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1標準進展

網絡擁塞控制是目前多數運營商的共同需求，受到國際標準組織3GPP和國內行業標準組織CCSA的關注，并分別針對該需求和技術方案進行了立項研究。截至目前，已取得了階段性進展。

1.13GPP標準

3GPP在R12啟動了用戶面擁塞管理（UPCON）的課題研究，該課題從立項伊始，受到幾乎絕大多數運營商及廠商的支持和積極參與。由于涉及的范圍比較廣，技術具有一定的復雜性，R12并沒有完成課題研究，直至當前的R13版本，才取得了階段性進展。R12主要完成了用戶面擁塞場景和需求分析等Stage1的工作，并開始了Stage2階段的工作，主要研究了技術方案架構，各個主要的備選技術方案參見研究報告TR23.705。之后的R13版本，目標是在R12基礎上，對Stage2的備選方案進行評估和標準化，同時完成相應的Stage3工作，截至目前，該項工作還在進行中。

（1）網絡擁塞控制的需求

場景3GPP針對網絡擁塞，定義了小區資源耗盡和回傳鏈路資源不足的兩種擁塞場景，并定義了用戶層面的業務控制、應用層面的數據控制、差異化計費等13種擁塞管理場景。詳細場景參見3GPP研究報告TR22.805。

（2）網絡擁塞控制的關鍵問題

網絡擁塞控制的技術方案制定，需考慮如下5個方面的技術問題：用戶面擁塞的感知：主要研究及時感知用戶面擁塞，并通知到相關網元（如PCRF）的方法。用戶面擁塞的緩解方法：主要研究在獲知擁塞信息（包括擁塞小區、受影響的用戶及業務等）后，采取的緩解措施及方法。擁塞場景下不可演繹業務流的差異化處理：不可演繹業務流由于不能對應出五元組，因此在策略控制時有一定的特殊性，該關鍵問題主要針對多應用共用TCP/UDP等復雜場景下的策略控制進行研究。針對Video業務的擁塞管理：Video是造成網絡擁塞的一個很重要的因素，同時用戶對該業務的體驗又比較敏感，因此將針對不同Video業務的不同級別用戶的差異化管理作為一個專門的問題進行研究。上行業務的優先級處理：進行業務的優先級排序和差異化處理是擁塞管理的重要方法，而上行業務的排序工作需要在終端用戶上進行。該關鍵問題是研究用戶如何獲知網絡擁塞信息，并進行上行業務排序。從上述分析可以看出，用戶面擁塞的感知和緩解方法是網絡擁塞課題研究的核心內容，其他關鍵問題是針對特殊場景下擁塞管理的增強。

（3）針對擁塞感知和緩解，主要的技術方案有兩大類

CN-based的擁塞管理方法：即核心網實時參與擁塞的管理過程，RAN通過某種方法將擁塞信息傳遞到PCRF，由PCRF基于收到的擁塞信息進行針對性的策略下發。RAN-based的擁塞管理方法：即擁塞信息勿需上報至核心網，當擁塞發生時，由無線網絡基于預先定義的規則進行相應的處理。

1.1.1CN-based擁塞管理方案

CN-based擁塞管理方法的前提是擁塞信息的上報，即無線網絡通過相應的方法將擁塞發生的信息傳遞到PCRF。基于擁塞信息上報方法的不同，具體又有以下3種備選方案：

（1）Off-path擁塞信息上報方法

即擁塞信息不通過EPC主設備傳遞，在網絡中新增一個無線網絡擁塞感知功能實體（RCAF），基于無線網管能監控無線網絡擁塞的天然特性，從網管中獲取網絡擁塞信息，加以整理和用戶信息補充，將擁塞小區及受影響的用戶信息發送至PCRF。這種方案的優勢在于大部分工作放在主設備之外的功能實體上去完成，對主設備影響小，且具有較好的部署靈活性；缺點在于需要新增設備。

（2）基于User-plane的擁塞信息上報方法

將S1/S5/S8用戶面的GTP-U包頭加以擴展，攜帶小區擁塞相關信息，PDN-GW基于收到的GTP-U包頭的指示，將擁塞信息上報給PCRF。這種方案的優勢在于可實現每包每用戶的實時上報，對于擁塞信息的反應速度快；缺點在于增加了對主設備的處理能力要求，上報的可控性較差，處理不好易帶來信令風暴。

（3）基于Control-plane的擁塞信息上報方法

擴展S1/S5/S8控制面的信令，增加新的信令流程用于擁塞信息的上報。這種方案需要重新設計端到端的信令，對端到端的設備都有較大的影響。

1.1.2RAN-based擁塞管理方案

RAN-based方案的共性是EPC不需要知道當前的網絡狀況，僅需要基于業務流的特征和優先級對下行業務流打上不同標簽。一旦無線側檢測到擁塞發生，基于不同業務流的標簽則進行差異化的處理。

（1）FP（IFlowPriorityIndicator）

同一承載內基于業務流優先級的差異化處理方法。不改變當前的承載規則，在同一承載內，對不同優先級的業務做標簽處理。是基于承載內部的優先級處理，承載之間的FPI標簽沒有優先級上的交叉關系。這個標簽可能是打在GTP-U的頭部、PMIP數據包頭部或重用IP凈荷包的DSCP部位。

