智能管道的三大关键技术

中国电信股份有限公司技术创新中心 | 王海宁

编者按

随着智能管道的推广，业界对智能管道的研究也在逐步深入。继本刊在此前的专题中探讨了智能管道的概念、必要性和市场状况之后，本期智能管道专题将更进一步，研究智能管道的核心技术与逻辑分层，以及实现智能管道的核心环节等。

智能管道的三大关键技术

中国电信股份有限公司技术创新中心 | 王海宁

目前网络上的流量呈现出了严重的不均衡性：少数“重量级”用户和P2P下载等低价值业务占用了大量网络资源；系统忙闲时流量差异大，导致系统利用率低；同一覆盖地区的固定移动网络之间以及不同移动网络之间负载不均。传统的通信管道无法对流量实施差异化经营，打造对业务流可管可控的智能管道，做好流量精细化运营，是解决这一问题的现实手段。

智能管道的核心能力是对融合网络的可管可控，因此，多网协同的融合架构是打造智能管道的基础，对用户、业务和网络状态信息的感知是前提，策略控制与计费（PCC）功能是核心技术手段。

基于EPC的多网协同融合架构

全业务运营情况下，很多地区同时具有固定接入、2G接入、3G接入，未来还会有4G接入，支持固定移动多网协同与运营是智能管道的基本能力之一。

要想实现多网协同，就必须有融合的网络架构，由统一的核心网屏蔽和管理多种接入网络之间的差异，实现用户在多网之间的移动性管理和会话管理，保证用户在网络间切换时的业务连续性。融合的网络架构必须能够向前和向后兼容以及平滑演进。3GPP定义的SAE/EPC架构目前向上能支持IMS系统，向下能够支持GERAN、UTRAN、E-UTRAN、eHRPD、i-WLAN、Femto等接入技术，并提供不同接入技术之间的切换和互通，是业界公认的移动分组域网络演进方向。目前3GPP和BBF正在分阶段地开展固网接入EPC的标准化工作，预计在未来1～2年内可以完成。

基于多网协同的融合架构，通过在网络侧部署接入网络选择功能服务器，根据WLAN、2G、3G、LTE等接入系统的忙闲状态和各种业务的特点，向终端动态下发网络选择策略和IP流路由策略，由网络指示终端就各种业务流优先选择哪个网络进行传输，例如将低QoS要求的业务从高负载的移动蜂窝网络卸载到WLAN网络中，从而在保证用户体验的同时，实现固网和移动网络之间、移动网络内部的流量均衡和智能流量管理。

此外，还可以利用本地分流技术方案，将数据网关功能下移，根据用户的接入位置为用户选择最合适的网关，从而实现路由优化，减少迂回流量和重复处理，提高网络资源使用效率和传输效率。

业务检测与网络状态感知

要想根据流量状况对业务流进行管理调度，首先要能感知网络忙闲状态并能识别出不同的业务流，也就是要实现“管道可视化”。

目前，业务流检测可以依靠DPI技术。DPI 除了对IP包4层以下的内容进行分析外，还增加了应用层分析，依靠特征库可以识别各种业务应用及其内容。对于检测出来的业务流，可以由DPI设备根据预配置的策略进行正常转发、阻塞、限制带宽、标记优先级等处理。在部署了策略与计费控制架构（PCC）的场景下，也可以将业务流的信息反馈到策略控制节点，由策略控制节点统一决策并指示策略执行节点执行相应策略。

网络状态的感知应当具体到用户所在小区，理论上可以通过无线网管从基站采集；或者通过基于DPI的网络监测设备，根据探测到的小区吞吐量、用户数、包处理时延等信息进行推算；或者由基站通过网络主设备实时上报到网络状态分析系统。对网络状态信息进行周期性收集和分析，再结合用户位置信息，可以作为制定流量管理策略的依据。

增强的PCC技术

PCC是3GPP定义的通用策略与计费控制架构及功能，部署在分组域核心网侧，支持固定/移动各种接入技术，可以实现业务流级别的QoS策略控制、计费控制等功能。

PCC架构主要包括策略和计费规则功能PCRF及策略和计费执行功能PCEF两个关键功能实体。PCRF是一个中心控制器，作为整个网络控制策略的中心控制节点，包含策略控制决策和基于流的计费控制功能，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制策略规则。PCEF一般位于分组数据网关上，根据PCRF下发的规则执行业务数据流检测、业务流的QoS处理、业务数据用量的测量，以及在线计费和离线计费的交互等。

具体来看，PCRF可以根据用户和网络的综合信息，再依据运营商预定义的用户优先级规则、业务优先级规则、接入网络优先级规则、公平使用规则等策略逻辑，为用户的业务会话制定特定的策略控制规则，并发给PCEF执行。这些信息可以包括以下内容：用户签约信息、用户业务数据用量信息、应用服务器或业务检测设备提供的业务特征信息和QoS要求、网络状态分析系统提供的网络忙闲状态信息、数据网关提供的接入技术类型，以及用户当前位置等多维度输入信息。

特别的，对于多网协同的融合网络，PCEF可以分散部署在每个接入技术的网络中，而PCRF应该提供一套统一完整的策略，以便做好移动和固网之间的QoS映射和费用折算，保障用户使用不同接入技术时业务体验的一致性。

利用上述基于PCC的智能策略控制机制，可以在保障整个网络内部资源的合理分配和公平使用的同时，实现差异化服务和精细化运营。