楊輝宇+謝其良+王步偉

【摘 要】

通過深層次分析無線網(wǎng)絡資源控制過程和相關協(xié)議，以及吸取傳統(tǒng)QoS業(yè)務模型和傳統(tǒng)動態(tài)帶寬分配方法（DBA）的優(yōu)點，發(fā)明了一種實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡差異化接入的方法，可以實現(xiàn)在無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務中結合不同用戶等級與業(yè)務類型提供差異化服務。該發(fā)明專利申請已由國家知識產(chǎn)權局受理（申請?zhí)?01110324444.7）。

【關鍵詞】

QoS 無線網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)業(yè)務差異化 用戶等級 業(yè)務類型

1 引言

在BSC的QoS（Quality of Service，服務質量）控制結構框架上[1]，根據(jù)QoS要求不同采用集成服務模型、區(qū)分服務模型對服務進行分類。集成服務模型包含確保業(yè)務類型、受控業(yè)務類型、盡力而為類型；區(qū)分服務模型包含最優(yōu)服務、分等級服務、盡力而為服務。這些方法對于提高QoS很有效，但只能在此方面有所改善。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡中的DBA（Dynamic Bandwidth Allocation，動態(tài)帶寬分配）方法[2]對帶寬資源的有效利用提出了改進，但大都局限于某種特定網(wǎng)絡或業(yè)務，沒有較好的擴展性。如：改進的最大最小公平分配算法，提出一種整網(wǎng)的帶寬分配方法，雖然帶寬資源的利用率有所提高，但是該方法對網(wǎng)絡中的各種業(yè)務采用平等對待的機制，沒有將業(yè)務等級這個因素體現(xiàn)到帶寬的分配中，使得高優(yōu)先級業(yè)務可能被盡力而為型業(yè)務搶占更多資源；分級帶寬分配算法，該算法在進行帶寬分配時，對不同業(yè)務采用不同的處理方法，體現(xiàn)了不同的服務優(yōu)先級和業(yè)務層次，但是該算法在進行帶寬分配時，高優(yōu)先級業(yè)務對低優(yōu)先級業(yè)務的排擠現(xiàn)象非常嚴重，對業(yè)務帶寬分配中的公平性考慮不夠。

因此，現(xiàn)有技術方案的缺點是：無法在無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務中結合不同用戶等級與業(yè)務類型提供差異化服務，導致在數(shù)據(jù)業(yè)務需求突增的環(huán)境下（如晚忙時），無法保證對數(shù)據(jù)業(yè)務效益最優(yōu)的業(yè)務需求。

2 數(shù)據(jù)業(yè)務差異化服務實現(xiàn)流程

2.1 用戶等級差異化識別

用戶等級作為用戶簽約屬性存儲在HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）中[3]（需要升級HLR數(shù)據(jù)庫，增加用戶等級屬性列），當用戶激活PDP（Packet Data Protoco1，分組數(shù)據(jù)協(xié)議）或者進行位置更新時，SGSN（Serving GPRS Support Node，服務GPRS支持節(jié)點）將向HLR發(fā)送用戶數(shù)據(jù)請求，HLR向SGSN傳送用戶數(shù)據(jù)，用戶等級作為其中一個參數(shù)在此時傳送給SGSN。如圖1所示，SGSN將與BSC進行協(xié)商，SGSN向BSC發(fā)送建立BSS_PFC請求，同時用戶等級作為其中一個參數(shù)傳送給BSC。SGSN和BSC獲取用戶等級參數(shù)后，即可在資源分配策略中引用該參數(shù)。

2.2 用戶等級差異化服務實現(xiàn)

SGSN在位置更新、用戶接入、修改用戶數(shù)據(jù)過程中獲取或更新用戶數(shù)據(jù)[4]。其中，HLR向SGSN插入用戶數(shù)據(jù)過程，SGSN獲取了所有相關的用戶數(shù)據(jù)，在HLR和SGSN的傳輸與接收過程進行微小改動，增加用戶等級參數(shù)，即可實現(xiàn)HLR到SGSN的用戶等級傳輸。

實現(xiàn)HLR到SGSN傳輸用戶等級的關鍵過程為：插入用戶數(shù)據(jù)MAP原語MAP-INSERT-SUBSCRIBER-DATA。如圖2所示，該原語調用InsertSubscriberData操作，對應操作碼為7。