（2）FQ（IFlowQoSIndex）

針對不同承載內的業務流優先級的差異化處理方法。對于不同的業務或運營商策略，打上不同的FQI標簽。擁塞發生的時候，無線側基于業務所在的承載（即業務的QCI）+FQI+擁塞的級別綜合考慮，確定該業務流最終的優先級。即業務最終處理的優先級，由多個因素來決定，具有一定處理上的復雜性。

（3）增強現有承載概念的方案

基于不同承載在無線側能得到不同處理的前提，PDN-GW將相同優先級的業務放進同一個Non-GBR的專有承載。當擁塞發生時，無線側勿需通知核心網，即對不同的承載進行不同的優先級處理，即達到了分優先級的業務處理的目的。這個方案擴大了對Non-GBR專有承載的需求，對網絡資源將造成一定的浪費。

1.1.3方案評估情況

3GPPR12版本由于時間原因，沒有對上述備選方案進行充分評估。在2014年1月的SA2會議上，確定繼續在R13版本進行UPCON相關的研究，重點對現有方案進行完善和評估。截至2014年5月的SA2會議，已部分完成了現有方案的分析和評估，明確了Off-path方案作為CN-based的唯一解決方案，并最終寫進標準。目前，SA2正在進行Off-path方案的進一步的細節討論，其他的CT3和CT4工作組也已啟動了Stage3的立項工作，后續會進一步完成接口等細節實現流程。

1.2CCSA標準

目前，國內移動網絡正處于3G向4G演進階段，4G網絡尚未大規模部署應用。隨著國內移動互聯網業務的飛速發展，已對目前的3G和4G網絡的數據流量和性能方面提出了很高的要求，網絡在用戶面處理方面已經不堪重負。針對用戶面擁塞感知和網絡資源優化管理這一需求，國內標準化組織CCSA早在3GPP立項研究之前，便在運營商的牽頭下，啟動了用戶面擁塞管理的架構研究（詳見CCSATC5#WG9研究課題2013B1），并在2014年4月完成了Off-path方案研究和評估結論，也與3GPPSA2在2014年5月會議上的最終評估結論高度一致，體驗了國內研究的技術水平。目前，網絡擁塞控制的國內行業標準化規范制定工作也已開始，計劃2014年年內完成。

2技術方案

通過深入研究后，CCSA和3GPP最終均得出Off-path方案。該方案是感知網絡擁塞并進行相應擁塞管理的最好辦法，引入該方案后的EPC架構如圖1所示。在EPC架構中，增加了RCAF（無線擁塞感知實體），它與OAM系統交互獲知小區或基站的擁塞信息，通過Nq/Nq’接口向MME/SGSN查詢擁塞小區中當前受影響的用戶及APN信息，RCAF進行DRA查詢對應的PCRF，通過Np接口將擁塞小區及對應的用戶信息發送給相應的PCRF。PCRF為支持基于網絡狀態的策略管理，需做如下增強：支持Np接口，用于從RCAF處收集擁塞信息。基于用戶面擁塞信息、用戶簽約、應用類型、內容類型等決定控制策略。MME/SGSN需要增強支持Nq/Nq’接口，上報或應RCAF的要求響應擁塞小區內的用戶信息。OAM需要增強，使其可向RCAF提供包括小區負荷在內的相關擁塞信息。基于該方案，對于網絡總體影響還是比較小的。在一些無線網絡長期處于資源緊張狀態的熱點地區以及密集商業區，可在網絡中開啟上述擁塞管理功能。RCAF無線網絡狀態感知功能實體對該地區進行密切的、動態的監控，一旦從網管處獲知網絡處于物理資源的分配耗盡、掉話率急增等異常擁塞的狀況，即啟動向PCRF的狀態上報，PCRF通過Np接口獲知了異常擁塞小區的名單，及這些小區下的活動用戶的名單，由PCRF根據運營商的策略下發基于網絡狀態的擁塞管理策略。如可實現基于用戶級別的差異化擁塞管理，為保證重要用戶的業務體驗，僅針對級別較低的用戶的QoS加以干預，緩解整體小區擁塞狀況的同時，重要用戶的體驗也得到了提升。也可以針對業務價值實現差異化的QoS策略，為保證價值業務的用戶體驗，降低所有用戶低價值業務的QoS，緩解小區擁塞狀況的同時，價值業務用戶的體驗也得到了提升，可吸引更多的用戶簽約價值業務。

3結束語

用戶面擁塞管理架構的核心是感知相應的無線網絡擁塞狀態，并進行相應的資源策略控制。方案中的無線參數可直接或間接反映網絡擁塞狀態，各個運營商也可制定個性化的資源管理策略，可以通過實踐，不斷積累并逐步找到最適合的擁塞判斷參數和門限配置方法。用戶面擁塞管理的研究對于運營商提升網絡KPI指標和用戶體驗具有重要意義，基于標準化的Off-path網絡架構，可以在最少影響現有網絡架構，便于實現大規模的商業部署，可以預期，具有較好的應用潛力。

作者：李金艷 周雁 梅承力 單位：中國電信股份有限公司