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基于DPI技術(shù)的CCG在移動互聯(lián)網(wǎng)中的解決方案分析

2010/04/06

  摘要 闡述了DPI深度包檢測技術(shù)及采用其技術(shù)的CCG在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應用,介紹了UT斯達康基于電信級ATCA平臺及DPI技術(shù)的TC8000 CCG解決方案,及其在3G EVDO 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的應用。

1.移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與CCG的重要性

  互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展已經(jīng)深刻改變了人們的工作方式和生活方式,從電子郵件,B2B/B2C的電子商務交易,到QQ/MSN的即時通訊,Web2.0的微博,甚至開心網(wǎng)上種菜,我們的工作與生活已經(jīng)被互聯(lián)網(wǎng)化。

  同時,移動業(yè)務的快速發(fā)展,尤其是3G網(wǎng)絡的部署與更多智能終端的推出,使得互聯(lián)網(wǎng)進入了一個嶄新的移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段。

  “手機將變得無所不能”,這是比爾?蓋茨對未來手機發(fā)展的一個預測。這個預測已逐步變成現(xiàn)實,例如搜索、網(wǎng)頁瀏覽、郵件收發(fā)、視頻通訊、電子書下載、電子地圖、電子支付、微博等,PC機上的互聯(lián)網(wǎng)應用已經(jīng)逐步在智能終端上得以實現(xiàn)?梢詳喽,移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務在智能移動終端多樣化,IP承載與傳輸網(wǎng)絡,3G核心數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與IMS等平臺建設的逐步到位與完善下,在2010年必將進入一個快速的發(fā)展時期。

  移動互聯(lián)網(wǎng)根植并發(fā)展于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng),在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與建設中出現(xiàn)的問題必然會在移動互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn),如IP地址管理,帶寬管理,網(wǎng)絡安全,垃圾信息,ICP/ISP的管理與合作等問題。同時,對于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的新技術(shù)與應用,移動互聯(lián)網(wǎng)也必須及時吸收、更新與應用,如SaaS(Software as a Service,軟件即服務),云計算,Widget微技,電子支付等。

  在傳統(tǒng)雙絞線的XDSL與以Ethernet為主的Internet數(shù)據(jù)接入網(wǎng)業(yè)務中,電信運營商主要是對于基礎網(wǎng)絡進行建設,為寬度化鋪路搭橋,實際收益工具比較單一:主要是進行帶寬管理與租賃,對于內(nèi)容、應用與業(yè)務運營等部分由于先期網(wǎng)絡建設與技術(shù)限制,參與較少。因此,在目前移動互聯(lián)網(wǎng)的建設中,如何進行差異化建設、提供精細化經(jīng)營,是電信運營商不得不面對的實際問題與挑戰(zhàn)。

  類似傳統(tǒng)TDM語音業(yè)務通過端局號碼分析局間No.7信令來區(qū)分語音業(yè)務計費與服務等級,移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務運營中,電信運營商必須對移動數(shù)據(jù)業(yè)務的類型進行區(qū)分,給予不同的SLA,達到有效管理與計費——不是簡單的帶寬與數(shù)據(jù)流量的粗放型管理,而是要通過多媒體內(nèi)容計費(Content Based Billing,CBB)以及內(nèi)容計費網(wǎng)關(guān)(Content Charging Gateway,CCG)實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)業(yè)務的精細化管理。

  基于CCG內(nèi)容進行計費,電信運營商可以提供細粒度的增值服務、更精確的計費點與融合,運營能力與水平可以得到更高層次的提升;用戶可以獲得更透明、更滿意的服務,運營商客戶黏合度也隨之提高。

  基于多媒體內(nèi)容計費可以把計費信息、用戶接受服務的多媒體內(nèi)容與服務質(zhì)量建立更直接的聯(lián)系。其中,CCG內(nèi)容計費網(wǎng)關(guān)是電信運營商在2.5G/3G移動互聯(lián)網(wǎng)建設中實現(xiàn)更精細化運營的一個重要網(wǎng)絡節(jié)點。

2.CCG及其核心DPI技術(shù)

