LTE網(wǎng)絡(luò)擁塞實時提醒服務(wù)實現(xiàn)方案研究

1、LTE網(wǎng)絡(luò)擁塞實時提醒效勞實現(xiàn)方案研究摘要】為了減輕LTE網(wǎng)絡(luò)擁塞帶來的負面影響，提升移動用戶的客戶感知水平，首先闡述了PCC架構(gòu)中的擁塞感知與緩解技術(shù)，然后分析用戶對網(wǎng)絡(luò)擁塞的感知問題，最后提出一種LTE網(wǎng)絡(luò)擁塞實時提醒效勞的實現(xiàn)方案，使用戶及時獲知網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，以提升LTE網(wǎng)絡(luò)的效勞水平。【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)擁塞；擁塞感知；擁塞信息；策略與計費策略控制；實時提醒ResearchonReal-TimeRemindingServiceSolutiontoLTENetworkCongestionCHIWeichengAbstractInordertoalleviatethenegativeeffect

2、resultingfromthecongestioninLTEnetworksandimprovetheperceptionofmobilecustomers，thecongestionperceptionandalleviationtechniqueinPCCarchitectureareelaboratedfirstly.Then，thenetworkcongestionperceptionofcustomersisanalyzed.Finally，areal-timeremindingservicesolutiontoLTEnetworkcongestionisproposed，bywh

3、ichcustomerscanobtainthenetworkcongestionintimetoimprovetheservicelevelofLTEnetworks.Keywordsnetworkcongestion；congestionperception；congestioninformation；PCC；real-timereminding1引言經(jīng)過不斷的投入和優(yōu)化，LTE網(wǎng)絡(luò)的可用性和穩(wěn)定性已大幅提升，在大多數(shù)情況下網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量已得到充分保障，但在某些特殊場景或特定條件下，例如在大型活動或突發(fā)事件的現(xiàn)場，大量用戶聚集并同時使用LTE網(wǎng)絡(luò)，此時假設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源缺乏以應(yīng)付大量用戶需求，就可能出

4、現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞。為應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)擁塞，LTE網(wǎng)絡(luò)可以從多方面采集數(shù)據(jù)，及時分析并確定網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，進而采取多種手段緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，如網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整與調(diào)優(yōu)、負載均衡、PCCPolicyandChargingControl，策略與計費控制等。然而，從用戶角度來看，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生時，用戶并不確切了解網(wǎng)絡(luò)是否擁塞以及擁塞的程度，用戶很可能會繼續(xù)不斷嘗試重連網(wǎng)絡(luò)，從而為用戶體驗帶來更多負面影響，并且可能會進一步加重網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，不利于網(wǎng)絡(luò)擁塞的緩解。因此，如何讓用戶及時獲知網(wǎng)絡(luò)擁塞情況值得研究，本文將闡述PCC架構(gòu)中的擁塞感知與緩解技術(shù)，然后分析用戶對網(wǎng)絡(luò)擁塞的感知問題，最后提出一種LTE網(wǎng)絡(luò)擁塞實時提醒效勞的實

5、現(xiàn)方案。2網(wǎng)絡(luò)的擁塞感知與緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源不能滿足用戶數(shù)據(jù)傳輸需求時網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)性能下降的現(xiàn)象。在LTE網(wǎng)絡(luò)中，RANRadioAccessNetwork，無線接入網(wǎng)用戶面擁塞是指在一段持續(xù)的時間內(nèi)，RAN資源無法滿足用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量隨著輸入負荷的增大而下降。LTE網(wǎng)絡(luò)能夠分析網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，進而采取多種手段來緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。其中，PCC策略控制是緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的有效手段之一。為了讓PCC架構(gòu)具備基于網(wǎng)絡(luò)擁塞的PCC策略控制能力，3GPP從R13開始在PCC架構(gòu)中引入了新的功能RCAFRANCongestionAwarenessFunction，無線接入網(wǎng)擁塞感知功能，它與

6、PCRFPolicyandChargingRulesFunction，策略與計費規(guī)那么功能、PCEFPolicyandChargingEnforcementFunction，策略與計費執(zhí)行功能/TDFTrafficDetectionFunction，流量檢測功能/AFApplicationFunction，應(yīng)用功能一起組成了基于擁塞感知的PCC策略控制架構(gòu)，如圖1所示。該架構(gòu)能夠完成擁塞控制的三階段工作，包括擁塞感知、擁塞報告和擁塞緩解。在擁塞感知階段，RCAF負責(zé)網(wǎng)絡(luò)擁塞的檢測和感知，它從RAN的OAMOperationAdministrationMaintenance，運營管理維護系統(tǒng)采集

