PCC系統(tǒng)構筑智能移動寬帶

歐中焱（中國聯(lián)通福建分公司，福建 福州 350002）

1 PCC技術背景

移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)被認為是即將改變通信業(yè)的三大技術，其中尤以移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展最快。隨著 3G、高速分組接入（HSPA）、長期演進（LTE）網(wǎng)絡新技術的部署，無線網(wǎng)絡帶寬得到了大幅度提高，iPhone、iPad 等智能終 端 越 來 越 普 及 ，App Store、Wo Store等應用商店應用的不斷豐富，微博、網(wǎng)絡社區(qū)、網(wǎng)絡購物、網(wǎng)絡支付等社會化媒體和消費手段向移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷滲透，即時通訊（IM）、在線點播、P2P下載、網(wǎng)絡游戲等網(wǎng)絡應用的使用日趨頻繁，讓越來越多的消費者使用移動互聯(lián)網(wǎng)的熱情空前高漲，也讓運營商的移動數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式的增長，但運營商的收益增幅卻遠遠小于數(shù)據(jù)流量的增幅，運營商在移動互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展的新時期，有淪落為“管道工”的潛在危險。為此需要思考如下問題。

a）如何通過提供差異化服務或差異化網(wǎng)絡策略，來保障或提高VIP客戶的體驗？

b）在資費和業(yè)務對等的條件下，如何保障用戶公平使用網(wǎng)絡資源？

c）在網(wǎng)絡資源有限的情況下（比如忙時），如何保障高收入業(yè)務（流媒體等）的高帶寬，限制低收入業(yè)務（P2P下載）的帶寬？

d）如何優(yōu)化現(xiàn)有網(wǎng)絡，避免IM業(yè)務長時間占用無線信道？

e）如何通過資費策略調(diào)整，在鼓勵用戶使用各種數(shù)據(jù)業(yè)務的同時，避免擠占重要業(yè)務的網(wǎng)絡資源？

基于3GPP協(xié)議的策略與計費控制（PCC）系統(tǒng)架構為運營商解決上述問題提供了很好的解決方案，可以有效地對用戶或者業(yè)務進行策略部署，通過靜態(tài)或動態(tài)的計費和控制策略對運營商的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行精細化的管控，調(diào)節(jié)有限的帶寬資源來保障重要客戶和重要業(yè)務的使用，同時可以配合運營商的資費策略鼓勵用戶在網(wǎng)絡閑時使用移動數(shù)據(jù)業(yè)務，從而提高網(wǎng)絡資源的使用效率，增加運營商收益，達到對分組業(yè)務進行合理調(diào)控的目的。運營商可以結(jié)合自己網(wǎng)絡的特點以及用戶的行為分析，通過建設PCC系統(tǒng)構筑智能移動寬帶，從根本上把握移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的控制權，提高網(wǎng)絡運營的收益，逐步實現(xiàn)從設備運營商到綜合網(wǎng)絡服務商的角色轉(zhuǎn)換，掌握移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主動權。

2 PCC架構和原理

3GPP標準組織把策略控制功能（PDF）和流計費功能（FBC）進行合并后，在R7中引入了PCC架構，主要用于實現(xiàn)分組網(wǎng)絡業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩说蕉说腝oS策略控制、基于流的計費控制，它將業(yè)務應用層的QoS要求映射為業(yè)務承載層的QoS要求來保障數(shù)據(jù)傳輸，其宗旨是實現(xiàn)網(wǎng)絡的精細化管控，為用戶提供差異化服務。R8在R7的基礎上增強了對LTE/CDMA/WLAN等多種接入類型、漫游、策略與計費規(guī)則功能（PCRF）尋址增強等功能點。R9主要進行功能完善。R10提出了“Policy Plane”的概念，并開展深層封包檢測（DPI）業(yè)務檢測上報、SPR標準化、基于業(yè)務選網(wǎng)等增強功能研究。

2.1 PCC架構

3GPP定義的PCC架構如圖1所示。

圖1 PCC基本架構

PCC架構中的主要功能體包括：PCRF、策略與計費執(zhí)行功能（PCEF）、簽約信息儲存（SPR）、應用功能（AF）、在線計費系統(tǒng)/離線計費系統(tǒng)（OCS/OFCS）等。

