFCS用戶，PCRF都可以統一從用戶配額狀態管理模塊獲取用戶配額狀態，而且PCRF只需要跟用戶配額狀態管理模塊交互，包括Sy會話的建立、取消等，網元無增加任何負擔。

4 應用場景

由于LTE上網速度可高達100Mbps或以上，所以運營商有必要提供降低LTE用戶超額流量使用風險的措施，基于用戶配額的LTE用量控制技術正是達到此目的的有效手段。用量控制應用在用戶級別上，可根據每個用戶自己的配額情況對用戶的上網用量進行針對性地控制，能夠達到讓用戶放心使用LTE、合理消費的目的，提高用戶LTE上網的總體服務體驗。以下是用量控制的兩類應用場景：

一是達量降速。當適用于當前業務的所有用戶配額都已經用完或接近用完時，則可以根據業務預設規則下調用戶的上網速率，從而減少用戶繼續高速使用LTE網絡而產生高額超量費用的機會。例如，當用戶配額狀態為達到用戶配額的100%或90%時，PCRF為該用戶生成新的低速PCC規則，然后下發給PCEF執行，同時向用戶發出提醒，提醒用戶配額已用完或快用完，并向用戶推薦適合用戶的流量產品，方便用戶補充新的配額。

二是超量斷網。用戶配額是用戶的預算用量，當用戶不但將所有的用戶配額用完，而且大幅超出預算用量時，則可以根據業務預設規則暫時切斷用戶的上網，避免用戶繼續高速使用LTE網絡而產生更高額超量費用。例如，當用戶配額狀態為達到用戶配額的150%或200%時，PCRF為該用戶生成新的PCC規則，然后下發給PCEF執行，暫時切斷用戶的LTE上網，同時向用戶發出提醒，提醒用戶用量已經遠超預算，用戶上網功能暫時停止，并向用戶說明重開上網功能的簡單方法或向用戶推薦適合的流量產品。

5 結束語

移動互聯網已步入高速發展期，LTE網絡為移動互聯網提供了更加寬廣的移動信息高速公路，在為傳統移動應用提供更好網絡體驗的同時，亦為新型的高帶寬移動應用提供了實現基礎。在高網速、大流量的移動網絡應用背景下，用戶的網絡消費與合理消費預算應達到一個合理的平衡，以促進用戶信息消費的持續發展，有序地提高移動互聯網應用水平，基于用戶配額的LTE用量控制正是實現此目標的重要手段，相關的應用場景以后將會越來越多。

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Research on LTE Usage Control Technique Based on User Quota

CHI Wei-cheng
(Guangdong Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

In the light of concept the source of user quota, user quota system was described, and then two kinds of LTE usage control schemes based on user quota were proposed which fully support both online and offl ine users. Finally, their application scenes were discussed.

LTE policy and charging control (PCC) user quota usage control

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.007

TN929.5

A

1006-1010(2015)10-0036-05

池煒成. 基于用戶配額的LTE用量控制技術研究[J]. 移動通信, 2015,39(10): 36-40.

2015-03-11

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn