基于用户配额的LTE用量控制技术研究

池炜成

（中国电信股份有限公司广东研究院，广东 广州 510630）

基于用户配额的LTE用量控制技术研究

池炜成

（中国电信股份有限公司广东研究院，广东 广州 510630）

通过分析用户配额的含义和来源，并阐述用户配额体系，提出了2种基于用户配额的LTE用量控制方案，以融合支持在线计费用户与离线计费用户，最后探讨了相关的应用场景。

长期演进 策略和计费控制 用户配额 用量控制

1 引言

在大力发展LTE业务的背景下，运营商将LTE流量经营作为重点业务经营策略。相对于2G/3G网络，LTE具有传输速率更高、QoS（Quality of Service，服务质量）更具保障等特点，不但使用户在传统移动业务中（如网页浏览、在线聊天等）有更好的体验，还可以为用户承载2G/3G网络难以支持的高清视频、三维游戏等实时高带宽业务。然而，正因为LTE具有高带宽特性，若用户不注意控制用量，特别是在长时间使用高带宽业务时，有可能出现用量大幅超出预算，从而导致支付高昂的上网费用。要缓解此问题，除了用户自身注意用量外，运营商亦需提供一些措施来协助用户更好地控制用量。

基于用户配额的LTE用量控制是一种有效的应对手段，它根据用户配额的变化执行不同的PCC（Policy and Charging Control，策略和计费控制）规则，对LTE上网速率进行灵活调控，从而控制上网用量的消费速度，避免大额超量费用的产生。由于用量控制在业务上涉及种类繁多的用户配额，在技术上又涉及LTE网络的多个网元以及BSS（Business Support System，业务支撑系统），所以具有一定的复杂性，本文将在分析LTE用户配额体系的基础上探讨相关技术方案。

2 用户配额体系

用户配额是指用户预知可用的LTE上网使用量，一般是指用户在计费周期开始时已知的、可用的且不会被额外收费的LTE上网流量或时长，如某用户套餐中每月可用2GB国内流量，2GB范围内流量不另外计费，2GB范围外则按标准计费。用户配额主要有两个来源：一是用户订购；二是赠送。用户订购产生的用户配额是指由用户订购业务而获得的LTE上网使用量，用户通过订购4G套餐、流量可选包、加餐包等方式可以获得新的用量配额，如某运营商的199 4G套餐中包含了3GB的LTE上网流量、500MB的易信定向流量。赠送产生的用户配额是指运营商在营销活动中免费赠送给用户的LTE上网使用量或者其他用户转赠给本用户的LTE上网使用量，前者如某运营商对新的4G套餐用户在开户后的连续4个月内每月赠送15GB本地流量，后者如用户的家人因为本月流量余额充足而将部分流量转赠给用户使用。

由于用户订购和赠送存在多种业务形态，所以用户配额也存在多种类型，不同类型的用户配额可能有不同的使用范围，这一系列的用户配额构成了用户的用户配额体系，如图1所示。

总体上，从用户配额的计算单位划分，用户配额可分为流量配额和时长配额两大类，如上网可用流量10GB，上网可用时长3 600分钟。目前业界主要采用流量配额，而时长配额较少。在每个大类下，可以从多个维度进行类型细分。

从配额的周期性划分，可分为一次性配额和周期性配额。一次性配额是指一次性分配的当期用完为止的使用量，不会延伸至下个计费周期使用；周期性配额是指每个计费周期都会重新初始化的使用量，可以细分为天配额、周配额、月配额、季配额、年配额等。

从配额的业务使用范围划分，可分为通用配额、定向配额、定时配额。通用配额是指配额可以用于任何业务以及在任何时段使用；定向配额是指限定在特定业务或内容上使用，如易信定向流量、苹果APP Store定向流量、爱音乐定向流量等；定时配额是指限定在特定时段使用的配额，可细分为闲时配额、忙时配额，其中闲时配额只在闲时时段（如晚上11点至早上8点）使用。

