基于PCC架構的LTE智能管道業務分析及實現

陳淑珍，王磊，楊敏維

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

基于PCC架構的LTE智能管道業務分析及實現

陳淑珍，王磊，楊敏維

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

圍繞LTE智能管道的業務實現，分析了國內外LTE智能管道的業務現狀及業務實質，并詳細列舉了基于PCC架構的智能管道業務實現流程和業務配置，最后指出了亟待解決的幾個難題。

LTE智能管道 帶寬管控 策略控制 靈活計費

1 LTE智能管道業務分析

1.1 LTE智能管道成為趨勢

LTE技術發展和商用至今，“LTE智能管道”已成為業界共識，這也是國際主流運營商推動差異化服務的重點舉措之一。據統計，國外主流運營商LTE智能管道的典型業務有：

（1）基于帶寬的階梯定價＋FUP成為LTE主流定價模式，表1 為德國Vodafone流量/帶寬套餐包：

表1 德國Vodafone流量/帶寬套餐包

（2）基于流量管控的帶寬限速、流量包成為主流靈活套餐包，圖1為德國T-Mobile的FUP & DAY PASS套餐。

（3）基 于帶寬的按需提供套餐，圖2為馬來西亞Maxis的BOD套餐、一鍵提速。

圖1 德國T-Mobile的FUP & DAY PASS套餐

圖2 馬來西亞Maxis的BOD套餐（左）、一鍵提速（右）

（4）基于業務優先級的應用保障。如法國電信等移動視頻業務保障、某中東運營商在其移動電視服務中實施網絡保障、愛立信與Akamai公司合作為印尼運營商Telkomsel提供移動云加速器。

國內三大運營商由于LTE技術商用較晚，LTE網絡仍處在現網升級部署、全網覆蓋、初步商用階段，故三大運營商的LTE主流套餐仍沿用3G模式，即流量套餐包、定向流量包、閑時包等。這些都無法阻擋國內三大運營商將“LTE智能管道”列入到產品規劃、市場布局重中之重的行列。國內三大運營商都在借鑒國外經驗，進行相關技術跟蹤，積極研發并著手開展現網試驗。

1.2 LTE智能管道業務實質

綜上可知，LTE智能管道典型業務的實質就是帶寬管控和流量管控，并提供靈活的計費功能。這樣可充分發揮LTE高帶寬、低時延和豐富的QoS配置參數的優勢，增強用戶體驗，提升流量價值。

（1）帶寬管控

帶寬管控分為面向用戶和面向應用2大類。

在面向用戶的帶寬管控中，針對不同的用戶類型（公眾用戶、政企客戶）、用戶等級及用戶簽約套餐，LTE能夠實現不同的帶寬調整和優先級保障。如當移動用戶使用視頻、游戲、下載等高速業務時，當前帶寬不能滿足用戶需要時，用戶可通過運營商提供的加速客戶端或網頁上內嵌的加速按鈕，一鍵提升帶寬。當用戶簽約不同的用戶等級（如金銀銅），LTE能為金銀銅用戶提供不同帶寬或優先接入級別。

在面向應用的帶寬管控中，LTE能夠為各種應用提供不同的優先級保障和帶寬調整。如移動視頻、移動電視高優先級保障、移動云上傳/下載高優先級保障和高帶寬雙重保證。

（2）流量管控

LTE能夠根據用戶、應用、內容、位置、時間、帶寬、計費等，為用戶提供多樣化、多組合的流量包訂購和管控，且流量包的流量大小、帶寬、優先級是可配置的。如累計流量的限速套餐、基于在校學生的校園流量包、基于游戲玩家的游戲流量包、基于位置的區域流量包、基于時段的閑時流量包等。

（3）靈活計費

靈活計費可針對帶寬、流量包、應用、優先級、時段、區域等設置不同價位，滿足用戶資費敏感度、提升流量價值需求。靈活計費通常與帶寬管控、流量管控連動捆綁，將不同帶寬調整和優先級、不同流量包大小、流量包內容、流量優先級等映射為不同計費方式。如階梯流量包帶寬+價格、內容流量包流量+價格、閑時段流量包流量+價格等。