PCRF是PCC架構中的“大腦”，主要負責根據(jù)業(yè)務特性與相關用戶屬性制定并動態(tài)下發(fā)控制與計費策略給PCEF。

PCEF一般位于網(wǎng)關，可以和GPRS中的GGSN合設，主要進行業(yè)務數(shù)據(jù)流的檢測，從PCRF獲取并執(zhí)行基于業(yè)務的控制與基于流的計費策略。

SPR管理和存儲所有PCRF所需的簽約用戶或簽約相關的信息，為PCRF制定相關策略提供簽約信息?？梢耘c網(wǎng)絡中其他數(shù)據(jù)庫分開設置或合設。

AF是提供應用服務的功能體，與PCRF通信以傳輸動態(tài)會話信息，PCRF根據(jù)會話信息進行PCC決策制定。

OCS/OFCS配合PCC系統(tǒng)進行在線或離線計費。

2.2 PCC架構和分組域系統(tǒng)的連接

PCC架構和分組域系統(tǒng)的連接示意圖如圖2所示。

圖2 PCC架構和分組域系統(tǒng)連接示意

GGSN（DPI+PCEF）：對業(yè)務進行解析識別，并上報業(yè)務特性給PCRF；從PCRF獲取并執(zhí)行基于業(yè)務流的控制與計費策略。

PCRF：根據(jù)業(yè)務特性與相關用戶屬性制定并動態(tài)下發(fā)業(yè)務的控制與計費策略給GGSN。

SPR：存儲管理用戶業(yè)務簽約數(shù)據(jù)。

UBAS：完成數(shù)據(jù)采集、過濾、匯總、歸類，進行各種數(shù)據(jù)分析。

3 福建聯(lián)通PCC業(yè)務應用場景

隨著中國聯(lián)通3G網(wǎng)絡的部署，用戶的接入帶寬得到了大幅度提升，隨之而來智能終端大量涌現(xiàn)，以及在此基礎上各種新的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務蓬勃發(fā)展，這些都對移動分組網(wǎng)絡運營帶來了巨大的挑戰(zhàn)。由于不同互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的比特價值的差別，如何區(qū)分業(yè)務并對業(yè)務或用戶帶寬進行實時控制，對于運營商如何合理應用網(wǎng)絡資源，避免成為管道工，降低CAPEX，進而實現(xiàn)帶寬收益最大化，這些問題顯得越來越重要且急迫。結(jié)合福建省的實際情況，部署PCC架構之后，能實現(xiàn)以下場景的應用。

3.1 金銀銅用戶分級

如何提供差異化的用戶分級服務，保障VIP客戶的網(wǎng)絡體驗，成為運營商關注的焦點和提高盈利能力的關鍵。分組核心網(wǎng)通過和PCC系統(tǒng)的交互，將獲取的用戶優(yōu)先級信息（QoS等）傳遞給無線RNC，無線系統(tǒng)基于用戶優(yōu)先級實現(xiàn)區(qū)分用戶的資源調(diào)度，高等級的用戶可優(yōu)先獲得無線網(wǎng)絡資源。

在該場景中，可將用戶劃分為金、銀、銅等多個等級，不同等級對應不同的業(yè)務控制策略。

a）用戶等級的簽約管理：每個用戶對應的等級和策略由PCRF/SPR（PCRF和SPR可合設）或者HLR管理，不同用戶可以簽約不同的等級。

b）用戶等級控制的執(zhí)行：區(qū)分用戶的策略控制需要 GGSN（PCEF）和無線（RNC）一起配合。PCEF 需要將從PCRF/SPR獲取的用戶優(yōu)先級等策略信息轉(zhuǎn)發(fā)至無線RNC，無線系統(tǒng)根據(jù)用戶的優(yōu)先級進行相應網(wǎng)絡資源的調(diào)度。