从配额的使用区域范围划分，可分为本地配额、省内配额、国内配额、国际配额，分别限定配额使用的区域范围为用户所在的本地网内、用户归属省内、全国范围、全球范围。

从配额是否可共享划分，可分为共享配额、非共享配额。共享配额是可以让其他用户共享的配额，如副卡用户可以共享主卡用户的流量、员工用户可以共享企业用户的流量等。

通过不同维度的组合可产生更加丰富的用户配额类型，如定向闲时流量配额、省内共享流量配额、通用可共享周配额等。

图1 用户配额体系

用户配额状态是指用户的累计用量与用户配额的相对位置，通过累计用量与用户配额的比值或比值范围来确定，它反映了用户的累计用量与相应用户配额之间对比关系。用户配额状态可以灵活定义，如为流量配额定义2个状态：状态1是累计流量在用户配额内，状态2是累计流量在用户配额外；为流量配额定义4个状态：状态1是累计用量到达流量配额50%，状态2是累计用量到达流量配额90%，状态3是累计用量到达流量配额100%（即配额已用完），状态4是累计用量到达流量配额150%（即已超额使用50%）。用户配额状态可以针对用户配额大类定义，亦可以针对某个细分的用户配额类型定义，前者如用户拥有的所有流量配额的总和，后者如针对某个定向流量配额定义（如微信专用流量）。

图2 网络侧用量累计方案

3 用量控制

基于用户配额的LTE用量控制总体可分为：第一部分是用户配额的产生和存储；第二部分是用量累计与用户配额状态判断；第三部分是用户PCC规则的调整与用户提醒；第四部分是PCC规则的执行。这四部分工作需要LTE网络与BSS协同完成，以下提出2种实现方案。

3.1 网络侧用量累计方案

本方案将用量累计与用户配额状态判断功能放在LTE网络侧的PCRF（Policy and Charging Rule Function，策略和计费规则功能）完成，用户配额由BSS系统侧的C RM（Customer Relationship Management，客户关系管理）生成并传递给SPR（Subscription Profile Repository，用户属性存储器）网元存储，用户PCC规则的调整与用户提醒亦由PCRF完成，PCC规则的执行由PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略和计费执行功能）完成。具体如图2所示。

其中，CRM系统进行业务受理，接受用户的订购以及完成相关用量的赠送，然后将相关的用户信息与订购数据同步给LTE网络侧的SPR网元，从而使SPR网元中存储了各种类型的用户配额信息。若用户有新的订购行为或新的赠送，用户配额将发生变化，CRM系统实时将更新数据同步给SPR，如通过Web Service接口。当用户使用LTE上网时，PCEF通过Gx接口向PCRF请求下发用户的PCC规则，PCRF通过SPR获得用户配额信息，进行用户配额状态判断，根据用户配额状态生成用户PCC规则，其中包含上行最大比特率（UL-maximum bitrate）、下行最大比特率（DL-maximum bitrate）、QCI（QoS Class Identifier，QoS级别标识）、门状态（Gate status）等信息。PCRF下发用户的PCC规则给PCEF，同时给PCEF下发用户监控额度，指示PCEF进行用量监控。PCEF统计用户网络使用量，达到用户监控额度后上报给PCRF。PCRF根据PCEF上报用量的情况进行各种用量累计，然后进行用户配额状态的判断，并根据预设的条件，当用户配额转为特定状态时，如当用户配额状态从状态1（累计用量到达通用流量配额50%）转为状态2（累计用量到达通用流量配额90%）时，PCRF生成新的PCC规则并下发给PCEF执行，同时向用户发出提醒，提醒用户的配额已接近用完，以便用户适当控制用量。

3.2 BSS侧用量累计方案

本方案将用量累计与用户配额状态判断功能放在BSS侧的计费系统中完成，用户配额由CRM系统生成并传递给计费系统存储，PCRF根据计费系统提供的用户配置状态信息进行用户PCC规则的调整，用户提醒由计费系统发起，PCC规则的执行由PCEF完成。