LTE智能管道的業務實現通常不是帶寬管控、流量管控、靈活計費的單維度運營，而是多維度組合的PCC策略管控實現。

2 基于PCC架構的智能管道業務實現

LTE智能管道的帶寬管控、流量管控和靈活計費主要是基于PCC架構，通過PCRF與PCEF的PCC策略交互實現。3種業務多維度組合的PCC策略，從技術實現角度而言，可具體細化為基于用戶、應用、內容、位置、時間、計費等多維度組合的智能管道業務。

PCC（Policy Control and Charging，策略控制和計費）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，可實現2G/3G/LTE的統一策略計費控制，使網絡從啞管道向可管、可控的智能化管道演進發展。

組裝PCC策略的關鍵在于對用戶、應用、內容、位置、時間、計費等進行區分。通過用戶識別能力，區分用戶帶寬、使用時間、流量、優先級、用戶位置信息、接入類型，實現基于用戶、位置、時間、計費等執行不同的PCC策略。通過業務區分能力，區分不同業務類型、業務優先級、帶寬等，實現基于業務、內容、計費等執行不同的PCC策略。通過流量調控能力，控制用戶流量、流量限速等，實現基于用戶累計使用量、計費執行不同的PCC策略。通過靈活的計費控制能力實現帶寬計費、區域計費、內容計費、時段計費等PCC策略。

PCC架構的優勢就是基于上述能力的動態組合及控制，從而實現多維度組合的LTE智能管道業務。

2.1 PCC主要原理及機制

（1）主要功能實體

PCRF：策略控制決策。負責接收AF的業務信息，從HSS/SPR等獲取用戶簽約信息，從PGW等獲取用戶在線動態數據，策略決策PCC策略，向PCEF下發策略。PCRF根據AF、HSS、PCEF提供的信息，通過Gx接口向PCEF下發PCC策略。

PCEF：策略執行者。接收并執行PCRF下發的PCC策略。

TDF：流量檢測模塊。可根據不同應用流和其它服務數據流特征進行檢測，并將檢測信息上報給PCRF，由PCRF給PCEF下發PCC策略。

DPI：報文分析系統。對IP報文中4~7層數據進行分析，通過報文檢測和特征分析，獲取終端、業務信息和網絡狀態，對業務流量進行識別和歸類，為PCRF策略決策提供依據。

（2）主要的PCC策略屬性和QoS參數

PCC策略重點關注如下屬性和QoS參數：

Charging-Rule-Install：下發新的PCC策略。

QoS-Information：QoS參數配置信息。

Flow-Information：業務流信息。

Usage-Monitoring-Information：使用量信息、時長或流量計算。

Event-Trigger：流量、區域、時間等事件通知。

Gate Status：門狀態。

Rating Group：費率組。

Precedence：策略優先級。

QCI：控制承載的優先級別參數。不同QCI的業務流使用不同的承載。

ARP（Allocation and Retention Priority）：承載建立/修改請求的優先級。當資源限制時根據這個參數決定承載建立/修改請求是接受還是拒絕。不同ARP的業務流使用不同的承載。

GBR（Guaranteed Bit Rate）：GBR承載的保證比特率。

MBR（Maximum Bit Rate）：GBR承載的最大比特率。

APN-AMBR（per APN Aggregate Maximum Bit Rate）：HSS中的簽約參數。APN中的所有PDN連接中的所有non-GBR承載的聚合的最大比特率。上行的APN-AMBR處理在UE上執行，下行的APN-AMBR處理在PGW上執行。

2.2 網絡組網圖

圖3是基于PCC架構的LTE智能管道組網圖。由圖3可見，PCRF是策略決策系統，負責提供PCC策略；PCEF是策略執行系統，負責執行PCRF下發的PCC策略。PCEF、TDF、DPI部署在PGW中。

圖3 基于PCC架構的智能管道組網圖

PCRF和PCEF通過Gx接口實現P C C策略交互，主要采用Diameter協議的RAR/RAA消息和CCR/CCA消息。

該方案的好處在于PCC策略交互流程是雙向的。PCRF接收AF/ HSS等系統同步的簽約信息，組合成多維度PCC策略并下發PCEF，這樣減少了PCEF上大量的靜態配置。PCEF也可根據網絡和用戶狀態向PCRF上報信息，PCRF根據上報的信息下發新的PCC策略。

