王群青，劉宏嘉（中國聯(lián)通浙江分公司，浙江杭州310051）

1 概述

1.1 背景

近幾年來移動(dòng)數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長，使部分熱點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)負(fù)重前行，一些手游、直播業(yè)務(wù)OTT公司提出了QoS保障需求。例如，騰訊、網(wǎng)易等國內(nèi)兩大游戲界霸主，共同啟動(dòng)手游加速生態(tài)布局，旨在保障游戲體驗(yàn)，提高用戶忠誠度。以騰訊王者榮耀加速需求舉例，王者榮耀5V5消耗帶寬區(qū)間是5～20 kbit/s，平均10 kbit/s左右，時(shí)延低于100 ms時(shí)，有更好的用戶體驗(yàn)；當(dāng)時(shí)延較高且用戶連接穩(wěn)定時(shí)（如火車站候車），游戲服務(wù)器分析該用戶需要加速。

手游、證券、直播等時(shí)延和帶寬敏感類業(yè)務(wù)對(duì)流量加速、能力開放的需求，給運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和流量經(jīng)營帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2016年開始，各運(yùn)營商紛紛啟動(dòng)流量加速能力開放研究及試點(diǎn)，與有強(qiáng)烈4G流量加速需求的企業(yè)開展試驗(yàn)。

1.2 浙江聯(lián)通4G能力開放部署進(jìn)程

順應(yīng)技術(shù)發(fā)展與市場需求，2016年8月浙江聯(lián)通PS核心網(wǎng)引入Gi-LAN產(chǎn)品試驗(yàn)，旨在開放網(wǎng)絡(luò)能力，增強(qiáng)市場流量經(jīng)營能力。2017年7月，為支持自研產(chǎn)品的落地應(yīng)用，浙江聯(lián)通與中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院（下稱網(wǎng)研院）達(dá)成合作意向，圍繞4G流量加速開展研究和部署實(shí)施，深度開放4G網(wǎng)絡(luò)通信能力，具備商用產(chǎn)品能力，進(jìn)行應(yīng)用演示與推廣。

2017年8月，浙江聯(lián)通完成網(wǎng)研院自研4G流量加速平臺(tái)的部署工作，首先與網(wǎng)易易速網(wǎng)優(yōu)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，增加PCC策略規(guī)則和無線資源調(diào)度，首次完成基于4G網(wǎng)絡(luò)的QoS資源調(diào)控能力開放，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)按需調(diào)用QoS服務(wù)。

后續(xù)陸續(xù)與其他OTT業(yè)務(wù)對(duì)接和定制優(yōu)化，滿足不同領(lǐng)域客戶對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)能力差異化需求，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)伙伴合作共贏，共同打造流量服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈。

2 4G QoS能力開放系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1 4G網(wǎng)絡(luò)QoS定義

QoS管理是EPS網(wǎng)絡(luò)滿足各種業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的控制機(jī)制，涉及接入控制和資源分配機(jī)制。它是一個(gè)端到端的過程，即需要業(yè)務(wù)在發(fā)起者到響應(yīng)者之間所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的共同協(xié)作，保障服務(wù)質(zhì)量。QoS服務(wù)涉及基本術(shù)語：

分配保留優(yōu)先級(jí)（ARP）：在資源受限情況下，決定是否接受承載的建立/修改請(qǐng)求。

QoS等級(jí)標(biāo)識(shí)（QCI）：作為特定分組轉(zhuǎn)發(fā)行為（如丟包率和時(shí)延）的參考等級(jí)提供給業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流。

GBR承載：如果一個(gè)EPS承載被固定分配專用網(wǎng)絡(luò)資源以保障這個(gè)EPS承載的GBR，則這個(gè)EPS承載稱為GBR承載。

Non-GBR承載：如果一個(gè)EPS承載沒有被固定分配專用網(wǎng)絡(luò)資源以保障這個(gè)EPS承載的GBR，則這個(gè)EPS承載稱為Non-GBR承載。

保證比特速率（GBR）：系統(tǒng)通過預(yù)留資源等方式保證數(shù)據(jù)流的比特速率在不超過GBR時(shí)能夠全部通過，超過GBR的流量可以按照如下方式處理：擁塞時(shí)超過GBR的流量會(huì)被丟棄，不擁塞時(shí)超過GBR但小于MBR的流量可以通過。享有GBR資源的承載被稱為GBR承載，其他承載被稱為Non-GBR承載。