如圖3所示，在GPRS簽約數(shù)據(jù)中增加GPRS簽約等級（GPRSRank），需要在MAP-INSERT-SUBSCRIBER-DATA原語參數(shù)GPRSSubscriptionData中增加GPRS_Subscription_Rank。在MAP消息編碼方面，利用未使用的編碼來標識GPRS_Subscription_Rank。

GPRS_Subscription_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

該語句定義了GPRSRank編碼大小為1個八位組，即8bit，編碼實例如下：

0000 0000 GPRS用戶等級為1

0000 0001 GPRS用戶等級為2

0000 0010 GPRS用戶等級為3

……

其中，InsertSubscriberDataArg編碼為394，GPRSSubscriptionData編碼為729，編碼405可用于標示GPRS_Subscription_Rank。

用戶終端進行網(wǎng)絡接入時的PDP激活過程，有一個SGSN與BSC的PDP協(xié)商過程，在第4步創(chuàng)建BSS_PFC過程，SGSN向BSS發(fā)送相關的參數(shù)，為盡量減少對系統(tǒng)的修改，選擇在創(chuàng)建BSS_PFC過程增加用戶等級參數(shù)。

2.3 業(yè)務類型差異化識別

業(yè)務類型差異化識別包括以下兩個方面：

一是基于SAPI和APN接入點的業(yè)務類型識別[5]。根據(jù)不同的SAPI值和APN接入點名稱進行業(yè)務類型的粗略劃分。如：對于SMS，對應的SAPI為7；對于WAP瀏覽，對應APN=CMWAP等。

二是基于數(shù)據(jù)重構的業(yè)務類型識別。通過對Gb口的LLC PDU進行重構，根據(jù)SNDCP層數(shù)據(jù)處理邏輯進行LLC PDU的協(xié)議及數(shù)據(jù)解壓和分段重組，最終獲取原始的IP包，再根據(jù)IP包結構獲取應用程序的端口號，并依據(jù)此端口號進行業(yè)務類型的識別。如：80代表瀏覽網(wǎng)頁；21代表FTP服務；23代表Telnet服務；69代表TFTP服務。

將分析過的業(yè)務類型數(shù)據(jù)分析的結構存儲到數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)步驟中的GGSN查詢使用。

2.4 業(yè)務類型差異化服務實現(xiàn)

無線資源緊缺時，BSC發(fā)送指示BSSGP信令BSSGP_Service_Rank_Request給SGSN，請求獲得指定業(yè)務的業(yè)務等級參數(shù)，SGSN通過內(nèi)部映射機制，通過GTP信令GTP_Service_Rank_Request將該請求發(fā)送到GGSN；GGSN查詢數(shù)據(jù)庫獲得對應的業(yè)務等級參數(shù)，通過GTP響應信令GTP_Service_Rank_Response回帶給SGSN，SGSN分析該信令，并通過內(nèi)部映射機制獲取等級參數(shù)，通過BSSGP響應信令BSSGP_Service_Rank_Response將業(yè)務等級信息發(fā)送給BSC，BSC即可根據(jù)獲得的業(yè)務等級信息，按照差異化分配策略對每個業(yè)務進行差異化控制。endprint

其中，對涉及的GTP協(xié)議[6]，其信令PDU設計交互信令GTP_Service_Rank_Request選擇保留信息。

類型為8，GTP_Service_Rank_Response選擇保留消息類型為9；其業(yè)務PDU采用TV類型（保留值117—127），自定義等級參數(shù)GTP_Service_Rank的信息結構如圖4所示：

圖4 GTP_Service_Rank結構圖

對于業(yè)務等級GTP_Service_Rank編碼，結構如下：

GTP_Service_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

該語句定義GTP_Service_Rank編碼大小為1個八位組，即8bit，編碼實例如下：

0000 0000 GPRS業(yè)務等級為1

0000 0001 GPRS業(yè)務等級為2

0000 0010 GPRS業(yè)務等級為3

……

2.5 結合用戶等級和業(yè)務類型等級進行無線資源的分配

結合用戶等級與業(yè)務類型優(yōu)先級的組合確定資源分配優(yōu)先級，BSC根據(jù)優(yōu)先級的排隊原則將無線資源進行分配。在無線資源緊張的情況下，可根據(jù)具體的資源分配優(yōu)先權進行資源分配、釋放。例如為保證優(yōu)先級高的資源申請，可拒絕優(yōu)先級低的資源申請或釋放部分優(yōu)先級低的申請，從而為不同用戶、不同業(yè)務提供差異化的服務質量。優(yōu)先級算法確定舉例如表1和表2所示，為算法研究提供參考。

