LTE网络拥塞实时提醒服务实现方案研究

1、LTE网络拥塞实时提醒效劳实现方案研究摘要】为了减轻LTE网络拥塞带来的负面影响，提升移动用户的客户感知水平，首先阐述了PCC架构中的拥塞感知与缓解技术，然后分析用户对网络拥塞的感知问题，最后提出一种LTE网络拥塞实时提醒效劳的实现方案，使用户及时获知网络拥塞情况，以提升LTE网络的效劳水平。【关键词】网络拥塞；拥塞感知；拥塞信息；策略与计费策略控制；实时提醒ResearchonReal-TimeRemindingServiceSolutiontoLTENetworkCongestionCHIWeichengAbstractInordertoalleviatethenegativeeffect

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

3、ichcustomerscanobtainthenetworkcongestionintimetoimprovetheservicelevelofLTEnetworks.Keywordsnetworkcongestion；congestionperception；congestioninformation；PCC；real-timereminding1引言经过不断的投入和优化，LTE网络的可用性和稳定性已大幅提升，在大多数情况下网络质量已得到充分保障，但在某些特殊场景或特定条件下，例如在大型活动或突发事件的现场，大量用户聚集并同时使用LTE网络，此时假设网络资源缺乏以应付大量用户需求，就可能出

4、现网络拥塞。为应对网络拥塞，LTE网络可以从多方面采集数据，及时分析并确定网络拥塞情况，进而采取多种手段缓解网络拥塞，如网络参数的调整与调优、负载均衡、PCCPolicyandChargingControl，策略与计费控制等。然而，从用户角度来看，当网络拥塞发生时，用户并不确切了解网络是否拥塞以及拥塞的程度，用户很可能会继续不断尝试重连网络，从而为用户体验带来更多负面影响，并且可能会进一步加重网络的拥塞程度，不利于网络拥塞的缓解。因此，如何让用户及时获知网络拥塞情况值得研究，本文将阐述PCC架构中的拥塞感知与缓解技术，然后分析用户对网络拥塞的感知问题，最后提出一种LTE网络拥塞实时提醒效劳的实

5、现方案。2网络的拥塞感知与缓解网络拥塞是指当网络资源不能满足用户数据传输需求时网络出现性能下降的现象。在LTE网络中，RANRadioAccessNetwork，无线接入网用户面拥塞是指在一段持续的时间内，RAN资源无法满足用户数据传输的需求，网络的整体吞吐量随着输入负荷的增大而下降。LTE网络能够分析网络拥塞情况，进而采取多种手段来缓解网络拥塞。其中，PCC策略控制是缓解网络拥塞的有效手段之一。为了让PCC架构具备基于网络拥塞的PCC策略控制能力，3GPP从R13开始在PCC架构中引入了新的功能RCAFRANCongestionAwarenessFunction，无线接入网拥塞感知功能，它与

6、PCRFPolicyandChargingRulesFunction，策略与计费规那么功能、PCEFPolicyandChargingEnforcementFunction，策略与计费执行功能/TDFTrafficDetectionFunction，流量检测功能/AFApplicationFunction，应用功能一起组成了基于拥塞感知的PCC策略控制架构，如图1所示。该架构能够完成拥塞控制的三阶段工作，包括拥塞感知、拥塞报告和拥塞缓解。在拥塞感知阶段，RCAF负责网络拥塞的检测和感知，它从RAN的OAMOperationAdministrationMaintenance，运营管理维护系统采集

7、小区的状态数据，经过综合分析和判断，确定拥塞小区的范围及拥塞程度，并从MME获取受拥塞影响的用户和APNAccessPointName，接入点名称信息。RCAF通過Nq接口向MME发送用户/APN信息请求，请求中包含小区标识ECGIE-UTRANCellGlobalIdentifier，E-UTRAN小区全局标识符，MME向RCAF返回对应小区内的用户IMSIInternationalMobileSubscriberIdentificationNumber，国际移动用户识别码/APN信息集合。在拥塞报告阶段，RCAF生成RUCIRANUserPlaneCongestionInformation

