SCEF引入需求分析及部署應(yīng)用

【摘要】傳統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的豎井式架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)功能定位導(dǎo)致了業(yè)務(wù)與能力緊耦合，各網(wǎng)元對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的封裝已無(wú)法應(yīng)對(duì)OTT競(jìng)爭(zhēng)及未來(lái)業(yè)務(wù)豐富多樣化的需求。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的多種實(shí)際應(yīng)用需求，結(jié)合3GPP規(guī)范定義總結(jié)出運(yùn)營(yíng)商可通過(guò)引入SCEF實(shí)現(xiàn)QoS管道能力開(kāi)放、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域能力開(kāi)放的部署應(yīng)用。展望面向5G業(yè)務(wù)需求，SCEF演進(jìn)網(wǎng)元將帶來(lái)更廣領(lǐng)域、更高價(jià)值的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】SCEF；QoS能力開(kāi)放；物聯(lián)網(wǎng)能力開(kāi)放

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.02.000 中圖分類號(hào)：TN915.81 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010(2018)02-0000-00

引用格式：宋小明,邵永平,楊旭,等. SCEF引入需求分析及部署應(yīng)用[J]. 移動(dòng)通信, 2018,42(2): 00-00.

The Analysis of SCEF is Introduced and Deployed

SONG Xiaoming, SHAO Yongping, YANG Xu, WANG Fang

(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

[Abstract] The traditional core network of the vertical structure and network function positioning led to the business and the ability to tightly coupled, The network capacity which are packed has been unable to deal with OTT competition and future business needs, According to the analysis of network capacity to open a variety of practical application needs, Combined with 3GPP specification definition, Operators can be introduced through the introduction of SCEF QoS capacity open, the field of things open capacity, prospected 5G business needs, SCEF evolved network elements will bring a wider range of applications, higher value.

[Key words] SCEF; QoS ability to open; Internet of things ability to open

1 引言

在電信運(yùn)營(yíng)商CT向IT戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，大力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放，積極發(fā)展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的背景下，面向第三方應(yīng)用的業(yè)務(wù)及場(chǎng)景日益增多，這將會(huì)對(duì)核心網(wǎng)提出更高的能力要求。3GPP R13定義了能力開(kāi)放架構(gòu)，引入業(yè)務(wù)能力開(kāi)放網(wǎng)元SCEF（Service Capibility Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放功能），并定義了SCEF相關(guān)的網(wǎng)元接口以安全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力，SCEF可實(shí)現(xiàn)的主要功能為將核心網(wǎng)網(wǎng)元能力開(kāi)放給各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過(guò)協(xié)議封裝及轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)與合作/自有平臺(tái)對(duì)接，SCEF的應(yīng)用使網(wǎng)絡(luò)具備了多樣化的運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力。

2 SCEF引入需求分析

傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)雖然語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)大，但核心網(wǎng)的豎井式架構(gòu)導(dǎo)致了業(yè)務(wù)與能力緊耦合，各網(wǎng)元對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的封裝形成了資源孤島，極大地限制了業(yè)務(wù)創(chuàng)新空間，已無(wú)法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代開(kāi)放、共享、合作模式的多樣化業(yè)務(wù)創(chuàng)新需求。因此運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型需求迫切，可通過(guò)引入3GPP定義的能力開(kāi)放架構(gòu)，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)SCEF網(wǎng)元開(kāi)放接口、屏蔽底層實(shí)現(xiàn)，將蘊(yùn)含在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中的核心能力提供給上層使用，由應(yīng)用向用戶提供靈活豐富的業(yè)務(wù)模式。

核心網(wǎng)通過(guò)引入SCEF可滿足多場(chǎng)景、多類型業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。

（1）管道能力差異化應(yīng)用需求。可充分挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力價(jià)值，例如管道能力是電信網(wǎng)絡(luò)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，若能通過(guò)SCEF能力開(kāi)放接口面向游戲/視頻類應(yīng)用打開(kāi)QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）管控等能力，為不同用戶提供多樣化、差異化管道服務(wù)，可進(jìn)一步將運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源價(jià)值最大化。

（2）網(wǎng)絡(luò)適配物聯(lián)網(wǎng)終端的靈活、快速響應(yīng)需求。物聯(lián)網(wǎng)終端類型繁多，不同應(yīng)用的通信屬性差異較大，比如有些業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按需實(shí)時(shí)調(diào)整配置時(shí)，若采用修改HSS等網(wǎng)元配置信息的方式，會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)配置工作量大、需求響應(yīng)周期長(zhǎng)、影響網(wǎng)絡(luò)安全等問(wèn)題。而采用打開(kāi)SCEF能力開(kāi)放接口的方式，實(shí)現(xiàn)配置參數(shù)下發(fā)，將第三方平臺(tái)用戶屬性或配置需求信息實(shí)時(shí)更新至網(wǎng)絡(luò)側(cè)，可滿足靈活、快速、高效配置網(wǎng)絡(luò)屬性的需求。

