移动增值数据业务新架构-SPCFSPEF技术方案研究.doc

移动数据增值业务新架构-SPCF&SPEF 技 术方案研究 朱旭明，范荣辉，邓冰，赵以爽朱旭明，范荣辉，邓冰，赵以爽 （1.1.广东联通广东联通 广东广州广东广州 510603510603；2.2.广东联通广东联通 广东广州广东广州 510603510603；3.3.中讯邮电咨询设计院，河南中讯邮电咨询设计院，河南 郑州郑州 450007450007） 摘摘 要要 本文主要分析了现有移动数据增值业务平台架构上存在的问题，提出了一种解决这种 问题的新网络架构SPCF&SPEF 架构，同时对该架构的功能划分、业务流程、内外接口、 优势和可实施性进行分析。对移动数据增值业务的规划、建设和产品研发具有一定参考价 值。 关键词：关键词： 业务策略控制功能 业务策略执行功能 移动数据业务 增值业务 ABSTRACTABSTRACT This paper analyzes the problems and challenges of mobile data value-added service platform and architecture, provides a new architecture SPCF&SPEF architecture. It also analyzes the function, service procedure, inside & outside interface, advantages and Feasibility of this new architecture. It is valuable for value-added platform planning construction and product R&D . KEYKEY WORDS:WORDS: SPCF ，SPEF, Mobile Data Service, Value-added Service 1 1 1前言 随着移动通信技术和网络的高速发展，3G 甚至未来的 4G 网络为移动数据增值业务提 供了高速的通道，移动通信终端性能和功能日益强大，移动数据业务内容和业务体验更加 接近互联网，在这些多方合力因素作用下移动数据增值业务将得以快速发展。 面对快速发展的移动数据增值业务，国内外各大运营商都面临以下问题和挑战： 1如何有效地管理和控制移动数据增值业务：只有对移动数据增值业务进行有效地 管理和控制，电信运营商才能成为移动增值业务这条巨大产业链的主导者，而不会变成固 定数据网目前的状态电信运营商仅仅作为通道的提供者，而产业最大的受益者落在了终 端和服务/内容提供商上。另一方面，移动数据增值业务也必须在有序、合理管理和控制下 发展，才具有长远的前景和市场。 2如何以最优的方式和代价对移动数据增值业务进行部署和管理：移动数据网络从 无线侧到互联网，整个网络架构已经趋于成熟和稳定。实现对移动增值业务的管理和控制 必须要考虑对现有网络改造带来的影响，权衡代价和收益比。 3如何进行精细化的业务营销和运营：粗放型的业务运营和发展无法满足用户业务 个性化、服务个性化的要求。在处于白热化竞争下的电信市场，电信运营商必须提供精细 化、差异化的服务才能吸引用户，扩大市场的份额。 针对以上的问题，本文提出了一种基于目前 WAP 网关构建的新型移动数据增值业务 的架构增值业务策略控制功能平台 SPCF（Service Policy Control Function）和增值业务 策略执行功能平台 SPEF（Service Policy Enforcement Function）架构。 本文将对 SPCF & SPEF 架构的概要描述，对其主要功能、接口、优势及可实施性进行 分析探讨。 