基于多维综合调度优先级的无线资源动态调控

【摘要】 结合精细化运营需要及数据业务特点制定了调控策略，研究了端到端调控策略的生成与下发方案；提出了基于用户分级、业务分类以及流量控制，形成多维综合调度优先级的无线资源动态调控方案，在现网完成试点应用，达到预期效果。

【关键词】 用户分级 业务分类 流量控制 综合调度 调控

一、引言

2013年12月4日，工信部已正式发放4G牌照，但受限于网络建设、终端等原因，2G及TD网络在相当长的时间内仍是移动数据业务的主力承载网。近几年来，移动数据业务快速发展，网络数据承载压力明显上升，而用户的体验要求也随着社会的发展不断提高，以QQ为代表的即时通信类业务大量占用无线资源，产出却相对很小。从网络运营的角度，在资源不足时，需优先保证高等级业务、高等级用户的使用体验。因此，对用户进行分级、对业务进行分类，并结合流量控制，形成多维综合调度优先级实现无线资源动态调控，给用户提供差异化服务，提升数据业务网络资源效率及效益，便成为运营商的一个重要运营手段。

二、无线资源调控方案

2.1 数据业务调控策略

2G及TD网络中承载的业务类型众多，除了各类自有业务，还有诸如浏览、文件传输、点到点、即时通信类等典型业务。要实现资源动态调控，首先需要根据业务类型特点制定合理的调控策略，从差异化用户服务、保障自有业务健康发展的角度，调控策略建议如下：

1、对用户进行分级，将用户分为金牌、银牌、铜牌三级。

2、对业务进行分类，对手机视频、手机阅读等自有业务设置高优先级。而即时通信类、点到点下载类业务可设置成较低级别，用SCI（Service Class Indicator）来指示业务类型。

3、基于“用户+业务”的分级，在对用户和业务分级后，综合两种分级策略，制定二维的、基于“用户+业务”的分级。

4、在高校、居民区等即时通信类业务比例较高的区域实施QQ业务管控，减少QQ对无线资源的额外空占影响。

5、基于用户、业务、时间、地点、累计流量等多维度实施流控，优先保证忙时忙区的高等级用户的自有业务体验，当包月流量超出后改变可提供的最大速率，进行流量控制。

2.2 端到端调控策略生成与下发

当用户请求数据业务及发生业务类型转变时，GGSN通过检测网络下行数据包头来确定业务类型，此时需要相应的机制将此业务类型告知BSC或RNC，以便进行无线资源调度。

2.2.1 GTP-U实现参数传递

标准的QoS参数通过PFC流程传递，但无法指示具体业务，因此需要引入新的机制，有DSCP和GTP-U等多种备选方案，通过对比分析，建议采用GTP-U的方案。以2G网络为例，首先GGSN检测出业务，将相应的SCI标识添加到携带数据包的GTP-U包头中，发给SGSN；SGSN解析GTP-U表头扩展标识，将业务类型存放到BSSGP包头的QoS Profile信元里；BSC读取BSSGP包头的内容，针对不同业务进行基于优先级的无线资源调控。GTP-U为3GPP规范的标准参数，因此，该参数传递方案可直接扩展至TD和LTE网络。

2.2.2 调控策略生成与下发

端到端调控策略生成与下发的流程图如图1所示：

1、BOSS通过SOAP接口将用户、业务分级的情况写入策略生成单元（PCRF）和HLR。

2、策略生成单元在用户激活上下文的时候将用户分级和业务分级的情况通过规则的形式通知GGSN，GGSN通过在不同业务数据包中置位的方式通知SGSN，SGSN再将相关的优先级置位转发给BSC或RNC。

3、BSC或RNC基于下行数据包中收到的不同的优先级置位来进行基于综合优先级的调度。

2.3 基于综合调度优先级的无线资源动态调控

2.3.1 基于用户分级和业务分类的优先级调度

以2G网络为例，当BSC成功解析出核心网传递的调控信息后，将根据其内置的综合优先级映射表进行无线资源的调度。

综合调度等级（ISP）分成5级，通过ARP与SCI的不同组合值确定。本次ARP用1代表金牌、2代表银牌、3代表铜牌用户，SCI用A表示自有业务、B表示浏览类业务、C表示下载类业务、D表示QQ业务，SCI可以用于区分多达255种业务，可根据实际需要进行设置，以达到精细化调控的目的。需要指出的是，表中的综合调度优先级映射并不是一成不变的，可根据经营策略和网络情况灵活进行调整。

