3G系统中基于业务特性深度识别的应用

张晟 孙伟

（中国移动通信集团公司 北京 100032）

在传统的无线网络承载的应用方式中，无线网络作为应用的一个透明通道，并不关心运行于承载之上的业务特性。而实际上不同的应用有不同的特性需要区别对待，一些应用比如BT业务或者P2P业务在P2P文件共享过程中的版权问题，同时在网络应用中大量占用网络带宽的问题，流量模式对传统网络设计带来的挑战等；一些应用比如移动运营商运营的服务比如无线音乐俱乐部或者移动运营商战略合作伙伴运营的业务等等，由于其运营和战略策略方面的原因，这些业务是需要得到保证的；一些应用比如浏览网页等业务是用户最常见使用的业务，用户感受度的好坏是用户对网络评价最直观的参考。由此可见，传统的无线网络作为应用的一个透明通道的方式已经不能满足移动互联网应用日益增长的需求。

如何通过为用户提供差异化服务来提高用户的ARPU值，让高端用户有更好的体验?如何体现不同业务特性的差异化无线资源分配策略？中国移动提出一种基于核心网侧识别业务特性，无线网络根据业务特性差异化调度的方法。该方法的优点是能够将基于内容计费与无线承载根据业务特性快速调度结合在一起，从而达到高价值业务资源的优先分配。

在GSM、TD-SCDMA和LTE核心网融合的大背景下，核心网侧完成业务特性的深度识别方案适用GSM、TD-SCDMA和LTE多种制式数据业务需求，甚至适用完成核心网融合改造的WLAN网络业务识别需求，一种解决方案满足中国移动多种无线制式技术运营的需求。

1 核心网识别出应用业务

1.1 核心网（GGSN）业务识别技术和内容计费

在3GPP R6标准中引入了基于数据流（Data Traffic Flow）的计费概念[1]。所谓基于数据流的计费是指分组域能区分数据流中的内容所属的业务类型，从而配以不同的资费标准，向移动用户收取不同的话费。这大大地增强了现时只针对APN和PDP上下文的计费办法。业务识别的主要目的是让运营商对于用户的数据有更深入的了解和分析，从而为移动客户提供可区分的计费（DB，Differentiated Billing）服务。

为了达到内容差异化计费的目的，GGSN需要进行应用业务的深度识别，其主要识别方法有如下几种。

（1）SPI （Shallow Packet Inspection，浅层报文检测）。L3/L4层检测，GGSN打开TCP/UDP包头，检查里面的源／目的地端口号有否符合任何配置好的过滤规测。大部分的应用协议都有可以识别的端口号（如HTTP，WAP，FTP，SMTP，POP3，SIP等等），通过对端口号的识别，可以区分这些应用协议。

（2）DPI（Deep Packet Inspection， 深层报文检测），URL/特征字检测。通过监听和解析应用层协议获得当前业务的类别和特性。比如对P2P业务或者BT业务的识别，或者某网站是运用商合作网站，都可以通过DPI的方式识别。

1.2 核心网通过DSCP携带业务特性给无线网络

1.2.1 IP报文头中DSCP字段介绍

DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服务代码点）。IETF于1998年12月发布了Diff-Serv（Differentiated Service）的QoS分类标准。它在每个数据分组IP头部的服务类别（ToS，Type of Service）标识字节中（见图1），利用已使用的6bit和未使用的2bit，通过编码值来区分优先级。

图1 IP包头结构

1.2.2 核心网（GGSN）根据识别出的业务特性映射为DSCP值

GGSN根据内容计费的策略或者运营策略将各个业务特性映射为DSCP值。运营商可以根据用户感受进行映射业务特性与DSCP值的对应关系，比如将用户感受较高的HTTP业务映射为较大的DSCP值。运营商也可以根据运营策略进行映射关系，比如将移动自营的业务“无线音乐俱乐部”设置为优先级较高的DSCP值，而将对资源占用很多的P2P业务设置为较低的DSCP值（如表1所示）。

