SCEF引入需求分析及部署應用

【摘要】傳統(tǒng)核心網(wǎng)絡的豎井式架構(gòu)及網(wǎng)絡功能定位導致了業(yè)務與能力緊耦合，各網(wǎng)元對網(wǎng)絡能力的封裝已無法應對OTT競爭及未來業(yè)務豐富多樣化的需求。根據(jù)網(wǎng)絡能力開放的多種實際應用需求，結(jié)合3GPP規(guī)范定義總結(jié)出運營商可通過引入SCEF實現(xiàn)QoS管道能力開放、物聯(lián)網(wǎng)領域能力開放的部署應用。展望面向5G業(yè)務需求，SCEF演進網(wǎng)元將帶來更廣領域、更高價值的應用。

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

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.02.000 中圖分類號：TN915.81 文獻標志碼：A 文章編號：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用[J]. 移動通信, 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

在電信運營商CT向IT戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，大力推進網(wǎng)絡能力開放，積極發(fā)展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的背景下，面向第三方應用的業(yè)務及場景日益增多，這將會對核心網(wǎng)提出更高的能力要求。3GPP R13定義了能力開放架構(gòu)，引入業(yè)務能力開放網(wǎng)元SCEF（Service Capibility Exposure Function，網(wǎng)絡能力開放功能），并定義了SCEF相關(guān)的網(wǎng)元接口以安全開放網(wǎng)絡業(yè)務能力，SCEF可實現(xiàn)的主要功能為將核心網(wǎng)網(wǎng)元能力開放給各類業(yè)務應用，通過協(xié)議封裝及轉(zhuǎn)換實現(xiàn)與合作/自有平臺對接，SCEF的應用使網(wǎng)絡具備了多樣化的運營服務能力。

2 SCEF引入需求分析

傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡雖然語音、數(shù)據(jù)等基礎網(wǎng)絡能力強大，但核心網(wǎng)的豎井式架構(gòu)導致了業(yè)務與能力緊耦合，各網(wǎng)元對網(wǎng)絡能力的封裝形成了資源孤島，極大地限制了業(yè)務創(chuàng)新空間，已無法適應互聯(lián)網(wǎng)+時代開放、共享、合作模式的多樣化業(yè)務創(chuàng)新需求。因此運營商網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型需求迫切，可通過引入3GPP定義的能力開放架構(gòu)，運營商通過SCEF網(wǎng)元開放接口、屏蔽底層實現(xiàn)，將蘊含在網(wǎng)絡和系統(tǒng)中的核心能力提供給上層使用，由應用向用戶提供靈活豐富的業(yè)務模式。

核心網(wǎng)通過引入SCEF可滿足多場景、多類型業(yè)務應用的需求。

（1）管道能力差異化應用需求。可充分挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡能力價值，例如管道能力是電信網(wǎng)絡的核心競爭力，若能通過SCEF能力開放接口面向游戲/視頻類應用打開QoS（Quality of Service，服務質(zhì)量）管控等能力，為不同用戶提供多樣化、差異化管道服務，可進一步將運營商網(wǎng)絡資源價值最大化。

（2）網(wǎng)絡適配物聯(lián)網(wǎng)終端的靈活、快速響應需求。物聯(lián)網(wǎng)終端類型繁多，不同應用的通信屬性差異較大，比如有些業(yè)務場景需要網(wǎng)絡參數(shù)按需實時調(diào)整配置時，若采用修改HSS等網(wǎng)元配置信息的方式，會存在網(wǎng)絡配置工作量大、需求響應周期長、影響網(wǎng)絡安全等問題。而采用打開SCEF能力開放接口的方式，實現(xiàn)配置參數(shù)下發(fā)，將第三方平臺用戶屬性或配置需求信息實時更新至網(wǎng)絡側(cè)，可滿足靈活、快速、高效配置網(wǎng)絡屬性的需求。

（3）面向5G微服務化需求。5G網(wǎng)絡架構(gòu)采用切片化提供網(wǎng)絡能力，以適應多類型業(yè)務多場景化通信需求，業(yè)務可編排網(wǎng)絡可自動部署的演進趨勢更需要網(wǎng)絡能力可開放可共享。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SCEF來實現(xiàn)信息可交互、可共享、可配置、可編排，以滿足5G多樣化業(yè)務需求。

3 SCEF網(wǎng)絡架構(gòu)及開放的能力

3GPP R13定義的能力開放架構(gòu)如圖1所示，通過各類接口可開放的網(wǎng)絡能力主要包括：通信信息獲取、位置信息獲取、通信服務開通信息獲取、網(wǎng)絡設置信息獲取等。SCEF的引入使得能力開放網(wǎng)絡配置簡單、高效。通過對單個網(wǎng)元SCEF進行配置，即可實現(xiàn)核心網(wǎng)多網(wǎng)元各種能力的開放，而不需要在每個核心網(wǎng)網(wǎng)元中新增能力開放模塊；同時，引入SCEF網(wǎng)元對接各種業(yè)務需求的合作/自有平臺，可自動將平臺需求參數(shù)通過SCEF自動下發(fā)至核心網(wǎng)網(wǎng)元，避免了網(wǎng)絡維護人員工作量的增加以及人為配置可能出現(xiàn)差錯的風險，可確保網(wǎng)絡配置的正確率及網(wǎng)絡安全，提高網(wǎng)絡運維效率。

