基于業務能力開放的智能管道實現方式研究

何東晨

【摘要】? ? 隨著移動互聯網應用的快速發展，移動互聯網流量也迅猛增長，廣泛的OTT內容與應用存在低時延、高帶寬的定制訴求。進入后4G時代，運營商能否運用網絡差異化能力提升需求用戶的使用體驗，并從流量紅利窗口轉入網絡切片運營窗口的意義重大。通過重點研究基于業務能力開放的智能管道實現方式，并采用實驗分析證明其優勢及有效性，為運營商后續在5G時代探索如何將傳統網絡從啞管道向可管、可控的智能化管道演進提供了方向。

【關鍵字】? ? 能力開放? ? 智能管道? ? 差異化服務

引言：

近年來，隨著短視頻業務的興起帶來移動互聯網流量快速增長。根據工信部2020年底公布數據顯示，2020年1-11月，移動互聯網累計流量達1495億GB，同比增長35.1%。其中，通過手機上網的流量1417億GB，同比增長28.6%，占移動互聯網總流量的94.8%。11月當月戶均DOU（移動互聯網接入流量）達到11.65GB/戶·月，比上年12月和全年平均值分別高3.06GB/戶·月和1.24GB/戶·月[1]。流量的高速增長同時也引發了一些新的問題需要關注，用戶在使用移動業務上網的場景變多、變復雜了，例如在演唱會現場、高鐵站、高校、景區等人流密集場景時，會頻繁出現網絡擁塞的情況，這將嚴重影響用戶感知[2-3]。

為了解決流量分布不均導致網絡擁塞的問題，可以利用基于PCC（Policy Control and Charging， 策略控制和計費）架構的智能管道完成網絡資源的管控，實現差異化的服務[4-5]。本文通過研究當前智能管道業務主要的實現方式，分析其中的優劣勢，重點針對業務能力開放的智能管道實現方式進行探索研究，并給出合理化建議，對后續運營商采用此方式提升用戶感知提供了參考。

一、目前智能管道業務主要實現方式

1.1 特定用戶人群加速

如圖1所示，通過在網絡中進行相關的配置可以為特定用戶提供優于普通用戶的網絡調度服務。在核心網MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）上配置所需要進行加速人群的IMSI（International Mobile Subscriber Identity，國際移動用戶識別碼），并在核心網側及基站側部署SP ID功能，當用戶注冊網絡后核心網將會通過IMSI識別出該用戶，并為該用戶打上SP ID標簽送給基站側，此時基站側接收后將會為該用戶優先調度無線資源。核心網側可以通過PCC進行策略簽約，將該用戶的默認承載的QCI（QoS Class Identifier，業務質量等級標識）進行提升，從而提升用戶感知。通過實驗測試，此方式在擁塞場景下加速用戶業務時延較普通用戶減少19.68%，非擁塞場景減少15.2%。但此類方式為靜態配置，不夠靈活，用戶無法按需進行業務加速功能的開啟。

1.2 特定業務加速

通過大數據平臺識別出所需要加速業務的目的IP地址，整理得到訪問該業務時目的IP地址集合。在PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略和計費規則功能）進行策略配置，當用戶開通加速服務后訪問加速業務的目的IP地址時，將為用戶建立QCI等級較高的專用承載實現業務通信。選取某款游戲進行實驗測試，結果如圖2所示。此方式在擁塞場景下加速用戶相對于普通用戶游戲內時延減少24%，非擁塞場景減少9.15%。加速效果相對是明顯的，但實驗中發現該方式的加速成功率與大數據分析出來的目的IP地址集合準確率相關，另外當用戶同時產生較多業務流時會導致建立多條專用承載，當數量達到單個用戶上限時可能會影響用戶語音業務感知。

二、基于業務能力開放的智能管道

前面提到的兩種方式均可以在一定程度上實現對用戶感知的提升，但各有缺點，于是出現了基于業務能力開放的智能管道實現方式，此方式可以靈活實現加速業務的簽約，實現個人用戶按需激活加速能力，并精準識別被加速業務[6]。

2.1 實現方式

基于能力開放平臺實現的智能管道架構如圖3所示，該架構可以應用于2C（個人）/2B（商戶）兩種場景。對于2C場景，用戶在LTE網絡下通過手機安裝具備加速功能的APP，主動向4G網絡請求對特定業務發起加速，經過能力開放平臺路由尋址、業務識別，發送業務加速請求至核心網進行PCC策略實施和執行，實現對特定業務的感知提升。