3.2 P2P等業(yè)務管控

P2P業(yè)務已經(jīng)開始從固定寬帶網(wǎng)向移動寬帶網(wǎng)滲透，隨著可以作為MODEM使用的手機越來越多，及上網(wǎng)卡的大量普及，P2P業(yè)務的使用也更加頻繁，而P2P驟增的流量擠占了運營商自營業(yè)務和高價值業(yè)務的網(wǎng)絡資源，給運營商的網(wǎng)絡帶來了很大的擴容壓力。

為了解決該問題，需要網(wǎng)絡能夠識別用戶所使用的業(yè)務，對不同的業(yè)務執(zhí)行不同的控制策略，為高價值業(yè)務優(yōu)先保障網(wǎng)絡資源，限制P2P等低值業(yè)務對網(wǎng)絡資源的占用。

在差異化業(yè)務管控方案中，不同的業(yè)務對應不同的帶寬等策略。

a）用戶業(yè)務的識別：GGSN （PCEF）集成DPI功能，實現(xiàn)對業(yè)務的檢測和控制。

b）用戶業(yè)務策略的簽約管理：每個用戶業(yè)務的控制策略可由PCRF/SPR管理，不同用戶可以簽約各自的業(yè)務控制策略。

c）用戶業(yè)務控制的執(zhí)行：PCEF依據(jù)PCRF/SPR下發(fā)的業(yè)務策略，區(qū)分業(yè)務進行控制。例如：限制P2P業(yè)務的帶寬，而不影響Web瀏覽。

3.3 忙區(qū)閑區(qū)管控

在城市里不同區(qū)域無線系統(tǒng)的業(yè)務忙閑程度不同，比如CBD和住宅區(qū)，有明顯的潮汐效應，為了實現(xiàn)精細的網(wǎng)絡管理，需要根據(jù)不同的位置執(zhí)行不同的控制策略。

a）在忙區(qū)，為了保障大眾用戶獲得較快的Web瀏覽業(yè)務，需要對部分占用過多帶寬的低價值業(yè)務進行嚴格限制。

b）在閑區(qū)，為了給用戶提供較好的業(yè)務體驗，需要放寬對用戶業(yè)務的控制策略。

c）在PCRF/SPR系統(tǒng)中，配置忙區(qū)信息（小區(qū)、業(yè)務區(qū)、路由區(qū)等），以及用戶在忙區(qū)的控制策略（例如：P2P帶寬）。

d）GGSN（PCEF）在用戶接入或位置發(fā)生改變時向PCRF/SPR上報更新的位置信息 （需要無線系統(tǒng)配合實現(xiàn)）。PCRF/SPR依據(jù)用戶的位置信息進行策略決策和下發(fā)，由PCEF執(zhí)行相應的策略。