圖1 3GPP R13 SCEF網(wǎng)絡架構(gòu)圖

基于SCEF網(wǎng)絡架構(gòu)定義，可開放的網(wǎng)元能力及應用主要包括下面幾點。

（1）對PCRF的能力實現(xiàn)開放

面向用戶多樣化數(shù)據(jù)速率承載的需求，運營商可將SCEF與流量經(jīng)營PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計費規(guī)則功能網(wǎng)元）網(wǎng)元之間的Rx接口進行能力開放，例如可將PCRF自有能力：PCC加速、QoS資源申請、修改、釋放等功能開放給業(yè)務平臺，以實現(xiàn)管道能力實時敏捷適配用戶多樣化需求。

（2）對HSS/MME實現(xiàn)能力開放

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的高速發(fā)展，其終端多樣化、需求個性化將會對核心網(wǎng)網(wǎng)絡提出更多能力要求。一方面是網(wǎng)絡側(cè)信息獲取需求，通過SCEF可將網(wǎng)絡側(cè)HSS/MME（Home Subscriber Server/ Mobility Management Entity，歸屬用戶服務器/移動性管理實體）中存儲的用戶位置信息、網(wǎng)絡配置、業(yè)務/服務開通信息等網(wǎng)絡側(cè)信息提供給第三方/自有應用平臺，可為用戶提供多樣化信息服務。另一方面需要將第三方平臺用戶個性化屬性或配置信息下發(fā)至網(wǎng)絡側(cè)，以實現(xiàn)網(wǎng)絡參數(shù)按需靈活自動配置。

（3）對更多核心網(wǎng)能力實現(xiàn)開放

面向未來5G應用的多種業(yè)務場景及多樣化用戶需求，運營商還可將更多的網(wǎng)元能力進行開放。例如開放S-CSCF（Serving-Call Session Control Function，服務-呼叫會話控制功能）與SCEF之間的ISC（IP multimedia Subsystem Service Control，IMS業(yè)務控制）接口可實現(xiàn)多方會議、號碼顯示等語言類能力的開放等，并最終可基于4G/5G融合架構(gòu)通過NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡功能開放）與SCEF統(tǒng)一的北向接口實現(xiàn)更多核心網(wǎng)網(wǎng)元能力的融合開放。

4 SCEF部署及應用

4.1 QoS管道能力開放及部署應用

面向未來市場的井噴式發(fā)展以及業(yè)務的QoS多樣化、個性化需求，運營商可充分利用自身管道優(yōu)勢，面向合作方業(yè)務平臺，開放網(wǎng)絡管道能力以滿足游戲加速、視頻類應用等多樣化QoS需求。

部署方式為在EPC（Evolved Packet Core，演進的分組核心網(wǎng)）網(wǎng)絡架構(gòu)中增加網(wǎng)絡能力開放層SCEF，根據(jù)應用的QoS要求向PCRF申請、調(diào)整網(wǎng)絡資源，同時根據(jù)應用要求向PCRF執(zhí)行網(wǎng)絡資源事件通知的訂閱和取消訂閱，并將SCEF與業(yè)務平臺之間基于JSON/XML（JavaScript Object Notation/Extensible Markup Language，Java腳本對象表示/擴展標記語言）的協(xié)議轉(zhuǎn)換為SCEF與PCRF之間的Diameter協(xié)議，解決了協(xié)議兼容性問題的同時也提高了網(wǎng)絡安全性。EPC網(wǎng)絡基于SCEF的QoS能力開放架構(gòu)如圖2所示，SCEF通過API（Application Programming Interface，應用程序編程接口）接口向第三方業(yè)務開放網(wǎng)絡能力，通過Rx接口實現(xiàn)接入控制，并實現(xiàn)接口封裝及轉(zhuǎn)換、會話管理、路由等功能。

圖2 QoS管道能力開放架構(gòu)圖

通過SCEF將網(wǎng)絡側(cè)用戶數(shù)據(jù)業(yè)務的QoS能力封裝后以API（Application Programming Interface,應用程序編程接口）形式開放給第三方應用。應用平臺根據(jù)用戶需求及時（用戶使用業(yè)務時）向網(wǎng)絡側(cè)發(fā)起業(yè)務加速申請，網(wǎng)絡側(cè)依據(jù)與業(yè)務簽訂的協(xié)議，為當前用戶提供加速服務。以游戲加速應用為例，用戶開啟某個手機游戲，發(fā)起業(yè)務加速請求，游戲業(yè)務平臺調(diào)用能力網(wǎng)元接入模塊經(jīng)由管道能力網(wǎng)元向網(wǎng)絡側(cè)申請業(yè)務加速，用戶升級為臨時VIP用戶，游戲服務商為該用戶的游戲鏈接申請差異化服務。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)領域的能力開放及部署應用