對于2B場景，OTT廠商愿意為自己的核心用戶提供加速權益服務時，可以與運營商達成合作協議，在這些用戶使用應用時，商戶的應用服務器可以為這些用戶向能力開發平臺發起加速請求，能力開放平臺同樣會處理該類請求，為用戶執行加速策略。

為了能夠實現加速業務的訂閱，能力開放平臺中有一個能力網元接入模塊，主要負責業務認證與鑒權，協議適配、API接口標準化，在搭建能力開放平臺之初需要在平臺中配置全網公私網IP與PGW地址映射表，并在PCRF中配置全局靜態QoS業務策略。基于能力開放平臺的智能管道加速業務訂閱流程如圖4所示。用戶通過使用可加速應用時，通過頁面請求等方式手動發起加速請求，OTT商戶在收到加速請求后，調用通信能力開放平臺加速接口為用戶發起加速請求，此方式用戶的加速請求將會百分之百命中。能力開放平臺解析加速請求中公私網IP，根據映射配置表，判斷歸屬PGW地址，再到PGW查詢終端歸屬的PCRF主機名，最終由PCRF執行Rx會話與Gx會話綁定，完成策略實施和部署。

當前各運營商均已商用5G網絡，5G網絡具備大帶寬、低時延、多連接的技術特點，并擁有切片、邊緣計算等能力，如何將這些能力結合起來形成差異化服務顯得尤為重要。在后4G時代需要加快探索5G時代智能管道的能力模型和架構，基于能力開放平臺的智能管道在5G時代依然能夠發揮作用。5G網絡下基于能力開放平臺的智能管道架構如圖5所示。

5G網絡通過架構和功能重構，實現軟件定義的網絡功能和網絡連接，4G網絡中的“網元”重構為5G網絡中的“網絡功能”。5G的網絡架構是基于服務的，因此網絡功能模塊的各類功能可以在服務化架構下的接口中進行調用，其中NEF （Network Exposure Function，網絡能力開放功能）就是將網絡能力開放給第三方，這與能力開放平臺的功能相統一。所以如果在4G網絡中采取基于能力開放平臺實現智能管道提供加速能力，那么后續在5G時代可以通過平滑的功能升級繼續實現智能管道業務，并支持更加豐富的網絡能力開放。

2.2實驗效果及分析

為了驗證基于業務能力開放的智能管道的差異化服務效果，本文選取了機場、高鐵站這兩類人流密集地區作為實驗場景，每類場景選取了文字網頁、多圖網頁、小視頻、長視頻等多個維度進行對比實驗，得到的實驗結果如表1。

實驗分別從網頁的下載速率和打開速率，視頻的打開速率和卡頓時長占比進行比對分析。在機場場景下，網頁下載速率平均提升28.07%，網頁打開速率平均提升21.23%，視頻打開速率平均提升19.06%，卡頓時長占比平均降低22.09%。在高鐵站場景下，網頁下載速率平均提升39.50%，網頁打開速率平均提升27.12%;視頻打開速率平均提升21.98%，卡頓時長占比平均降低12.69%。

從對比實驗結果中可以看出基于業務能力開放的智能管道對用戶的差異化服務效果明顯。相比文本前面介紹的兩類方法，基于業務能力開放的智能管道能夠同時實現針對特定人群、特定業務等多種場景的差異化服務。此外，它有著更為靈活的策略簽約部署模式，以及更加精準的策略命中率。不過此類平臺的搭建前期需要額外投入建設成本，運營商可以根據本省用戶業務量的實際情況進行評估，但從長遠的角度出發，智能管道是一個未來發展的重要方向，盡早的進行部署還是十分必要的。

三、結束語

本文針對運營商實現智能管道的方式進行研究，重點對基于業務能力開放實現的智能管道業務進行了探索和分析，并采用對比實驗證明了基于業務能力開放實現智能管道的正確性及可行性，為后續運營商網絡能力開放，提升用戶感知給出了合理化建議，使傳統網絡從啞管道向可管、可控的智能化管道演進。

參? 考? 文? 獻

[1] 工信部.2020年1-11月通信業經濟運行情況[R].2020.

[2] 李瀟.基于PCC智能管道的QoS差異化管控策略研究[J].通訊世界， 2020，27（06）

[3] 周迅，錢太寶.基于PCC智能管道的無線QoS質量保障技術研究[J]. 江蘇通信. 2016，32（06）

[4] 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）

[5]張美璟，王應明，李靈慧.基于PCC架構的數據業務管控策略研究[J].福州大學學報， 2014（2）： 231-241.

[6] 武麗英. 基于AAC的PCC-QoS能力開放架構設計[J]. 數字技術與應用. 2017，（08）