基于IP网段业务计费和控制技术的研究

孙 兵

(华为技术有限公司，江苏 南京 210012)

在宽带接入发展初期，运营商为了促进用户量增加，大多采用粗放式运营模式，即不断扩建新网络基础设施，通过宣传高带宽来吸引用户。随着宽带网络运营环境的发展变化，传统运营模式给运营商带了很多难题：

(1)宽带需求的增加，要求在网络基础设施上增加投入，投入持续增长，但收入却增长缓慢，投入产出比下降。如何提高投入产出比和提升每用户平均收入(Average Revenue Per User，ARPU)的问题。

(2)在长途Internet与本地网分开部署的地区，本地网运营商需要租用长途网运营商昂贵的出口线路来连接到Internet，本地网运营商需要向长途网运营商结算昂贵的Internet外网访问流量费用。Internet外网流量费用与内网流量费用差异很大，如何将用户的内外网流量区分开来，并按照不同的费率级别计费，保证本地运营商的运营收入的问题。

(3)运营商需要按照用户访问不同的业务服务器的流量进行区别计费，例如，用户访问本地运营商的互联网数据中心(Internet Data Center，IDC)、本地网游戏网站等的流量分别统计，采用不同的费率进行计费。如何实现客户的此类精细化运营需求的问题[1]。

(4)运营商需要对用户访问本地网各类业务网络、用户访问Internet网络的带宽做控制，实现基于不同业务带宽的差异化服务，识别高、中、低端用户，避免少量低端用户占有了大量的带宽。如何细分此类客户需求的问题。

(5)有些运营商采用互联网服务提供商(Internet Service Provider，ISP)业务批发的方式，其国内、国外流量的费率一般是不同的，而且流量可能经过不同的网络服务提供商(Network Service Provider，NSP)，如何解决流量流经不同NSP时的利益分配的问题。

针对上述业务场景需求，当前相关领域的研究现状主要是围绕网卡抓包(Pcap)、网流分析(NetFlow)两种方案。网卡抓包方案一般用于服务器或客户端主机上，网流分析方案则用于网络设备。本文描述的用户认证网关精细化计费块功能是在网络设备上部署，传统网流分析(NetFlow)受限于性能问题，一般需进行报文采样(至少5∶1以上采样比)，不能逐包1∶1分析用户所有业务报文，因此精度无法支持按照用户的精细化流量分类计费要求。为了解决此问题，本文分析研究的基于IP网段的计费和控制技术方案，可以很好地满足上述客户场景的需求。

1 基于IP网段的业务计费及控制方案概述

在宽带运营转型的背景下，基于IP网段计费和控制方案将协助运营商实现IP承载网按照目的IP网段来区分业务、分别计费的精细化运营功能[2]。该方案通过用户接入认证网关设备和AAA Server，Billing计费系统进行配合实现，同时，接受策略服务器Policy Server资源策略控制系统对基于IP网段计费业务策略的控制，在运营商宽带运营中完成如下功能：

(1)按目的IP地址/目的IP网段区分不同的业务类型，实现用户不同业务类型的流量统计。

(2)每种业务类型可以对应一种计费费率级别，实现基于业务的精细化运营计费功能，满足本地网运营商和Internet长途网运营商的费用结算、业务增值等需求。

(3)针对用户访问不同的IP地址网段分别进行不同的带宽控制，设计适合不同级别用户(如金、银、铜用户)的不同业务带宽需求的灵活组合套餐，便于运营商细分用户市场，利用有限的网络带宽资源进行差异化运营和服务。

(4)接入用户自助服务，接入用户登录Portal业务定制Web页面，根据自己的需要自助选购，激活/去激活各种IP网段增值业务策略，降低运营商运维成本。

(5)开放的架构、开放的接口，采用开放的架构和业界标准接口，组网灵活，与AAA服务器、计费服务器、策略服务器对接简单。

2 基于IP网段的业务计费及控制方案概述方案原理

2.1 IP网段计费和控制业务流程：静态策略

IP网段计费控制业务静态策略是指业务带宽控制策略是在用户上线时，从用户网关设备本地配置文件中获取，或者由AAA Server从用户认证响应中下发。静态控制策略的主要业务流步骤。

