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    作者：鄭曉敏

1  引言

    分組域網(wǎng)關(guān)GGSN (gateway GPRS support node，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn))/SAE GW (system architecture evolutiongateway，系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)網(wǎng)關(guān))是2C/3G/4G分組域核心網(wǎng)的關(guān)鍵網(wǎng)元，隨著流量經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型，該網(wǎng)元的主要作用從初期的用戶(hù)地址分配、業(yè)務(wù)路由疏導(dǎo)擴(kuò)展到了內(nèi)容計(jì)費(fèi)、PCC（policy control and charging，策略控制和計(jì)費(fèi)）管控策略執(zhí)行、APN（access pomt name，接人點(diǎn)）融合、白名單判別、在線(xiàn)計(jì)費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)扁平化的隧道直連等八大重要功能。該設(shè)備內(nèi)部邏輯處理愈來(lái)愈復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行壓力越來(lái)越大，設(shè)備處理能力下降明顯。

    通過(guò)對(duì)內(nèi)部處理邏輯的全面梳理優(yōu)化，從內(nèi)容計(jì)費(fèi)的URL（uniform resource locator，統(tǒng)一資源定位符）識(shí)別、PCC管控、OCS(online charging system，在線(xiàn)計(jì)費(fèi)系統(tǒng))、APN融合、白名單判別、虛擬APN、自有業(yè)務(wù)填寫(xiě)手機(jī)號(hào)、APN別名判定等方面，執(zhí)行APN歸一化處理、內(nèi)容計(jì)費(fèi)處理邏輯重構(gòu)、局?jǐn)?shù)據(jù)聚合三大優(yōu)化措施，有效地降低了設(shè)備處理負(fù)載，提升了處理能力，實(shí)現(xiàn)了挖潛增效。

2分組域網(wǎng)關(guān)面臨的問(wèn)題

2.1  業(yè)務(wù)處理邏輯復(fù)雜性增加

GGSN的功能演進(jìn)如圖1所示，在初期的地址分配、路由疏導(dǎo)基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)容計(jì)費(fèi)、PCC管控策略執(zhí)行、APN融合、白名單判別、在線(xiàn)計(jì)費(fèi)等重要功能，內(nèi)部的處理邏輯復(fù)雜度大大增加。

    內(nèi)容計(jì)費(fèi)主要滿(mǎn)足區(qū)分業(yè)務(wù)類(lèi)型的計(jì)費(fèi)，近期還通過(guò)內(nèi)容計(jì)費(fèi)為淘寶等熱門(mén)網(wǎng)站進(jìn)行了流量統(tǒng)付的開(kāi)通；PCC架構(gòu)是構(gòu)建智能管道的重要手段，同時(shí)GGSN/SAE GW是PCEF（policy and charging enforcement function，策略和計(jì)費(fèi)執(zhí)行功能）策略執(zhí)行點(diǎn)；為降低終端上網(wǎng)設(shè)置的門(mén)檻，APN融合后無(wú)論終端如何設(shè)置，CMNet和CMWAP訪(fǎng)問(wèn)業(yè)務(wù)均趨同，同時(shí)為滿(mǎn)足自有業(yè)務(wù)獲取手機(jī)號(hào)的需要，增加了白名單識(shí)別；在線(xiàn)計(jì)費(fèi)主要是進(jìn)行流量的欠費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)控制，減少惡意欠費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2會(huì)話(huà)管理壓力增加

隨著大帶寬、高流量無(wú)線(xiàn)技術(shù)的演進(jìn)，為減少時(shí)延，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)逐步扁平化，在3GPP R7的3G網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制器(radio network controller．RNC)直連GCSN．在LTE網(wǎng)絡(luò)中眾多基站直連SAE GW，組網(wǎng)出現(xiàn)了較大的變化，SAE GW需要維護(hù)和面對(duì)終端的無(wú)線(xiàn)基站路由和數(shù)據(jù)傳送，會(huì)話(huà)管理的壓力較大。組網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)如圖2所示。

