网络业务能力开放研究现状及展望

张卓筠 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院工程师

网络业务能力开放研究现状及展望

张卓筠 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院工程师

通过分析网络业务能力开放的典型应用场景，归纳总结了现有网络业务能力开放的实现方案，并对未来网络业务能力开放的研究热点进行展望。

网络能力 开放需求 网络架构

1 引言

管道资源和网络优势是运营商的核心竞争力所在，但如何整合内外部资源，与价值链上的各方利益合作共赢，成为了未来移动网络演进必须考虑的重要问题。

具体来说，3GPP系统具有独特的核心资产，即3GPP业务能力，包括通信能力、上下文信息、签约信息和控制能力等。通信能力是指提供语音、短信、MMS服务等能力；签约信息包括签约ID、特征集、优先权等信息；上下文信息包含实时的用户信息，例如用户位置、终端能力和数据连接类型等；控制能力是指对业务质量、策略/安全方面的控制和监控的功能。这些能力和信息对第三方业务提供商来说是非常宝贵的资源。

移动网络如何更高效、安全地开放自身的能力已经成为未来网络演进的方向和业界关注的热点问题，很多标准化组织和研究机构也对此开展了积极的研究和探索。

本文在介绍业界研究进展的基础上，深入分析了网络业务能力开放的典型应用场景，归纳总结了现有网络业务能力开放的实现方案。

2 标准研究进展

目前，国内外主要标准组织和机构对网络能力开放的相关研究如下：

●OMA

重点研究移动网络与第三方业务提供商之间的API接口，已经定义了文件传输、能力发现、位置信息、图片共享等20多个API接口。

●GSMA

基于OMA的研究成果，定义了包括设备能力、位置信息、支付、连接属性在内的9个API接口。

●3GPP

2013年6月，3GPPSA1立项了研究课题“Service Exposureand EnablementSupport”，主要分析移动网络能力开放的场景和需求，包括物联网领域和其他的第三方业务提供商，而且考虑了第三方可以给移动网络开放能力信息，从而帮助移动网络进行业务预测分析，改善网络质量和用户体验。2014年5月，3GPP SA2立项了“Architecture Enhancements for Service Capability Exposure”和“M onitoring Enhancements”两个研究课题，分别研究能力开放架构和监控能力开放的关键技术。

●CCSA

中国通信标准化协会的TC5WG9的CN子组于2014年立项了“基于策略和计费控制（PCC）架构的移动网络能力开放总体技术要求”和“基于策略和计费控制（PCC）架构的移动网络能力开放的应用接入控制网元（AAC）设备技术要求”两个行标项目，主要研究基于PCC架构的能力开放方案。

●IMT2020

国内IMT2020（5G推进组）于2013年12月底成立了网络技术组，其中的能力开放子组主要负责研究网络能力开放的需求和关键技术问题。目前，该子组已经完成网络能力开放需求方面的研究工作，后续将开展网络业务能力开放关键技术的研究阶段。

3 能力开放应用场景分析

移动网络业务能力是非常宝贵的资源，深入分析和整合移动网络业务能力将给移动网络运营商和第三方业务提供商的合作带来契机。本文主要介绍4个应用场景，即QoS保障能力开放、连接属性开放、实时位置开放和计费模式选择。