3.4 忙時閑時管控

不同時段無線系統(tǒng)的業(yè)務忙閑程度不同，為了實現(xiàn)精細的網(wǎng)絡管控，需要在不同時段執(zhí)行不同的控制策略：

a）在忙時，為了保障大眾用戶獲得較快的Web瀏覽業(yè)務，需要對部分占用過多帶寬的低價值業(yè)務（P2P等）進行嚴格限制。

b）在閑時，為了給用戶提供較好的業(yè)務體驗，需要放寬對用戶業(yè)務的控制策略，例如不限制P2P業(yè)務的帶寬。

可以設置1個或多個忙閑時段，在不同的時段執(zhí)行不同的控制策略，實現(xiàn)方式如下。

a）在PCRF/SPR系統(tǒng)中，配置忙閑時段，以及各個時段對應的控制策略（例如：P2P帶寬）。

b）PCRF/SPR依據(jù)忙閑時段信息進行策略決策和下發(fā)，由PCEF執(zhí)行相應的策略。

可在PCRF/SPR中每天設置多個忙閑時段，達到更好的控制效果。例如：

a）忙時一：09:00~16:00，限制P2P業(yè)務的帶寬。

b）忙時二：19:00~23:00，限制P2P業(yè)務的帶寬。

c）其他時間：不限制P2P業(yè)務的帶寬。

3.5 FUP管控

合理使用策略（FUP）為解決用戶長時間占用無線資源和大量帶寬的問題提供了很好的思路。

a）當用戶在一定時間（比如一天或一月）使用的流量小于額定的門限時，用戶將獲得較高的服務等級和帶寬。

b）當用戶在一定時間（比如一天或一月）使用的流量大于額定的門限時，將降低該用戶的服務等級和帶寬，從而達到控制用戶用量的目的。

部署該策略時，考慮到用戶可能不知曉自己當前的用量，在月初幾天的用量就已達到額定的門限，導致用戶在之后大部分時間的帶寬較低，可能會進行投訴。因此可以對該策略進行改進，依據(jù)用戶/業(yè)務的當月及當天的總用量進行控制。當用戶在當天使用的用量過多時，系統(tǒng)臨時降低用戶的等級和帶寬，第二天恢復至正常狀態(tài)，并重新累計當天用量。該方式可延緩用戶觸發(fā)月用量門限導致帶寬下降的情況，從而盡量保證用戶在整個月內(nèi)享有較高的服務質(zhì)量，同時又達到了控制用戶使用流量過大的目的。

該方案的應用案例如圖3所示。

圖3 FUP方式示意圖

3.6 校園網(wǎng)業(yè)務管控

對學生用戶開展的校園網(wǎng)套餐，當終端在校園內(nèi)使用業(yè)務時采用較低的費率，當用戶移動至校園外的小區(qū)時則采用其他費率進行業(yè)務收費，同時可能還需對部分業(yè)務進行限制。由于用戶在使用業(yè)務過程中往往不能獲知自己當前的位置和收費情況，為了提高用戶的認知度，當費率改變時應當及時向用戶進行友好提示。

該策略屬于基于位置的管控策略，并且支持用戶提示機制。其中提示機制可采用短信通知，也可采用HTTP Portal重定向。因為使用數(shù)據(jù)卡上網(wǎng)時用戶可能不方便接收短信，因此可采用HTTP Portal重定向方式向用戶進行提醒。該方案如圖4所示。

該策略方案中，由PCRF/SPR管理用戶在不同位置的控制策略，包括HTTP重定向策略。

圖4 校園網(wǎng)業(yè)務管控

當用戶在校園網(wǎng)內(nèi)接入時可正常使用業(yè)務，當用戶離開校園網(wǎng)時，PCRF/SPR將通知PCEF執(zhí)行HTTP重定向，將用戶的上網(wǎng)請求重定向至提示Portal頁面中，向用戶友好提示。

該管控策略需要無線系統(tǒng)上報用戶的位置信息。并且當用戶位置改變時，需要無線系統(tǒng)向核心網(wǎng)更新用戶的位置信息。

3.7 靈活定制的用量短信提醒

為了給用戶提供貼心友好的提醒服務，當用戶用量達到或即將達到設定的流量額度門限時，向用戶發(fā)送短信提示當前的用量信息以提高用戶的認知度。

該方式需要PCRF與短信系統(tǒng)相連，當系統(tǒng)檢測到用戶的用量達到設定的額度時，向用戶發(fā)送短信進行提示。該方案如圖5所示。

圖5 流量使用短信提醒

3.8 基于DPI的內(nèi)容計費

精細化的業(yè)務管控離不開區(qū)分內(nèi)容的計費功能。GGSN（PCEF）內(nèi)置的DPI需對L3~L7協(xié)議進行檢測以識別不同的業(yè)務，PCEF將檢測到的業(yè)務信息上報給PCRF，由PCRF根據(jù)SPR中的業(yè)務簽約信息采取對應的計費策略。該方案實現(xiàn)如下。

a）在線計費：GGSN （PCEF）通過Gy接口連接OCS系統(tǒng)，由OCS實時扣費，PCEF依據(jù)OCS授權的配額信息實時控制每個業(yè)務消耗的用量。

b） 離線計費：GGSN（PCEF）連接 CG 系統(tǒng)，將用戶的內(nèi)容計費話單保存在CG系統(tǒng)中，供運營商計費系統(tǒng)采集計費話單。

當用戶余額不足時，GGSN（PCEF）依據(jù)OCS/PCRF的重定向指示信息，可禁止用戶繼續(xù)使用業(yè)務，并將用戶重定向至運營商的自助服務Portal頁面中。待用戶充值完成后，用戶方可繼續(xù)使用業(yè)務。

