LTE网络引入PCC的业务保障策略分析

袁鹏辉，龙 彪，陈 洁

（中国电信股份有限公司广东研究院 广州510630）

1 引言

以iPhone为代表的移动智能终端的出现和以App应用为代表的移动商业模式的成功，带动了全球范围内的一波移动互联网热潮。随之而来的是移动数据业务流量的急速飙升，这极大地增加了网络运营的成本和压力。但利润的增长却要缓和得多，流量和利润之间巨大的剪刀差让运营商“只赚吆喝不赚钱”。因此改变经营策略，提高网络的智能管控水平，实现区分用户和业务的服务，提高盈利能力成为运营商的共识。

为顺应运营商的这一转变和需求，3GPP推出了PCC架构以加强对网络的管控，合理利用网络资源，向有价值的用户和业务倾斜，提高收入/流量比值。PCC架构融合了策略控制和计费，提供了一整套完整的区分业务的QoS保障体系。LTE/EPS网络与PCC系统结合提供了端到端的QoS控制机制，由LTE终端、eNode B、EPC设备及策略控制设备共同实现。本文首先简要介绍了基于LTE网络的PCC系统基本架构和功能，然后结合自营视频类业务详细分析了PCC的业务保障机制，最后给出了国内电信运营商在LTE网络引入PCC保障业务的策略。

2 LTE网络的PCC基本架构

3GPP给出的基于LTE网络PCC系统的逻辑架构如图1所示(仅考虑GTP协议情形)，主要包含用户属性存储(subscriber profile repository，SPR)、业务功能（application function，AF）、策略计费决策功能（policy and charging rules function，PCRF）、策略计费执行功能（policy and charging enforcement function，PCEF）和业务流检测功能（traffic detection function，TDF）等逻辑实体。

AF提供与动态策略控制和计费相关的应用相关的信息，如IMS平台。SPR提供用户/签约相关信息，SPR与PCRF间的Sp接口为私有接口。根据产品的不同实现方式，SPR能与HSS或PCRF合设。TDF执行应用程序的检测和汇报。PCRF和PCEF是策略控制决策和执行实体。在LTE/EPS网络中，PGW执行PCEF功能。PCRF下发对用户和业务授权的PCC规则给PCEF执行。相比2G/3G QoS控制，LTE/EPS网络将QoS的控制参数简化为4个参数，有利于业务QoS策略的制定和下发，其中包含两个重要参数ARP和QCI。ARP决定了业务资源分配优先级及抢占和被强占能力，QCI与业务在节点转发处理时所能享受到的服务等级有关。

3 基于PCC的业务保障机制

3.1 基于PCC的业务保障能力

LTE网络具有较高的接入带宽和灵活的QoS机制，通过核心网和无线接入网之间QoS参数的传递和映射，实现对业务端到端的QoS保障。基于PCC的LTE网络具备从多个角度对业务进行保障的能力。

·为需要保障的业务设置较高的ARP。在网络繁忙时，高ARP值业务获得优先接入权，提高业务接通率，避免资源被其他业务抢占而造成业务中断。

·为保障业务设置较高的QCI。通过QCI与网络调度相关参数的映射，通过网络智能调度，为业务分配更多资源，同时对资源的利用率也很高。

·为保障业务提供保障带宽。通过提前预留带宽，业务独享网络资源，避免在网络负荷高时受到其他业务的干扰。但这种方式的资源利用率不高，需要慎重使用，建议只对部分业务（如VoIP业务）实行。

·基于用户粒度的业务重定向。通过重定向，实现负载均衡，优化路由，降低端到端的时延。

3.2 基于PCC的业务保障机制

LTE网络可实现多级QoS控制力度，即承载级、APN级、用户级3种粒度的QoS控制机制。可实现通过为业务分配不同的QoS参数，将业务绑定到不同承载上实现对业务的保障。LTE网络有3种不同类型的承载。

默认承载：用户在网络附着成功后就已经建立，对于每个PDN连接都有一个默认承载。而且只要用户在线就会一直存在，即使没有数据业务，核心网承载也一直保留。因此从节约资源的角度考虑，默认承载的QCI等级一般较低，为业务提供best-effort服务，但ARP等级较高，以尽量避免由于资源被抢占而导致的用户下线。对于QoS要求不高的业务一般建议在默认承载上运行，以减轻网络信令负担。