3.1 QoS保障能力开放

（1）概述

根据第三方业务提供商和运营商达成的协议，运营商可以保障第三方业务提供商某个应用程序的带宽或访问速度，从而提高该应用程序的业务体验。

（2）场景示例

●为第三方业务提供商提供全时段业务加速

根据第三方业务提供商与运营商达成的协议，只要有用户使用该第三方的业务，就为其进行业务提速，由第三方来替用户支付提速费用。

●为第三方业务提供商提供特定场景的业务加速

根据第三方业务提供商与运营商达成的协议，只在特定时间段等特殊场景为用户提供业务加速，例如提供特定时间的“中国好声音加速流量包”，由第三方来替用户支付提速费用。

●为第三方业务提供商提供指定用户群的业务加速

为业务合作伙伴指定的用户群体提供业务加速，既可以是业务的临时加速，也可以是业务的全时段加速。

●为指定业务提供质量保障

为指定业务提供质量保障，例如为运营商自有业务手机视频、云游戏等提供高速率、低时延、低丢包率的质量保障。

3.2 连接属性开放

（1）概述

连接属性可以表征该用户下一时刻可能获得的最大数据传输速率。由于用户会同时运行多个应用程序，所以某一个第三方获得的最大数据传输速率会小于预期的最大传输速率。本场景描述的是向第三方业务提供商开放用户的连接属性，从而改善用户体验。

（2）场景示例

用户A和B是某运营商的签约用户。他们都在使用智能手机访问网站：news.example.com。用户A的传输速率较高，而用户B的传输速率较低。

该网站向网络请求获得用户A和用户B的连接属性，网络把目标用户的连接属性发送给该网站。由于两个用户的连接属性不同，该网站会返回完整的内容给用户A，包括图片、动画和文字。同时，网站返回压缩后的内容给用户B，包括文字和低清晰度的图片。

这样，用户A和B都能以较低的延迟访问该网站的业务，用户A可以浏览到完整的网站内容，用户B可以浏览到压缩后的网站内容。

3.3 实时位置开放

（1）概述

根据业务提供商和运营商达成的协议，运营商可以向第三方业务提供商开放用户的实时位置信息，用于紧急救援或是交通监控等场景。

（2）场景示例

运营商和某救援机构签署协议，可以向该救援机构提供某一区域的用户数量。

当某一区域发生火灾时，急救机构向运营商请求提供该区域内UE的数量。区域的定义可以参考OMA中定义的区域内容。运营商可以把第三方提供的区域信息翻译成3GPP可以理解的内容，如TA、LA等信息，来获取到该区域内的用户数量。救援机构可以参考该辅助信息安排救援行动。

3.4 计费模式选择

（1）概述

根据业务提供商和运营商达成的协议，运营商可以向第三方业务提供商开放计费模式选择能力。

（2）场景示例

某游戏开发商开发了一款在线游戏，用户可以在线注册该游戏，并可以使用手机通过由运营商网络访问该在线游戏。运营商和该游戏开发商签署协议，可以让该游戏开发商选择和改变计费模式。

用户A注册了该游戏，当用户A使用手机访问该在线游戏时，访问流量由用户A承担。当用户A升级为VIP用户后，该游戏开发商会与网络交互，请求网络对游戏开发商计费，访问流量由该游戏开发商支付，而不再由用户A支付访问该游戏的流量费用。

4 现有的网络能力开放实现方案

基于上述的网络能力开放需求分析，目前比较成熟的实现方案是基于PCC架构来实现，对网络的影响相对较小，实现较为容易，主要有以下两种：

4.1基于XML化的Rx接口的能力开放方案

该方案主要考虑把Rx接口协议用XML协议来实现，可以将移动网络能力通过PCRF开放给应用AF，实现方式简单，也可以简化应用开发需求，其基本架构如图1所示。

图1 基于Rx接品的能力开放架构

该方案中，对网元功能要求主要包括以下3点：

（1）PCRF：升级支持XML协议，包含RESTFUL以及SOAP。

（2）SPR：支持包含第三方SP的签约信息，包括QoS需求、优先级、计费键值等。

（3）AF：支持XML协议，包含RESTFUL以及SOAP。

当网络状态发生变化时，比如网络拥塞或者无线边缘速率无法满足带宽需求时，网络侧需要通知SP当前的状态，如果可行的话，可以携带当前网络可使用的资源，以便AF进行应用层的处理。当前网络侧可提供的网络状态信息包括拥塞状态、用户位置、承载状态、接入网类型切换和QoS信息。