    隨著流量統(tǒng)付類(lèi)業(yè)務(wù)量的增多、單用戶(hù)流量模型的增大、智能管道的構(gòu)建和在線(xiàn)計(jì)費(fèi)的全面實(shí)施，分組域網(wǎng)關(guān)GGSN/SAE GW各功能模塊的內(nèi)部邏輯處理愈來(lái)愈復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行壓力越來(lái)越大，如某廠(chǎng)商標(biāo)稱(chēng)支持1 000萬(wàn)戶(hù)在線(xiàn)用戶(hù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，在現(xiàn)網(wǎng)壓力測(cè)試后只能承諾滿(mǎn)足大約300萬(wàn)戶(hù)的峰值用戶(hù)，標(biāo)稱(chēng)處理能力下降70%。再如，某廠(chǎng)商GGSN日常負(fù)荷正常，但用戶(hù)面U卡負(fù)荷在晚忙

時(shí)只有60%左右；2014年“十一”期間，用戶(hù)數(shù)增長(zhǎng)30%，但用戶(hù)流量翻倍，導(dǎo)致GGSN負(fù)荷突增，數(shù)據(jù)顯示，晚忙時(shí)GGSN U卡負(fù)荷峰值達(dá)到95%，但用戶(hù)數(shù)尚未達(dá)到標(biāo)稱(chēng)的40 %，可見(jiàn)設(shè)備的性能遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。

3  系統(tǒng)優(yōu)化思路和措施

    為提高設(shè)備性能、降低設(shè)備運(yùn)行壓力，本著對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行瘦身減壓、實(shí)現(xiàn)挖潛增效的思路，對(duì)分組域網(wǎng)關(guān)GGSN/SAE GW的內(nèi)部處理邏輯進(jìn)行了梳理優(yōu)化，從內(nèi)容計(jì)費(fèi)的URL識(shí)別、PCC管控、OCS計(jì)費(fèi)、APN融合、白名單判別、虛擬APN、自有業(yè)務(wù)填寫(xiě)手機(jī)號(hào)、APN別名判定等方面，執(zhí)行APN歸一化處理、內(nèi)容計(jì)費(fèi)處理邏輯重構(gòu)、局?jǐn)?shù)據(jù)聚合三大優(yōu)化措施，提升系統(tǒng)性能。

3.1  APN歸一化處理

APN歸一化實(shí)施原理如圖3所示。中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司擬定的APN融合方案中，GGSN配置單獨(dú)的CMNet和CMWAP兩個(gè)APN，并為兩個(gè)APN分別配置內(nèi)容計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)和白名單數(shù)據(jù)，通過(guò)在GGSN上配置業(yè)務(wù)APN和內(nèi)容APN，應(yīng)用DPI（deep packet inspection，深度分組檢測(cè)）技術(shù)和重定向技術(shù)重構(gòu)用戶(hù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求，將CMNet和CMWAP兩個(gè)APN合并為一個(gè)APN．內(nèi)容計(jì)費(fèi)、代理地址判斷和白名單都只執(zhí)行一次，不再對(duì)APN進(jìn)行判別，優(yōu)化了設(shè)備處理邏輯。

3.2  內(nèi)容計(jì)費(fèi)處理邏輯重構(gòu)

CGSN/SAE GW的內(nèi)容計(jì)費(fèi)功能主要通過(guò)對(duì)用戶(hù)的業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)行3/4層解析獲得五元組，利用DPI技術(shù)對(duì)終端用戶(hù)的業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)行7層解析獲得目的URL、客戶(hù)端類(lèi)型等有價(jià)值的信息，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)別性、差異化的計(jì)費(fèi)，目前配置為每個(gè)業(yè)務(wù)流的建立都要根據(jù)數(shù)據(jù)配置優(yōu)先級(jí)遍歷所有局?jǐn)?shù)據(jù)直至得以匹配，無(wú)任何匹配時(shí)使用默認(rèn)流量。GGSN/SAE GW的缺省內(nèi)容計(jì)費(fèi)處理流程如圖4所示。