3 結束語

本方法是基于現(xiàn)有信道及通信設備的研究所得，為“將用戶等級和數(shù)據(jù)業(yè)務類型等級結合的差異化接入服務”提供理論支持，在保證多業(yè)務對QoS不同需求的前提下，盡可能充分、有效地利用無線網(wǎng)絡帶寬資源。其主要優(yōu)點如下：

（1）為根據(jù)用戶等級與業(yè)務類型等級進行無線資源分配的算法提供理論支持，并提供差異化的接入服務，使在數(shù)據(jù)業(yè)務突增的環(huán)境下保證對數(shù)據(jù)業(yè)務高要求群體的服務質量。

（2）提供一種實現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡中將用戶等級參數(shù)由HLR傳遞到BSC、作為資源分配算法參數(shù)的方法，且該方法符合GTP協(xié)議、3GPP協(xié)議、BSSGP協(xié)議。

（3）提供一種實現(xiàn)將業(yè)務類型等級參數(shù)從GGSN傳遞到BSC、作為資源分配算法參數(shù)的方法，且該方法符合GTP協(xié)議、3GPP協(xié)議、BSSGP協(xié)議。

目前，中國移動以GSM為主的2G網(wǎng)絡仍承載著大量用戶。在一段時間內(nèi)，GSM網(wǎng)絡仍可不斷完善和挖潛，尤其是均衡考慮業(yè)務服務需求和業(yè)務收入，這對于中國移動效益將有大幅度提高。本項目成果通用性強，能夠便捷地推廣到全國各個省市地區(qū)，預期效益良好。

參考文獻：

[1] ITU-T Rec.E.800. Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance including Dependability[S]. 1994.

[2] 孫顯軍，徐桐發(fā)，劉衛(wèi)東，等. 實時數(shù)據(jù)組播調度動態(tài)帶寬分配方案[J]. 計算機工程， 2009（19）.

[3] 張華，陳俊杰. 基于移動通信HLR用戶管理系統(tǒng)的負載均衡策略研究[J]. 太原理工大學學報， 2006（S1）.

[4] 肖勇軍，謝寅亮. SGSN POOL部署規(guī)劃及組網(wǎng)演進探討 [J]. 移動通信， 2011（22）： 6-10.

[5] 任振剛. 基于SAPI引擎的語音交互方法的研究與實現(xiàn)[D]. 沈陽： 沈陽工業(yè)大學， 2005.

[6] 陳飛，雒江濤. GPRS網(wǎng)絡GTP協(xié)議解析方法研究[J]. 通信技術， 2009（2）.

作者簡介

楊輝宇：工學碩士畢業(yè)于吉林大學，現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司網(wǎng)絡管理中心副總經(jīng)理，從事網(wǎng)絡規(guī)劃、建設等管理工作近20年。

謝其良：工學碩士畢業(yè)于暨南大學通信與信息工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團廣東有限公司韶關分公司，主要從事無線網(wǎng)絡建設等管理工作。

王步偉：現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司韶關分公司工程建設中心總經(jīng)理，全面負責移動通信網(wǎng)絡的建設工作，從事移動市場、網(wǎng)絡建設等管理工作近10年。endprint

其中，對涉及的GTP協(xié)議[6]，其信令PDU設計交互信令GTP_Service_Rank_Request選擇保留信息。

類型為8，GTP_Service_Rank_Response選擇保留消息類型為9；其業(yè)務PDU采用TV類型（保留值117—127），自定義等級參數(shù)GTP_Service_Rank的信息結構如圖4所示：