2 2移动数据增值业务架构概述 目前移动数据增值业务的架构如下图所示： 2 图 1 现网移动增值业务网络架构图 如图所示，目前移动数据增值业务网络的架构主要由以下几部分组成： 无线终端 无线接入网络： BTS、BSC 核心网络：SGSN、GGSN 增值业务网络：WAP 网关 互联网：Portal、SP/CP 移动数据增值业务按照 APN 不同，分别采用不同的流程： 1、以 APN=NET 接入的业务 用户终端使用 NET APN 访问数据业务，请求经无线接入网到核心网网络，GGSN 根据 APN 判断，将业务的下一跳设置为互联网，请求经过 GGSN 直达互联网 SP/CP； 2、以 APN=WAP 接入的业务 用户终端使用 WAP APN 访问数据业务，请求经无线接入网到核心网网络，GGSN 根据 APN 判断，将业务的下一跳设置为 WAP 网关，请求到达 WAP，经 WAP 网关业务控制和管 理将请求转发到互联网 SP/CP，SP/CP 返回响应也需经 WAP 网关送抵用户终端。 以 NET 接入的用户通常使用的是移动上网卡或智能终端，其特征是业务访问的数据量 大，要求的带宽和速度高。而以 WAP 接入的用户一般是采用移动电话上网，业务访问的 数据量相对小，要求的带宽和速度也低。由于新架构的可行性和优越性还有待后期的验证， 因此新架构考虑先在以 WAP 接入的业务中实现，通过 WAP 业务的验证后，可考虑在全网 数据业务上推广。 3 3 3移动数据增值业务新架构-SPCF&SPEF 图 2 SPCF/SPEF 移动增值业务新网络架构图 移动数据增值业务新架构-SPCF&SPEF 如上图所示，从图中可以看到，新架构是对 GGSN-WAP GW-互联网网段的改造，在移动数据增值业务中，这个网段属于增值业务范畴， 提供移动 WAP 业务，因此新架构放在该网段上考虑和实现。 SPCF&SPEF 新架构就是对原有 GGSN-WAP GW/WEB GW-互联网架构进行优化和改进， 将集业务控制、业务执行、服务提供为一体的 WAP GW 分割成 3 个单元：SPCF（Service Policy Control Function）业务策略控制单元和 SPEF（Service Policy Enforcement Function）业 务策略执行单元，以及 AE（Application Element）服务应用提供单元。 SPCF 和 SPEF 通过策略控制接口对接，完成业务控制策略的申请和下发；SPEF 和 AE 之 间通过数据接口对接，完成业务服务的提供，如病毒扫描、内容监控过滤、业务主动推送、 广告内容插播等等。AE 服务应用单元的内容由其它的规范和技术方案定义，不在本文范畴 中，关于 AE 本文只对其和 SPEF 之间的接口进行探讨。本文主要是对 SPCF 和 SPEF 的探讨 和考虑。 从以上的描述可以看到 SPCF&SPEF 新架构只是对 WAP GW 的升级和改进，不涉及终端、 无线、核心网和互联网的改造。并且由于 SPCF、SPEF、AE 之间都采用开放的接口对接， 因此 SPCF、SPEF、AE 都可独立建设，3 个网元之间没有紧耦合关系。SPCF 作为新的网元进 行开发和建设，而 SPEF 是 WAP GW 的升级和演进，它是将 WAP GW 进行精简，把业务访 问策略的管理/制定、服务应用等等功能从 WAP GW 中剥离出来给 SPCF 和 AE 服务实体实 现，WAP GW 专注于业务控制策略的执行，以及协议、内容适配等功能。 4 1.1 SPCF-SPCF-业务策略控制单元业务策略控制单元 1.1.1 SPCF 的功能 SPCF 业务策略控制单元是移动数据增值业务架构的控制中心，它对用户数据增值业务 的访问进行策略控制，它的主要功能包括： (1) 策略管理 提供策略管理机制，可以配置、查询、修改、删除各种业务控制策略； (2) 用户业务策略签约管理 根据用户的选择，进行业务签约，如广告业务、绿色手机业务、用户个性化热点推播 业务、手机杀毒业务等管理； (3) 用户访问策略控制 针对不同的业务，可以根据各种策略控制的因素，如用户号码、业务类型、时间段、 目的 IP、访问 URL 等，制定业务访问控制策略； (4) 接收策略请求，并下发用户业务控制策略 接收 SPEF（WAP GW）策略请求，根据请求中的信息，制定访问控制策略，向 SPEF（WAP GW）下发用户业务控制策略； (5) 用户开销户、业务信息接口 和营帐系统接口，从营帐系统同步用户基本信息、开销户信息、业务状态信息等。 