4 福建聯(lián)通PCC構建架構

福建聯(lián)通分組網(wǎng)絡的PCC客戶分級管理系統(tǒng)，擬分階段進行部署。

a）階段一：初期以基于DPI+PCC的控制方案為主，由UBAS（各廠家名稱不一，實現(xiàn)用戶行為分析、業(yè)務分析功能）提供用戶行為和網(wǎng)絡質(zhì)量的分析，開展差異化控制業(yè)務。例如：忙閑時控制、P2P限速、FUP方案等。

b）階段二：結(jié)合終端、無線網(wǎng)設備情況，提供完善的端到端QoS保障，提供基于DPI、AF觸發(fā)的QoS承載建立。

考慮到福建聯(lián)通網(wǎng)絡當前的支持能力，減少對現(xiàn)網(wǎng)的改造，選擇首先進行階段一的建設。暫不采用基于精確位置的管控方案，例如：忙區(qū)閑區(qū)管控、校園網(wǎng)管控等。

4.1 系統(tǒng)建設前的準備

福建聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)有福州GPRS系統(tǒng)和廈門GPRS系統(tǒng)，本項目計劃對新建的廈門分組域系統(tǒng)實施PCC的客戶分級管理。廈門分組核心網(wǎng)有2套SGSN和2套GGSN設備，OCS系統(tǒng)設置在福州。為了實現(xiàn)PCC應用，需要新增PCRF、SPR系統(tǒng)，PCRF和SPR可以合設；為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡、業(yè)務的統(tǒng)計分析，需部署UBAS系統(tǒng)。

當需要開展用戶級的差異化管控時（例如：金銀銅分級方案），RNC配置用戶QoS對應的無線調(diào)度機制。升級GGSN系統(tǒng)，提供基于DPI的PCC等功能。升級營賬BOSS，實現(xiàn)用戶在SPR系統(tǒng)中的開戶管理。

GGSN與新建的PCRF/SPR、UBAS之間的對接采用局域網(wǎng)連接方式，各設備統(tǒng)一連接至1對核心交換機，以實現(xiàn)相互通信。PCRF/SPR與營賬BOSS進行對接，實現(xiàn)BOSS對用戶的開戶管理。PCRF/SPR與廈門短信中心對接，實現(xiàn)用戶的友好短信提示。

4.2 組網(wǎng)方案

GGSN、PCRF/SPR、UBAS等網(wǎng)元均接入至1對核心交換機（思科7609交換機），以實現(xiàn)IP互通，PCRF/SPR與廈門短信中心的對接通過局間中繼的方式對接，SPR與BOSS的IP互通通過福建DCN網(wǎng)絡承載，SPR只需接入至同局址的DCN接入交換機即可。組網(wǎng)圖如圖6所示。

4.3 策略制定

福建聯(lián)通根據(jù)自身的網(wǎng)絡情況和國內(nèi)運營商PCC的商用情況，前期僅對廈門分組系統(tǒng)進行PCC建設，對用戶和業(yè)務的管控策略主要采用用戶分級策略、P2P等業(yè)務的管控策略、忙閑時的管控策略、FUP、用戶友好短信提醒策略。而基于精確位置的管控策略在條件成熟時可適時引入。

圖6 福建聯(lián)通PCC組網(wǎng)圖

4.3.1金銀銅用戶分級策略

不同級別用戶針對不同APN在SPR簽約不同的QoS：在SPR上配置用戶的開戶簽約數(shù)據(jù)，同時對多個APN簽約不同的QoS參數(shù) （Traffic Class、MBR、GBR、ARP等），例如對UNINET、UNIWAP分別簽約不同的QoS、在RNC上設置QoS參數(shù)對應的調(diào)度機制。

4.3.2 P2P等業(yè)務管控策略

將用戶等級配置為金牌、銀牌、銅牌三級用戶，對應的QoS策略分別為不限制QoS、限制QoS、禁止接入。定義不同級別的用戶可使用不同的業(yè)務及帶寬：例如，金牌用戶使用FTP業(yè)務不限制帶寬；銀牌用戶使用FTP業(yè)務限制帶寬；銅牌用戶使用FTP業(yè)務被禁止；金牌用戶使用BT業(yè)務不限制帶寬；銀牌用戶使用BT業(yè)務限制帶寬；銅牌用戶使用BT業(yè)務被禁止。

