3G系統中基于業務特性深度識別的應用

張晟 孫偉

（中國移動通信集團公司 北京 100032）

在傳統的無線網絡承載的應用方式中，無線網絡作為應用的一個透明通道，并不關心運行于承載之上的業務特性。而實際上不同的應用有不同的特性需要區別對待，一些應用比如BT業務或者P2P業務在P2P文件共享過程中的版權問題，同時在網絡應用中大量占用網絡帶寬的問題，流量模式對傳統網絡設計帶來的挑戰等；一些應用比如移動運營商運營的服務比如無線音樂俱樂部或者移動運營商戰略合作伙伴運營的業務等等，由于其運營和戰略策略方面的原因，這些業務是需要得到保證的；一些應用比如瀏覽網頁等業務是用戶最常見使用的業務，用戶感受度的好壞是用戶對網絡評價最直觀的參考。由此可見，傳統的無線網絡作為應用的一個透明通道的方式已經不能滿足移動互聯網應用日益增長的需求。

如何通過為用戶提供差異化服務來提高用戶的ARPU值，讓高端用戶有更好的體驗?如何體現不同業務特性的差異化無線資源分配策略？中國移動提出一種基于核心網側識別業務特性，無線網絡根據業務特性差異化調度的方法。該方法的優點是能夠將基于內容計費與無線承載根據業務特性快速調度結合在一起，從而達到高價值業務資源的優先分配。

在GSM、TD-SCDMA和LTE核心網融合的大背景下，核心網側完成業務特性的深度識別方案適用GSM、TD-SCDMA和LTE多種制式數據業務需求，甚至適用完成核心網融合改造的WLAN網絡業務識別需求，一種解決方案滿足中國移動多種無線制式技術運營的需求。

1 核心網識別出應用業務

1.1 核心網（GGSN）業務識別技術和內容計費

在3GPP R6標準中引入了基于數據流（Data Traffic Flow）的計費概念[1]。所謂基于數據流的計費是指分組域能區分數據流中的內容所屬的業務類型，從而配以不同的資費標準，向移動用戶收取不同的話費。這大大地增強了現時只針對APN和PDP上下文的計費辦法。業務識別的主要目的是讓運營商對于用戶的數據有更深入的了解和分析，從而為移動客戶提供可區分的計費（DB，Differentiated Billing）服務。

為了達到內容差異化計費的目的，GGSN需要進行應用業務的深度識別，其主要識別方法有如下幾種。

（1）SPI （Shallow Packet Inspection，淺層報文檢測）。L3/L4層檢測，GGSN打開TCP/UDP包頭，檢查里面的源／目的地端口號有否符合任何配置好的過濾規測。大部分的應用協議都有可以識別的端口號（如HTTP，WAP，FTP，SMTP，POP3，SIP等等），通過對端口號的識別，可以區分這些應用協議。

（2）DPI（Deep Packet Inspection， 深層報文檢測），URL/特征字檢測。通過監聽和解析應用層協議獲得當前業務的類別和特性。比如對P2P業務或者BT業務的識別，或者某網站是運用商合作網站，都可以通過DPI的方式識別。

1.2 核心網通過DSCP攜帶業務特性給無線網絡

1.2.1 IP報文頭中DSCP字段介紹

DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服務代碼點）。IETF于1998年12月發布了Diff-Serv（Differentiated Service）的QoS分類標準。它在每個數據分組IP頭部的服務類別（ToS，Type of Service）標識字節中（見圖1），利用已使用的6bit和未使用的2bit，通過編碼值來區分優先級。

圖1 IP包頭結構

1.2.2 核心網（GGSN）根據識別出的業務特性映射為DSCP值

GGSN根據內容計費的策略或者運營策略將各個業務特性映射為DSCP值。運營商可以根據用戶感受進行映射業務特性與DSCP值的對應關系，比如將用戶感受較高的HTTP業務映射為較大的DSCP值。運營商也可以根據運營策略進行映射關系，比如將移動自營的業務“無線音樂俱樂部”設置為優先級較高的DSCP值，而將對資源占用很多的P2P業務設置為較低的DSCP值（如表1所示）。

