中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司數(shù)據(jù)部 邵建 童恩

長期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量研究與實踐

中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司數(shù)據(jù)部 邵建 童恩

分析了LTE（長期演進(jìn)）服務(wù)的差異化需求，介紹了LTE網(wǎng)絡(luò)的QoS（服務(wù)質(zhì)量）架構(gòu)，討論了用戶訂購的QoS保障服務(wù)和業(yè)務(wù)供應(yīng)方的QoS保障服務(wù)，以求在保障業(yè)務(wù)質(zhì)量為用戶提供差異化服務(wù)的同時，提升電信運營商的管道價值。

長期演進(jìn)；服務(wù)質(zhì)量；流量增值；差異化服務(wù)；流量經(jīng)營

1 LTE服務(wù)的差異化需求

在全球范圍內(nèi)，電信運營商的用戶人均月數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，很多運營商的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)ARPU（每用戶平均收入）已超過語音；在國內(nèi)，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)成為電信運營商收入占比中最大的增長點，對比語音其為業(yè)務(wù)收入帶來的貢獻(xiàn)日益增大，如中國移動2013年的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入達(dá)2 069億元且占通信服務(wù)收入的比重上升至35%。因而基于移動寬帶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將成為電信運營商未來發(fā)展的關(guān)鍵。

據(jù)統(tǒng)計，網(wǎng)絡(luò)訪問不流暢、手機網(wǎng)速慢已成為用戶移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗的兩大主要問題，有過半的用戶愿意為提升網(wǎng)絡(luò)體驗而多支付費用。同時面向大眾用戶的OTT（over the top）業(yè)務(wù)（如即攝即傳、視頻網(wǎng)站、實時在線游戲、視頻監(jiān)控等）期望能獲得高QoS（服務(wù)質(zhì)量），如低時延、高帶寬保障等，那將提供他們的行業(yè)競爭力。因此不管是業(yè)務(wù)提供商還是普通用戶都期望移動網(wǎng)絡(luò)能為他們提供差異化的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)QoS機制的研究與實踐將變得尤為重要。

隨著LTE（長期演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)的部署，由于無線帶寬的大幅提升，互聯(lián)網(wǎng)OTT應(yīng)用的特性及業(yè)務(wù)體驗都將大大增強，如圖1所示，OTT over WiFi（無線保真）變?yōu)镺TT over LTE，用戶可隨時隨地（LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)）使用OTT業(yè)務(wù)，這將給電信運營商的語音、短信等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)帶來更大的沖擊。因而通過LTE QoS實踐來提升數(shù)據(jù)流量的價值是電信運營商未來工作重點。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)的QoS架構(gòu)

LTE網(wǎng)絡(luò)只提供分組數(shù)據(jù)通信〔即只有PS（分組交換）域，沒有CS（電路交換）域〕，語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如視頻流媒體、寬帶上網(wǎng)、移動游戲等）全部承載于IP分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上，而提供端到端（從業(yè)務(wù)應(yīng)用到LTE終端）的QoS保障機制正是LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。

如圖2所示，對于每個VoLTE（基于LTE的語音業(yè)務(wù)）用戶終端來說，可以建立兩個PDN（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）連接，一個連接VoLTE網(wǎng)絡(luò)〔IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）core〕，一個連接CMNet（中國移動通信網(wǎng)），每個PDN連接包含一個默認(rèn)承載（非保證比特率承載）、一個或多個專用承載。LTE用戶的每個承載都有對應(yīng)的QoS保障，如搜狐視頻、在線手機網(wǎng)游兩個應(yīng)用可分別對應(yīng)不同的承載和QoS保障。

CSCF（呼叫狀態(tài)控制）網(wǎng)元是IMS關(guān)鍵的核心網(wǎng)元，主要實現(xiàn)呼叫接入、控制與處理邏輯，同時可根據(jù)用戶簽約實現(xiàn)業(yè)務(wù)觸發(fā)，是實現(xiàn)VoLTE功能的呼叫控制網(wǎng)元。

