吳韋力，郭榮烈，陳貽鑫，莊偉強

（中國移動通信集團福建有限公司泉州分公司，泉州 362000）

1 引言

隨著智能手機的普及，手機上網(wǎng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹饕顒?，截?017年7月，中國網(wǎng)民達7.51億，其中手機網(wǎng)民達7.24億[1]。處于互聯(lián)網(wǎng)時代的學生等群體容易上課期間進行網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)聊天等影響學業(yè)的行為，由此產(chǎn)生了對移動終端上網(wǎng)行為進行管控的需求。運營商是移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)的服務(wù)提供商，在上網(wǎng)管控能力上具有天然的優(yōu)勢。運營商傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量管控策略是依賴HLR靜態(tài)簽約的質(zhì)量控制(QoS)，3GPP和3GPP2分別提出PCC（Policy and Charging Control，策略和計費控制）架構(gòu)和SB-BC (Service Based Bear Control，基于業(yè)務(wù)的承載控制)的QoS策略控制系統(tǒng)，具有更好的管控能力[2-5]。

本文提出了一種基于運營商PCC能力的上網(wǎng)行為管控技術(shù)，具有依賴性小，可推廣性高等優(yōu)點。通過搭建APP和Web端的管理界面，靈活配置上網(wǎng)時間規(guī)則，可以有效管理被管控對象的可上網(wǎng)時間。

2 移動上網(wǎng)管控技術(shù)分析

手機上網(wǎng)分為兩種途徑，一種是接入Wi-Fi上網(wǎng)，另一種是連接SIM卡的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)。前者只要管理到路由器等Wi-Fi信號源的終端，便能夠較好地進行控制；而后者仍然缺乏有效的管理措施。

目前移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)管控的技術(shù)方案主要分為兩種：一種是從軟件管控，即在被控方的手機上安裝上網(wǎng)行為管控APP客戶端，通過授予客戶端管理權(quán)限對手機的上網(wǎng)及應(yīng)用進行管控；另一種則是從硬件管控，通過定制特殊的手機終端，對手機終端預(yù)設(shè)管控規(guī)則，使得使用手機的被控方只能在有限的規(guī)則里使用手機上網(wǎng)。上述這兩種方案因其局限性均存在諸多方面的缺點，這些缺點對其應(yīng)用場景和可行性有著較大的影響和制約。

2.1 管控APP客戶端

通過特殊定制的軟件進行管控的方法，主要是通過在被控方手機安裝上網(wǎng)行為管控APP客戶端，由于其本身實現(xiàn)原理導致技術(shù)方案存在如下缺陷。

只需被控方將自己手機上的管理客戶端刪除或取消對客戶端的應(yīng)用授權(quán)，即可以解除管控，破解難度極低。

iOS手機由于iOS系統(tǒng)的其封閉性，未開放應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)行為管控的相關(guān)能力，無法實現(xiàn)管控；Android版由于機型多樣性，難以適配支持所有機型，因此實際能通過此類APP管控到的手機類型有限，通用性低。

對于群體的批量管控，需要在被管控群體的每個人手機上均安裝管控軟件，執(zhí)行難度大，后續(xù)統(tǒng)一管理難度更大。

圖1 HLR網(wǎng)元主要存儲內(nèi)容

2.2 特殊定制的手機終端

通過定制特殊的手機終端，對手機終端預(yù)設(shè)定好的管控規(guī)則實施管控，該方案存在如下缺陷。

由于通過硬件實現(xiàn)預(yù)設(shè)管控規(guī)則，只適用于管控規(guī)則較為固定且較長時間不會發(fā)生改變的場景；如果管控規(guī)則發(fā)生變更，需要開發(fā)新的固件進行支持，變更成本較大。

需要特殊定制的手機終端支持，生產(chǎn)成本較高，但消費群體較小，推廣性較低。對于不同的群體，管控規(guī)則需求還需要制定不同的終端或固件，開發(fā)、維護成本較高。

較適合應(yīng)用于群體的批量管控，但對于個體管控需求，生產(chǎn)成本和維護成本可能均遠高于可預(yù)期的收益，可行性較低。

通過軟硬件結(jié)合的方式雖然可以提高規(guī)則的靈活性，可隨時變更規(guī)則，但仍然存在硬件成本高的缺陷。

3 基于運營商能力的移動上網(wǎng)管控方案

運營商作為移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)服務(wù)提供商，在實現(xiàn)上網(wǎng)管控上具有天然的優(yōu)勢。例如使用HLR簽解約的方式來控制網(wǎng)絡(luò)功能開啟和關(guān)閉，或者使用PCC技術(shù)將上網(wǎng)速度降低到無法正常上網(wǎng)的速率，達到實現(xiàn)上網(wǎng)管控的目的[6]。