(1)用户向网关设备发起上线请求，网关发送用户认证请求至AAA Server。

(2)AAA Server回应网关设备用户认证成功消息，消息中携带目的网段计费控制业务策略名称(用户网关进行用户业务做带宽控制和QOS策略)，如果认证消息中未携带业务策略名称，用户网关则通过本地配置来获取策略。

(3)用户网关响应用户上线成功通知，并向AAA Server发起用户基本业务计费开始过程。

(4)网关设备根据用户访问目的地址网段，定义不同的费率，并进行相应的流量统计。

(5)用户网关根据AAA Server下发或本地配置的目的网段业务策略，对用户访问目的地址网段的流量进行带宽控制。

(6)用户网关循环将各个费率级别的IP网段计费控制业务请求报文(携带用户名、费率级别、计费业务策略名、用户流量信息)发送给AAA Server，AAA Server回应计费响应信息[3]。

(7)AAA Server记录目的IP网段的话单文件，并通过FTP文件传输等手段将CDR话单文件传送给Billing计费系统。

(8)Billing计费系统根据CDR话单文件中的用户名、费率级别、计费业务策略名和预先配置的费率转换关系进行批价、计费和结算操作。

2.2 IP网段计费和控制业务流程：动态策略

IP网段计费控制业务动态策略是用户上线后，通过PolicyServer或AAA Server，在线向网关设备下发修改用户的业务计费策略。

用户网关通过计费策略配置各种IP网段访问业务的上下行流量带宽限制信息，用户上线认证时，可通过AAA Server下发或网关设备本地配置用户初始的计费业务策略，在用户上线后正常使用网络服务过程中，根据实际运营需要，允许在线动态修改用户的IP网段计费控制业务策略，例如，动态修改用户的IP网段业务带宽级别[4]。通过AAA Server动态修改IP网段计费控制业务策略的流程：

(1)用户上线成功，通过AAA Server下发(或网关设备本地配置)获取初始IP网段计费控制业务策略。

(2)用户根据初始业务策略进行IP网段业务流量统计、计费和带宽控制。

(3)运营商通过AAA Server下发COA参数修改用户的IP网段计费控制业务参数(如带宽控制参数)对用户业务策略进行修改。

(4)用户网关设备按照新的策略对IP网段业务进行带宽控制和计费，并向AAA Server发送IP网段业务实时计费报文(每个IP网段费率级别发送一次实时计费报文)、携带用户名、IP网段费率级别、修改后的业务策略等内容。

(5)AAA Server按照MSCG发来的IP网段业务流量统计等信息生成CDR话单，并传送到Billing系统，按照新的业务策略对用户进行批价计费。

3 本方案与传统方案的比较

传统基于NetFlow进行流量统计分析的方案存在如下问题：

(1)流量统计精确性和性能问题。NetFlow部署分为两个模式：逐包模式和采用模式，逐包模式对每个报文均要进行处理，采样模式则配置一定的采样间隔频率，采样频率内只处理一个报文。随着用户带宽增加，用户访问记录成为海量数据，若逐处理报文统计则会大大影响设备运行性能，若间隔采样处理则信息又有失真。因此，实际应用中，NetFlow只适合网间流量计费结算，不适合对单个具体用户进行计费。

(2)NetFlow方案对计费Billing系统要求高、效率低、实现复杂度高，不适合对用户进行计费。实际情况、计费系统很难配合、使用NetFlow对用户按流量计费。