1）HSS（歸屬用戶服務(wù)器）主要實現(xiàn)IMS用戶數(shù)據(jù)如賬號和簽約信息的存儲，其類同于移動2G核心網(wǎng)中的HLR（歸屬位置寄存器）。

2）AS（應(yīng)用服務(wù)器）實現(xiàn)智能業(yè)務(wù)邏輯控制功能，其類同于智能網(wǎng)中的SCP（業(yè)務(wù)控制點），提供智能業(yè)務(wù)控制功能，如彩鈴、彩像、智能語音呼叫（呼叫前轉(zhuǎn)）等。RCS AS（富媒體通信AS），即是提供基于IP的語音、文字、圖片、視頻等豐富通信功能的AS。

3）SBC（會話邊緣控制器）將終端用戶接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，主要提供接入控制、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆[藏、NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）、QoS保障和網(wǎng)絡(luò)安全等功能。

4）PCRF（策略和計費規(guī)則實體）主要為VoLTE用戶提供QoS帶寬保障服務(wù)，如根據(jù)不同用戶的簽約信息提供區(qū)別的QoS保障服務(wù)。

5）MME（移動管理實體）主要實現(xiàn)移動性管理、承載管理、用戶鑒權(quán)認(rèn)證等功能，即分組數(shù)據(jù)通信的信令控制網(wǎng)元。

6）SGW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)）主要負(fù)責(zé)用戶面處理，包括數(shù)據(jù)承載通道的建立/修改/釋放、數(shù)據(jù)報文的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、QoS控制和計費等等，SGW即為分組數(shù)據(jù)通信的媒體處理單元。

7）PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)）是PDN終結(jié)于SGI接口的網(wǎng)關(guān)，主要負(fù)責(zé)LTE終端的IP地址分配、會話管理（根據(jù)不同的APN（接入點名）尋址到對應(yīng)的外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）、QoS策略執(zhí)行、計費等功能。

LTE網(wǎng)絡(luò)中，QoS控制的基本粒度就是承載（bearer），同一個承載上的所有數(shù)據(jù)流量都有相同的QoS保障，如圖2所示，對于任一個用戶的某個特定的承載，PGW與SGW的數(shù)據(jù)通道、SGW與eNB（演進(jìn)型基站）之間的承載、eNB與UE（用戶設(shè)備）之間的RB（無線側(cè)承載）都是一一對應(yīng)和綁定的，對應(yīng)相同的QoS保障機制。

不同類型的LTE承載對應(yīng)的QoS關(guān)鍵參數(shù)見表1。

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1）LTE承載對應(yīng)的QoS參數(shù)主要包括QCI（QoS分類標(biāo)識）、ARP（分配與保持優(yōu)先級）、GBR（保證比特速率）、MBR（最大比特速率）和AMBR（聚合最大比特速率）。

2）QCI是一個數(shù)量等級，表示對承載級的分組數(shù)據(jù)包的處理和轉(zhuǎn)發(fā)機制，如調(diào)度權(quán)重、接納門限、隊列管理門限等等。3GPP TS 23.203中定義了9種不同的QCI的值，比如QCI為1，表示最高優(yōu)先級、包時延100 ms、承載類型為GBR，一般用于實時的語音通話；QCI為6，表示低優(yōu)先級、包時延300 ms、承載類型為非GBR，可用于非實時的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)〔如WWW（萬維網(wǎng)）、FTP（文件傳輸協(xié)議）等〕。

3）ARP參數(shù)用于接入控制，即在無線資源受限的情況下，決定是否允許建立新的承載或修改現(xiàn)有的承載。

4）GBR參數(shù)代表了承載能夠預(yù)期保證提供的比特速率，GBR承載主要用于語音、視頻、實時游戲等業(yè)務(wù)，采用專用承載和靜態(tài)調(diào)度的方式。