現(xiàn)有的內(nèi)容計(jì)費(fèi)處理邏輯對(duì)設(shè)備的性能消耗較大，主要通過(guò)圖5所示的6種措施進(jìn)行優(yōu)化：修改NDPI(normaldeep packet inspection，標(biāo)準(zhǔn)深度分組檢測(cè))機(jī)制，由串行改為并行合并service-set、header-rule，精簡(jiǎn)配置減少NDPI條目；統(tǒng)計(jì)訪(fǎng)問(wèn)頻次高的網(wǎng)站Topl0，定義到NPI (networkperformance improvement，網(wǎng)絡(luò)性能改善)，配置在http-wsp-rule最前面，優(yōu)先匹配；分離HTTP和WSP，使用start-with語(yǔ)句，節(jié)省系統(tǒng)資源；微調(diào)優(yōu)先匹配大流量的term；內(nèi)容計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)聚合，合并URI (uniform resourceidentifier，統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符)數(shù)據(jù)。本文主要研究通過(guò)前5種方式優(yōu)化GGSN性能，提升用戶(hù)感知。

3.2.1修改NDPI機(jī)制

在內(nèi)容計(jì)費(fèi)三層header-rule中．NDPI處理機(jī)制lP地址、URI數(shù)據(jù)流是采用串行處理，將其修改為并行處理機(jī)制，修改后的數(shù)據(jù)流處理流程如圖6、圖7所示。并行處理機(jī)制在數(shù)據(jù)流條目少時(shí)效果不明顯，但在現(xiàn)網(wǎng)對(duì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，效率提升明顯。

將串行處理改為并行處理的方法如下：將header-rule-set中的3層內(nèi)容計(jì)費(fèi)header-rule合并為一條，將之前header-rule內(nèi)容計(jì)費(fèi)變?yōu)樾耯eader-rule cmnet-ip-hr中的term。優(yōu)化后，GGSN header-rule-set配置包含的header-rule只有如下6個(gè)：

優(yōu)化后，GGSN header-rule cmnet-ip-hr中的term配置如下：

    優(yōu)化前，每個(gè)term是一個(gè)header-rule配置，數(shù)據(jù)流串行處理；優(yōu)化后，僅有一個(gè)header-rule cmnet-ip-hr，業(yè)務(wù)流變?yōu)槊總�(gè)term，數(shù)據(jù)流并行處理，提高了GGSN處理效率。

    統(tǒng)計(jì)優(yōu)化配置后，term由原來(lái)的4654條減少到3 637條。

3.2.2減少NDPI條目

    CGSN內(nèi)容計(jì)費(fèi)配置的NDPI的順序以及數(shù)量對(duì)GGSN的處理有決定性作用。NDPI的條目和GGSN的U卡剩余空間存在一定的比例關(guān)系，若NDPI數(shù)目過(guò)多，必定影響GGSN性能：具體算法流程如下。

    (1)計(jì)算NDPI條目

    show services epg pgw inspection“show config c,lassifv”lsave ndpi．conf?

    cat ndpi．conf l wc—l

    (2)計(jì)算所有U卡的剩余空間

    show services epg pgw inspection“show ndpi memory”lmatch“Free space”

    (3)比較方法

    (NRx700 +(2xl 024xl 024》x1.2<“smallest free space”    GGSN內(nèi)容計(jì)費(fèi)優(yōu)化前，NDPI條目數(shù)為18 584條，已經(jīng)超出了U卡剩余空間。采用的具體優(yōu)化方法如下。

    (1)將APN調(diào)用CMNet和CMWAP的header-rule合并為一個(gè)，payload通過(guò)access-control-rule將service-ID重新map回原來(lái)的值，能減少數(shù)千行NDPI。

(2)精簡(jiǎn)配置，如將CMWAP和CMNet的service-set合并一起，如圖8所示。

    7層中部分配置也可以合并，例如下面的配置可以?xún)H保留第一條：

    starts-with http://dm.monternet.com;

    starts-with http://dm.montemet.com/;