7、小區(qū)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合分析和判斷，確定擁塞小區(qū)的范圍及擁塞程度，并從MME獲取受擁塞影響的用戶和APNAccessPointName，接入點名稱信息。RCAF通過Nq接口向MME發(fā)送用戶/APN信息請求，請求中包含小區(qū)標識ECGIE-UTRANCellGlobalIdentifier，E-UTRAN小區(qū)全局標識符，MME向RCAF返回對應(yīng)小區(qū)內(nèi)的用戶IMSIInternationalMobileSubscriberIdentificationNumber，國際移動用戶識別碼/APN信息集合。在擁塞報告階段，RCAF生成RUCIRANUserPlaneCongestionInformation

8、，RAN用戶面擁塞信息報告，然后通過Np接口將RUCI報揭發(fā)送給PCRF。RUCI信息主要包括受擁塞影響用戶的IMSI、擁塞小區(qū)標識ECGI、用戶連接的APN、擁塞水平CongestionLevel等。RUCI報告的發(fā)送形式分為兩種：非聚合RUCI報告Non-AggregatedRUCIReport和聚合RUCI報告AggregatedRUCIReport。前者包含單個用戶的擁塞信息，后者包含多個用戶的擁塞信息，聚合報告中的用戶可能在不同的擁塞小區(qū)，有不同的擁塞水平。當(dāng)RCAF檢測到用戶受擁塞影響時，RCAF向PCRF發(fā)送擁塞狀態(tài)的RUCI報告，而當(dāng)RCAF檢測到用戶不再受擁塞影響，RCAF向

9、PCRF發(fā)送無擁塞狀態(tài)的RUCI報告。在擁塞緩解階段，PCRF負責(zé)制定緩解擁塞的PCC策略，在PCC決策時由網(wǎng)絡(luò)擁塞因素，決定采取哪些擁塞緩解策略，包括業(yè)務(wù)/應(yīng)用的門控GatingControl、QoSQualityofService，效勞質(zhì)量控制如帶寬限制、延遲效勞等，并生成相應(yīng)的PCC規(guī)那么下發(fā)給PCEF，或者生成ADCApplicationDetectionandControl，應(yīng)用檢測和控制規(guī)那么下發(fā)給TDF。PCEF/TDF按照下發(fā)的PCC規(guī)那么/ADC規(guī)那么執(zhí)行擁塞緩解策略，并向PCRF報告策略執(zhí)行的結(jié)果。PCRF還可通過接受或拒絕AF策略控制請求來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)流量，當(dāng)PCRF拒絕AF

10、發(fā)起的請求時，AF不再接受UE的業(yè)務(wù)請求，從而到達緩解網(wǎng)絡(luò)壓力的目的。3用戶的擁塞感知問題隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和移動應(yīng)用的日益豐富，用戶已經(jīng)習(xí)慣通過在線完成關(guān)鍵業(yè)務(wù)或交易，包括移動支付、移動購票、移動網(wǎng)購、共享單車獲取、移動在線游戲、移動證券、移動辦公等。這些關(guān)鍵業(yè)務(wù)經(jīng)常具有實時性或時限性，要求底層的LTE網(wǎng)絡(luò)具備良好的連通狀態(tài)，但如果遇到網(wǎng)絡(luò)擁塞，很可能會導(dǎo)致業(yè)務(wù)無法完成，影響用戶體驗。從業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流向分析，位于UEUserEquipment，用戶設(shè)備上的移動應(yīng)用客戶端向位于互聯(lián)網(wǎng)上的效勞端發(fā)送業(yè)務(wù)請求，UE應(yīng)用層的請求數(shù)據(jù)向下通過多層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧發(fā)送到LTE網(wǎng)絡(luò)，LTE網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到