圖4 GTP_Service_Rank結構圖

對于業(yè)務等級GTP_Service_Rank編碼，結構如下：

GTP_Service_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

該語句定義GTP_Service_Rank編碼大小為1個八位組，即8bit，編碼實例如下：

0000 0000 GPRS業(yè)務等級為1

0000 0001 GPRS業(yè)務等級為2

0000 0010 GPRS業(yè)務等級為3

……

2.5 結合用戶等級和業(yè)務類型等級進行無線資源的分配

結合用戶等級與業(yè)務類型優(yōu)先級的組合確定資源分配優(yōu)先級，BSC根據(jù)優(yōu)先級的排隊原則將無線資源進行分配。在無線資源緊張的情況下，可根據(jù)具體的資源分配優(yōu)先權進行資源分配、釋放。例如為保證優(yōu)先級高的資源申請，可拒絕優(yōu)先級低的資源申請或釋放部分優(yōu)先級低的申請，從而為不同用戶、不同業(yè)務提供差異化的服務質量。優(yōu)先級算法確定舉例如表1和表2所示，為算法研究提供參考。

3 結束語

本方法是基于現(xiàn)有信道及通信設備的研究所得，為“將用戶等級和數(shù)據(jù)業(yè)務類型等級結合的差異化接入服務”提供理論支持，在保證多業(yè)務對QoS不同需求的前提下，盡可能充分、有效地利用無線網(wǎng)絡帶寬資源。其主要優(yōu)點如下：

（1）為根據(jù)用戶等級與業(yè)務類型等級進行無線資源分配的算法提供理論支持，并提供差異化的接入服務，使在數(shù)據(jù)業(yè)務突增的環(huán)境下保證對數(shù)據(jù)業(yè)務高要求群體的服務質量。

（2）提供一種實現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡中將用戶等級參數(shù)由HLR傳遞到BSC、作為資源分配算法參數(shù)的方法，且該方法符合GTP協(xié)議、3GPP協(xié)議、BSSGP協(xié)議。

（3）提供一種實現(xiàn)將業(yè)務類型等級參數(shù)從GGSN傳遞到BSC、作為資源分配算法參數(shù)的方法，且該方法符合GTP協(xié)議、3GPP協(xié)議、BSSGP協(xié)議。

目前，中國移動以GSM為主的2G網(wǎng)絡仍承載著大量用戶。在一段時間內(nèi)，GSM網(wǎng)絡仍可不斷完善和挖潛，尤其是均衡考慮業(yè)務服務需求和業(yè)務收入，這對于中國移動效益將有大幅度提高。本項目成果通用性強，能夠便捷地推廣到全國各個省市地區(qū)，預期效益良好。

參考文獻：

[1] ITU-T Rec.E.800. Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance including Dependability[S]. 1994.

[2] 孫顯軍，徐桐發(fā)，劉衛(wèi)東，等. 實時數(shù)據(jù)組播調度動態(tài)帶寬分配方案[J]. 計算機工程， 2009（19）.

[3] 張華，陳俊杰. 基于移動通信HLR用戶管理系統(tǒng)的負載均衡策略研究[J]. 太原理工大學學報， 2006（S1）.

[4] 肖勇軍，謝寅亮. SGSN POOL部署規(guī)劃及組網(wǎng)演進探討 [J]. 移動通信， 2011（22）： 6-10.

[5] 任振剛. 基于SAPI引擎的語音交互方法的研究與實現(xiàn)[D]. 沈陽： 沈陽工業(yè)大學， 2005.

[6] 陳飛，雒江濤. GPRS網(wǎng)絡GTP協(xié)議解析方法研究[J]. 通信技術， 2009（2）.

作者簡介

楊輝宇：工學碩士畢業(yè)于吉林大學，現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司網(wǎng)絡管理中心副總經(jīng)理，從事網(wǎng)絡規(guī)劃、建設等管理工作近20年。

謝其良：工學碩士畢業(yè)于暨南大學通信與信息工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團廣東有限公司韶關分公司，主要從事無線網(wǎng)絡建設等管理工作。

王步偉：現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司韶關分公司工程建設中心總經(jīng)理，全面負責移動通信網(wǎng)絡的建設工作，從事移動市場、網(wǎng)絡建設等管理工作近10年。endprint

其中，對涉及的GTP協(xié)議[6]，其信令PDU設計交互信令GTP_Service_Rank_Request選擇保留信息。

類型為8，GTP_Service_Rank_Response選擇保留消息類型為9；其業(yè)務PDU采用TV類型（保留值117—127），自定義等級參數(shù)GTP_Service_Rank的信息結構如圖4所示：