Non-GBR专有承载：一般在业务需要的时候建立，在业务结束后就拆除。相对于默认承载，Non-GBR专用承载的QoS等级一般要高一些，用于为对QoS有一定要求的业务提供保障。但网络并不为Non-GBR专有承载分配固定带宽，因此业务体验与网络实时负荷密切相关。

GBR专有承载：与以上两种承载不同，其独占固定带宽。即使没有业务数据传输，只要承载保留，其他承载上的业务也不能使用这些资源，因此带宽利用率较低。但由于这种对资源的独占特性，使其能为业务提供高质量的服务保障，而且不受网络负荷变化影响，因此对业务的保障能力最强。

LTE网络专有承载的建立可以通过终端发起，也可以通过网络侧发起，但是否建立或修改专有承载由网络决定。对每个承载QoS参数的授权也由网络侧控制，以加强运营商对网络资源的控制。

4 PCC业务保障典型应用

在LTE网络基于PCC的业务保障有两种方式：一是通过限制低价值业务的带宽，间接为高价值业务预留资源；二是为高价值业务授权较高的QoS等级，通过网络智能调度，主动抢占资源。

下面以某运营商开展自营视频类业务提供服务保障的场景为例，详细说明基于PCC主动为业务提供服务保障的流程。

对于该自营视频业务，假设已经部署了应用服务器（对于没有部署应用服务器的情形，可以利用TDF的业务检测功能。在检测到业务开始后，通过动态下发或提前预配置控制策略，为业务提供保障）。图2是通过网络侧发起承载建立对业务进行保障的一个典型流程。

（1）～（2）：用户在 LTE 网络附着成功，默认承载已经建立。用户通过移动终端登录视频网站，准备收看视频。

（3）～（4）：该视频网站的应用服务器AF收到用户登录信息后，根据用户IP地址，查找到为该用户服务的PCRF。AF与PCRF进行信息交互 （在此之前PCRF可能会对AF进行认证），AF向PCRF提供业务相关信息供PCRF做策略决策。PCRF可向AF提供用户信息，如终端类型、接入方式等，用于业务对终端的适配，以最大化网络资源的利用。

（5）～（6）：收到业务信息后，如果 PCRF 上没有存储用户签约信息，PCRF将向SPR请求该信息。

（7）：PCRF基于业务信息、用户签约信息和运营商策略进行决策，并生成PCC规则下发给PCEF执行。在整个流程中，策略决策是最关键的一步。对于自营视频业务，通过为其授权较高等级的QoS参数，给予固定的保证带宽，并结合灵活的策略计费制定多种类型的业务套餐。同时在业务体验过程中结合多种信息动态更新PCC规则，充分保障该业务的服务体验，以实现业务的迅速推广。

（8）～（10）：PCEF 收到 PCC 规则开始执行（如预留资源、修改已有承载或发起新承载的建立等）。在承载建立或修改过程中，网络为业务预留带宽，同时核心网各节点将QoS参数映射为转发处理相关参数。在无线侧，eNode B将QoS参数作为业务接纳控制以及无线资源调度的输入。通过以上方式实现对业务的端到端的QoS保障。在步骤（3）～（4）中，AF可根据用户的位置来指定一个靠近用户的内容站点为用户服务，PCRF将这一信息转发给PCEF，由PCEF执行重定向，优化媒体面路由。

5 结束语

PCC提供了强大的网络管控和业务保障能力，对运营商做大做强管道有重要意义。一些主流电信运营商，如美国Verizon和日本KDDI，通过积极的LTE演进策略，在新建的LTE网络部署PCC，在发展用户、提高盈利能力、快速推广业务等方面均取得了良好的效果。因此，本文建议国内运营商在开展LTE商用部署时同步引入PCC，利用LTE提供的高接入带宽，充分发挥PCC的强大业务保障能力，为LTE用户提供良好的服务体验，从一开始就树立LTE业务良好的服务口碑。更进一步，为了在将来LTE网络部署PCC积累运营经验和更好地实现3G网络与LTE的互操作、统一或融合策略，可在3G向4G过渡时期适当部署PCC进行试点。

1 3GPP TS 23.401.General Packet Radio Service Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Access（R11）

2 3GPP TS 23.203.Policy and Charging Control Architecture（R11）