IP网段计费方案通过区分和统计每个用户访问不同目的网络的流量，计费Billing系统只需要按不同目的网络流量，乘以不同级别费率做简单计算即可，对用户网关的处理性能没有负面影响，Billing系统实现简单、处理效率高，同时，支持按时长、流量/不同网络流量差异化、包月等灵活的计费方式[5]。

4 业务应用场景

4.1 按目的网络计费

很多地区Internet和电信网建网采用本地网与长途网分开运营模式，可通过目的IP地址网段来区分本地内网和Internet外网，本地运营商需要租用长途运营商的出口线路以便连接到国际Internet网络，出口线路的租用费用一般非常昂贵，通过按目的地址计费的方式，运营商可以把用户访问Internet外网和内网的流量分开统计，采用不同的计费费率，其中，Internet外网流量费率较高，内网流量费率较低[6]。本地运营商可以把租用的长途运营出口线路的昂贵费用，合理地分摊给入网用户。此外，根据实际运营需要，计费层次可以扩展成市内、省内、国内、国际，从而实现更加具有差异化的计费策略。

4.2 按实际业务计费

实际Internet互联网业务或电信级业务部署中，不同的业务服务器分别处于不同的网络中，通过用户访问的目的IP地址网段，可以区分业务，用户访问和使用业务的计费费率可各不相同，常用的两种业务运营模式如下：

(1)按目的IP地址区分业务内容的运营模式。当前，Internet上提供的内容日新月异，但不同的内容制作成本是有差异的，运营商需要根据用户使用的不同内容服务，进行差异化计费。运营商通过把VOD，FTP，Game等内容分散在不同的内容服务器上，用户网关需要根据不同业务的内容服务器所在网段区分业务，当用户访问服务器IP地址进行业务使用时，产生的流量被统计到对应的业务计费级别上，用户网关设备再将这些内容访问流量信息和费率级别上报至AAA服务器，后台计费Billing系统根据不同内容业务的费率计算出用户最终的综合费用[7]。

(2)多服务商协同运营模式。网络运营商NSP本身不提供内容服务，内容由各个业务服务商ASP提供。在用户网关根据每个业务应用服务商ASP配置一种业务类型，并把ASP提供业务的服务器IP地址段和业务类型绑定，用户访问ASP服务内容时，将用户报文流量统计到不同的业务类型中、并对应不同的计费费率级别。用户网关设备按照目的IP网段计费的方式，将用户访问每个ASP服务的流量单独统计出来，这样网络运营商NSP可根据ASP映射的费率级别分别计算用户的总费用。然后，网络运营商NSP再与各个业务运营ASP按照费率约定进行收益分成和分享，可保证网络运营商NSP的收益，不被透明化和管道化。

5 结语

为了保证IP网段计费的及时性和准确性，用户网关支持实时发送计费信息报文至AAA Server，发送间隔时间可配置，避免周期性循环发送所有费率级别的IP网段业务，给AAA Server处理性能带来冲击和影响。网关设备在发送IP网段业务实时，计费报文是对各个费率级别代表的业务流量增量做判断，如果在实时计费周期内有IP网段业务增量流量产生，则发送该级别的实时计费报文至AAA Server。否则，在实时计费周期内如果没有增量流量产生，则说明用户没有访问该IP网段的新的业务流，不需更新计费信息。实际应用中，用户一般同时访问IP网段的数量不是太多，在用户网关上开启实时计费功能，只对在实时计费间隔周期内有业务流量增量的IP网段业务，发送计费报文给AAA Server，既保证IP网段业务计费控制的实时性和准确性，又不对AAA Server的处理性能带来较大挑战和影响，为本文基于IP网段的计费控制方案实际部署和应用效果进行保驾护航。

本文方案的应用，可实现网络运营商基于IP网络承载用户电信级业务的精细化、差异化运营，本地和长途网间费用计算、IP网络承载多应用服务的有差别计费，协助网络运营商提高网络基础设施的运营价值，避免运营商网络被各种承载业务和应用透明化管道化后的利益损失。