8、，RAN用户面拥塞信息报告，然后通过Np接口将RUCI报揭发送给PCRF。RUCI信息主要包括受拥塞影响用户的IMSI、拥塞小区标识ECGI、用户连接的APN、拥塞水平CongestionLevel等。RUCI报告的发送形式分为两种：非聚合RUCI报告Non-AggregatedRUCIReport和聚合RUCI报告AggregatedRUCIReport。前者包含单个用户的拥塞信息，后者包含多个用户的拥塞信息，聚合报告中的用户可能在不同的拥塞小区，有不同的拥塞水平。当RCAF检测到用户受拥塞影响时，RCAF向PCRF发送拥塞状态的RUCI报告，而当RCAF检测到用户不再受拥塞影响，RCAF向

9、PCRF发送无拥塞状态的RUCI报告。在拥塞缓解阶段，PCRF负责制定缓解拥塞的PCC策略，在PCC决策时由网络拥塞因素，决定采取哪些拥塞缓解策略，包括业务/应用的门控GatingControl、QoSQualityofService，效劳质量控制如带宽限制、延迟效劳等，并生成相应的PCC规那么下发给PCEF，或者生成ADCApplicationDetectionandControl，应用检测和控制规那么下发给TDF。PCEF/TDF按照下发的PCC规那么/ADC规那么执行拥塞缓解策略，并向PCRF报告策略执行的结果。PCRF还可通过接受或拒绝AF策略控制请求来调整网络流量，当PCRF拒绝AF

10、发起的请求时，AF不再接受UE的业务请求，从而到达缓解网络压力的目的。3用户的拥塞感知问题随着LTE網络的不断完善和移动应用的日益丰富，用户已经习惯通过在线完成关键业务或交易，包括移动支付、移动购票、移动网购、共享单车获取、移动在线游戏、移动证券、移动办公等。这些关键业务经常具有实时性或时限性，要求底层的LTE网络具备良好的连通状态，但如果遇到网络拥塞，很可能会导致业务无法完成，影响用户体验。从业务的数据流向分析，位于UEUserEquipment，用户设备上的移动应用客户端向位于互联网上的效劳端发送业务请求，UE应用层的请求数据向下通过多层的网络协议栈发送到LTE网络，LTE网络将数据传送到

11、效劳端，通过效劳端的网络协议栈反向解析，最后将数据传送到效劳端应用层。在网络畅通的场景下，从UE到LTE网络再到效劳端的数据传输畅通无阻，用户体验到的是业务的快速顺利完成。在网络拥塞的场景下，UE与LTE网络之间的通讯受阻，数据包无法通过LTE网络到达效劳端，用户体验到的是业务一直等待并在超时如30s后报出网络错误，业务无法顺利完成，畅通场景与拥塞场景的用户感知比照如图2所示。值得注意的是，当网络拥塞导致用户首次业务请求失败后，用户通常会屡次尝试重连，特别是在关键业务进行时，如正在移动支付时、正在取共享单车时、正在订购高铁票时，用户甚至会翻开不同的应用来检测网络是否正常。由于拥塞一般会持续一段

12、时间，特别是在拥塞程度较高的情况下，网络难以及时恢复正常，在这种情况下，用户的不断重连行为可能会令情况变得更差。一方面用户屡次尝试业务都不成功，导致用户的网络体验持续下降；另一方面UE不断向LTE网络发送分组，增大了对网络的访问压力，不利于网络拥塞的缓解。因此，在一些关键的业务场景中，用户实时获知网络的拥塞情况很重要，如果用户确切获知网络处于拥塞状态及拥塞的程度，用户就可以防止屡次无用的网络重试，而是寻求其它方法解决当前的业务问题，包括转换网络、移动位置等，或改用传统的离线方法解决问题。这样做不但防止了用户的网络体验进一步下降，同时也防止网络进一步拥堵。4拥塞提醒效劳方案考虑到不同用户的需要及

13、效劳带来的资源消耗，不是任何拥塞都需要向所有用户发出拥塞提醒，可以通过订购或注册的方式向局部有需要的用户提供效劳。拥塞提醒效劳不仅涉及网络拥塞的感知和发现，还涉及提醒效劳的订购、用户对拥塞提醒效劳个性化定制、提醒效劳控制等，所以需要LTE网络与BSSBusinessSupportSystem，业务支撑系统协同工作。拥塞提醒效劳的提供，在LTE网络侧主要涉及的网元包括RCAF、PCRF、SPRSubscriptionProfileRepository，用户签约存储库等；在BSS侧主要涉及的系统包括CRMCustomerRelationshipManagement，客户关系管理系统、客服系统、OC

