CN103096386B - 一种基于信令分析的数据业务流量管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，该方法首先需要采集GPRS网络Gb接口的原始信令以及用户的HLR数据和经营分析系统数据并进行信令数据的解析；然后设定小区拥塞判决参数，并根据判决参数判断小区是否拥塞；对于拥塞小区，依次通过对小区内的异常用户和特殊应用用户进行管控、对小区内低价值高流量用户进行管控、对小区内所有低价值用户进行管控的方式来实现对拥塞小区的资源调度，解决网络拥塞问题，提高网络资源利用率。

Description

一种基于信令分析的数据业务流量管控方法

技术领域

本发明涉及数据业务流量分析领域，具体涉及一种基于信令分析的数据业务流量管控方法。

背景技术

随着移动互联网时代的到来，数据业务流量与用户规模与日俱增，如何在有限的网络资源下实现价值最大化是运营商面临的主要问题，因此流量管控技术得以诞生和广泛应用。

目前中国移动对于数据业务的流量管控主要通过PCC(Policy Control andCharging，策略控制和计费）)解决方案得以实现，通过引入一个新网元PCRF，向GGSN（Gateway GPRS Support Node)，网关GPRS支持节点）下发流量控制策略，实现对用户流量的控制。导致网络拥塞的原因可以分为两类：1是在现有网络资源下业务量和用户数的不断增加引起资源紧张；2是由于网络中的一些异常用户行为和特殊应用导致用户对网络资源的利用率极低。现有的流量控制策略主要分为三类：

（1）核心网带宽控制

已价值为导向（保障高价值用户带宽、降低低价值用户带宽），人为设定可分配给每类业务和用户的核心网带宽，当用户的业务使用量达到一定门限时，执行对用户的带宽限制。

（2）端到端QoS控制

通过动态调整用户的QoS参数来保障和控制核心网分配给用户的业务传输带宽。

（3）核心网发起的二次PDP控制

一个用户通过建立二个PDP上下文（Packet Data Protocol context，保存用户面进行隧道转发的所有信息），来对同一用户的不同业务进行区别控制，保障高价值业务带宽、降低低价值业务带宽。

现有的上述三种方法主要是针对第1点问题，以价值为导向优先保障高价值业务和用户的带宽，但是无法缓解第2点问题引起的网络拥塞。目前移动网络的资源瓶颈主要集中在无线网络，但是目前的管控策略中没有考虑到用户所在的无线网络资源是否拥塞，因此很难缓解无线网络资源紧张的现状，解决最迫切的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，识别出异常用户行为和特殊应用所导致的用户对网络资源利用低的问题，提高网络无线资源利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，包括以下步骤：

（1）采集GPRS网络Gb接口的原始信令以及用户的HLR数据和经营分析系统数据，并对采集到的信令进行解析；所述的HLR数据包括用户设定时间内的每月的话费、用户类型和用户最低保障带宽；经营分析系统数据包含用户类型:钻卡、金卡、银卡和普通用户；

（2）设定小区拥塞判决参数，所述的判决参数包括LLC PDU丢失率、用户流控率、小区内用户流量、小区数据包重传率、用户数据包重传率、小区平均RTT时延、用户RTT时延、用户在线时长、用户类型、小区平均速率和用户平均包大小；

（3）根据判决参数，判断小区是否拥塞；若是则进入步骤（4），若否则结束；

（4）判断小区内是否存在特殊应用用户和异常用户行为，若否则直接进入步骤（5）；若是则对异常用户和特殊应用用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则结束，若否则进入步骤（5）；

（5）对小区内低价值高流量用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则结束，若否则进入步骤（6）；

（6）对小区内所有低价值用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则结束，若否则申请小区扩容。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，步骤（1）中，信令采集时，采集的方式为CE镜像采集方式、TAP分流采集方式和分光计分光采集方式。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，步骤（3）中，判断小区是否拥塞的具体方式为：

查看小区的用户流控率和LLC PDU丢失率是否同时大于各自的设定阈值，若是则小区为无线拥塞小区，若否则小区不拥塞。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，步骤（4）中，所述的特殊应用用户包括低效资源型用户和资源抢占型用户，低效资源型用户是指用户流量与用户在线时长的比值小于设定值A1，且用户平均包大小小于设定值A2；资源抢占型用户是指用户流量与用户在线时长的比值大于设定值B1，且用户平均包大小小于设定值B2；所述的异常用户是指用户数据包重传率＞a×小区数据包重传率或者用户RTT时延>b×小区平均RTT时延；其中，a和b为经验值。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，步骤（5）中，所述的低价值高流量用户是指用户类型为普通用户且用户数据业务流量＞c×小区内平均每户用户流量；其中，c为经验值。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，通过减小用户在PCU侧的下行LLC PDU缓存大小和LLC PDU发送速率对用户进行管控。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，通过减小LLC PDU发送速率进行管控的具体方式为：