  CCG主要是在移動數(shù)據(jù)業(yè)務中進行業(yè)務控制、計費支持,實施計費策略控制,要求支持在線計費和離線計費兩種方式,支持各種典型的數(shù)據(jù)業(yè)務,如HTTP業(yè)務,F(xiàn)TP業(yè)務,WAP瀏覽業(yè)務,MMS業(yè)務等。

  CCG在3GPP R5中的結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般而言,GGSN可以與CCG合并設置,也可獨立部署。

圖1:CCG的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

  CCG因為是基于內(nèi)容進行計費的,所以要對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行深度分析,譬如3層的IP地址與協(xié)議類型,4層的端口,7層的URL及其協(xié)議類型等,并生成話單,所以電信運營商CCG的業(yè)務需求是實時的、高速的、大容量的,并要求有冗余處理與備份,這對數(shù)據(jù)包報文處理技術(shù)及平臺提出了更高要求。

  互聯(lián)網(wǎng)上傳統(tǒng)的流量和帶寬管理主要基于OSI 2~4層,即鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層,通過IP包頭的源地址、目的地址、源端口、目的端口以及協(xié)議類型信息進行分析,通常稱此為“普通報文檢測”。“普通報文檢測”僅分析IP包4層以下的內(nèi)容,通過端口號來識別應用類型,而且“普通報文檢測”不能識別應用層。這些限制對于CCG需要在移動互聯(lián)網(wǎng)上進行以內(nèi)容區(qū)分計費的精細化運營就無能為力了。

  近來互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的DPI(Deep Packet Inspection,深度包檢測)技術(shù)是實現(xiàn)CCG計費的有力法寶,其能識別和區(qū)分網(wǎng)絡流量,進行流量控制、內(nèi)容計費、垃圾內(nèi)容過濾以及流量管理,提供差異化經(jīng)營保障。采用DPI技術(shù)部署的CCG內(nèi)容計費網(wǎng)關(guān),能夠?qū)K端用戶的流量進行分析,根據(jù)分析得到的不同的信息,如3層的IP地址,協(xié)議類型,4層的端口以及7層的URL,協(xié)議類型等實現(xiàn)不同的策略計費,完善了現(xiàn)有的只針對數(shù)據(jù)流量和時長的粗放型計費方法。當IP數(shù)據(jù)包,TCP或UDP數(shù)據(jù)流經(jīng)過基于DPI技術(shù)的流量管理系統(tǒng)時,系統(tǒng)通過深入讀取IP包載荷的內(nèi)容來對OSI 7層協(xié)議中的應用層信息進行重組,從而得到整個應用程序的內(nèi)容,然后按照OSS/OB定義的管理策略對流量進行操作,如過濾、整理、限流等。

  DPI檢測實際上也是一個計算密集型應用,它要求掃描整個數(shù)據(jù)包,計算開銷非常大。傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備在實現(xiàn)此功能時大多采用軟件方案,在通用的CPU上進行處理,在獨占一個CPU核的情況下也只能達到Mbit/s級別的處理能力,不適合電信級的CCG部署。同時,DPI部署的CCG不僅僅是為2.5G/3G移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務部署,實際上LTE業(yè)務更加強調(diào)多媒體數(shù)據(jù)的業(yè)務精細化運營與融合,所以CCG的解決方案必須要考慮目前2.5G與3G數(shù)據(jù)業(yè)務需求與擴展,也要考慮以后LTE業(yè)務的長期部署。

  UT斯達康在2008年發(fā)布的ATCA構(gòu)架TC8K平臺基礎上,于2009年第3季度初發(fā)布了采用專業(yè)ASIC芯片與DPI技術(shù)的CCG解決方案,可進行硬件線性DPI處理,可按業(yè)務拓展需求動態(tài)部署刀片,提供容錯備份保護,適合移動互聯(lián)網(wǎng)電信級的CCG部署,詮釋了精細化運營的理念。
  3.UT斯達康基于ATCA平臺CCG解決方案

  UT斯達康CCG解決方案基于通用ATCA構(gòu)架的Total Control 8000(TC8000)平臺,可與UT斯達康3G PS域其他網(wǎng)元共同部署,如GGSN,PDSN,HA(Home Agent),可實現(xiàn)多機集群、容災容錯部署(圖2所示為CCG與HA在3G EVDO移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中合并歸屬)。