14、SOnlineChargingSystem，在线计费系统/OFCSOfflineChargingSystem，离线计费系统、CRRPCongestionReal-timeRemindingPlatform，拥塞实时提醒平台，拥塞提醒效劳的实现方案如图3所示。其中，RCAF负责拥塞的检测和感知，向PCRF报告拥塞情况；PCRF负责接收效劳用户的筛选及拥塞状态同步；SPR负责存储效劳订购信息以供PCRF使用；CRRP负责接收PCRF的拥塞状态同步信息，拥塞提醒控制，拥塞提醒脚本管理，拥塞提醒历史记录以及发送提醒短信等；CRM负责完成拥塞提醒效劳订购的受理，管理效劳订购信息和效劳配置信息等；客户效劳

15、系统负责提供渠道完成拥塞提醒效劳的自助效劳设置；OCS/OFCS负责接收CRM的拥塞提醒效劳订购信息，完成效劳计费帐务等。拥塞提醒效劳流程主要包括以下环节：1CRM完成用户的拥塞提醒效劳订购，生成提醒效劳的订购记录，然后将效劳订购信息CRM同步给SPR以及OCS/OFCS。2用户通过客服系统完成拥塞提醒效劳规那么的自助设置，包括翻开或关闭拥塞提醒、需提醒拥塞等级、需提醒时段等，效劳配置信息保存到CRM系统中，并实时生效。3RCAF从OAM系统采集小区状态数据，通过分析判断确定拥塞小区范围，以及各个小区的拥塞水平。4RCAF从MME获取正受到拥塞小区影响的用户列表及相应的APN信息，生成用户拥塞

16、报告，并向PCRF发送RUCI报告。5PCRF接收RUCI报告后，一方面采取PCC策略缓解拥塞，另一方面从SPR获取用户对拥塞提醒效劳的订购信息。对于订购了效劳的用户，PCRF将效劳用户的拥塞状态信息同步给CRRP。6CRRP接收到PCRF的拥塞状态同步信息后，从CRM获取用户的拥塞提醒效劳配置信息。7CRRP根据用户的效劳配置判定是否提醒，并根据最新的拥塞同步信息，历史提醒记录等确定提醒的类型如拥塞通知、拥塞升降级通知、拥塞消除通知以及相应的提醒脚本等，并通过短信中心向用户发送提醒短信。实时拥塞提醒效劳的实现流程如图4所示。为了对拥塞进行精细化的策略控制，RUCI中报告的拥塞水平划分比较细致

17、，例如由低至高可划分为1至31个拥塞等级，但在面向用户的拥塞提醒效劳中，为了让用户更易理解，效劳设置了更易操作，提醒效劳的拥塞等级需要简化，比方分为3个等级：轻度拥塞、中度拥塞、严重拥塞，所以效劳侧的拥塞等级与网络侧的拥塞等级有一个对应关系，比方网络的1至10级对应轻度拥塞，10至21级对应中度拥塞，21至31级对应严重拥塞。这个映射关系由CRRP管理，PCRF将原始的网络拥塞级别同步给CRRP，CRRP完成等级转换。另外，PCRF只需将当前的拥塞状态信息同步给CRRP，由CRRP基于历史信息完成合理的提醒控制，包括当PCRF同步的拥塞状态与之前效劳拥塞等级相同时，CRRP控制不重复提醒；当P

18、CRF同步的拥塞状态与之前效劳拥塞等级不同时，CRRP向用户发送拥塞升级/降级提醒，当PCRF同步已无拥塞状态信息时，CRRP及时向用户发送拥塞消除通知。5结束语拥塞实时提醒效劳可以进一步提升网络的效劳水平，提高用户的客户感知。本文阐述了PCC架构中的拥塞感知与缓解技术，分析了用户对网络拥塞的感知问题，并提出了一种LTE网络拥塞实时提醒效劳的实现方案。方案通过LTE网络与BSS的紧密协同工作，可向用户提供实时的拥塞提醒，让用户及时获得所处网络的拥塞情况，防止重复尝试已拥塞的网络，能够防止用户体验进一步下降，同时减缓网络压力和缓解拥塞。参考文献：【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