規(guī)范中定義的4類GBR承載如表1所示。

2.2 策略與計(jì)費(fèi)控制PCC

3GPPR7版本定義了PCC架構(gòu)，完成對(duì)業(yè)務(wù)的策略和計(jì)費(fèi)控制，PCC架構(gòu)工作在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流級(jí)（Service data flow）上，提供策略控制、計(jì)費(fèi)控制功能和服務(wù)數(shù)據(jù)流的事件報(bào)告功能，邏輯架構(gòu)如圖1所示。

隨著管道智能化研究的不斷深入，拓展基于PCC流量策略經(jīng)營和能力開放的應(yīng)用場景包括：

a）基于用戶消費(fèi)情況進(jìn)行差異化的策略和計(jì)費(fèi)控制。

表1 規(guī)范中定義的4類GBR承載

圖1 PCC系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

b）開放運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力，與第三方業(yè)務(wù)提供商合作。

c）基于PCC架構(gòu)對(duì)運(yùn)營商自建業(yè)務(wù)、合作業(yè)務(wù)提供差異化控制。

浙江聯(lián)通PCC系統(tǒng)于2017年4月正式上線運(yùn)行，為浙江聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)能力開放、拓展業(yè)務(wù)場景、推出新的業(yè)務(wù)套餐、提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營能力提供了網(wǎng)絡(luò)條件。

2.3 4G流量加速平臺(tái)（AF）

通過部署4G流量加速平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)將核心網(wǎng)PCRF網(wǎng)元提供的動(dòng)態(tài)QoS資源調(diào)控能力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的、輕量級(jí)的JSON協(xié)議接口，面向第三方應(yīng)用開放QoS資源能力，同時(shí)，內(nèi)嵌接入認(rèn)證、授權(quán)、訂購關(guān)系管控功能模塊，供應(yīng)用開展各種差異化QoS服務(wù)的應(yīng)用場景。

圖2示出的是流量加速平臺(tái)功能模塊。

PCC系統(tǒng)通過 PCRF、PCEF、MME、eNodeB 等網(wǎng)元，將LTE無線網(wǎng)絡(luò)的QoS能力開放，基于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為不同業(yè)務(wù)和不同用戶提供不同的帶寬和時(shí)延保障。

圖2 流量加速平臺(tái)功能模塊

通過與應(yīng)用提供商基于APP、內(nèi)容的深入合作，拓展面向后向付費(fèi)的QoS能力服務(wù)，簡化應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的開放要求，同時(shí)提高應(yīng)用接入網(wǎng)絡(luò)的安全性；采用可擴(kuò)展的架構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足后期基于4G流量加速平臺(tái)增加新的能力開放，拓展能力開放范圍。

2.4 4G流量加速業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程

用戶通過OTT服務(wù)器（APP后端）向4G流量加速平臺(tái)申請(qǐng)業(yè)務(wù)（RESTful API接口），平臺(tái)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行鑒權(quán)，鑒權(quán)通過后經(jīng)Rx接口通過DRA向用戶所在PCRF發(fā)送加速策略請(qǐng)求。PCRF經(jīng)Gx接口基于媒體流信息，建立專有承載，無線側(cè)調(diào)用優(yōu)先級(jí)參數(shù)，并將結(jié)果反饋給加速平臺(tái)，最后響應(yīng)用戶。

用戶側(cè)發(fā)起業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

API請(qǐng)求類型分為4種：QoS資源申請(qǐng)請(qǐng)求、QoS資源修改請(qǐng)求、QoS資源釋放請(qǐng)求、QoS資源狀態(tài)查詢請(qǐng)求消息。

Restful API接口內(nèi)容包括手機(jī)號(hào)碼、建立專載時(shí)長、業(yè)務(wù)服務(wù)器地址、上下行帶寬、上下行標(biāo)識(shí)等。Rx、Gx接口信令遵循3GPP定義規(guī)范。無線側(cè)開啟GBR專載參數(shù)（QCI、ARP）對(duì)應(yīng)的調(diào)度算法，如準(zhǔn)入控制、擁塞控制、調(diào)度優(yōu)先級(jí)等。