1.1.2 SPCF 的模块划分 基于 SPCF 功能范畴，SPCF 内部功能模块如下图所示。 5 图 3 SPCF 内部功能架构 SPCF 其内部功能模块至少包括： 系统管理配置界面：通过系统管理配置界面模块进行业务控制策略的配置、查询、 修改和删除业务控制策略；同时系统管理配置界面还提供其它系统运行和管理所 需的参数配置界面； 业务策略控制管理：业务控制策略管理提供对控制策略的存储、管理，提供内部 的接口给管理界面和策略制定、控制中心； 用户管理：提供对用户信息的存储和管理，用户信息包括用户基本信息（用户号 码、用户开销户状态等） 、用户业务信息（用户开通业务类型、用户业务状态等） ； 营帐接口：提供和营帐的用户基本信息、业务信息同步接口； 业务策略制定和控制中心：SPCF 核心模块，根据请求中的信息（用户号码、用户 IP 地址、访问时间、目的 IP、访问 URL 等）从用户管理模块获取用户业务信息， 结合策略控制管理模块中的策略信息，制定出用户业务访问控制策略； 策略请求/下发接口：接收 SPCF 策略请求，将策略控制模块制定的策略下发给 SPEF； 网络管理模块：提供系统网络管理，并向综合网管系统上报网管数据； 统计模块：提供系统运营相关的统计报表。 6 1.2 SPEF-SPEF-业务策略执行单元业务策略执行单元 1.2.1 SPEF 的功能 SPEF 业务策略执行单元是移动数据增值业务架构的策略执行者，它是现网 WAP GW 的 升级和演进，是将原访问策略管理、服务应用等功能从 WAP GW 中剥离到其它网元实现， 因此 SPEF（WAP GW）的主要功能集中在： (1) 协议适配 无线侧和互联网侧协议的适配； (2) Radius 业务功能 接收核心网 AAA 服务器发起的 Radius 请求，解析 Radius 消息，记录下 Radius 消息中 包含的信息； (3) 接收/转发用户业务请求 接收核心网转发的用户请求，并将用户业务请求转发到目的服务器，接收目的服务器 返回的响应，并将响应转发给用户； (4) 策略请求和执行 向 SPCF 请求策略，接收 SPCF 下发的策略，根据业务策略对用户的业务请求实施控制； (5) 与 AE 服务提供实体接口 提供和服务提供实体的接口，服务提供实体如：病毒扫描系统、广告平台、业务推送 平台、内容监控过滤系统、绿色上网控制系统等，APEF 将用户请求或目的服务器的响应转 发给 AE，AE 对用户的请求和响应进行控制和处理，将处理结果返回给 SPEF，SPEF 根据返 回结果判断允许或限制用户请求，或将经过加工后的响应返回给用户。 7 1.2.2 SPEF 的模块划分 图 4 WAP GW 演进为 SPEF 后的内部功能架构 基于 SPEF 功能范畴，SPEF 内部功能模块如上图所示。其内部功能模块包括： 系统管理配置界面：通过系统管理配置界面可以对 SPEF（WAP GW）系统运行所需 参数进行配置和管理； 协议栈：接收从 GGSN 发送的请求消息，并将响应消息返回给 GGSN；转发请求给 Internet，并接收从 Internet 返回的响应； 策略执行单元：按照业务控制策略对用户访问请求进行控制，如禁止和允许用户 请求；对请求进行重定向；将请求转发给服务应用单元；将响应转发给服务应用 单元等； 策略请求/接收接口：提供和 SPCF 的接口，向 SPCF 请求策略，并接收 SPCF 下发的 业务控制策略； Radius 服务器：接收 GGSN-AAA 服务器发送的 Radius 消息，解析 Radius 消息，保 存业务所需的信息，返回响应给 AAA 服务器； 统计查询：提供业务运营相关的统计报表； 网络管理：提供对 SPEF 系统的网络管理功能，并向综合网管上报网管信息； 计费接口：提供计费接口，对数据增值业务进行计费。 8 从 SPEF 的功能范畴和内部模块进一步可以看出，SPEF 包含了现网 WAP GW 功能和内 部模块，所以 SPEF 是 WAP GW 的升级和演进，而不是替换 WAP GW。