对于低效资源型用户和异常用户，根据用户的实际速率减小LLC PDU发送速率；

对于资源抢占型用户，削减其LLC PDU发送速率。

进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，对于低效资源型用户和异常用户，LLC层传输速率=（用户平均IP层包大小+7）×IP包数/用户在线时长；对于资源抢占型用户，削减后的LLC PDU发送速率为现网配置的五分之一。

再进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，通过减小下行LLC PDU缓存大小进行管控的具体方式为：

对于低效资源型用户和异常用户，根据用户的实际速率减小LLC PDU缓存；

对于资源抢占型用户，削减其LLC PDU发送缓存大小。

更进一步，如上所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，对于低效资源型用户和异常用户，LLC PDU缓存设置为2×LLC层传输速率；对于资源抢占型用户，削减后的LLC PDU发送缓存大小为现网配置的五分之一。

本发明的有益效果在于：本发明所述的方法是基于信令分析实现的，能够判断出无线拥塞小区、低效率资源型用户和资源抢占型用户，并能够识别出对异常用户行为，通过本发明所述的方法能够识别出异常用户行为和特殊应用导致的用户对网络资源的利用率低的现象，从而完善流量管控策略；通过对无线网络资源的分析，实现基于无线小区的资源管控，切实解决无线网络资源紧张的现状。

附图说明

图1为本发明一种基于信令分析的数据业务流量管控方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

本实施方式中所涉及到的英文缩写解释如下：

BSSGP    基站子系统协议

LLU PDU  逻辑链路层数据包

RTT      回程时延

PCU侧    分组控制单元

图1示出了本发明一种基于信令分析的数据业务流量管控方法的流程图，由图中可以看出，该方法主要包括以下步骤：

步骤S11：数据采集和解析；

本发明所述的方法需要进行两部分的数据采集及解析，包括采集GPRS网络Gb接口的原始信令以及用户的HLR数据和经营分析系统数据：

（1）对GPRS网络的Gb接口原始信令进行采集和解析，信令采集方式可选择CE镜像采集方式、TAP分流采集方式和分光计分光采集方式。信令解析主要针对的是BSSGP层协议、TCP/UDP层协议、HTTP/FTP/P2P/RTSP等应用层协议；

（2）采集HLR数据和经营分析系统数据，获取用户的相关信息，所述的HLR数据包括用户设定时间内的每月的话费、用户类型和用户最低保障带宽；经营分析系统数据包含用户类型:钻卡、金卡、银卡和普通用户。

HLR数据和经分数据可以通过FTP方式获取,也可以直接导入数据文件，HLR和经营分析系统可以提供标准格式的数据文件。

步骤S12：生成判决参数；

设定小区拥塞判决参数，主要包括LLC PDU丢失率、用户流控率、小区内用户流量、小区数据包重传率、用户数据包重传率、小区平均RTT时延、用户RTT时延、用户在线时长、用户类型、小区平均速率和用户平均包大小；参数含义如下：

LLC PDU丢失率：各小区无线侧丢失的下行LLC PDU数/下行PDU总数；

用户流控率：发生流控的用户数/小区数据业务总用户数；

小区内每用户流量：小区内每个用户的数据业务LLC层流量；

小区数据包重传率：各小区的TCP层数据包重传率；

每用户数据包重传率：小区内每个用户的TCP层数据包重传率；

小区平均RTT时延：各小区的TCP层数据包回程时延；

每用户RTT时延：小区内每个用户的TCP层数据包回程时延；

用户在线时长：各小区内每用户的数据业务在线时长；

用户类型：小区内每个用户的用户类型（钻卡/金卡/银卡/普通）；

小区平均速率：各小区的平均数据业务使用速率；

用户平均包大小：各小区内每个用户数据业务的平均IP层包大小。

步骤S13：判断小区是否拥塞；

根据步骤S12的小区拥塞判决参数，判断小区是否拥塞；若是则进入下一步，若否则说明小区不拥塞，该次管控结束。判断具体方式为：

查看小区的用户流控率和LLC PDU丢失率是否同时大于各自的设定阈值，若是则小区为无线拥塞小区，若否则小区不拥塞。其中，用户流控率和LLC PDU丢失率的设定阈值均为经验值，本实施方式中，用户流控率设定阈值为10%，LLC PDU丢失率为5%，因此满足用户流控率>10%且LLC PDU丢失率>5%的小区定义为无线拥塞小区。