圖4 GTP_Service_Rank結構圖

對于業(yè)務等級GTP_Service_Rank編碼，結構如下：

GTP_Service_Rank：：=OCTET STRING（SIZE（1））

該語句定義GTP_Service_Rank編碼大小為1個八位組，即8bit，編碼實例如下：

0000 0000 GPRS業(yè)務等級為1

0000 0001 GPRS業(yè)務等級為2

0000 0010 GPRS業(yè)務等級為3

……

2.5 結合用戶等級和業(yè)務類型等級進行無線資源的分配

結合用戶等級與業(yè)務類型優(yōu)先級的組合確定資源分配優(yōu)先級，BSC根據(jù)優(yōu)先級的排隊原則將無線資源進行分配。在無線資源緊張的情況下，可根據(jù)具體的資源分配優(yōu)先權進行資源分配、釋放。例如為保證優(yōu)先級高的資源申請，可拒絕優(yōu)先級低的資源申請或釋放部分優(yōu)先級低的申請，從而為不同用戶、不同業(yè)務提供差異化的服務質量。優(yōu)先級算法確定舉例如表1和表2所示，為算法研究提供參考。

3 結束語

本方法是基于現(xiàn)有信道及通信設備的研究所得，為“將用戶等級和數(shù)據(jù)業(yè)務類型等級結合的差異化接入服務”提供理論支持，在保證多業(yè)務對QoS不同需求的前提下，盡可能充分、有效地利用無線網(wǎng)絡帶寬資源。其主要優(yōu)點如下：

（1）為根據(jù)用戶等級與業(yè)務類型等級進行無線資源分配的算法提供理論支持，并提供差異化的接入服務，使在數(shù)據(jù)業(yè)務突增的環(huán)境下保證對數(shù)據(jù)業(yè)務高要求群體的服務質量。

（2）提供一種實現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡中將用戶等級參數(shù)由HLR傳遞到BSC、作為資源分配算法參數(shù)的方法，且該方法符合GTP協(xié)議、3GPP協(xié)議、BSSGP協(xié)議。

（3）提供一種實現(xiàn)將業(yè)務類型等級參數(shù)從GGSN傳遞到BSC、作為資源分配算法參數(shù)的方法，且該方法符合GTP協(xié)議、3GPP協(xié)議、BSSGP協(xié)議。

目前，中國移動以GSM為主的2G網(wǎng)絡仍承載著大量用戶。在一段時間內(nèi)，GSM網(wǎng)絡仍可不斷完善和挖潛，尤其是均衡考慮業(yè)務服務需求和業(yè)務收入，這對于中國移動效益將有大幅度提高。本項目成果通用性強，能夠便捷地推廣到全國各個省市地區(qū)，預期效益良好。

參考文獻：

[1] ITU-T Rec.E.800. Terms and Definitions Related to Quality of Service and Network Performance including Dependability[S]. 1994.

[2] 孫顯軍，徐桐發(fā)，劉衛(wèi)東，等. 實時數(shù)據(jù)組播調度動態(tài)帶寬分配方案[J]. 計算機工程， 2009（19）.

[3] 張華，陳俊杰. 基于移動通信HLR用戶管理系統(tǒng)的負載均衡策略研究[J]. 太原理工大學學報， 2006（S1）.

[4] 肖勇軍，謝寅亮. SGSN POOL部署規(guī)劃及組網(wǎng)演進探討 [J]. 移動通信， 2011（22）： 6-10.

[5] 任振剛. 基于SAPI引擎的語音交互方法的研究與實現(xiàn)[D]. 沈陽： 沈陽工業(yè)大學， 2005.

[6] 陳飛，雒江濤. GPRS網(wǎng)絡GTP協(xié)議解析方法研究[J]. 通信技術， 2009（2）.

作者簡介

楊輝宇：工學碩士畢業(yè)于吉林大學，現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司網(wǎng)絡管理中心副總經(jīng)理，從事網(wǎng)絡規(guī)劃、建設等管理工作近20年。

謝其良：工學碩士畢業(yè)于暨南大學通信與信息工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國移動通信集團廣東有限公司韶關分公司，主要從事無線網(wǎng)絡建設等管理工作。

王步偉：現(xiàn)任中國移動通信集團廣東有限公司韶關分公司工程建設中心總經(jīng)理，全面負責移動通信網(wǎng)絡的建設工作，從事移動市場、網(wǎng)絡建設等管理工作近10年。endprint