11、效勞端，通過效勞端的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧反向解析，最后將數(shù)據(jù)傳送到效勞端應(yīng)用層。在網(wǎng)絡(luò)暢通的場景下，從UE到LTE網(wǎng)絡(luò)再到效勞端的數(shù)據(jù)傳輸暢通無阻，用戶體驗到的是業(yè)務(wù)的快速順利完成。在網(wǎng)絡(luò)擁塞的場景下，UE與LTE網(wǎng)絡(luò)之間的通訊受阻，數(shù)據(jù)包無法通過LTE網(wǎng)絡(luò)到達效勞端，用戶體驗到的是業(yè)務(wù)一直等待并在超時如30s后報出網(wǎng)絡(luò)錯誤，業(yè)務(wù)無法順利完成，暢通場景與擁塞場景的用戶感知比照如圖2所示。值得注意的是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致用戶首次業(yè)務(wù)請求失敗后，用戶通常會屢次嘗試重連，特別是在關(guān)鍵業(yè)務(wù)進行時，如正在移動支付時、正在取共享單車時、正在訂購高鐵票時，用戶甚至?xí)_不同的應(yīng)用來檢測網(wǎng)絡(luò)是否正常。由于擁塞一般會持續(xù)一段

12、時間，特別是在擁塞程度較高的情況下，網(wǎng)絡(luò)難以及時恢復(fù)正常，在這種情況下，用戶的不斷重連行為可能會令情況變得更差。一方面用戶屢次嘗試業(yè)務(wù)都不成功，導(dǎo)致用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗持續(xù)下降；另一方面UE不斷向LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，增大了對網(wǎng)絡(luò)的訪問壓力，不利于網(wǎng)絡(luò)擁塞的緩解。因此，在一些關(guān)鍵的業(yè)務(wù)場景中，用戶實時獲知網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況很重要，如果用戶確切獲知網(wǎng)絡(luò)處于擁塞狀態(tài)及擁塞的程度，用戶就可以防止屢次無用的網(wǎng)絡(luò)重試，而是尋求其它方法解決當(dāng)前的業(yè)務(wù)問題，包括轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)、移動位置等，或改用傳統(tǒng)的離線方法解決問題。這樣做不但防止了用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗進一步下降，同時也防止網(wǎng)絡(luò)進一步擁堵。4擁塞提醒效勞方案考慮到不同用戶的需要及

13、效勞帶來的資源消耗，不是任何擁塞都需要向所有用戶發(fā)出擁塞提醒，可以通過訂購或注冊的方式向局部有需要的用戶提供效勞。擁塞提醒效勞不僅涉及網(wǎng)絡(luò)擁塞的感知和發(fā)現(xiàn)，還涉及提醒效勞的訂購、用戶對擁塞提醒效勞個性化定制、提醒效勞控制等，所以需要LTE網(wǎng)絡(luò)與BSSBusinessSupportSystem，業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)協(xié)同工作。擁塞提醒效勞的提供，在LTE網(wǎng)絡(luò)側(cè)主要涉及的網(wǎng)元包括RCAF、PCRF、SPRSubscriptionProfileRepository，用戶簽約存儲庫等；在BSS側(cè)主要涉及的系統(tǒng)包括CRMCustomerRelationshipManagement，客戶關(guān)系管理系統(tǒng)、客服系統(tǒng)、OC

14、SOnlineChargingSystem，在線計費系統(tǒng)/OFCSOfflineChargingSystem，離線計費系統(tǒng)、CRRPCongestionReal-timeRemindingPlatform，擁塞實時提醒平臺，擁塞提醒效勞的實現(xiàn)方案如圖3所示。其中，RCAF負責(zé)擁塞的檢測和感知，向PCRF報告擁塞情況；PCRF負責(zé)接收效勞用戶的篩選及擁塞狀態(tài)同步；SPR負責(zé)存儲效勞訂購信息以供PCRF使用；CRRP負責(zé)接收PCRF的擁塞狀態(tài)同步信息，擁塞提醒控制，擁塞提醒腳本管理，擁塞提醒歷史記錄以及發(fā)送提醒短信等；CRM負責(zé)完成擁塞提醒效勞訂購的受理，管理效勞訂購信息和效勞配置信息等；客戶效勞

