基于业务能力开放的智能管道实现方式研究

何东晨

【摘要】    随着移动互联网应用的快速发展，移动互联网流量也迅猛增长，广泛的OTT内容与应用存在低时延、高带宽的定制诉求。进入后4G时代，运营商能否运用网络差异化能力提升需求用户的使用体验，并从流量红利窗口转入网络切片运营窗口的意义重大。通过重点研究基于业务能力开放的智能管道实现方式，并采用实验分析证明其优势及有效性，为运营商后续在5G时代探索如何将传统网络从哑管道向可管、可控的智能化管道演进提供了方向。

【关键字】    能力开放    智能管道    差异化服务

引言：

近年来，随着短视频业务的兴起带来移动互联网流量快速增长。根据工信部2020年底公布数据显示，2020年1-11月，移动互联网累计流量达1495亿GB，同比增长35.1%。其中，通过手机上网的流量1417亿GB，同比增长28.6%，占移动互联网总流量的94.8%。11月当月户均DOU（移动互联网接入流量）达到11.65GB/户·月，比上年12月和全年平均值分别高3.06GB/户·月和1.24GB/户·月[1]。流量的高速增长同时也引发了一些新的问题需要关注，用户在使用移动业务上网的场景变多、变复杂了，例如在演唱会现场、高铁站、高校、景区等人流密集场景时，会频繁出现网络拥塞的情况，这将严重影响用户感知[2-3]。

为了解决流量分布不均导致网络拥塞的问题，可以利用基于PCC（Policy Control and Charging， 策略控制和计费）架构的智能管道完成网络资源的管控，实现差异化的服务[4-5]。本文通过研究当前智能管道业务主要的实现方式，分析其中的优劣势，重点针对业务能力開放的智能管道实现方式进行探索研究，并给出合理化建议，对后续运营商采用此方式提升用户感知提供了参考。

一、目前智能管道业务主要实现方式

1.1 特定用户人群加速

如图1所示，通过在网络中进行相关的配置可以为特定用户提供优于普通用户的网络调度服务。在核心网MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）上配置所需要进行加速人群的IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动用户识别码），并在核心网侧及基站侧部署SP ID功能，当用户注册网络后核心网将会通过IMSI识别出该用户，并为该用户打上SP ID标签送给基站侧，此时基站侧接收后将会为该用户优先调度无线资源。核心网侧可以通过PCC进行策略签约，将该用户的默认承载的QCI（QoS Class Identifier，业务质量等级标识）进行提升，从而提升用户感知。通过实验测试，此方式在拥塞场景下加速用户业务时延较普通用户减少19.68%，非拥塞场景减少15.2%。但此类方式为静态配置，不够灵活，用户无法按需进行业务加速功能的开启。

1.2 特定业务加速

通过大数据平台识别出所需要加速业务的目的IP地址，整理得到访问该业务时目的IP地址集合。在PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能）进行策略配置，当用户开通加速服务后访问加速业务的目的IP地址时，将为用户建立QCI等级较高的专用承载实现业务通信。选取某款游戏进行实验测试，结果如图2所示。此方式在拥塞场景下加速用户相对于普通用户游戏内时延减少24%，非拥塞场景减少9.15%。加速效果相对是明显的，但实验中发现该方式的加速成功率与大数据分析出来的目的IP地址集合准确率相关，另外当用户同时产生较多业务流时会导致建立多条专用承载，当数量达到单个用户上限时可能会影响用户语音业务感知。

二、基于业务能力开放的智能管道

前面提到的两种方式均可以在一定程度上实现对用户感知的提升，但各有缺点，于是出现了基于业务能力开放的智能管道实现方式，此方式可以灵活实现加速业务的签约，实现个人用户按需激活加速能力，并精准识别被加速业务[6]。

2.1 实现方式

基于能力开放平台实现的智能管道架构如图3所示，该架构可以应用于2C（个人）/2B（商户）两种场景。对于2C场景，用户在LTE网络下通过手机安装具备加速功能的APP，主动向4G网络请求对特定业务发起加速，经过能力开放平台路由寻址、业务识别，发送业务加速请求至核心网进行PCC策略实施和执行，实现对特定业务的感知提升。

对于2B场景，OTT厂商愿意为自己的核心用户提供加速权益服务时，可以与运营商达成合作协议，在这些用户使用应用时，商户的应用服务器可以为这些用户向能力开发平台发起加速请求，能力开放平台同样会处理该类请求，为用户执行加速策略。