4.3.3忙時閑時管控策略

配置時段，23:00～07:00為優(yōu)惠時段 （可根據(jù)情況適當調(diào)整），07:00～23:00為正常時段。配置策略，對于HTTP業(yè)務，優(yōu)惠時段最高比特率（MBR）為2 Mbit/s，正常時段MBR為1 Mbit/s。優(yōu)惠時段到達之后，PCRF主動PUSH決策：用戶在07:00～23:00進行HTTP業(yè)務，PCRF下發(fā) HTTP業(yè)務的決策：MBR 2 Mbit/s；當PCRF檢測到時間過了07：00之后，主動通過RAR消息下發(fā)HTTP業(yè)務的決策：MBR 1 Mbit/s。

4.3.4 FUP管控

a）根據(jù)流量門限進行QoS帶寬控制：配置用戶FTP業(yè)務的簽約流量為100 M，超過流量則對該用戶帶寬控制為128 kbit/s，不作其他類型帶寬控制。

b）根據(jù)時長門限進行QoS帶寬控制：配置用戶BT業(yè)務的簽約時長為360 s，超過時長則對該用戶帶寬控制為128 kbit/s，不作其他類型帶寬控制。

c）根據(jù)定期上報進行QoS帶寬控制：配置用戶FTP業(yè)務上報方式為定期上報 （上報周期為60 s），配置該業(yè)務流量閾值為100 M，時長閾值為180 s，超過閾值則將用戶帶寬限制為16 kbit/s。

4.3.5靈活定制的用量短信提醒

a）根據(jù)DataUsage流量控制進行重定向：配置用戶HTTP業(yè)務的簽約流量為10 M，超過流量則對該用戶重定向到URL1。

b）根據(jù)DataUsage流量控制進行短信通知：配置用戶HTTP業(yè)務的簽約流量為10 M，并接收短信通知，超過流量則對該用戶進行短信通知，配置用戶用量達到100%時進行短信通知。

5 總結(jié)

目前，該系統(tǒng)在福建省的分組域系統(tǒng)中還只針對少部分的客戶群進行試商用，其在現(xiàn)網(wǎng)的實際運行效益還有待進一步驗證。PCC系統(tǒng)作為構筑運營商智能寬帶的有力工具，已經(jīng)得到了更多的關注和重視，但是它只是一種工具手段，而提高用戶的體驗、滿意度和運營商的收益才是終極目的。運營商應通過對現(xiàn)網(wǎng)用戶的行為分析和業(yè)務分析，制定適合本地業(yè)務發(fā)展的有效策略，需根據(jù)忙閑時和忙閑區(qū)的特征，制定合理的資費策略，引導用戶的業(yè)務使用行為。在盡量減少對普通客戶的影響下提高VIP客戶的體驗。對于QQ等IM業(yè)務，實行PDCH分配優(yōu)化，提升無線資源利用率，在有限網(wǎng)絡資源的情況下，保障高價值用戶和業(yè)務的使用。

［1］中國聯(lián)通.中國聯(lián)通EPC網(wǎng)絡PCC設備測試規(guī)范（初稿）［S］.中國聯(lián)通，2010.8.

［2］中國聯(lián)通.中國聯(lián)通Gx接口測試規(guī)范V0.3［S］.中國聯(lián)通，2010.3

［3］中國聯(lián)通.中國聯(lián)通Gx接口測試規(guī)范V0.0.2.1［S］.中國聯(lián)通，2010.2.

［4］王慧娟.PCC：智慧寬帶的“智慧大腦”［J］.通信世界周刊，2011.

［5］3GPP TS 23.203 （V7.3.0）Policy and charging control architecture［S/OL］.［2011-07-19］.http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23203-730.pdf.

［6］楊紅梅，芮通，習建德，等.SR 68-2010策略和計費控制（PCC）系統(tǒng)技術研究［R］.工業(yè)和信息化部電信研究院等，2010.