表1 应用业务与DSCP值映射关系

1.2.3 GGSN将业务信息通过DSCP随路携带给无线网络

如图2所示，GGSN识别出高层业务后，在IP的DSCP中填充扩展的DSCP值，将用户数据类型信息传送给SGSN，SGSN将数据转发给RNC （SGSN和GGSN是采用的Direct Channel技术），RNS（RNC/Node B）根据用户的当前业务特性以及用户签约的优先级综合起来重新调整资源分配，保证高价值业务的QoS。

图2 核心网与RNC之间通过DSCP值传递业务特性流程图

2 无线网络根据业务特性应用技术

2.1 用户间无线资源差异化调度

无线网络控制器获取到下行方向每个数据包的业务特性后，可以生成当前业务的主流业务。根据获得的应用业务特性，无线网络控制器调整资源分配。无线网络控制器在调整资源分配的时候，还应该考虑当前RAB的签约特性包括核心网在建立呼叫链路时候RAB指派中体现用户优先级关系的QoS参数TC（Traffic Class）、THP（Traffic Handling Priority)和ARP（Allocation/Retention Priority)[2]，即满足用户对应用业务感受的同时还需要最大程度地满足高签约用户的服务质量。

对于R4业务（R4终端或者R4小区），RNC根据用户高层业务的变化调整用户调度优先级，当用户从低优先级业务（比如BT）更换为高优先级业务（HTTP）且该用户上报4A事件（4A事件表示有更大的数据量要发送，需要更多资源），RNC将优先级低的业务资源减少，为高优先级业务的用户分配更多的资源，从而提高用户感受，具体流程示意如图3所示。

图3 R4资源调整流程图

对于HSDPA和HSUPA业务，由于HSDPA下行是共享信道，HSUPA上行是共享心到，其资源分配和调度由Node B来控制。

Node B根据调度优先级（SPI，Scheduling Priority Indicator）,保障速率（GBR，Guaranteed Bit Rate）和下行数据量以及信道质量指示符（CQI，Channel Quality Indicator）进行共享信道的资源分配。通常情况下，下行数据量和CQI是实时变化的，而SPI和GBR是半静态的。因此在引入深度识别的情况下，RNC可以根据业务类型通过修改SPI或者GBR来控制Node B的资源分配，调整过程如下：

RNC向Node B发送无线链路重配置消息[3]，通知Node B更新后的SPI和GBR后，Node B根据新优先级和GBR进行HSPA用户调度，HSPA调度算法与目前通用HSPA调度算法相同（PF算法或者RR算法）。

2.2 用户内不同业务的差异化调度

通常情况下，一个用户同时进行多个业务的时候，高感受业务会因为受到低感受业务的挤占而影响用户对高感受业务的感受度，例如同时进行BT下载和HTTP的时候，很容易因为BT下载，导致Http资源被占用，用户感觉上网的速度很慢，用户感受度极差。

采用深度识别基于DSCP的分组调度策略后，同一个用户内保证高优先级DSCP数据分组优先发送，从而降低高感受业务时延，提高用户感受。

2.3 基于应用业务的统计

通过数据包IP DSCP值携带业务特性后，无线网络控制器可以根据DSCP值提供频点级别或者小区级别的各种业务的报表信息。运营商可以根据区域内价值业务分布情况，合理调整无线网络资源规划和优化，最大化利用每个无线载波的价值。

在引入终端类型分析技术后，可以实现基于终端级价值业务统计和行为模型分析。运营商可以根据终端用户的价值业务分析和行为模型的分析，可以获得各类用户和终端最感兴趣的价值业务，为运营商制定后续运营策略和服务策略提供依据和素材。

3 结束语

通过深度识别技术引入，无线网络和核心网可以实现网络控制精细化，使网络成为一个智能的业务网，从容应对网络特殊业务冲击、安全攻击等其它恶性事件，同时引入精细化调度策略，能够大大提升用户的感受度，最大化提高无线资源利用率。

[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;