4.2 基于AAC的能力开放方案

该方案中，在应用功能实体（AF）和策略计费控制实体（PCRF）之间增加一个统一的应用接入控制网元（Application AccessControl，AAC），用于根据应用的QoS要求向PCRF申请、调整网络资源，同时根据应用要求向PCRF执行网络资源事件通知订阅和取消。AAC可将AAC与AF之间基于XML的协议（如SOAP、RestfulHTTP）转换为AAC与PCRF之间Diameter协议，简化应用开放要求、提高网络安全性。基于AAC的能力开放架构如图2所示。

本架构基于3GPPPCC架构，架构中的新增实体应用接入控制网元AAC位于第三方AF和PCRF之间，连接运营商网络和外部第三方数据应用。AAC支持第三方AF和PCRF之间的协议适配功能，执行对第三方AF的准入授权机制，支持用户发起的业务资源更新功能，也支持第三方AF和运营商网络的计费适配功能。

图2 基于AAC的能力开放架构

PCRF根据签约以及网络策略决定UE是否允许使用相关业务，并进行QoS授权。PCRF与AAC的接口为Rx接口，AAC将AF协议转换后和PCRF交互，该接口是否需要增强待研究，PCRF执行AAC的AF和IPCAN会话的关联，关联机制同现有技术。

4.3 评估分析

上述两种方案都是基于现有的PCC架构，通过PCRF进行对外开放。对方案的评估分析参见表1。

表1 方案评估分析

5 未来能力开放技术研究热点

目前，3GPPSA2工作组正在开展网络能力开放架构演进方面的研究工作，主要提出了通过在网络中增加网络能力开放层SCEF（ServiceCapability Exposure Function）来负责与第三方业务提供商进行交互的功能，能力开放架构演进的基本框图如图3所示。

网络能力开放功能层SCEF通过3GPP网络接口安全开放网络业务能力。SCEF提供了通过网络应用可编程接口接入网络能力，这些接口可以由OMA、GSMA，或是由其他的标准组定义。SCEF可以把底层的3GPP网络接口和协议进行抽象。SCEF根据所支持的API接口的不同会有差异。

SCEF的主要功能包括：鉴权和授权、API识别、画像管理；接入控制列表管理、策略增强、计费、与外部互联和连接点相关的问题、抽象等方面。

图3 网络能力开放架构演进

该方案通过通用的网络能力开放层，与网络内部网元直接对接，消除了对于PCRF的依赖，实现方式更为灵活高效。但是，目前该方案的研究尚处于起步阶段，还有待后续的分析和验证。

6 结束语

本文从移动网络能力开放的典型场景出发，简述了目前比较成熟的两种基于PCC架构的能力开放方案，并分析评估了两种方案的特点，最后对未来网络能力开放的演进架构进行了展望。

1 OMA PresenceAPI.OMA-TS-REST_NetAPI_Presence-V 1_ 0-20130212-C

2 GSMA Zonal Presence.http://www.gsma.com/oneapi/zonalpresence-beta/

3 3GPPTR22.853.ServiceExposureand EnablementSupport

4 3GPPTR23.862.EPCEnhancements to Support Interworking w ithDataApplication Providers

5 3GPPTS29.213.Policyand Charging ControlSignalling Flows andQualityofService(QoS)ParameterMapping

6 3GPPTS29.212(b10).Policy and Charging Control over Gx ReferencePoint

7 3GPPTS29.214(b10).Policy and Charging Control over Rx ReferencePoint

8 3GPPTS 32.240.Telecommunication Management.Charging Management.ChargingArchitectureandPrinciples

9 3GPPTS32.299.Telecommunication Management.Charging Management.DiameterChargingApplications

10 3GPPTR23.813.Studyon PolicySolutionsandEnhancements

StatusandProspectof Network ServiceCapabilityExposure

Ananalysisofscenariosof thenetwork servicecapabilityexposureisprovided.Theexistingsolutionsofnetwork capabilityexposureareanalyzedandstudied,andanoutlook forthefutureresearchisalsosummarized in thispaper.

networkcapability,exposurerequirement,networkarchitecture

2014-12-24）