一种实现P2P业务可管可控方案探讨

冯传奋，王少波，李爱娇

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，山东 250001）

1 引言

P2P（Peer to Peer）技术，是通过在系统之间直接交换来共享资源和服务的一种应用模式。在P2P网络结构中，每个节点的地位都是相同的，同时具有客户端和服务器的双重功能，可以同时作为服务使用者和服务提供者。P2P技术得到了广泛的应用。但在应用中也引发了一系列问题。

（1）P2P业务大量占用无线资源，挤占话音信道，降低网络质量；

（2）网络无管控手段，无法区分用户、不同时间段实现对P2P业务的精细化管理。

本文就是针对以上问题，基于在IMS域引入RACS及PCC架构，提出了一种对P2P业务实现可管可控的方案。

2 P2P技术分析

P2P的工作机制可以大体分为3个阶段。第一个阶段为登录阶段，主要是找到网络入口，进入网络；第二个阶段为搜索阶段，即找到需要进行交互的对等端；最后一个为交互阶段，在此阶段实现与对等端进行交互。

P2P技术主要具有以下几个特点。

（1）去中心化。在P2P技术结构中，中心的意义被大大弱化甚至完全消失，网络结构扁平化的特点也进一步凸显。

（2）可扩展性。可扩展性被认为是P2P网络最重要的特性之一，P2P网络在理论上可以无限扩展。

（3）健壮性。P2P网络架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小。

（4）高性价比。采用P2P架构可以有效地利用闲置的资源，达到高性能计算和海量存储的目的，用更低的成本提供更高的计算和存储能力。

（5）负载均衡。P2P 网络环境下由于每个节点既是服务器又是客户机，减少了对传统C/S结构服务器能力的要求，同时因为资源分布在多个节点，更好的实现了整个网络的负载均衡。

基于上述特点，P2P技术的典型应用主要有：P2P下载类业务，如迅雷P2P下载，Bittorrent等；P2P流媒体类业务，如PPLive、QQLive等；IM类业务，如MSN、Google Talk等；VoIP类业务，如Skype、SIP等。

3 IMS架构及资源控制

IMS是3GPP在R5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统。主要包括CSCF、HSS、MGCF、MRF、AS等功能实体，采用SIP、Diameter协议。

为了提高系统的效率，简化操作，降低时延，同时提高策略控制和流计费机制的普适性，在3GPP R7版本中提出了PCC架构，具体如图1所示，主要包括PCEF、PCRF等功能实体，可以实现基于用户定制信息的策略控制以及基于业务数据流的计费控制。此外，TISPAN NGN为了实现对固定接入的策略控制提出了RACS架构，如图2所示，主要包含SPDF、A-RACF等功能实体。

图1 PCC逻辑架构图

4 实现对P2P业务的管控方案

结合3GPP及TISPAN提出的两种架构，我们给出了通过IMS域实现对P2P业务可管可控的方案，如图3所示。需引入PCRF、SPDF，配合SPR、及A-RACF网元实现策略决策功能，现网分离架构的SBC中的BGW、BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等（引入LTE后）实现业务识别及策略执行功能。

图2 RACS逻辑架构图

其中，PCRF、SPR、GGSN、SAE-GW等网元主要针对移动接入的P2P业务实现管控；NASS、SPDF、A-RACF、BRAS/SR等网元主要针对固定接入的P2P业务实现管控。

为了实现对P2P业务的管控，首先需要对P2P业务进行有效地识别。如P2P终端支持SIP协议，则可以根据SIP请求中包含的IMS通信业务标志符来识别是否为P2P业务。

如P2P终端不支持SIP协议，则可以通过BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等实现对P2P业务的识别。目前的识别技术主要有基于端口的P2P识别机制和基于P2P统计特征的识别机制。前者是一种传统识别机制，由于目前P2P应用软件通常使用一定范围内的端口号并将这些端口号动态分配给用户，这就使得基于固定端口号进行识别的策略并不够准确。

图3 实现对P2P业务可管可控方案

对于第二种识别机制，由于P2P业务有着独有的特性，这种识别机制可以识别大规模的P2P流量，得到了广泛应用。例如，在如前所述的P2P第二个工作阶段（搜索阶段），一方面，由于用户并不能同时向返回清单中的全部用户发送申请要求建立连接；另一方面，由于各种终端的不同处理能力与网络延时的存在，清单中其他用户的回复并不能同时反馈给发送请求的用户。因此，在此阶段，建立连接的数量从开始起将逐渐增加直至达到一个峰值，之后建立连接的数量开始逐渐下降。也就是说对于P2P业务，其连接数量的特征就表现为从平稳增加转变为一个尖锐的峰值。因此，就可以依据此特征来识别是否为P2P业务。在本方案中主要通过BGW、BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等网元实现业务的识别。