2.3 PCC策略交互流程

（1）用戶在線過程中，PCRF發起PCC策略交互（RAR/RAA消息）

如圖4所示，PCRF通過RAR消息向PCEF下發PCC策略，PCEF向PCRF上報RAA消息，回應PCC策略執行結果。

1）配置1——帶寬調整

PCRF從AF/HSS等獲取不同用戶的簽約信息，針對不同用戶類型、不同位置區域、不同應用、不同接入類型、不同累計使用流量等進行帶寬調整，參數包括AMBR等。配置如下：

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=1024000 //上行帶寬調整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=10240000 //下行帶寬調整

2）配置2——優先級調整

PCRF從AF/HSS等獲取不同用戶、不同應用簽約信息，根據用戶優先級（如金銀銅）或應用優先級（如高中低），配置不同默認承載或建立專有承載，參數包括QCI、ARP、AMBR等，從而實現不同用戶優先級保障。配置如下：

圖4 用戶在線過程中，PCRF發起PCC策略交互（RAR/RAA消息）

◆針對不同用戶類型，如金銀銅用戶，分別下發不同的帶寬、ARP等，配置如下：QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=1024000 //上行帶寬調整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=10240000 //下行帶寬調整

Allocation-Retention-Priority //ARP，優先級調整

Priority-Level=1

Pre-emption-Capability=EMPTION_ CAPABILITY_DISABLED

Pre-emption-Vulnerability=PRE_ EMPTION_VULNERABILITY_ENABLED

◆針對不同應用，如高優先級業務、低優先級業務，建立專用承載，配置如下：

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定應用下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定應用上行流

Flow-Status=ENABLED //流狀態門控，上下行流都通過

QoS-Information

QoS-Class-Identifier=QCI_2 //專有承載，優先級保障

Max-Requestd-Bandwidth-UL=20480000 //上行帶寬調整

Max-Requestd-Bandwidth-DL=20480000 //下行帶寬調整

Allocation-Retention-Priority //ARP，優先級保障

Priority-Level=1

Pre-emption-Capability=EMPTION_ CAPABILITY_DISABLED Pre-emption-Vulnerability=PRE_ EMPTION_VULNERABILITY_ENABLED

Precedence=1 //策略優先級

（2）用戶在線過程中，PCEF發起PCC策略交互（CCR/CCA消息）

如圖5所示，PCEF動態獲取用戶在線數據，根據網絡狀況、用戶實時變化的流量、位置、接入類型、時段等，適時向PCRF上報信息，主動請求新的PCC策略。PCRF接收上報信息后，下發新的PCC策略。

圖5 用戶在線過程中，PCEF發起PCC策略交互（CCR/CCA消息）

1）配置1——流量管控和帶寬調整

PCRF從AF/HSS等獲取用戶訂購的流量信息，針對不同用戶累計使用量達量后的帶寬調整。例如套餐使用量2G、1G未達量時，允許用戶高帶寬20M；達量2G后，限制用戶帶寬為512k，從而限制用戶使用數據業務。配置如下：

◆PCRF向PCEF下發用戶2G使用量的監控報文請求以及未達量前的PCC策略：

Usage-Monitoring-Information

Granted-Service-Unit //下發使用量，任意上行流量、下行流量或上下行流量總和達到1G時，上報使用量信息

CC-Input-Octets=2048000000

CC-Output-Octets=2048000000

CC-Total-Octets=2048000000

Event-Trigger=USAGE_REPORT //PCRF要求PCEF在流量門限或周期到達時，觸發上報到PCRF

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=20480000 //上行帶寬調整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=20480000 //下行帶寬調整

◆達量后，PCEF向PCRF上報用戶使用量：

Usage-Monitoring-Information

Granted-Service-Unit

CC-Input-Octets =37302400

CC-Output-Octets =1736440000

CC-Total-Octets =2109464000 //上下行總流量達量

Event-Trigger=USAGE_ REPORT //達量，PCEF上報PCRF

◆PCRF收到達量信息后，下發新PCC策略：

QoS-Information

APN-Aggregate-Max-Bitrate-UL=512000 //上行帶寬調整

APN-Aggregate-Max-Bitrate-DL=512000 //下行帶寬調整

2）配置2——靈活計費

PCRF從AF/HSS等獲取用戶、應用簽約信息，針對不同應用、不同區域、不同時段進行靈活計費。配置如下：

◆針對不同應用流計費：

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定業務下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定業務上行流