（3）面向5G微服務(wù)化需求。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用切片化提供網(wǎng)絡(luò)能力，以適應(yīng)多類型業(yè)務(wù)多場(chǎng)景化通信需求，業(yè)務(wù)可編排網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)部署的演進(jìn)趨勢(shì)更需要網(wǎng)絡(luò)能力可開(kāi)放可共享。因此SCEF網(wǎng)元功能將變得尤為重要，各類控制面網(wǎng)元可通過(guò)SCEF來(lái)實(shí)現(xiàn)信息可交互、可共享、可配置、可編排，以滿足5G多樣化業(yè)務(wù)需求。

3 SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及開(kāi)放的能力

3GPP R13定義的能力開(kāi)放架構(gòu)如圖1所示，通過(guò)各類接口可開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)能力主要包括：通信信息獲取、位置信息獲取、通信服務(wù)開(kāi)通信息獲取、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置信息獲取等。SCEF的引入使得能力開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)配置簡(jiǎn)單、高效。通過(guò)對(duì)單個(gè)網(wǎng)元SCEF進(jìn)行配置，即可實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)多網(wǎng)元各種能力的開(kāi)放，而不需要在每個(gè)核心網(wǎng)網(wǎng)元中新增能力開(kāi)放模塊；同時(shí)，引入SCEF網(wǎng)元對(duì)接各種業(yè)務(wù)需求的合作/自有平臺(tái)，可自動(dòng)將平臺(tái)需求參數(shù)通過(guò)SCEF自動(dòng)下發(fā)至核心網(wǎng)網(wǎng)元，避免了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員工作量的增加以及人為配置可能出現(xiàn)差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，可確保網(wǎng)絡(luò)配置的正確率及網(wǎng)絡(luò)安全，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率。

圖1 3GPP R13 SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

基于SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)定義，可開(kāi)放的網(wǎng)元能力及應(yīng)用主要包括下面幾點(diǎn)。

（1）對(duì)PCRF的能力實(shí)現(xiàn)開(kāi)放

面向用戶多樣化數(shù)據(jù)速率承載的需求，運(yùn)營(yíng)商可將SCEF與流量經(jīng)營(yíng)PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能網(wǎng)元）網(wǎng)元之間的Rx接口進(jìn)行能力開(kāi)放，例如可將PCRF自有能力：PCC加速、QoS資源申請(qǐng)、修改、釋放等功能開(kāi)放給業(yè)務(wù)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)管道能力實(shí)時(shí)敏捷適配用戶多樣化需求。

（2）對(duì)HSS/MME實(shí)現(xiàn)能力開(kāi)放

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，其終端多樣化、需求個(gè)性化將會(huì)對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提出更多能力要求。一方面是網(wǎng)絡(luò)側(cè)信息獲取需求，通過(guò)SCEF可將網(wǎng)絡(luò)側(cè)HSS/MME（Home Subscriber Server/ Mobility Management Entity，歸屬用戶服務(wù)器/移動(dòng)性管理實(shí)體）中存儲(chǔ)的用戶位置信息、網(wǎng)絡(luò)配置、業(yè)務(wù)/服務(wù)開(kāi)通信息等網(wǎng)絡(luò)側(cè)信息提供給第三方/自有應(yīng)用平臺(tái)，可為用戶提供多樣化信息服務(wù)。另一方面需要將第三方平臺(tái)用戶個(gè)性化屬性或配置信息下發(fā)至網(wǎng)絡(luò)側(cè)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按需靈活自動(dòng)配置。

（3）對(duì)更多核心網(wǎng)能力實(shí)現(xiàn)開(kāi)放

面向未來(lái)5G應(yīng)用的多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景及多樣化用戶需求，運(yùn)營(yíng)商還可將更多的網(wǎng)元能力進(jìn)行開(kāi)放。例如開(kāi)放S-CSCF（Serving-Call Session Control Function，服務(wù)-呼叫會(huì)話控制功能）與SCEF之間的ISC（IP multimedia Subsystem Service Control，IMS業(yè)務(wù)控制）接口可實(shí)現(xiàn)多方會(huì)議、號(hào)碼顯示等語(yǔ)言類能力的開(kāi)放等，并最終可基于4G/5G融合架構(gòu)通過(guò)NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)功能開(kāi)放）與SCEF統(tǒng)一的北向接口實(shí)現(xiàn)更多核心網(wǎng)網(wǎng)元能力的融合開(kāi)放。