表1 應用業務與DSCP值映射關系

1.2.3 GGSN將業務信息通過DSCP隨路攜帶給無線網絡

如圖2所示，GGSN識別出高層業務后，在IP的DSCP中填充擴展的DSCP值，將用戶數據類型信息傳送給SGSN，SGSN將數據轉發給RNC （SGSN和GGSN是采用的Direct Channel技術），RNS（RNC/Node B）根據用戶的當前業務特性以及用戶簽約的優先級綜合起來重新調整資源分配，保證高價值業務的QoS。

圖2 核心網與RNC之間通過DSCP值傳遞業務特性流程圖

2 無線網絡根據業務特性應用技術

2.1 用戶間無線資源差異化調度

無線網絡控制器獲取到下行方向每個數據包的業務特性后，可以生成當前業務的主流業務。根據獲得的應用業務特性，無線網絡控制器調整資源分配。無線網絡控制器在調整資源分配的時候，還應該考慮當前RAB的簽約特性包括核心網在建立呼叫鏈路時候RAB指派中體現用戶優先級關系的QoS參數TC（Traffic Class）、THP（Traffic Handling Priority)和ARP（Allocation/Retention Priority)[2]，即滿足用戶對應用業務感受的同時還需要最大程度地滿足高簽約用戶的服務質量。

對于R4業務（R4終端或者R4小區），RNC根據用戶高層業務的變化調整用戶調度優先級，當用戶從低優先級業務（比如BT）更換為高優先級業務（HTTP）且該用戶上報4A事件（4A事件表示有更大的數據量要發送，需要更多資源），RNC將優先級低的業務資源減少，為高優先級業務的用戶分配更多的資源，從而提高用戶感受，具體流程示意如圖3所示。

圖3 R4資源調整流程圖

對于HSDPA和HSUPA業務，由于HSDPA下行是共享信道，HSUPA上行是共享心到，其資源分配和調度由Node B來控制。

Node B根據調度優先級（SPI，Scheduling Priority Indicator）,保障速率（GBR，Guaranteed Bit Rate）和下行數據量以及信道質量指示符（CQI，Channel Quality Indicator）進行共享信道的資源分配。通常情況下，下行數據量和CQI是實時變化的，而SPI和GBR是半靜態的。因此在引入深度識別的情況下，RNC可以根據業務類型通過修改SPI或者GBR來控制Node B的資源分配，調整過程如下：

RNC向Node B發送無線鏈路重配置消息[3]，通知Node B更新后的SPI和GBR后，Node B根據新優先級和GBR進行HSPA用戶調度，HSPA調度算法與目前通用HSPA調度算法相同（PF算法或者RR算法）。

2.2 用戶內不同業務的差異化調度

通常情況下，一個用戶同時進行多個業務的時候，高感受業務會因為受到低感受業務的擠占而影響用戶對高感受業務的感受度，例如同時進行BT下載和HTTP的時候，很容易因為BT下載，導致Http資源被占用，用戶感覺上網的速度很慢，用戶感受度極差。

采用深度識別基于DSCP的分組調度策略后，同一個用戶內保證高優先級DSCP數據分組優先發送，從而降低高感受業務時延，提高用戶感受。

2.3 基于應用業務的統計

通過數據包IP DSCP值攜帶業務特性后，無線網絡控制器可以根據DSCP值提供頻點級別或者小區級別的各種業務的報表信息。運營商可以根據區域內價值業務分布情況，合理調整無線網絡資源規劃和優化，最大化利用每個無線載波的價值。

在引入終端類型分析技術后，可以實現基于終端級價值業務統計和行為模型分析。運營商可以根據終端用戶的價值業務分析和行為模型的分析，可以獲得各類用戶和終端最感興趣的價值業務，為運營商制定后續運營策略和服務策略提供依據和素材。

3 結束語

通過深度識別技術引入，無線網絡和核心網可以實現網絡控制精細化，使網絡成為一個智能的業務網，從容應對網絡特殊業務沖擊、安全攻擊等其它惡性事件，同時引入精細化調度策略，能夠大大提升用戶的感受度，最大化提高無線資源利用率。

[1] 3GPP TS23125-680 Overall High Level Functionality and Architecture Impacts of Flow Based Charging

[2] 3GPP TS 23.207 End-to-End Quality of Service (QoS) Concept and Architecture;

[3] 3GPP TS25433-790 UTRAN Iub Interface Node B Application Part(NBAP) Signaling;