3.1 基于HLR的上網(wǎng)管控

HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）是一個中心數(shù)據(jù)庫，包含被授權(quán)使用移動通信網(wǎng)絡(luò)的簽約用戶的詳細信息。HLR網(wǎng)元主要存儲內(nèi)容如圖1所示，HLR中會存儲包括國際移動用戶識別碼IMSI、移動臺識別碼MSISDN、基本業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)簽約信息等，其中就包括移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)設(shè)置，以允許該簽約用戶接入分組服務(wù)（Packet Services）。

基于HLR的上網(wǎng)管控方案核心在于動態(tài)簽解約移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)功能，以實現(xiàn)用戶上網(wǎng)功能的開啟和失效。因此只需建立用戶手機號和對應(yīng)上網(wǎng)時間規(guī)則表，在指定時間簽約和解約移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)功能，就實現(xiàn)了上網(wǎng)管控的能力，該方法對手機終端并無任何依賴，成本低，可推廣性高。

雖然HLR的實現(xiàn)原理簡單，但是當管控的群體較多，限網(wǎng)時間較為統(tǒng)一時，容易出現(xiàn)簽解約消息擁堵，導致正常的網(wǎng)絡(luò)開啟和關(guān)閉時間延遲等問題。若采用該方案作為限制上網(wǎng)的核心能力時，容易在用戶規(guī)模較大時遇到瓶頸，因此存在局限性。

3.2 基于PCC的上網(wǎng)管控

各大運營商均積極開展了PCC的研究并投入商用。PCC可基于用戶的業(yè)務(wù)、流量、簽約信息、位置、接入、時間等單一條件或多維組合條件進行網(wǎng)絡(luò)資源策略管控的能力，與營銷、計費等策略相關(guān)聯(lián)，進行端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）控制、無線資源動態(tài)調(diào)控、重定向以及差異化計費等，可有效減少資源占用[7-9]。采用PCC 技術(shù)可實現(xiàn) 2G/3G/LTE 接入的統(tǒng)一策略控制，例如對網(wǎng)速進行限速。主流場景下PCC與BOSS（Business &Operation Support System，業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)）聯(lián)動的消息流程如圖2所示。

圖2 主流場景PCC消息流程圖

BOSS告知PCRF/SPR哪些用戶適用于配置的PCC策略，也即BOSS傳遞用戶策略訂購關(guān)系到PCRF/SPR。

用戶PDN連接建立，省內(nèi)或漫游用戶通過DRA將用戶路由回歸屬PCRF獲取策略。

PCRF判斷“當前用戶屬于配置策略的用戶群體”，則向SAE-GW/GGSN下發(fā)限速策略，不符合則正常上網(wǎng)。

PCC的能力并不是完全關(guān)閉手機的移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)功能，而是對QoS進行控制，限制其上網(wǎng)速度。當限制到較低的上網(wǎng)速度，例如1 kbit/s時，將導致等待時間過長而無法正常上網(wǎng)，達到間接斷網(wǎng)的功能。PCC提供了限速策略的能力，可以對簽約相同策略的用戶采取相同的限速控制，有利于批量對被控對象進行上網(wǎng)管控。

不同于HLR的方案采取直接取消移動上網(wǎng)功能，基于PCC的方案是在上網(wǎng)連接建立的時候，在核心網(wǎng)側(cè)進行規(guī)則判斷，并對匹配的手機采取對應(yīng)的QoS策略，達到限制上網(wǎng)的目的，避免了大量的簽解約消息擁堵。

圖3 基于PCC的上網(wǎng)管控方案

3.3 上網(wǎng)行為管控方案

相較于PCC技術(shù)，HLR方案在部分移動終端中需要用戶手動切換飛行模式，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)恢復，用戶體驗較差，并且存在用戶規(guī)模較多時容易出現(xiàn)簽解約消息擁堵等問題。因此本文提出采用PCC技術(shù)作為運營商側(cè)的上網(wǎng)管控能力的上網(wǎng)管控解決方案。

上網(wǎng)管控的應(yīng)用場景可分為面向單一個體、面向群體以及兩者結(jié)合。例如家長對學生有管控需求，學校對所有學生采用相同的管控策略，同時家長又可能對學校的策略進行補充。

基于上述3種應(yīng)用場景，本文提出同時適用于3種應(yīng)用場景的解決方案。通過采用運營商獨有的PCC技術(shù)作為核心的上網(wǎng)管控能力，開發(fā)APP端和Web端，分別適用于家長和學校的規(guī)則配置需求，并自動對兩者所配置的規(guī)則進行合并。整體的技術(shù)架構(gòu)如圖3所示，具體描述如下：

（1）對被控個體設(shè)置限速的時間段，形成限速規(guī)則P1，P2，……Pn（如周一～周三7：00-11：00為一個限速規(guī)則，由平臺設(shè)置的限制模板Mn可理解為多個限速規(guī)則的組合）。

（2）設(shè)置限速規(guī)則的執(zhí)行周期，可以是周期性執(zhí)行（如每周1、周2、周3執(zhí)行）或者一次性執(zhí)行（具體某一天）。

