DPI技术在数据业务信道分配中的应用

戴明艳，邓也，张晓辉，古莉姗

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230031）

近年来由于资费调整，数据业务发展迅速，呈现了爆发式增长。在日益增长的数据业务里，QQ、飞信、Web等小流量业务占了绝大多数。按照传统的GSM分组信道管理策略，按照手机多时隙能力为小流量业务分配尽可能多的信道资源，必然会导致信道资源的浪费。为此引入DPI(Deep Packet Inspection，深度分组检测)技术，核心网GGSN通过DPI能力识别出QQ、飞信等小流量业务后，对此类业务只分配一条信道，取代之前的按照手机多时隙能力分配3～4条信道，避免造成无线信道资源的浪费，可有效提高无线资源利用率和PDCH信道平均吞吐率。

1 DPI技术

DPI（Deep Packet Inspection，深度分组检测），所谓深度就是和普通的报文分析层次相比较而言的，普通报文检测仅分析IP分组的源地址、目的地址、源端口、目的端口及协议类型，而DPI除了对前面的层次进行分析以外，还增加了对应用层的分析，识别各种应用及其内容。

DPI技术通过对IP分组的应用层内容进行深入分析，通过特征字的查找或者业务的行为统计，精确定位IP网络上的业务类型，并通过DPI应用系统下发策略，动态的控制每个用户的业务使用。

2 DPI技术在数据业务信道分配中的应用

传统的GSM数据业务信道管理是基于MS的多时隙能力和分组信道上承载的平均用户数来进行。由于BSC无法预测分组业务的流量需求，为了不影响用户的感受，只能按照MS的最大能力为其分配尽可能多的分组信道资源。

目前GSM网络承载的数据业务中绝大多数都是小流量业务，例如QQ业务、飞信业务等，用户数量高但数据量小。针对此类小流量业务，我们引入了DPI技术，对于QQ、飞信等小流量业务采用不同于其他业务的无线资源分配策略，核心网GGSN通过DPI能力识别出业务类型后，对此类小流量业务只分配一条信道，取代之前的按照手机多时隙能力分配3～4条信道，避免造成无线信道资源的浪费。

核心网GGSN以TCP连接为单位完成DPI，并在IP报文头中将识别出的业务类型映射为DSCP值，通过IP报文的传递，接入网可以最终得到业务类型。IP数据报文如图1所示。

图1 IP数据报文头

IPv4包含一个ToS（Type of Service）字段以允许简单的分类。我们将IPv4报文头部的ToS字段用作DiffServ字段。DiffServ字段的低6bit（0～5比特）用作代码点DSCP（Differentiated Services Code Point， 区分服务编码点），高2bit（6、7比持）是保留比特。DSCP支持64个值。网络各节点设备（比如GGSN、SGSN、路由器等）均具备DSCP功能，端对端的QoS保证可通过整网规划实现。通过配置业务类型到DSCP的映射关系，GGSN可将业务类型转换成相应的DSCP值。再通过以下步骤，将业务类型传递到BSS系统。

（1）数据报文在外部PDN的传送过程中，根据原始报文IP头中的DSCP获得不同的处理优先级，从而满足服务质量的要求；

（2）数据报文到达GGSN，GGSN封装GTP头；其中内层IP头（原始报文IP头）打上业务类型映射的DSCP2；外层IP头打DSCP1（即与原始IP头的DSCP保持一致）；GGSN到SGSN间的路由器均根据外层IP头中的DSCP（DSCP1）进行转发；

（3）数据报文到达SGSN，SGSN解封GTP头，并将原始IP报文分割成LLC_PDU；SGSN在Gb over IP时，可能会修改外层IP头上的DSCP1，但不会修改内层IP头；Gb over FR时，无需考虑DSCP，DSCP也不会被修改；

（4）数据报文到达BSC，BSC对LLC_PDU进行解析和重组，获取内层IP报文，从而得到此报文头的DSCP值（即DSCP2），将DSCP2还原成业务类型，根据获取的业务类型信息动态调整无线资源；

（5）原始IP报文到达手机。

针对QQ、飞信等小流量业务，通过DSCP值识别之后，不会根据终端原有的多时隙能力分配3（下行）+2（上行）或4+1信道，而是分配1+1信道，根据实验分析，QQ、飞信等小流量业务在分配1+1信道时，不会影响到用户的主观感受。

图2 PDCH的占用数及复用度

图3 PDCH平均吞吐率及GPRS用户LLC层下载速率

在PS话务热点地区，且QQ、飞信类业务占比较高区域，采用这种方式，可以充分利用无线信道资源，有效降低拥塞率，提高TBF建立成功率，同时提高PDCH信道平均吞吐率。

3 DPI技术在数据业务信道分配中的应用效果

我们选取了位于某大学城附近的一套BSC覆盖区域，通过前后开启DPI技术进行对比测试，来评估DPI技术在数据业务信道分配中的实际应用效果。具体指标变化见图2、图3。

测试结果表明应用DPI技术以后，可以有效地降低占用的PDCH数、PDCH复用度，提高PDCH的吞吐率和承载效率，而用户下载速率基本保持持平，且用户的主观感受不降低。

4 结束语

随着DPI技术在数据业务信道分配中的推广应用，可以有效地缓解目前数据业务信道紧张的局面，大大提高资源的利用率，为运营商精细控制和成本控制提供了一大利器。