Flow-Status=ENABLED //流狀態門控，上下行流都通過

……

Rating-Group=1 //費率標識，根據費率標識計費

Online=DISABLE_ONLINE //非在線計費

Offline=ENABLE_ONLINE //在線計費

◆針對不同區域計費：

a. PCRF向PCEF定制位置變更通知事件

Event-Trigger=USER_LOCATION_CHANGE //超時，PCEF上報

b. PCEF在位置變更后上報，請求新PCC策略

Event-Trigger=USER_LOCATION_CHANGE //位置變更

Tracking Area Identity

Tracking Area Code=16495 //新位置區域

c. PCRF接收位置變更事件報告后，下發新PCC策略，包含新的計費信息，Rating-Group=2

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223334

……

Rating-Group=3 //新費率標識，根據新費率標識計費

Online=DISABLE_ONLINE //非在線計費Offline=ENABLE_ONLINE //在線計費◆針對不同時段計費：

a. PCRF向PCEF定制超時事件

Event-Trigger=REVALIDATION_TIMEOUT //超時，PCEF上報

REVALIDATION_TIME=Sep 18,2014 23:00:00.000000000 UTC

b. PCEF在超時后上報，請求新PCC策略

Event-Trigger=REVALIDATION_TIMEOUT

c. PCRF接收超時事件報告后，下發新PCC策略，包含新的計費信息Rating-Group=2

Charging-Rule-Install

Charging-Rule-Name=111122223333

Flow-Information=permit in ip from any to 183.56.128.0 //特定業務下行流

Flow-Information=permit out ip from 183.56.128.0 to any //特定業務上行流

Flow-Status=ENABLED //流狀態門控，上下行流都通過

……

Rating-Group=2 //新費率標識，新時段，根據新費率標識計費

Online=DISABLE_ONLINE //非在線計費Offline=ENABLE_ONLINE //在線計費

3 結束語

隨著PCC網絡架構的現網部署，LTE智能管道正處于發展的有利時機，國內外運營商都在如火如荼地對其進行研究和部署。但不可否認，LTE智能管道真正意義上的靈活實施仍將面臨網絡側改造、IT側改造的難點。特別是PCRF作為一個網元設備，無法具備軟件平臺的靈活便捷特性以及空口資源是共享而非獨享等問題，這些都是LTE智能管道前進路上亟待解決的難題。

參考文獻：

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[9] 曾宇輝. 下一代無線通信系統資源管理及QoS增強研究[D]. 武漢: 華中科技大學, 2011.★

陳淑珍：碩士畢業于華南理工大學，現任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為智能管道中寬帶網絡承載控制系統等。

王磊： 碩士畢業于中山大學，現任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為寬帶差異化服務、智能型終端研究等。

楊敏維：高級工程師，碩士畢業于湖南大學，現任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為智能管道寬帶差異化服務、智能管道中寬帶網絡承載控制系統研究等。

常海防：PMP，高級工程師，北京大學經濟學碩士、北京郵電大學計算機碩士，現任職于中國移動通信集團設計院網絡所，主要研究方向為IT系統、云計算、大數據、IP網絡、項目管理、戰略管理、人民幣國際化。

皮天一：高級工程師，現任職于中國移動通信集團公司計劃建設部，主要從事投資計劃管理、IT系統規劃建設等工作。

張杰：高級工程師，碩士畢業于鄭州大學，現任職于中國移動通信集團河南有限公司工程建設中心，主要從事IT系統應用及規劃建設工作。

Analysis and Implementation of LTE Smart-Pipe Business Based on PCC Architecture

CHEN Shu-zhen, WANG Lei, YANG Min-wei
(Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

According to implementation of LTE smart-pipe business, status and essence of LTE smart-pipe business at home and abroad were analyzed. Implementation fl ow and confi guration of smart-pipe business based on PCC architecture were described in detail. Finally, several sticky problems were pointed out.

LTE smart-pipe bandwidth control policy control fl exible charging

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.018

TN929.53

A

1006-1010(2015)10-0089-07

陳淑珍,王磊,楊敏維. 基于PCC架構的LTE智能管道業務分析及實現[J]. 移動通信, 2015,39(10): 89-95.

2015-02-09

責任編輯：劉妙 liumiao@mbcom.cn