步骤S14：对特殊应用用户和异常行为用户进行管控；

由步骤S13判断出拥塞小区后，判断拥塞小区内是否存在特殊应用用户和异常用户行为，若否则直接进入下一步；若是则对异常用户和特殊应用用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是该次管控结束，若否则进入下一步。

该步骤中，对于网络小号较大的特殊应用分为两种情况，根据这两种情况特殊应用用户分为低效资源型用户和资源抢占型用户两种类型：

（1）低效资源型用户—长时间占用网络资源，但是传输的数据量极少，网络资源利用效率极低。

低效资源型用户满足用户流量与用户在线时长的比值小于设定值A1，且用户平均包大小小于设定值A2；A1，A2均为经验值；

本实施方式中设定值A1为1KB/s，A2为200Byte，即同时满足以下条件的用户判断为低效资源型用户（如：QQ聊天用户）：

-用户数据业务流量(KB)/用户在线时长(s)<1KB/s

-用户平均包大小小于200Byte

（2）资源抢占型用户—长时间占用网络资源，且传输数据量巨大，吞吐率高的用户,该类用户长时间占用网络资源、导致无线网络拥塞、小区内其他用户的感知度下降。

资源抢占型用户满足用户流量与用户在线时长的比值大于设定值B1，且用户平均包大小小于设定值B2；B1，B2均为经验值；

本实施方式中设定值B1为2*小区平均速率，B2为1000Byte，即同时满足以下条件的用户判断为资源抢占型用户（如P2P用户）：

-用户数据业务流量(KB)/用户在线时长(s)>2*小区平均速率；

-用户平均包大小大于1000Byte。

异常用户是指一些用户使用的不是特殊应用，但是同样对网络资源的利用率比较差，这些用户的上网行为通常存在异常，如：数据包重传率较高、RTT时延较大等，满足用户数据包重传率＞a×小区数据包重传率或者用户RTT时延>b×小区平均RTT时延的用户为异常用户。a、b取值均为经验值，不是唯一的，本实施方式中a与b取值均为2，因此，满足以下条件的用户判断为异常行为用户：

-用户数据包重传率>2*小区数据包重传率；或者

-用户RTT时延>2*小区平均RTT时延。

该步骤中，根据Gb接口BSSGP协议规范，可通过减小每个用户在PCU侧的下行LLC PDU缓存大小和LLC PDU发送速率来实现对用户流量的控制，从而使小区内的有限资源能够被更有价值的用户所应用。

通过减小LLC PDU发送速率进行管控的具体方式为：由于用户数据业务使用速率和Gb接口LLC层传输速率存在差异，因此需要通过将用户数据业务使用速率转换为LLC层传输速率，来确定用户的下行LLC PDU发送速率的设置大小，具体方法如下：

（1）针对低效资源型用户和异常用户

该类用户传输速率较低，因此只需要根据用户的实际速率来减小LLC PDU发送速率即可：

LLC层传输速率=（用户平均IP层包大小+7）×IP包数/用户在线时长

备注：从IP层到LLC层需要多封装7个字节

（2）针对资源抢占型用户

该类用户传输速率较高，若根据用户实际速率进行设置会造成对无线资源的进一步抢占，因此针对该类用户应削减其LLC PDU发送速率，本实施方式中建议值为现网配置的五分之一。

通过减小下行LLC PDU缓存大小进行管控的具体方式为：

（1）针对低效资源型用户和异常用户

该类用户传输速率较低，因此只需要根据用户的实际速率来减小LLC PDU缓存即可，当用户的下行LLC PDU缓存溢出时，会引起用感知下降，因此该参数不宜设置过小，本提案中将该类用户的LLC PDU缓存设置为现网2*LLC层传输速率。

（2）针对源抢占型用户

该类用户传输速率较高，若根据用户实际速率进行设置会造成对无线资源的进一步抢占，因此针对该类用户应削减其LLC PDU发送缓存大小，建议值为现网配置的五分之一。

步骤S15：对小区内低价值高流量用户进行管控；

如果拥塞小区内不存在特殊应用用户或异常用户，或则小区内存在特殊应用用户或异常用户时，虽然对特殊应用用户或异常用户进行了管控，但是小区拥塞并未解决，这时需要对小区内低价值高流量用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则该次管控结束，若否则进入下一步。