现有 WAP GW 通过 业务控制流程改造、增加到 SPCF 接口、增加到服务应用实体 AE 接口，即可以升级改造为 SPEF。 1.3 SPCF&SPEFSPCF&SPEF 架构下的业务流程架构下的业务流程 图 5 SPCF&SPEF 架构下业务流程 如上图所示，在 SPCF&SPEF 新架构下的移动数据增值业务的流程为： 1) 用户终端发起 WAP 业务请求（WAP PULL/WAP 下载等业务请求） ； 2) GGSN 收到用户请求，将请求转发给 SPEF（WAP GW-业务执行单元） ； 3) SPEF（WAP GW）向 SPCF 请求该用户的业务控制策略； 4) SPCF 下发业务控制策略给 SPEF（WAP GW） ； 5) SPEF（WAP GW）根据策略判断是否要对用户请求进行控制，如是否进行 URL 关键 字进行识、绿色上网访问控制等；如果要进行控制进入步骤 6，否则直接进入步 骤 8； 6) 将请求转发到 AE 服务提供单元，如转发到内容监控过滤系统、绿色手机上网控制 系统等； 9 7) 服务提供单元返回对用户请求控制的响应，如是否允许访问，是否进行重定向等； 8) 如果用户业务访问请求被允许，将用户请求转发到请求目的服务器； 9) 请求目的服务器返回响应； 10)SPEF（WAP GW）根据业务控制策略判断是否需要对响应进行处理，如对响应内容 进行病毒扫描、响应内容中插入广告、响应内容进行语言翻译等等；如果要对响 应进行控制，进入步骤 11，否则直接进入步骤 13； 11)将响应内容转发给相应的 AE 服务提供单元； 12)服务提供单元对响应内容进行处理，返回加工后的响应内容； 13)SPEF（WAP GW）将用户请求响应返回给用户终端； 1.4 SPCF&SPEFSPCF&SPEF 架构的内外接口架构的内外接口 图 6 SPCF&SPEF 架构接口 SPCF&SPEF（WAP GW）架构对外接口包括： (1) SPEF（WAP GW）和 GGSN 的接口：采用现有 WAP GW 和 GGSN 的 Gi 接口，接收 从 GGSN 转发的用户 WAP 业务请求，并将用户请求响应转发给 GGSN； (2) SPEF（WAP GW）和 Internet 的接口：采用现有 WAP GW 和 Internet 的 HTTP/HTTPS 接口，转发用户请求到 Internet，并接收 Internet 返回的响应； (3) SPEF（WAP GW）和 AE 的接口：新增接口，可以采用基于 HTTP 的接口，如 10 ICAP、LDAP 接口等； (4) SPEF（WAP GW）和 Billing 计费系统的接口：可以采用现有 WAP GW 计费话单接口， 也可以采用现有的一些实时计费接口，如 WAP GW 和 VAC 之间的实时计费鉴权接 口； (5) SPCF 和营帐 BOSS 系统接口：该接口为新增接口，用于营帐 BOSS 系统向 SPCF 同步 用户信息，用户信息包括用户基本信息、用户业务信息等。 SPCF 和 SPEF（WAP GW）之间的接口 (1) SPCF 和 SPEF（WAP GW）之间为策略请求和下发接口，该接口可以参考 PCEF/PCRF 所采用的 Gx 接口，SPEF（WAP GW）通过 Gx 接口请求策略，并上报策略制定所 需的信息，如用户号码、访问业务类型、用户访问目的 IP、用户访问 URL、访问 时间等，SPCF 根据上报的信息，制定业务控制策略，通过 Gx 接口将策略下发给 SPEF。 (2) SPCF 和 SPEF（WAP GW）之间采用一对多的组网方式，即一个 SPCF 可以对应多个 SPEF，而一个 SPEF（WAP GW）只能对应一个 SPCF； (3) SPCF 和 SPEF（WAP GW）之间的接口定义为标准、开放的接口，因此 SPCF 和 SPEF 可以由不同的设备厂商提供。 