4 SCEF部署及應(yīng)用

4.1 QoS管道能力開(kāi)放及部署應(yīng)用

面向未來(lái)市場(chǎng)的井噴式發(fā)展以及業(yè)務(wù)的QoS多樣化、個(gè)性化需求，運(yùn)營(yíng)商可充分利用自身管道優(yōu)勢(shì)，面向合作方業(yè)務(wù)平臺(tái)，開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)管道能力以滿足游戲加速、視頻類應(yīng)用等多樣化QoS需求。

部署方式為在EPC（Evolved Packet Core，演進(jìn)的分組核心網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放層SCEF，根據(jù)應(yīng)用的QoS要求向PCRF申請(qǐng)、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)根據(jù)應(yīng)用要求向PCRF執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)資源事件通知的訂閱和取消訂閱，并將SCEF與業(yè)務(wù)平臺(tái)之間基于JSON/XML（JavaScript Object Notation/Extensible Markup Language，Java腳本對(duì)象表示/擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）的協(xié)議轉(zhuǎn)換為SCEF與PCRF之間的Diameter協(xié)議，解決了協(xié)議兼容性問(wèn)題的同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。EPC網(wǎng)絡(luò)基于SCEF的QoS能力開(kāi)放架構(gòu)如圖2所示，SCEF通過(guò)API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）接口向第三方業(yè)務(wù)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)能力，通過(guò)Rx接口實(shí)現(xiàn)接入控制，并實(shí)現(xiàn)接口封裝及轉(zhuǎn)換、會(huì)話管理、路由等功能。

圖2 QoS管道能力開(kāi)放架構(gòu)圖

通過(guò)SCEF將網(wǎng)絡(luò)側(cè)用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS能力封裝后以API（Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口）形式開(kāi)放給第三方應(yīng)用。應(yīng)用平臺(tái)根據(jù)用戶需求及時(shí)（用戶使用業(yè)務(wù)時(shí)）向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起業(yè)務(wù)加速申請(qǐng)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)依據(jù)與業(yè)務(wù)簽訂的協(xié)議，為當(dāng)前用戶提供加速服務(wù)。以游戲加速應(yīng)用為例，用戶開(kāi)啟某個(gè)手機(jī)游戲，發(fā)起業(yè)務(wù)加速請(qǐng)求，游戲業(yè)務(wù)平臺(tái)調(diào)用能力網(wǎng)元接入模塊經(jīng)由管道能力網(wǎng)元向網(wǎng)絡(luò)側(cè)申請(qǐng)業(yè)務(wù)加速，用戶升級(jí)為臨時(shí)VIP用戶，游戲服務(wù)商為該用戶的游戲鏈接申請(qǐng)差異化服務(wù)。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的能力開(kāi)放及部署應(yīng)用

NB-IoT蜂窩物聯(lián)網(wǎng)以其覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低等優(yōu)勢(shì)而得到迅速發(fā)展。以NB-IoT低功耗實(shí)現(xiàn)技術(shù)的能力開(kāi)放為例，若引入能力開(kāi)放網(wǎng)元SCEF，可使終端省電特性更加智能化，同時(shí)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維更加安全、高效。

基于現(xiàn)有EPC架構(gòu)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，影響終端省電時(shí)長(zhǎng)的三個(gè)參數(shù)為周期性TAU（Tracking Area Update，跟蹤區(qū)更新）、PSM（Power Saving Mode，省電模式）的Active Time和eDRX（extended Idle Mode DRX，擴(kuò)展的空閑模式DRX）周期長(zhǎng)度，三個(gè)參數(shù)關(guān)系如圖3所示。終端在一個(gè)TAU周期結(jié)束后，會(huì)退出省電模式，再次發(fā)起TAU流程；UE可同時(shí)請(qǐng)求激活PSM模式和eDRX兩種省電模式，由MME決定某個(gè)或兩個(gè)同時(shí)生效。若將核心網(wǎng)MME、HSS網(wǎng)元的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置能力進(jìn)行開(kāi)放，可將物聯(lián)網(wǎng)用戶個(gè)性化、多樣化的省電時(shí)長(zhǎng)需求參數(shù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)卡和終端的統(tǒng)一管理平臺(tái)下發(fā)至核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自助配置并決定終端省電時(shí)長(zhǎng)。這不但滿足了終端用戶多樣化的省電時(shí)長(zhǎng)需求，更是避免了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員工作量的增加以及人為配置可能出現(xiàn)差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，且免去網(wǎng)維人員參與配置，需求響應(yīng)更及時(shí)高效。