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)勢而得到迅速發(fā)展。以NB-IoT低功耗實現(xiàn)技術(shù)的能力開放為例，若引入能力開放網(wǎng)元SCEF，可使終端省電特性更加智能化，同時運營商網(wǎng)絡運維更加安全、高效。

基于現(xiàn)有EPC架構(gòu)的NB-IoT網(wǎng)絡，影響終端省電時長的三個參數(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，擴展的空閑模式DRX）周期長度，三個參數(shù)關(guān)系如圖3所示。終端在一個TAU周期結(jié)束后，會退出省電模式，再次發(fā)起TAU流程；UE可同時請求激活PSM模式和eDRX兩種省電模式，由MME決定某個或兩個同時生效。若將核心網(wǎng)MME、HSS網(wǎng)元的網(wǎng)絡參數(shù)配置能力進行開放，可將物聯(lián)網(wǎng)用戶個性化、多樣化的省電時長需求參數(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)卡和終端的統(tǒng)一管理平臺下發(fā)至核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元，以實現(xiàn)網(wǎng)絡自助配置并決定終端省電時長。這不但滿足了終端用戶多樣化的省電時長需求，更是避免了網(wǎng)絡維護人員工作量的增加以及人為配置可能出現(xiàn)差錯的風險，且免去網(wǎng)維人員參與配置，需求響應更及時高效。

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

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

圖4 物聯(lián)網(wǎng)應用能力開放架構(gòu)圖

5 SCEF面向5G演進的展望

SCEF的引入為運營商網(wǎng)絡能力開放帶來了新的商機，但面向未來5G豐富多樣的業(yè)務需求，能力開放若面向多網(wǎng)元應用，南向需支持多種協(xié)議接口，將導致網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)很復雜，接口功能分散且重復、網(wǎng)絡部署與運維難度大、存在安全性風險等問題。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)設計更利于網(wǎng)絡能力開放。另外，5G架構(gòu)的網(wǎng)絡還可將虛擬化管理及編排能力等新型網(wǎng)絡能力對外開放，實現(xiàn)業(yè)務自主編排、網(wǎng)絡服務及功能差異化定制、網(wǎng)絡資源按需伸縮等多類型能力開放應用。

圖5 能力開放基于5G的網(wǎng)絡架構(gòu)

SCEF的引入打開了運營商網(wǎng)絡能力開放的窗口，也改變了傳統(tǒng)業(yè)務的運營模式。面對日益多樣化、差異化的業(yè)務需求，運營商通過能力開放將核心能力轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢，SCEF的引入功不可沒，面向未來5G，它將以特有的優(yōu)勢聯(lián)手優(yōu)質(zhì)第三方合作平臺，開放各種業(yè)務能力，創(chuàng)建共贏的電信生態(tài)環(huán)境

6 結(jié)束語

面對OTT競爭及未來業(yè)務豐富多樣化的需求，網(wǎng)絡能力開放是電信網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢。本文以SCEF引入的需求分析為切入點，從管道能力差異化應用、網(wǎng)絡智能適配物聯(lián)網(wǎng)終端需求、5G微服務化應用三個方面分析了未來核心網(wǎng)網(wǎng)絡能力開放的必要性。通過分析規(guī)范定義的SCEF網(wǎng)絡架構(gòu)及其可提供的開放能力，提出了SCEF在QoS管道能力開放應用、物聯(lián)網(wǎng)終端省電智能化配置應用的部署實例。同時，展望5G架構(gòu)，進一步明確了SCEF能力開放引入的重要意義。面向未來，運營商通過能力開放將核心網(wǎng)絡能力轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢，還可聯(lián)手優(yōu)質(zhì)第三方合作平臺，通過開放各種網(wǎng)絡能力，共同創(chuàng)建共贏的電信生態(tài)環(huán)境。

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作者簡介

宋小明：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任中國移動通信集團設計院有限公司項目經(jīng)理，從事移動通信核心網(wǎng)咨詢、規(guī)劃和工程設計工作。

邵永平：高級工程師，學士畢業(yè)于南京郵電大學，現(xiàn)任中國移動通信集團設計院有限公司項目經(jīng)理，從事移動通信核心網(wǎng)咨詢、規(guī)劃和工程設計工作。

楊旭：工程師，碩士畢業(yè)于北京郵電大學，現(xiàn)任中國移動通信集團設計院有限公司項目經(jīng)理，從事移動通信核心網(wǎng)咨詢、規(guī)劃和工程設計工作。

作者：宋小明 邵永平 楊旭 王芳 來源：《移動通信》2018年2月