1.5 SPCF&SPCF& SPEFSPEF 架构优势架构优势 采用 SPCF& SPEF 架构的优势在于： (1) 将业务控制和业务承载分离，优化了移动数据增值业务的架构，使移动增值业务 的架构更清晰、灵活和开放； (2) 业务控制集中部署，而业务承载可以分散部署，有利于电信运营商制定统一的业 务控制策略，各承载单元上的业务逻辑、业务流程保持一致； (3) 新架构只涉及 WAP GW 的升级和改造，不涉及终端、无线、核心网、互联网的配 合和改造，具备很高的可实施性； (4) 业务控制变更只需要对 SPCF 进行配置变更、或软硬件的升级、改造，分散的业务 承载单元保持不变； (5) 可以灵活、简单、快速地部署和实现移动数据增值业务，移动数据增值业务通过 在 SPCF 上的参数配置，通过和 SPEF 接口对接（该接口可以定义为标准、开放接 口，所有服务应用都遵循该标准与 SPEF 对接，新业务接入时，SPEF 不需要进行改 11 造） ，就可以在电信运营网络中部署和实现； (6) SPCF 和 SPEF（WAP GW）之间采用标准、开放的接口，可以由不同的设备厂商提 供，给电信运营商提供更加灵活的设备选型空间； (7) 现网移动数据增值业务网络改造的代价小，SPCF 采用旁挂方式接入移动数据增值 业务网络，而 SPEF 是对现有 WAP GW 的适当改造，现有的移动数据增值业务的网 络架构基本没有变动。 1.6 SPCF&SPEFSPCF&SPEF 与与 PCRF&PCEFPCRF&PCEF 对比分析对比分析 (1)功能比较 SPCF&SPEF 是对移动数据增值业务策略的控制，PCRF（Police and Charging Rules Function，策略执行功能）&PCEF（Police and Charging Enforcement Function，策略和计费 执行功能）是对移动数据网络 Qos 的控制。SPCF&SPEF 控制的是用户可以使用哪一些增值 业务，各种增值业务的控制逻辑和嵌套关系等，如，用户发起一个 WAP 浏览业务请求， 控制是否对用户访问 URL 中的关键字进行监控过滤，控制是否对响应内容进行监控过滤， 是否要在响应内容中插入广告、是否进行页面重组、是否进行用户个性化信息推荐等控制； 而 PCRF&PCEF 则是实现对移动互联网用户带宽使用、网络流量、计费等 QOS 的控制； (2)网络位置比较 SPCF&SPEF 部署在移动数据网络 WAP GW 的网段，SPCF&SPEF 可以看作是 WAP GW 的 升级；而 PCRF&PCEF 部署在 GGSN 之后（PCEF 可以与 GGSN 合设） ，在 GGSN 和互联网 /WAP GW 之间，是对 GGSN 到互联网/WAP GW 业务请求的控制。 从功能和网络位置比较上看，SPCF&SPEF 着眼于一些移动互联网数据业务的增值业务 签约管理及策略控制管理和部署，而 PCRF&PCEF 着眼于移动互联网用户的网络 QOS 签约 管理及策略控制管理。 1.7 SPCF&SPEFSPCF&SPEF 是是 WAPWAP GWGW 的升级和演进的升级和演进 SPCF&SPEF 不是替换现有的 WAP GW，而是 WAP GW 的升级和优化，它是将 WAP GW 部分功能剥离出来由 SPCF 和 AE（服务应用实体）实现，使 WAP GW 更专注与业务控制执 行以及协议、内容适配等网络承载功能。WAP GW 通过软硬件的升级可演进为 SPEF，演进 后通过开放、标准的接口和新建的 SPCF 网元对接。通过网络层次、功能范畴的划分使得 现有集业务控制、网络承载、业务应用为一体的 WAP GW 简化和专注于实现网络承载，而 12 这也使得移动数据增值业务网络的架构更清晰，也更灵活和开放。实现对业务的集中控制， 避免了多套 WAP GW 情况下，各 WAP GW 业务控制逻辑不一致，以及业务逻辑出现变更 时多套 WAP 都要进行升级改造等等的问题。 1.8 SPCF&SPEFSPCF&SPEF 架构的可实施性分析架构的可实施性分析 现有技术和现网架构提供了以下支持，使得 SPCF&SPEF（WAP GW）架构的