圖2:UT斯達康TC8000 CCG在3G EVDO網(wǎng)絡中的解決方案

  UT斯達康TC8000 ATCA平臺保證了高速總線帶寬,提供了高可靠性與智能管理,具備開放的業(yè)務拓展能力。其中,TC8014系列背板總計提供480Gbit/s數(shù)據(jù)帶寬與48Gbit/s管理帶寬,提供2個互為備份的10Gbit/s線速2層/3層交換刀片和12個可靈活擴展的業(yè)務刀片,CCG處理刀片就是其中一種業(yè)務刀片。

  UT斯達康CCG處理刀片在通用的TC8000業(yè)務刀片上進行了增強,DPI采用了增強的64位MIPS64?多核處理器與專業(yè)ASIC芯片相結(jié)合的方案,如圖3所示。由于單純的多核處理器在密集運算數(shù)據(jù)處理時動態(tài)功耗會不斷增加,UT斯達康CCG解決方案中,DPI處理時會將主處理器的一部分負荷卸載到專用ASIC芯片中,來降低核心主芯片的功耗,一方面保證了主處理器在較低頻率工作時大幅降低系統(tǒng)總功耗,另一方面通過釋放主處理器提升了整個系統(tǒng)的性能。

圖3:UT斯達康CCG DPI處理設計示意圖

  UT斯達康CCG網(wǎng)關(guān)硬件DPI處理可提供高達10萬條以上的內(nèi)容計費規(guī)則配置,單刀片達到2Gbit/s線速處理;支持豐富的正規(guī)表達式規(guī)則構(gòu),提供“*”,“?”等字符配置;解析協(xié)議支持WAP1.x/2.0,HTTP,MMS,KJAVA,BREW,F(xiàn)TP,SMTP,POP3,IMAP,RTSP和即時通信等;提供基于用戶/會話/業(yè)務的流量控制、限速、阻斷及重定向(路由)。

  CCMP(Content Charging Management Platform)是UT斯達康CCG的內(nèi)容計費管理平臺,由計費服務器與操作終端組成,幫助運營商進行內(nèi)容計費規(guī)則管理和用戶數(shù)據(jù)挖掘,提供友好的Web界面、圖形化管理的計費規(guī)則與話務統(tǒng)計,可支持多個HA/CCG。

  OCS(Online Charging System)是用于完成在線計費的計費平臺系統(tǒng),提供計費控制、預付費批價、實時賬戶處理、余額管理等功能。

  UT斯達康基于TC8014平臺的CCG網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)能支持300萬用戶容量,每秒支持18000并發(fā)呼叫,自2009年第3季度初發(fā)布后,通過了某運營商研究院的功能測試和性能測試,并于2009年8月參與了現(xiàn)場測試與前期部署,已經(jīng)進入批量部署準備階段。

4.結(jié)束語

  移動互聯(lián)網(wǎng)差異化的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務、豐富的內(nèi)容提供與融合計費能力是電信運營商2.5G/3G移動互聯(lián)網(wǎng)建設中的關(guān)鍵所在。通過內(nèi)容計費及實施相應的流量管理、監(jiān)控及計費策略,為不同的SLA用戶提供QoS保障,將有力扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡建設中電信運營商粗放型帶寬經(jīng)營局面,導入移動互聯(lián)網(wǎng)精細化運營,提高客戶良好的業(yè)務體驗和對運營網(wǎng)絡的忠誠度。

  UT斯達康基于通用、開放ATCA平臺的TC8000 CCG解決方案,通過MIPS CPU與ASIC芯片結(jié)合的硬件DPI技術(shù),實現(xiàn)電信級CCG解決方案,可以與現(xiàn)有的2.5G/3G分組域網(wǎng)元合并,進行高容錯容災部署;通過CMP計費策略平臺,提供細顆;嬞M,同時具備向LTE演進的能力。UT斯達康TC8000 CCG解決方案將助力電信運營商精細化運營,服務精彩移動互聯(lián)網(wǎng)。

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電信網(wǎng)技術(shù)



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