在完成业务识别以后，PCRF、SPDF等网元就可以根据运营商的具体策略及网络情况，产生针对此业务的资源接纳控制策略，并将产生的策略发给BRAS/SR及GGSN/SAE-GW等网元来执行相关的策略。

对P2P业务的策略控制可以有以下几种策略：

（1）基于累积使用量。例如对于P2P业务，可以设定在用户使用量小于1GB时，提供的带宽为2Mbit/s；当业务量在1GB到2GB时，降低用户带宽到1Mbit/s；当业务量达到2GB以上时，降低用户带宽到128kbit/s。

（2）基于时间。例如根据用户使用习惯，在网络流量高峰期时，降低P2P业务的带宽，防止网络拥塞；在闲时，提升P2P的业务带宽。

（3）基于用户。例如将用户分为几个级别，根据不同的用户级别提供不同的带宽。将级别最低的用户使用P2P业务的最大带宽限制在1M以内，将最高级别用户使用P2P业务的最大带宽限制在10M以内。

（4）基于用户的位置信息。例如对于商业区，禁止P2P业务，以保证商业用户的工作需求；而对于住宅区及校园，可以适当提供P2P业务，以满足学生用户的需求。

此外，如能识别出P2P的不同业务类别，则还可以进一步实现基于不同类别的P2P业务的精细管控。例如，针对如前所述的4种不同P2P业务类别分别给予不同的优先级。对于VoIP类业务，由于时延要求高，给予最高的优先级；P2P流媒体类业务次之，IM类业务再次之；最后是时延要求最低的下载类业务。

下面为简化描述，以终端支持SIP协议并通过移动接入方式使用P2P业务为例，从业务建立和资源修改两个方面说明上述方案是如何实现对P2P业务管控的。对于不支持SIP协议的终端，其相关的流程与下面描述流程的主要区别在于对P2P业务的识别上。根据前述描述，对于不支持SIP协议的终端，可以通过GGSN来识别用户使用的业务是否为P2P业务，并告知P-CSCF，后续的流程与支持SIP协议的终端完全一致。

4.1 业务建立

业务建立的流程详见图4所示。具体流程描述如下：

（1）UE1发起业务建立请求。

（2）P-CSCF1分析业务建立请求中的消息，识别出为P2P业务，获知该请求可获得建立的媒体流最大带宽，向PCRF1发送QoS资源预留请求。

（3）PCRF1与GGSN1交互，确定可以接纳该QoS预留请求。

（4）P-CSCF1继续转发该业务建立请求。

图4 业务建立流程

（5）P-CSCF2在收到业务建立请求时，针对被叫用户终端可能建立的最大带宽的媒体流向PCRF2发送请求进行QoS预留。

（6）PCRF2与GGSN2交互，确定可以接纳该QoS预留请求。

（7）GGSN2将业务建立请求转发给UE2。

（8）UE2接受请求，并返回200响应。

（9）UE1向UE2发送ACK。

随后，UE1和UE2就可以进行数据交互。

4.2 资源修改

假设使用基于累积使用量作为管控策略，开始用户使用的带宽为2Mbit/s，当用户使用量达到1GB后，需要对其带宽限制在1Mbit/s以下，即需要对资源进行修改，图5给出了资源修改的具体流程。为简便，仅涉及其中一端，对端的流程与此类似，就不再赘述。具体流程描述如下：

（1）P-CSCF1向PCRF1发送资源修改请求消息。

（2）PCRF1对包含修改参数的请求进行授权，包括检查所修改的QoS资源和PCRF1中定义的运营商策略是否一致。如一致，则与GGSN1交互，确定可以接纳该QoS预留请求。

（3）PCRF1向GGSN1下发资源修改消息，GGSN1执行资源修改，将可提供带宽由2Mbit/s降低到1Mbit/s。

图5 资源修改流程

5 结束语

由于P2P技术具有诸多优点，P2P业务得到了广泛的应用，但也随之带来了诸多问题。本文首先对P2P技术及IMS资源控制技术进行了分析，在此基础上提出了一种对P2P业务实现可管可控的方案，并给出了相关的实现流程。

[1] 3GPP TS 23. 228 V9. 1. 0. IP Multimedia Subsystem (IMS)[S]. Sep 2009.

[2] 3GPP TS 23. 203 V9. 3. 0. Policy and Charging Control Architecture[S].Dec 2009.

[3] ETSI ES 282. 003 V3. 4. 1. Resource and Admission Control Sub-System (RACS): Functional Architecture[S]. Sep 2009.