3 浙江聯(lián)通4G流量加速平臺(tái)建設(shè)方案

3.1 建設(shè)原則

a）全網(wǎng)一點(diǎn)對(duì)接合作OTT和各省PCRF設(shè)備。

b）加速平臺(tái)的引入對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不造成大的影響。

c）新增第三方和加速平臺(tái)之間的Restful接口。d）利用現(xiàn)有DRA，實(shí)現(xiàn)Rx接口Diameter信令的互通。

3.2 流量加速平臺(tái)部署

網(wǎng)研院4G加速平臺(tái)基于云化架構(gòu)部署，測(cè)試平臺(tái)硬件按峰值1 000次請(qǐng)求/s預(yù)測(cè)，配置6臺(tái)服務(wù)器用于部署業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，4臺(tái)交換機(jī)兩兩堆疊，分別和外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對(duì)接。

圖3 4G加速業(yè)務(wù)流程

根據(jù)浙江聯(lián)通4G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，考慮到4G加速平臺(tái)公私網(wǎng)通信需求，將該平臺(tái)設(shè)置在Gi防火墻內(nèi)部，內(nèi)網(wǎng)通過GnCE接入B網(wǎng)承載網(wǎng)與PCRF互通，外網(wǎng)經(jīng)過Gi防火墻出公網(wǎng)與外部相關(guān)平臺(tái)對(duì)接。

圖4示出的是網(wǎng)絡(luò)位置示意圖；圖5示出的是加速平臺(tái)內(nèi)部組網(wǎng)示意圖。

圖5 加速平臺(tái)內(nèi)部組網(wǎng)示意圖

3.3 網(wǎng)元改造方案

a）PCRF：新增與AF平臺(tái)之間的Rx接口，通過平臺(tái)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)側(cè)。配置不同策略模板，為手游、直播業(yè)務(wù)建立GBR專有承載，實(shí)現(xiàn)QoS保障。

b）DRA：增加AF平臺(tái)和PCRF網(wǎng)元間Diameter信令代理和轉(zhuǎn)發(fā)（Rx接口），簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，便于局?jǐn)?shù)據(jù)管理。

c）DRA網(wǎng)關(guān)：新建一套DRA網(wǎng)關(guān)，起到接入DRA前的信令防火墻作用，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)與DRA隔離，對(duì)異常信令流的限流和對(duì)特定Diameter信令（Rx）的過濾。

d）eNodeB設(shè)備：配置完成QCI專載開放，對(duì)無線網(wǎng)各廠商設(shè)備專用承載網(wǎng)絡(luò)能力開放部署，打破目前主要使用默認(rèn)承載的現(xiàn)狀，滿足游戲、直播等業(yè)務(wù)感知保障要求。

3.4 周邊支撐系統(tǒng)對(duì)接方案

a）計(jì)費(fèi)方案：由平臺(tái)按照加速能力調(diào)用次數(shù)或加速時(shí)長進(jìn)行計(jì)費(fèi)，不涉及BSS系統(tǒng)，主要采用后向付費(fèi)方式，具體情況視運(yùn)營需求而定。

b）設(shè)備安全方案：異地主備容災(zāi)、物理網(wǎng)絡(luò)的安全隔離、過負(fù)荷安全保護(hù)方案、權(quán)限控制和日志功能以及監(jiān)控和告警功能等，從軟硬件各方面確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

c）業(yè)務(wù)安全方案：消息傳輸?shù)募用馨踩珯C(jī)制、消息接入的安全認(rèn)證控制。

4 QoS策略配置與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

4.1 倩女幽魂手游

為保障游戲體驗(yàn)，提高用戶忠誠度，網(wǎng)易手游業(yè)務(wù)部門積極參與中國聯(lián)通加速平臺(tái)的測(cè)試過程，2017年8月底完成網(wǎng)易平臺(tái)與加速平臺(tái)的API接口對(duì)接調(diào)測(cè)，啟動(dòng)倩女幽魂游戲的加速體驗(yàn)測(cè)試工作。

圖6示出的是網(wǎng)易平臺(tái)對(duì)接示意圖。

圖6 網(wǎng)絡(luò)位置示意圖

PCRF策略配置：參考3GPP標(biāo)準(zhǔn)QCI characteristics，實(shí)時(shí)游戲的QCI為3。浙江PCRF加載QCI=3、ARP=6、AF-Application-Identifie=RTGames全局策略，帶寬參數(shù)由加速平臺(tái)定義下發(fā)，GBR UL/DL、MBR UL/DL設(shè)置為512K/1M/2M/4M。如果平臺(tái)未攜帶上述參數(shù)，則使用華為PCRF中的默認(rèn)配置（GBR UL/DL=50/100 kbit/s、MBRUL/DL=1 000/2 000 kbit/s）。