3.2.3優(yōu)先匹配統(tǒng)計(jì)訪(fǎng)問(wèn)頻次高的網(wǎng)站

根據(jù)GN信令檢測(cè)系統(tǒng)及GI抓取分組結(jié)果，統(tǒng)計(jì)訪(fǎng)問(wèn)頻次Topl0網(wǎng)站，GN信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的訪(fǎng)問(wèn)頻次Topl0的網(wǎng)站見(jiàn)表1。

    把表1中訪(fǎng)問(wèn)頻率最高的URI定義到NPI中，放置到http-wsp-rule最前面，使這些訪(fǎng)問(wèn)頻率最高的URI率先被命中，可有效降低GGSN的負(fù)荷。優(yōu)化后，NPI中主要添加包含QQ、微信、百度、新浪等18條數(shù)據(jù)。

3.2.4分離HITP和WSP

明確分離HTTP和WSP，每一個(gè)http-wsp-rule在默認(rèn)情況下均會(huì)使用3條NDPI rule、100條http-wsp-rule或者term將會(huì)在U卡上增加300條NDPI的消耗。

將HTI'P和WSP分離后，每一個(gè)HTTP的http-wsp-rule將會(huì)消耗一條NDPI rule；

每一個(gè)WSP的http-wsp-rule將會(huì)消耗兩條NDPI rule；

    若HTTP、WSP寫(xiě)在一起，GGSN在匹配時(shí)都會(huì)默認(rèn)消耗3條NDPI，若分開(kāi)寫(xiě)，GGSN在匹配7層http-wsp-rule之前會(huì)判斷是HTTP或者WSP，這樣能有效減少2/3或者1/3的NDPI條目，提升GGSN性能：根據(jù)內(nèi)容計(jì)費(fèi)程序匹配原則．contains的消耗要遠(yuǎn)大于start-with的，優(yōu)化配置，將可以使用starc-with開(kāi)頭匹配URI的更換為start-with。如內(nèi)容計(jì)費(fèi)信息*.fetion.com.cn/*，配置為contains .fetion.com.cn/，不能修改為staIts-with；內(nèi)容計(jì)費(fèi)信息wapnews.i139.cn/*，配置為contains wapnews.i139.cn/，可以修改為starts-with http://wapnews.i139.cn/。在優(yōu)化部署拆分HTTP、WSP合并部分7層配置、刪除垃圾數(shù)據(jù)后，NDPI條目下降比例約減少200%。

3.2.5優(yōu)先匹配大流量的term

    根據(jù)GGSN統(tǒng)計(jì)的service-id的使用情況，不斷微調(diào)7層http-wsp-rule中term的順序，使大流量的term優(yōu)先被匹配中，降低GGSN負(fù)荷。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量的使用情況（如圖9所示，這里隱去單位），調(diào)整這些流量對(duì)應(yīng)term的順序，將大流量業(yè)務(wù)的term放在對(duì)應(yīng)http-wsp-rule的前面，將小流量業(yè)務(wù)的term放在大業(yè)務(wù)流量term的后面，使大業(yè)務(wù)流量?jī)?yōu)先被匹配，降低GGSN低U卡負(fù)荷。

3.3局?jǐn)?shù)據(jù)聚合

    根據(jù)內(nèi)容計(jì)費(fèi)各類(lèi)業(yè)務(wù)URI內(nèi)容進(jìn)行局?jǐn)?shù)據(jù)的聚合，合并沒(méi)有歧義的URI數(shù)據(jù)，減少內(nèi)容計(jì)費(fèi)條數(shù)。對(duì)于同類(lèi)內(nèi)容計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)的多個(gè)7層URI數(shù)據(jù)，可以根據(jù)如下原則進(jìn)行合并：

    ·IP地址最后8位組的十進(jìn)制是3位數(shù)，可以聚合為IP*;