圖3 周期性TAU、Active Time、eDRX三個(gè)參數(shù)關(guān)系圖

部署方式為在EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放SCEF網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一管理平臺(tái)將影響終端休眠時(shí)長(zhǎng)/頻率的三個(gè)時(shí)間參數(shù)PSM的Active Time、周期性TAU時(shí)間和eDRX周期長(zhǎng)度集合下發(fā)至SCEF，SCEF將周期性TAU時(shí)長(zhǎng)參數(shù)下發(fā)至HSS，HSS再下發(fā)至MME，SCEF通過(guò)S6t接口向用戶歸屬HSS查詢到用戶拜訪的MME，SCEF將省電模式的時(shí)間參數(shù)PSM的Active Time、eDRX參數(shù)通過(guò)T6a接口下發(fā)至MME，當(dāng)UE和MME進(jìn)行Attach附著/TAU流程時(shí)協(xié)商省電模式時(shí)間參數(shù)，并以MME配置參數(shù)為準(zhǔn)。SCEF能力開(kāi)放功能的引入，使得網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)用戶需求自助配置省電時(shí)間參數(shù)，滿足了用戶多樣化、個(gè)性化低功耗需求。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能力開(kāi)放架構(gòu)圖

5 SCEF面向5G演進(jìn)的展望

SCEF的引入為運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放帶來(lái)了新的商機(jī)，但面向未來(lái)5G豐富多樣的業(yè)務(wù)需求，能力開(kāi)放若面向多網(wǎng)元應(yīng)用，南向需支持多種協(xié)議接口，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，接口功能分散且重復(fù)、網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)維難度大、存在安全性風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。因此，5G架構(gòu)規(guī)范TS 23.501中將NEF作為了架構(gòu)中的重要功能，如圖5所示，且控制功能集中部署、切片化的架構(gòu)設(shè)計(jì)更利于網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放。另外，5G架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)還可將虛擬化管理及編排能力等新型網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)外開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自主編排、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及功能差異化定制、網(wǎng)絡(luò)資源按需伸縮等多類型能力開(kāi)放應(yīng)用。

圖5 能力開(kāi)放基于5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SCEF的引入打開(kāi)了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的窗口，也改變了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)模式。面對(duì)日益多樣化、差異化的業(yè)務(wù)需求，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)能力開(kāi)放將核心能力轉(zhuǎn)化為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，SCEF的引入功不可沒(méi)，面向未來(lái)5G，它將以特有的優(yōu)勢(shì)聯(lián)手優(yōu)質(zhì)第三方合作平臺(tái)，開(kāi)放各種業(yè)務(wù)能力，創(chuàng)建共贏的電信生態(tài)環(huán)境

6 結(jié)束語(yǔ)

面對(duì)OTT競(jìng)爭(zhēng)及未來(lái)業(yè)務(wù)豐富多樣化的需求，網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放是電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文以SCEF引入的需求分析為切入點(diǎn)，從管道能力差異化應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)智能適配物聯(lián)網(wǎng)終端需求、5G微服務(wù)化應(yīng)用三個(gè)方面分析了未來(lái)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的必要性。通過(guò)分析規(guī)范定義的SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其可提供的開(kāi)放能力，提出了SCEF在QoS管道能力開(kāi)放應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)終端省電智能化配置應(yīng)用的部署實(shí)例。同時(shí)，展望5G架構(gòu)，進(jìn)一步明確了SCEF能力開(kāi)放引入的重要意義。面向未來(lái)，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)能力開(kāi)放將核心網(wǎng)絡(luò)能力轉(zhuǎn)化為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還可聯(lián)手優(yōu)質(zhì)第三方合作平臺(tái)，通過(guò)開(kāi)放各種網(wǎng)絡(luò)能力，共同創(chuàng)建共贏的電信生態(tài)環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介

宋小明：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司項(xiàng)目經(jīng)理，從事移動(dòng)通信核心網(wǎng)咨詢、規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)工作。

邵永平：高級(jí)工程師，學(xué)士畢業(yè)于南京郵電大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司項(xiàng)目經(jīng)理，從事移動(dòng)通信核心網(wǎng)咨詢、規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)工作。

楊旭：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司項(xiàng)目經(jīng)理，從事移動(dòng)通信核心網(wǎng)咨詢、規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)工作。

作者：宋小明 邵永平 楊旭 王芳 來(lái)源：《移動(dòng)通信》2018年2月