測(cè)試過程及效果：通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)提取近期使用過網(wǎng)易游戲的6 000多個(gè)用戶，在PCRF后臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行簽約開戶。倩女幽魂手游用戶在進(jìn)入游戲服的時(shí)候會(huì)自動(dòng)觸發(fā)QoS請(qǐng)求，通過網(wǎng)易易速網(wǎng)優(yōu)平臺(tái)向4G流量加速平臺(tái)發(fā)起4G-QoS請(qǐng)求，加速平臺(tái)向PCRF下發(fā)保障信息，PCRF觸發(fā)規(guī)則（QCI=3）建立手游用戶和游戲服之間的專載通道。

倩女幽魂手游的效果比對(duì)采用奇數(shù)ip值用戶開啟加速，偶數(shù)ip值用戶不開啟加速的策略進(jìn)行比對(duì)。

統(tǒng)計(jì)20天的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，加速用戶平均時(shí)延385 ms，未加速用戶平均時(shí)延451 ms，時(shí)延減少66 ms，效果較為明顯。

圖7示出的是4G加速前后時(shí)延對(duì)比。

4.2 手淘直播業(yè)務(wù)

阿里手淘直播業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，據(jù)阿里數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，直播主播80%左右使用Wi-Fi進(jìn)行直播，20%左右使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)常出現(xiàn)卡頓、丟包等問題。為了提升直播主播/賣家使用感知，同時(shí)在淘寶直播主播群體中推廣使用螞蟻寶卡等2I業(yè)務(wù)，需要使用4G加速平臺(tái)對(duì)阿里手淘直播業(yè)務(wù)提供QoS保障服務(wù)。

2017年10月底，加速平臺(tái)完成了與阿里平臺(tái)的API接口對(duì)接調(diào)測(cè)工作，11月份開始功能測(cè)試，調(diào)用已設(shè)置的QCI=3策略，跟蹤端到端指令執(zhí)行情況，驗(yàn)證業(yè)務(wù)流程正確率。此次測(cè)試發(fā)現(xiàn)了加速平臺(tái)與阿里平臺(tái)API接口號(hào)碼格式不匹配失敗等問題，及時(shí)修正解決。關(guān)鍵問題在于出現(xiàn)了丟包率較高不如默認(rèn)承載的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的情況，分析3GPP規(guī)范，QCI=3參數(shù)側(cè)重于低時(shí)延保障，帶寬上并無保障，并不適合直播類業(yè)務(wù)。

在PCRF上另外新增2個(gè)全局策略，分別為QCI=2（Real-time video）和QCI=4（Buffered video）2個(gè)策略模版。

a） AF-Application-Identifie=RTVideo，QCI=2，ARP=4，帶寬參數(shù)由客戶端請(qǐng)求消息中攜帶（PCRF中的默認(rèn)配置為GBR UL/DL=1 000/100 kbit/s、MBR UL/DL=2 000/500 kbit/s）。

b） AF-Application-Identifie=BFVideo，QCI=4，ARP=5，帶寬參數(shù)由客戶端請(qǐng)求消息中攜帶（PCRF中的默認(rèn)配置為GBR UL/DL=100/1 000 kbit/s、MBR UL/DL=500/2 000 kbit/s）。

客戶端分別使用QCI=2、3、4策略發(fā)送請(qǐng)求，修改不同帶寬參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并從基站側(cè)跟蹤空口資源調(diào)度情況，測(cè)試證明直播業(yè)務(wù)采用不同策略對(duì)時(shí)延和丟包率效果影響非常明顯。但沒完全達(dá)到預(yù)期保障效果，接下來檢查無線QCI參數(shù)的設(shè)置匹配問題。