（3） PCC側(cè)采用“N+1”個策略支撐方案：其中“N”個策略對應(yīng)經(jīng)過整合后所得出的固定PCC策略，這些策略應(yīng)用人數(shù)較多，這些人群的限網(wǎng)時間段需求一致，適合創(chuàng)建為PCC策略，存入策略控制服務(wù)器PCRF，由策略控制執(zhí)行點功能PCEF來調(diào)度執(zhí)行，提升并發(fā)處理的執(zhí)行效率。

這些策略需要指定具體的周期和時間，將被控方的移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)速度限制到無法正常上網(wǎng)的速度（例如 1 kbit/s）。例如周一～周五 08：00-12：00、14：00-17：00屬于一個PCC策略。PCC限速的類C語言描述如下。

PCC限速執(zhí)行邏輯

1. if（接入類型==2G或3G或4G）&&（APN==CMNet或CMWAP）&&（當前時間 in 限網(wǎng)時間段內(nèi)）

2. then

3. 限速到1kbit/s

（4）其余“1”個策略為特殊的策略，該策略配置為所有時間段都進行限網(wǎng)，應(yīng)用于只執(zhí)行一次的臨時限網(wǎng)策略或應(yīng)用人數(shù)較少的限網(wǎng)時間段。由于這部分應(yīng)用次數(shù)或人群較少，不適合每個都生成對應(yīng)PCC策略，避免PCC策略數(shù)過多，影響PCC策略控制和執(zhí)行效率，因此將此部分需求統(tǒng)一配置成一個PCC策略，由調(diào)度程序統(tǒng)一進行調(diào)度執(zhí)行。

當只執(zhí)行一次的限網(wǎng)策略或應(yīng)用人數(shù)較少的限網(wǎng)時間段到達限網(wǎng)時段時，調(diào)度程序負責向PCC發(fā)送對哪個或哪些手機號碼啟用此策略的請求；當限網(wǎng)時段過后，調(diào)度程序負責向PCC發(fā)送取消此策略的請求，以此來達到靈活開啟和關(guān)閉小規(guī)模限網(wǎng)需求的操作。

（5）策略調(diào)度程序負責將上網(wǎng)行為管控平臺及APP中設(shè)置的模板規(guī)則進行統(tǒng)一合并，篩選出使用人群較大的限網(wǎng)需求，歸到“N”個固定策略中；使用人群較小的限網(wǎng)需求，歸到“1”個特殊策略中。

（6）通過“N+1”PCC策略的方案，在指定的周期和時間段內(nèi)，將被控方的移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)限速至無法正常上網(wǎng)的速度（比如1 kbit/s），使得被控方在該時段內(nèi)無法通過移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)，從而達到對被控方的移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)行為管控的目的。

（7） 允許設(shè)置例外日期（如節(jié)假日）， 在例外日期內(nèi)，管控方所設(shè)置的限網(wǎng)策略不對被控方生效。

3.3.1 面向個體的管控設(shè)計

對于個體的管控，采用管控方通過APP端（上網(wǎng)行為管控APP）進行對被控個體的上網(wǎng)行為管控設(shè)置，APP端的管理界面如圖4所示，可進行如下個性化管控設(shè)置。

圖4 APP管理界面

查詢當前被控個體的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)（開啟或禁用），以及家長和學校配置的限制上網(wǎng)時段。

自定義重復執(zhí)行或臨時性執(zhí)行的限網(wǎng)時段，并自動處理與學校配置規(guī)則的沖突。

3.3.2 面向群體的管控設(shè)計

對于群體的管控，采用管控方通過Web端（上網(wǎng)行為管控平臺）進行對被控群體的上網(wǎng)行為進行管控設(shè)置。該平臺適用于類似學校對學生的批量管理，Web端的管理界面如圖5所示，可進行如下管控操作行為：

（1）導入被控群體的手機號碼清單，可創(chuàng)建多個群組，將導入的被控手機號碼不重疊地分配到各個群組?？蓪⒚總€年段定義成不同的群組，不同群組可以采用不同的規(guī)則，適用于同一個學校內(nèi)有不同規(guī)則配置的場景。

(2）對每個群組設(shè)置限速的時間段，形成限速模板M1， M2，……Mn。

(3）設(shè)置限速模板的執(zhí)行周期，可以是周期性執(zhí)行。

（4） 可設(shè)置忽略限速模板的例外日期（如節(jié)假日等）。

圖5 Web端管理界面

4 總結(jié)

本文提出了一種基于運營商核心能力的移動數(shù)據(jù)上網(wǎng)管控技術(shù)方案。通過使用運營商特有的PCC限速能力，從實現(xiàn)方式上擺脫現(xiàn)有上網(wǎng)管控技術(shù)手段對被控方手機終端的軟件和硬件依賴性，具有破解難度大、機型通用性極強、可批量管理等優(yōu)點。結(jié)合APP端和Web端管控平臺的配置，該方案實現(xiàn)了對個體和群體靈活的上網(wǎng)行為管控，用戶體驗較好，具有更好的可推廣性。

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