当BSC根据核心网下发的调控参数完成基于表1的内部映射后，即实施基于权重的轮询调度算法来调控资源。对于5个综合调度等级，可以对其设定5个不同的权重值，并且可根据实际需要进行修改。

2.3.2 基于用户、业务、时间、地点、套餐情况的流量控制

在无线侧进行综合优先级调度的同时，还可以进行基于用户、业务、时间、地点、套餐情况等多维条件的流量控制，流量控制的核心思想是通过允许的最大传输速率来实现，主要由GGSN完成。

1、对于时间，可以在策略生成单元中实现忙时定义，如定义晚18点到20点为忙时，当忙时到达时，策略生成单元到时会重新下发新的策略规则供GGSN执行。

2、对于地点，在SGSN上传的PDP请求激活消息中有相关小区信息，在策略生成单元中定义的策略下发给GGSN，当用户的小区信息发生改变后，策略生成单元重新下发新的预定义规则，触发QoS更新。

3、对于套餐情况，当用户申请的套餐情况发生变化，如超过50元的套餐流量时，BOSS侧会更新策略生成单元中用户所在策略组，当新策略下发给GGSN后，GGSN根据策略指示做出修改最大流量限制的判断。

2.3.3 即时消息类业务无线资源优化

由于以QQ代表的即时消息类业务对速率和信道资源并不敏感，根据其空占比较高的特点，适当减少该类业务的资源占用并不会对用户感知造成明显影响，但可以大大节省无线资源的占用，因此，需要对此类业务进行进一步的无线资源优化。

1、单独的TBF延迟释放控制

BSC解析BSSGP消息获取SCI信息后，如果SCI指示为QQ业务，那么将启用新的延迟释放参数单独对QQ进行控制。延迟释放参数设置越小，释放TBF和信道就越快。

2、单独的TBF提早释放控制

在TBF的预留机制当中，系统通过参数控制需要预留的TFI和USF资源，当系统剩余空闲的TFI、USF资源小于新增的针对QQ单独设置的预留门限时，BSC会立即释放QQ业务所占用的已无数据传输的TBF资源，从而减少QQ对资源的无谓占用。

通过以上优化手段可以大大减少QQ业务的额外资源占用，在不明显影响用户感知的前提下节省了无线资源，缓解了QQ业务带来的大量资源空占问题，提高资源利用效率；当然，不同厂商设备的具体实现机制会有所不同，如有些还能对QQ聊天只分配一个信道，有些还能减少QQ业务的占用度。

3、测试验证

我们在现网进行了试点应用。经过几个阶段的测试，结果表明，通过该调控方案的实施，能够实现用户等级区分、业务类型区分以及基于时间、地点等多种条件下流量控制的多维综合资源动态调度；核心网能够准确的通过GTP-U方案传递业务类型，BSC能够成功识别出QQ业务并按照预设方案对其进行无线资源优化，达到了预期的目标。

试点期间网络设备总体运行良好，设备负荷未出现明显变化。指标方面，半速率占比和信道复用度有所下降，数据信道承载效率和TBF建立成功率均有所提高，其他主要关键指标无明显影响；测试表明，金牌用户在资源明显拥塞的小区业务体验得到明显提升，同时低等级的QQ业务体验未产生明显影响，试点应用区域内也未出现用户投诉的现象。

三、总结

智能终端的日益普及和移动互联网的快速发展既带来了前所未有的发展机遇，也对网络运营提出了更高的要求，随着用户对业务体验要求的不断提高，传统的QoS已无法满足运营需求。本文提出并验证了基于多维综合调度优先级的无线资源动态调控方案，对有限的无线资源实施差异化管理，强化了数据业务精细化运营能力，提升了数据流量业务网络资源效率及运营效益，相关思路和经验对TD以及LTE网络的推广应用也具有参考意义。