圖8是浙江聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)手淘直播指標(biāo)對(duì)比。

圖7 4G加速前后時(shí)延對(duì)比

圖8 浙江聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)手淘直播指標(biāo)對(duì)比

2018年1月下旬組織了針對(duì)阿里手淘業(yè)務(wù)的全面QoS業(yè)務(wù)效果評(píng)估測(cè)試，現(xiàn)網(wǎng)華為、中興無線產(chǎn)品配合核實(shí)驗(yàn)證現(xiàn)網(wǎng)QCI專載各項(xiàng)參數(shù)，總體推進(jìn)QCI調(diào)優(yōu)工作。經(jīng)過3輪測(cè)試對(duì)比，基本確定了華為無線區(qū)域引起丟包的3個(gè)因素。

a）專載GBR設(shè)置未滿足業(yè)務(wù)流需求，而且無線側(cè)MBR開關(guān)未開啟。

b）RLC模式設(shè)置為UM模式。

c）PDCP層丟包定時(shí)器參數(shù)設(shè)置過小，上層數(shù)據(jù)緩存PDCP超時(shí)引起少量丟包。

基于以上3個(gè)問題，最終確定針對(duì)手淘直播業(yè)務(wù)的無線參數(shù)設(shè)置方案：QCI=4專載模式采用AM模式，無限長定時(shí)器，上行MBR打開，GBR=3M（即滿足業(yè)務(wù)流波動(dòng)峰值需求的值），MBR=5M。

2018年3月客戶反饋，華為區(qū)域基站采用上述參數(shù)配置時(shí)，專載模式下的直播業(yè)務(wù)性能良好，測(cè)試樣本結(jié)果滿足預(yù)期效果。

2018年4月，在華為區(qū)域基站研究的基礎(chǔ)上，對(duì)中興無線QoS參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，并在全省華為、中興無線區(qū)域全面推廣QCI上行參數(shù)配置。

5 應(yīng)用演示與產(chǎn)品推廣

在試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)用測(cè)試階段，加速平臺(tái)對(duì)接阿里巴巴、網(wǎng)易、騰訊、小沃科技等眾多應(yīng)用方，基于浙江聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)提供了QoS保障能力，為手機(jī)游戲、直播等應(yīng)用進(jìn)行了加速業(yè)務(wù)測(cè)試。

4G流量加速業(yè)務(wù)作為中國聯(lián)通創(chuàng)新產(chǎn)品，參加了2018 MWC西班牙巴薩羅那通信展、2017烏鎮(zhèn)國際互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)、2017年北京通信展、2017年深圳高新技術(shù)交流會(huì)等高價(jià)值展會(huì)，與互聯(lián)網(wǎng)/行業(yè)伙伴整合優(yōu)勢(shì)資源，推進(jìn)以流量服務(wù)為核心的中國聯(lián)通能力開放產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈。

2018年11月，中國聯(lián)通集團(tuán)政企部下發(fā)政企客戶移網(wǎng)云加速產(chǎn)品試商用的通知，浙江聯(lián)通政企行業(yè)部門積極開展基于浙江4G加速平臺(tái)的商用合作談判工作。期待不久的將來，在集團(tuán)與分公司共同努力下，浙江流量加速平臺(tái)正式商用，助力公司流量經(jīng)營業(yè)務(wù)。

6 成效結(jié)論

浙江聯(lián)通積極進(jìn)行自主研發(fā)產(chǎn)品的落地部署測(cè)試及業(yè)務(wù)推廣工作，完成了加速平臺(tái)首次在浙江落地部署、端到端業(yè)務(wù)測(cè)試、QoS策略部署與優(yōu)化、問題定位和解決等內(nèi)容?；诂F(xiàn)網(wǎng)典型問題深入分析，集中梳理，完成號(hào)碼前傳、API接口對(duì)接等多個(gè)典型問題解決方案，掃清后續(xù)商用部署技術(shù)障礙。

針對(duì)阿里巴巴手淘直播業(yè)務(wù)，進(jìn)行了無線專用承載參數(shù)測(cè)試和調(diào)優(yōu)，保障效果得到客戶的認(rèn)可；并形成參數(shù)指導(dǎo)手冊(cè)，為后續(xù)全國業(yè)務(wù)開展奠定基礎(chǔ)。

浙江聯(lián)通流量加速平臺(tái)的部署及應(yīng)用推廣經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于豐富和完善4G流量策略、構(gòu)建特色能力產(chǎn)品、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)支撐能力、改善用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。面向第三方開放4G網(wǎng)絡(luò)QoS能力，為客戶提供網(wǎng)絡(luò)差異化競爭服務(wù)和流量增值服務(wù)，為公司運(yùn)營創(chuàng)造新的利潤增長點(diǎn)。