15、系統(tǒng)負責(zé)提供渠道完成擁塞提醒效勞的自助效勞設(shè)置；OCS/OFCS負責(zé)接收CRM的擁塞提醒效勞訂購信息，完成效勞計費帳務(wù)等。擁塞提醒效勞流程主要包括以下環(huán)節(jié)：1CRM完成用戶的擁塞提醒效勞訂購，生成提醒效勞的訂購記錄，然后將效勞訂購信息CRM同步給SPR以及OCS/OFCS。2用戶通過客服系統(tǒng)完成擁塞提醒效勞規(guī)那么的自助設(shè)置，包括翻開或關(guān)閉擁塞提醒、需提醒擁塞等級、需提醒時段等，效勞配置信息保存到CRM系統(tǒng)中，并實時生效。3RCAF從OAM系統(tǒng)采集小區(qū)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過分析判斷確定擁塞小區(qū)范圍，以及各個小區(qū)的擁塞水平。4RCAF從MME獲取正受到擁塞小區(qū)影響的用戶列表及相應(yīng)的APN信息，生成用戶擁塞

16、報告，并向PCRF發(fā)送RUCI報告。5PCRF接收RUCI報告后，一方面采取PCC策略緩解擁塞，另一方面從SPR獲取用戶對擁塞提醒效勞的訂購信息。對于訂購了效勞的用戶，PCRF將效勞用戶的擁塞狀態(tài)信息同步給CRRP。6CRRP接收到PCRF的擁塞狀態(tài)同步信息后，從CRM獲取用戶的擁塞提醒效勞配置信息。7CRRP根據(jù)用戶的效勞配置判定是否提醒，并根據(jù)最新的擁塞同步信息，歷史提醒記錄等確定提醒的類型如擁塞通知、擁塞升降級通知、擁塞消除通知以及相應(yīng)的提醒腳本等，并通過短信中心向用戶發(fā)送提醒短信。實時擁塞提醒效勞的實現(xiàn)流程如圖4所示。為了對擁塞進行精細化的策略控制，RUCI中報告的擁塞水平劃分比較細致

17、，例如由低至高可劃分為1至31個擁塞等級，但在面向用戶的擁塞提醒效勞中，為了讓用戶更易理解，效勞設(shè)置了更易操作，提醒效勞的擁塞等級需要簡化，比方分為3個等級：輕度擁塞、中度擁塞、嚴重擁塞，所以效勞側(cè)的擁塞等級與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的擁塞等級有一個對應(yīng)關(guān)系，比方網(wǎng)絡(luò)的1至10級對應(yīng)輕度擁塞，10至21級對應(yīng)中度擁塞，21至31級對應(yīng)嚴重擁塞。這個映射關(guān)系由CRRP管理，PCRF將原始的網(wǎng)絡(luò)擁塞級別同步給CRRP，CRRP完成等級轉(zhuǎn)換。另外，PCRF只需將當(dāng)前的擁塞狀態(tài)信息同步給CRRP，由CRRP基于歷史信息完成合理的提醒控制，包括當(dāng)PCRF同步的擁塞狀態(tài)與之前效勞擁塞等級相同時，CRRP控制不重復(fù)提醒；當(dāng)P

18、CRF同步的擁塞狀態(tài)與之前效勞擁塞等級不同時，CRRP向用戶發(fā)送擁塞升級/降級提醒，當(dāng)PCRF同步已無擁塞狀態(tài)信息時，CRRP及時向用戶發(fā)送擁塞消除通知。5結(jié)束語擁塞實時提醒效勞可以進一步提升網(wǎng)絡(luò)的效勞水平，提高用戶的客戶感知。本文闡述了PCC架構(gòu)中的擁塞感知與緩解技術(shù)，分析了用戶對網(wǎng)絡(luò)擁塞的感知問題，并提出了一種LTE網(wǎng)絡(luò)擁塞實時提醒效勞的實現(xiàn)方案。方案通過LTE網(wǎng)絡(luò)與BSS的緊密協(xié)同工作，可向用戶提供實時的擁塞提醒，讓用戶及時獲得所處網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，防止重復(fù)嘗試已擁塞的網(wǎng)絡(luò)，能夠防止用戶體驗進一步下降，同時減緩網(wǎng)絡(luò)壓力和緩解擁塞。參考文獻：【1】3GPPTS23.203.Policyand

19、chargingcontrolarchitectureRelease15EB/OL.2021-09-182021-12-20.：/3/ftp/Specs/archive/23_series/23.203/23203-f00.zip.【2】3GPPTS29.217.CongestionreportingoverNpreferencepointRelease14EB/OL.2021-06-152021-12-20.：/3/ftp/Specs/archive/29_series/29.217/29217-e20.zip.【3】3GPPTS23.401.GeneralPacketRadioServiceGPRSenhancementsforEvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetworkE-UTRA