    ·IP地址最后8位組的十進(jìn)制是2位數(shù)，但是大于或等于26可以聚合為IP*；

·對(duì)于頂級(jí)域名如.cn的業(yè)務(wù)地址聚合為XXX XXX cn*。3種情況的合并示例如圖10所示。

4方案主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

    本文所提方案的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下。

    ·通過(guò)梳理、優(yōu)化分組域網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部處理邏輯，實(shí)施了APN歸一化處理、內(nèi)容計(jì)費(fèi)處理流程的優(yōu)化，減少了設(shè)備繁雜的內(nèi)部處理流程，實(shí)現(xiàn)了瘦身減壓。

    ·根據(jù)局?jǐn)?shù)據(jù)IP地址及互聯(lián)網(wǎng)域名架構(gòu)體系的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)容計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的聚合，減少了局?jǐn)?shù)據(jù)制作量和設(shè)備處理的壓力。

    ·瘦身減壓措施實(shí)現(xiàn)了對(duì)分組域網(wǎng)關(guān)的挖潛增效，設(shè)備處理性能提升40%。

    ·現(xiàn)網(wǎng)90%以上的流量為非內(nèi)容計(jì)費(fèi)流量，優(yōu)先疏導(dǎo)默認(rèn)的非內(nèi)容計(jì)費(fèi)流量的方法大大緩解了設(shè)備處理壓力，減少了URL匹配檢索的時(shí)間，降低了對(duì)設(shè)備性能的損耗。

5實(shí)施效果

    GGSN系統(tǒng)優(yōu)化的相關(guān)措施在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)施后效果明顯。內(nèi)容計(jì)費(fèi)的識(shí)別term由原來(lái)的4 654條縮減到3 637條，減少了22%：NDPI由原來(lái)的20 930條縮減到了4 725條，減少了77%：優(yōu)先疏導(dǎo)QQ、微信、百度和新浪等默認(rèn)流量，一共增加了18條配置：設(shè)備配置腳本從11.1萬(wàn)條減少到4.55萬(wàn)條，減少了59%。上述措施的實(shí)施有效地降低了設(shè)備負(fù)載，在近期的業(yè)務(wù)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，承載等量用戶(hù)的GGSN/SAEGW設(shè)備負(fù)載降低了40%。

愛(ài)立信GGSN06優(yōu)化后的測(cè)試結(jié)果如圖11所示。優(yōu)化后比優(yōu)化前的負(fù)載用戶(hù)數(shù)約多2萬(wàn)戶(hù)、流量增大的情況下GGSN U卡負(fù)荷峰值為65%，優(yōu)化后GGSN U卡負(fù)荷下降超過(guò)40010，系統(tǒng)優(yōu)化效果非常突出。

6結(jié)束語(yǔ)

對(duì)分組域網(wǎng)關(guān)GGSN/SAE GW的內(nèi)部處理邏輯進(jìn)行梳理優(yōu)化，并對(duì)非DPI內(nèi)容計(jì)費(fèi)Top流量進(jìn)行優(yōu)先疏導(dǎo)，愛(ài)立信GGSN06優(yōu)化后的測(cè)試結(jié)果表明，本文所提方案能有效地降低設(shè)備負(fù)載，提升網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行能力。

7摘要：

隨著業(yè)務(wù)量的增多，分組域網(wǎng)關(guān)GGSN/SAE GW的內(nèi)部邏輯處理愈來(lái)愈復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行壓力越來(lái)越大，網(wǎng)關(guān)實(shí)際運(yùn)行能力離標(biāo)稱(chēng)值相距甚遠(yuǎn)。為此，對(duì)分組域網(wǎng)關(guān)GGSN/SAE GW的內(nèi)部處理邏輯進(jìn)行梳理優(yōu)化，使得內(nèi)容計(jì)費(fèi)識(shí)別邏輯和配置腳本大量減少，并對(duì)非DPI內(nèi)容計(jì)費(fèi)Top流量進(jìn)行優(yōu)先疏導(dǎo)，有效地降低了設(shè)備負(fù)載，提升了網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行能力。

關(guān)鍵詞：分組域網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；降低負(fù)載