为了能够实现加速业务的订阅，能力开放平台中有一个能力网元接入模块，主要负责业务认证与鉴权，协议适配、API接口标准化，在搭建能力开放平台之初需要在平台中配置全网公私网IP与PGW地址映射表，并在PCRF中配置全局静态QoS业务策略。基于能力开放平台的智能管道加速业务订阅流程如图4所示。用户通过使用可加速应用时，通过页面请求等方式手动发起加速请求，OTT商户在收到加速请求后，调用通信能力开放平台加速接口为用户发起加速请求，此方式用户的加速请求将会百分之百命中。能力开放平台解析加速请求中公私网IP，根据映射配置表，判断归属PGW地址，再到PGW查询终端归属的PCRF主机名，最终由PCRF执行Rx会话与Gx会话绑定，完成策略实施和部署。

当前各运营商均已商用5G网络，5G网络具备大带宽、低时延、多连接的技术特点，并拥有切片、边缘计算等能力，如何将这些能力结合起来形成差异化服务显得尤为重要。在后4G时代需要加快探索5G时代智能管道的能力模型和架构，基于能力开放平台的智能管道在5G时代依然能够发挥作用。5G网络下基于能力开放平台的智能管道架构如图5所示。

5G网络通过架构和功能重构，实现软件定义的网络功能和网络连接，4G网络中的“网元”重构为5G网络中的“网络功能”。5G的网络架构是基于服务的，因此网络功能模块的各类功能可以在服务化架构下的接口中进行调用，其中NEF （Network Exposure Function，网络能力开放功能）就是将网络能力开放给第三方，这与能力开放平台的功能相统一。所以如果在4G网络中采取基于能力开放平台实现智能管道提供加速能力，那么后续在5G时代可以通过平滑的功能升级继续实现智能管道业务，并支持更加丰富的网络能力开放。

2.2实验效果及分析

为了验证基于业务能力开放的智能管道的差异化服务效果，本文选取了机场、高铁站这两类人流密集地区作为实验场景，每类场景选取了文字网页、多图网页、小视频、长视频等多个维度进行对比实验，得到的实验结果如表1。

实验分别从网页的下载速率和打开速率，视频的打开速率和卡顿时长占比进行比对分析。在机场场景下，网页下载速率平均提升28.07%，网页打开速率平均提升21.23%，视频打开速率平均提升19.06%，卡顿时长占比平均降低22.09%。在高铁站场景下，网页下载速率平均提升39.50%，网页打开速率平均提升27.12%;视频打开速率平均提升21.98%，卡顿时长占比平均降低12.69%。

从对比实验结果中可以看出基于业务能力开放的智能管道对用户的差异化服务效果明显。相比文本前面介绍的两类方法，基于业务能力开放的智能管道能够同时实现针对特定人群、特定业务等多种场景的差异化服务。此外，它有着更为灵活的策略签约部署模式，以及更加精准的策略命中率。不过此类平台的搭建前期需要额外投入建设成本，运营商可以根据本省用户业务量的实际情况进行评估，但从长远的角度出发，智能管道是一个未来发展的重要方向，尽早的进行部署还是十分必要的。

三、结束语

本文针对运营商实现智能管道的方式进行研究，重点对基于业务能力开放实现的智能管道业务进行了探索和分析，并采用对比实验证明了基于业务能力开放实现智能管道的正確性及可行性，为后续运营商网络能力开放，提升用户感知给出了合理化建议，使传统网络从哑管道向可管、可控的智能化管道演进。

参  考  文  献

[1] 工信部.2020年1-11月通信业经济运行情况[R].2020.

[2] 李潇.基于PCC智能管道的QoS差异化管控策略研究[J].通讯世界， 2020，27（06）

[3] 周迅，钱太宝.基于PCC智能管道的无线QoS质量保障技术研究[J]. 江苏通信. 2016，32（06）

[4] 陈淑珍，王磊，杨敏维.基于PCC架构的LTE智能管道业务分析及实现[J]. 移动通信.2015，39（10）

[5]张美璟，王应明，李灵慧.基于PCC架构的数据业务管控策略研究[J].福州大学学报， 2014（2）： 231-241.

[6] 武丽英. 基于AAC的PCC-QoS能力开放架构设计[J]. 数字技术与应用. 2017，（08）