5）MBR參數(shù)限制了GBR承載能夠提供的最大比特速率，即數(shù)據(jù)速率的上限。

6）AMBR參數(shù)基于兩種不同的場景可分為UE-AMBR（針對于特定一個用戶的AMBR）和APN-AMBR（針對于某個用戶的特定一個APN下的AMBR）。UE-AMBR參數(shù)作為UE的簽約數(shù)據(jù)保存在HSS中，用于限制UE的所有非GBR承載的總速率；APN-AMBR參數(shù)存儲在HSS中，用于限制同一個APN中的所有PDN連接期望提供的累計比特速率。

HSS中只保存與非GBR承載相關(guān)的QoS簽約參數(shù)，PCRF則決定了專有承載的QoS參數(shù)，PGW、SGW、eNB網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則負(fù)責(zé)執(zhí)行對應(yīng)的QoS策略，保證所有承載相關(guān)性能符合QoS約束。

3 LTE網(wǎng)流量增值服務(wù)及技術(shù)方案

3.1 用戶訂購的QoS保障服務(wù)

付費用戶在使用LTE移動寬帶時（如手機觀看搜狐視頻、玩在線游戲）可享受流量保障服務(wù)，如保證其看視頻時用網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到2 Mb/s，電信運營商可向用戶收取包月功能費。

如圖3所示，基于現(xiàn)有的PCC（策略和計費控制）架構(gòu)，PGW檢測到特定用戶的業(yè)務(wù)流后為其提供QoS保障服務(wù)。

①用戶訂購移動寬帶速率保障服務(wù)，電信運營商的BOSS（業(yè)務(wù)操作與支撐系統(tǒng)）將該用戶流量增值服務(wù)的訂購信息下發(fā)給PCRF。

②PCRF根據(jù)配置的QoS策略，PCRF向承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下發(fā)QoS預(yù)定義規(guī)則。

③PGW檢測到特定應(yīng)用和訂購流量增值服務(wù)的用戶信息時，執(zhí)行預(yù)定義規(guī)則，進(jìn)行承載更新或建立新的專有承載。如用戶在看網(wǎng)絡(luò)視頻，可為其建立GBR為2 Mb/s的專有承載以保障通信質(zhì)量，從LTE承載網(wǎng)到eNB無線側(cè)的GBR。

3.2 業(yè)務(wù)供應(yīng)方的QoS保障服務(wù)

電信運營商可與業(yè)務(wù)提供商（如搜狐視頻、微信等）合作，基于LTE網(wǎng)絡(luò)面向具體的業(yè)務(wù)產(chǎn)品提供流量QoS保障服務(wù)，電信運營商可向商家（業(yè)務(wù)提供方）收取后向服務(wù)保障費用。

圖4為基于增強的PCC架構(gòu)，CP/SP（內(nèi)容/業(yè)務(wù)提供商）可通過Rx接口向PCRF傳遞業(yè)務(wù)需求，PCRF根據(jù)其簽約信息來判斷是否可提供QoS保障服務(wù)。

①BOSS查詢并將該業(yè)務(wù)對應(yīng)的流量增值服務(wù)的簽約信息下發(fā)給PCRF。

②業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)發(fā)起業(yè)務(wù)QoS保障請求。

③AAC（應(yīng)用接入控制）進(jìn)行安全檢查，若通過，則向PCRF資源請求發(fā)起流程。

④PCRF根據(jù)配置的QoS策略及對應(yīng)的用戶信息，向承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下發(fā)QoS預(yù)定義規(guī)則。

⑤建立高QoS的專有承載。

（AAC網(wǎng)元是未來LTE網(wǎng)絡(luò)可為CP/SP提供QoS保障服務(wù)的統(tǒng)一控制網(wǎng)元，目前現(xiàn)網(wǎng)中未有成熟應(yīng)用）

4 總結(jié)

LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應(yīng)用極大地豐富了人們的溝通與生活，對于電信運營商來說，如何提升用戶的流量價值是迫切需要解決的問題。而LTE QoS機制在現(xiàn)網(wǎng)中的部署應(yīng)用，可為用戶、內(nèi)容供應(yīng)商帶來更多更便捷的流量增值服務(wù)，同時能提升電信運營商的流量價值?！?/p>