为实现此构想，3GPP从R11起在PCC架构增加了PCRF与OCS（Online Charging System，在线计费系统）之间的Sy接口。Sy接口主要用于用户配额状态信息的交互，供PCC决策使用，如图3所示。

在新的PCC架构中，P-GW（Packet Data NetworkGateway，分组数据网网关）与OCS的Gy接口用于实现预付费用户的在线计费，P-GW与OFCS（Offline Charging System，离线计费系统）的Gz接口用于实现后付费用户的离线计费，新增的PCRF与OCS之间的Sy接口主要用于OCS向PCRF报告用户配额状态信息。当PCRF首次对用户作策略决策时，PCRF使用初始配额报告请求（Initial Spending Limit Report Request）流程，向OCS请求报告用户的某些或全部用户配额状态，OCS向PCRF提供所请求的用户配额状态，并且当用户配额状态发生变化时主动通知PCRF。PCRF也可以使用中间配额报告请求（中间SLR）流程向OCS请求增加订阅新的用量配额状态信息，或者取消某些用户配额状态信息的订阅。当PCRF不再需要该用户的用户配额状态信息时，PCRF使用终止配额报告请求流程完全取消配额报告。

上述方案为OCS用户的用户配额状态报告提供了参考，但是并未提及OFCS用户的用户配额状态报告。因此，为了融合支持所有用户（包括OCS用户和OFCS用户）的用户配额状态报告功能，需要在此方案上进行改进，形成用户配额状态报告融合方案，如图4所示。

此融合方案中，在BSS侧新增一个用户配额状态管理模块，统一负责向PCRF报告所有用户（包括OCS用户和OFCS用户）的用户配额状态。CRM系统将所有的用户类型信息以及OFCS用户的配额数据同步给用户配额状态管理模块。在PCRF向用户配额状态管理模块发出配额报告请求后，用户配额状态管理模块首先进行用户类型判断。若为OCS用户，用户配额状态管理模块将对应的SLR（Spending Limit Report Request，消费状态通知请求）消息转发至OCS，并将OCS响应的SLA（Spending Limit Report Answer，消费状态通知应答）转发给PCRF；若为OFCS用户，用户配额状态管理模块判断用户当前的用户配额状态，将响应的SLA正确发送至PCRF。

图3 PCC架构中的Sy接口

图4 用户配额 状态报告融合方案

对于OCS用户，用户的用量累计、用户配额存储、用户配额状态的判断由OCS完成，用户配额状态管理模块仅作为统一与PCRF交互的代理，负责接收PCRF的请求，然后转发给OCS，OCS经用户配额状态管理模块将用户配额状态反馈给PCRF。对于OFCS用户，鉴于OFCS用户的离线计费特点，OFCS一般会经过话单的采集、预处理、批价、合帐、优惠等多个处理环节才能完成累计用量，而且整个流程不区分业务，即LTE上网业务与其他业务（如语音业务、短信业务、增值业务等）都在一个流程中处理，这些都不利于快速累计OFCS用户的LTE上网用量，从而难以快速判断并向PCRF报告用户配额状态。为应对此问题，OFCS在完成预处理后立即分拣出LTE上网话单信息并同步给用户配额状态管理模块，用户配额状态管理模块进行实时累计用量，并判断用户配额状态，若用户配额状态发生变化，则立即向PCRF报告。

综上所述，在融合方案中，无论对OCS用户还是OFCS用户，PCRF都可以统一从用户配额状态管理模块获取用户配额状态，而且PCRF只需要跟用户配额状态管理模块交互，包括Sy会话的建立、取消等，网元无增加任何负担。

4 应用场景

由于LTE上网速度可高达100Mbps或以上，所以运营商有必要提供降低LTE用户超额流量使用风险的措施，基于用户配额的LTE用量控制技术正是达到此目的的有效手段。用量控制应用在用户级别上，可根据每个用户自己的配额情况对用户的上网用量进行针对性地控制，能够达到让用户放心使用LTE、合理消费的目的，提高用户LTE上网的总体服务体验。以下是用量控制的两类应用场景：