其中，低价值高流量用户是指用户类型为普通用户且用户数据业务流量＞c×小区内平均每户用户流量的用户，c为经验值，本实施方式中取值为5，即满足用户类型为普通用户且用户数据业务流量>5*小区内平均每用户流量的用户识别为低价值高流量用户。

步骤S16：对小区内所有低价值用户进行管控；

如果步骤S15中对小区内的低价值高流量用户进行管控后小区拥塞并未解决，这时需要对小区内所有低价值用户进行管控，判断管控后小区拥塞是否解决，若是则该次管控结束，若否则申请小区扩容来解决小区拥塞问题。

本发明所述的方法基于对GRPS网络Gb接口的信令挖掘分析，针对无线网络资源紧张的小区，结合小区的业务分布、用户行为、用户价值等参数制定针对小区的流量控制策略，并通过BSSGP层的流控参数设置进行实现，切实缓解GPRS网络无线资源紧张的现状。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，包括以下步骤：

(1)采集GPRS网络Gb接口的原始信令以及用户的HLR数据和经营分析系统数据，并对采集到的信令进行解析；所述的HLR数据包括用户设定时间内的每月的话费、用户类型和用户最低保障带宽；经营分析系统数据包含用户类型:钻卡、金卡、银卡和普通用户；

(2)设定小区拥塞判决参数，所述的判决参数包括LLC PDU丢失率、用户流控率、小区内用户流量、小区数据包重传率、用户数据包重传率、小区平均RTT时延、用户RTT时延、用户在线时长、用户类型、小区平均速率和用户平均包大小；

(3)根据判决参数，判断小区是否拥塞；若是则进入步骤(4)，若否则结束；

(4)判断小区内是否存在特殊应用用户和异常用户行为，若否则直接进入步骤(5)；若是则对异常用户和特殊应用用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则结束，若否则进入步骤(5)；所述的特殊应用用户包括低效资源型用户和资源抢占型用户，低效资源型用户是指用户流量与用户在线时长的比值小于设定值A1，且用户平均包大小小于设定值A2；资源抢占型用户是指用户流量与用户在线时长的比值大于设定值B1，且用户平均包大小小于设定值B2；所述的异常用户是指用户数据包重传率＞a×小区数据包重传率或者用户RTT时延>b×小区平均RTT时延；其中，a和b为经验值；

(5)对小区内低价值高流量用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则结束，若否则进入步骤(6)；

(6)对小区内所有低价值用户进行管控，并判断管控后小区拥塞是否解决，若是则结束，若否则申请小区扩容。

2.如权利要求1所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：步骤(1)中，信令采集时，采集的方式为CE镜像采集方式、TAP分流采集方式和分光计分光采集方式。

3.如权利要求1或2所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：步骤(3)中，判断小区是否拥塞的具体方式为：

查看小区的用户流控率和LLC PDU丢失率是否同时大于各自的设定阈值，若是则小区为无线拥塞小区，若否则小区不拥塞。

4.如权利要求1所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的低价值高流量用户是指用户类型为普通用户且用户数据业务流量＞c×小区内平均每户用户流量；其中，c为经验值。

5.如权利要求4所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：通过减小用户在PCU侧的下行LLC PDU缓存大小和LLC PDU发送速率对用户进行管控。

6.如权利要求5所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：通过减小LLC PDU发送速率进行管控的具体方式为：

对于低效资源型用户和异常用户，根据用户的实际速率减小LLC PDU发送速率；

对于资源抢占型用户，削减其LLC PDU发送速率。

7.如权利要求6所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：对于低效资源型用户和异常用户，LLC层传输速率＝(用户平均IP层包大小+7)×IP包数/用户在线时长；对于资源抢占型用户，削减后的LLC PDU发送速率为现网配置的五分之一。

8.如权利要求5所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：通过减小下行LLC PDU缓存大小进行管控的具体方式为：

对于低效资源型用户和异常用户，根据用户的实际速率减小LLC PDU缓存；

对于资源抢占型用户，削减其LLC PDU发送缓存大小。

9.如权利要求8所述的一种基于信令分析的数据业务流量管控方法，其特征在于：对于低效资源型用户和异常用户，LLC PDU缓存设置为2×LLC层传输速率；对于资源抢占型用户，削减后的LLC PDU发送缓存大小为现网配置的五分之一。