一是达量降速。当适用于当前业务的所有用户配额都已经用完或接近用完时，则可以根据业务预设规则下调用户的上网速率，从而减少用户继续高速使用LTE网络而产生高额超量费用的机会。例如，当用户配额状态为达到用户配额的100%或90%时，PCRF为该用户生成新的低速PCC规则，然后下发给PCEF执行，同时向用户发出提醒，提醒用户配额已用完或快用完，并向用户推荐适合用户的流量产品，方便用户补充新的配额。

二是超量断网。用户配额是用户的预算用量，当用户不但将所有的用户配额用完，而且大幅超出预算用量时，则可以根据业务预设规则暂时切断用户的上网，避免用户继续高速使用LTE网络而产生更高额超量费用。例如，当用户配额状态为达到用户配额的150%或200%时，PCRF为该用户生成新的PCC规则，然后下发给PCEF执行，暂时切断用户的LTE上网，同时向用户发出提醒，提醒用户用量已经远超预算，用户上网功能暂时停止，并向用户说明重开上网功能的简单方法或向用户推荐适合的流量产品。

5 结束语

移动互联网已步入高速发展期，LTE网络为移动互联网提供了更加宽广的移动信息高速公路，在为传统移动应用提供更好网络体验的同时，亦为新型的高带宽移动应用提供了实现基础。在高网速、大流量的移动网络应用背景下，用户的网络消费与合理消费预算应达到一个合理的平衡，以促进用户信息消费的持续发展，有序地提高移动互联网应用水平，基于用户配额的LTE用量控制正是实现此目标的重要手段，相关的应用场景以后将会越来越多。

[1] 3GPP TR 23.203. Policy and charging control architecture (Release 12)[S/OL]. (2014-12-17). http://www.3gpp.org/ DynaReport/29203.htm.

[2] 3GPP TR 29.219. Policy and charging control: Spending limit reporting over Sy reference point (Release 12)[S/OL]. (2014-06-28). http://www.3gpp.org/ DynaReport/29219.htm.

[3] 3GPP TR 29.213. Policy and charging control signalling flows and Quality of Service (QoS) parameter mapping (Release 12)[S/OL]. (2014-12-23). http://www.3gpp.org/ DynaReport/29213.htm.

[4] 易飞,刘晓丰,史相斌,等. LTE丛书：EPC原理与实践[M]. 北京: 电子工业出版社, 2014.

[5] 庞韶敏,李亚波. 3G UMTS与4G LTE核心网[M]. 北京:电子工业出版社, 2012.

[6] 周伟,毛聪杰. 用PCC在CDMA网络中实现智能管道[J]. 电信科学, 2013(9): 89-93.

[7] 沈庆国,于金火. 移动网络M2M业务QoS策略控制[J].移动通信, 2013(21): 80-85.

[8] 丁晋. 移动互联网智能管道顶层设计和规模商用实践[J]. 电信科学, 2013(9): 194-200.

[9] 茅硕. 移动互联网时代的运营商战略初探[J]. 电信科学, 2014(3): 140-142.

[10] 丁亦志,崔海东. 实现流量经营的智能管道与智能运营双核模型[J]. 电信科学, 2013(9): 141-144.★

Research on LTE Usage Control Technique Based on User Quota

CHI Wei-cheng
(Guangdong Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)

In the light of concept the source of user quota, user quota system was described, and then two kinds of LTE usage control schemes based on user quota were proposed which fully support both online and offl ine users. Finally, their application scenes were discussed.

LTE policy and charging control (PCC) user quota usage control

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.007

TN929.5

A

1006-1010(2015)10-0036-05

池炜成. 基于用户配额的LTE用量控制技术研究[J]. 移动通信, 2015,39(10): 36-40.

2015-03-11

责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn