Архитектура и особенности Cisco Quantum Policy Suite , или PCRF для мульти-сетевого оператора

Вохмин Сергей
Инженер по внедрению новой техники и
технологий
sevokhmi@cisco.com
Архитектура и особенности Cisco Quantum
Policy Suite или
PCRF для мульти-сетевого оператора.
14.05.2014 © 2013 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

Содержание
• Политики индивидуального обслуживания
• Стандартные архитектуры 3GPP PCC
• Cisco QPS и его роль в сети оператора
• Особенности архитектуры
• Модели внедрения
• Аппаратная платформа
• Показатели производительности и емкости
14.05.2014 © 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 2

Индивидуальные Политики обслуживания - основа для
повышения эффективности бизнеса оператора
• Ключевые понятия : Managed Usage – Data Plans – Smart Notifications -
Subscriber Experiences
UMTS HSPA
3G/4G
WLAN
WiMax
WiFi
Fixed
Ethernet
XDSL
LTE
PON
Manage
• Qos, Usage
Control
• Bearers, flows
Personalise
 Application, User,
Location
Interact
• Push/notify, upsells
Uncontrolled
Bandwidth
P2P
HTTP
email
Video
VoIP
Social
P2P
Gold
Silver
Bronze
VoIP
HTTP

Применение политик индивидуального обслуживания
абонентов в сетях пакетной передачи данных
Сущность реализации политик состоит в анализе событий происходящих в течении
активной сессии и внесении изменений в этот процесс с целью обеспечения соответствия
предоставляемых услуг условиям подписки абонента.
Циклический пропуск трафика в определенных объемах ,
с управляемой скоростью и возможностью выполнить
кратковременное расширение полосы пропускания и
обеспечить пропуск дополнительных объемов данных.
 Browsing
X VOIP
 Browsing
 VOIP
 Browsing
 VOIP

Особенности реализации современных политик
• 1-10,000 TPS в среднем на сеть
• VAS для незначительного % абонентов
• 1-2 события-переключения на сервис
(возникают в PCEF, PCRF/OCS, OSS)
• 10-ки контролируемых услуг (тарифных
планов)
• Статические , без интерактивного
контроля со стороны абонентов
• Минимум точек интеграции (Gx , API)
• Стоимость владения = “X”
POLICY 1.0 (2009-12) POLICY 2.0 (2013+)
• 50K to 100,000+ TPS в среднем на сеть
• 100% абонентов до 100M активных сессий
• 10 и более событий-триггеров на сервис
(возникают в RAN, IT/OSS, OTT)
• 100-ни контролируемых услуг , OTT и M2M
• Контекстно-зависимый интерактив с абонентами
• Мульти-сетевые услуги и множество точек
интеграции
• Стоимость владения << “X”
Основная задача оператора : обеспечить требуемую детальность контроля процессов
и производительность всех составных частей решения
Статические возможности
Лимитированное расширение
Поддержка сторонних приложений,
Массовость проникновения ,
Виртуализация сетевых функций

Что такое “Use Case”
События
Условия Действия
Мониторинг
Динамический , контекстно-ориентированный, детальный контроль
Состояние Сессии
• Подключение абонента к сети
• изменения в PDP контексте
• работа DPI
OSS/BSS
• изменение состояния профиля
• восстановление подписки
• обновление
• заказ услуги на портале ..
Внутренние триггеры:
• тайм-аут текущей сессии ,
• начало биллинг цикла ,
Приложения
• IMS Proxy CSCF
• OCS, Other..
•Subscriber tier/entitlement
•Положение абонента (Roaming)
•Лимиты квот Объема или Периода
• Пороговые значения полосы
• Текущее состояние сети (QoS)
• Тип или приоритет Приложения
• Используемое Приложение
• Время , день недели, праздники
• Тип устройства
•Загрузить фильтры трафика ,
парметры QoS и Charging правила в
PCEF
•Отправить сигнальные сообщения к
другим узлам
•Установить пороговые значения
Volume и Time Thresholds
• Записать в журнал событий
• Установить «флаги»
• Отправка сообщения конечному
пользователю (SMS/email)
• Перенаправление сессии
• Предупреждение AoC
• Отправка аварийного сообщения

Категории “Use Cases” предоставляемых с Cisco QPS
Subscriber Experience Management use cases
Dynamic, Personalized Subscriber Services
Congestion Aware Subscriber Management (eg RATM)
Context Sensitive subscriber engagement
Smart Customer Care / Subscriber QOE Management
Access Selection
Wifi, 3G, LTE directed access
Personalised directed access
Congestion directed access
ANDSF
Сотни «Use Cases» в основном для абонентов мобильных операторов ,
подключающихся к сетям передачи данных любого типа
Business Transformation use cases
Integrated OTT Applications
- Sponsored Data. Loyalty, OTT Video opt.
Partner network enablement (DRA, MVNO, ARP)
Custom Protocol and Event mediation
Subscriber Services Velocity

Примеры реализованных “Use Case”
• Fair Usage Policy
• Time of Day
• Usage Limits (time and
volume)
• Roaming (anti bill shock)
• Tiered data
• App-based policies
P2P
VoIP
POLICY 1.0 (2009-12) POLICY 2.0 (2013+)
• RAN-aware traffic
Management
• 3rd Party Sponsored Data
Access (Toll-Free Data)
• OTT application-based
policy
• Loyalty/Value Added
Services Policies
• VoLTE
• Scheduled Congestion
Management
• Shared Plans
Multi-device
Family plans
Enterprise
• Location-based
Home zone

3GPP PCC Architecture (Release 9)
Gy
Gz
Subscription Profile
Repository
(SPR)
Rx
AF
Sp
Gx
Offline
Charging
System
(OFCS)
Gxx
BBERF PCEF
Sd
TDF
Policy and Charging Rules Function
(PCRF)
PCEF
Gateway
Sy
Online Charging
System
(OCS)
TS 23.203 Figure : Overall PCC logical architecture (non-roaming) when SPR is used

3GPP PCC Architecture (Release 10/11)
Gy
Gz
User Data
Repository
(UDR)
Rx
AF
Ud
Gx
Offline
Charging
System
(OFCS)
Gxx
BBERF
Gateway
Sd
TDF
Policy and Charging Rules Function
(PCRF)
PCEF
Sy
Online Charging
System
(OCS)
TS 23203 Overall PCC logical architecture (non-roaming) when UDR is used

• Policy Server = PCRF
• Charging Server = OCS & OFCS
• Policy Builder = GUI for Service Creation
• Application Gateway = Interface to OTT
or Application Functions
• Analytics = Reporting System
• Unified Subscriber Manager = SPR
• Multi Service Balance Manager = Quota
or $ Wallets
Состав продукта Cisco Quantum Policy Suite
APPLICATION
GATEWAY

Gy
OA&M
Billing/
Mediation
ProvisioningHSS/UDR
Fibre Network
Sh/Ud
ONU OLT BNG
RADIUS/CoA
SOAP SNMP
PDN-GW
Mobile
4G
Sy
RADIUS/CoA
Gx
Wi-FI
Controller
RADIUS Acct
Wi-FI
Hotspot
Wi-Fi
AP
Rx
ISG
eNodeB
Home GW
With AP
Sftp/CDRs
Internet
Subscriber
Portal
SOAP
IMS
OCS
SOAP
OTT/CDN
OSS/BSS
Policy/
PCRF
AAA
SPR/SDM
DPI
Gx/Sd
OCS

Организация программного обеспечения и лицензирование

Архитектура платформы Cisco QPS
 Все компоненты выполнены в
виде виртуальных машин
 Load Balancer это интерфейс
Diameter , Radius, LDAP, и т.д.
 Control Center обеспечивает
управление системой ,
предоставляет интерфейсы для
построения политик , порталы
для абонентов и
администраторов услуг.
 Уровень приложений
«stateless».
 Persistence Layer – профили,
балансы , данные о текущих
сессиях . Не SQL DB , ~3 ms на
операцию чтения данных , при
высоком общем числе TPS и
большом количестве записей
PS
CS AAA
Application Layer
SPR SM MSBM
Persistence Layer
Load Balancer Layer
Portal
LB
USuM
ANDSF QSB
PD
PB
NMS
GUI
Control Center
SI
SSP
Portal
Admin
Portal
App
VMS
OAM

Реализация PCC с использованием обычных PCRF
PCRF PCRF PCRF PCRF
DRA
DRA
Gx/Rx Gx/Rx Gx/Rx Gx/Rx
SPR/Balance RDBMS
PGW
Gx Rx
AF• PCRF отдельностоящие и
хранящие данные сессии
абонента
• Масштабируемость и
Корреляция сессий
выполняется за счет
внешнего узла DRA
• Профили и балансы
абонентов хранятся в RDB
Большие задержки ответа
Требуется частое
переформатирование БД
Сложности с аппаратным
расширением
Дорогие лицензии
Требует высокой
квалификации DBAs RDB

Реализация PCC на Cisco QPS
17
Уровень ввода/вывода
I/O Management
Diameter Peer Endpoint
Направляет запросы из-вне в очередь
на соответствующее Приложение
Распределяет нагрузку между
несколькими копиями Приложений
Не содержит информации о
состоянии сессий или абонентов
Уровень Приложений
Отрабатывает логику Приложений
Запрашивает/записывает детали
сессий в соответствующий шард
MONGO DB
Не содержит информации о
состоянии сессий или абонентов
Уровень Хранения Данных
Хранит все детали Профилей ,
Балансов и Сессий абонентов
Доступен для ВСЕХ серверов
приложений
FE
DOCUMENT ORIENTED DB

Внутренняя архитектура платформы Cisco QPS

Модель внедрения PCRFс высокой доступностью
PCEF
Blade 3 Blade 4
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD/
WR
RD
Master
Shard 1
Replica
Shard 1
Virtual
IP
IP 1 IP 2
PS - Policy Server Virtual Machines
N + 1
 Policy Director (PD) распределяет
запросы между оставшимися в работе
виртуальными машинами PS
 Происходит потеря сообщений
обрабатываемых на вышедшей из строя
PS
 PCEF должна повторить запросы ,
оставшиеся без ответа
 Но активные сессии остаются
активными , так как PS не хранит
никакой информации о состоянии
сессий

PCEF
Blade 3 Blade 4
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD/
WR
RD
Master
Shard 1
Replica
Shard 1
IP 1 IP 2Virtual
IP
Policy Director Virtual Machines
N + 1 or 1+1
 DIAMETER соединение и VIP адрес
переключаются на оставшийся в
работе PD
 Ожидается , что PCEF по таймеру
повторит запросы оставшиеся без
ответа и текущие абонентские
сессии останутся в сервисе

PCEF
Blade 3 Blade 4
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD/
WR
RD
Master
Shard 1
Replica
Shard 1
RD/
WR
Master
Shard 1
IP 2Virtual
IP
IP 1
Session Manager Virtual Machines
1+1 data replication
 SM работающий в режиме RD
становится Мастером и все PS
направляют на него операции DB
RD&WR
 Происходит потеря DB RD&WR
операций обрабатываемых вышедшим
из строя SM
 PS повторяют запросы DB RD&WR
 Текущие сессии продолжают
обслуживаться без прерывания

PCEF
Blade 3 Blade 4
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD/
WR
RD
Master
Shard 1
Replica
Shard 1
RD/
WR
Master
Shard 1
IP 2Virtual
IP
IP 1
1+1 Blade Server s redundancy
 При выходе из строя блейд сервера с
PS и SM виртуальными машинами ,
происходит потеря запросов политик
обрабатываемых в PS и операций DB
RD&WR обрабатывавшихся на SM
 Предполагается что PCEF повторит
запросы не получившие ответов во
время контрольного таймера
 Активные сессии продолжают
обслуживаться без прерывания

Модель внедрения PCRF с географическим
резервированием.
PCEF1
Blade 3 Blade 4
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD/
WR
RD
Master
Shard 1
Replica
Shard 1
PCEF2
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD RD
Replica
Shard 1
Replica
Shard 1
Blade 3 Blade 4
SYNC
Site 1 Site 2 1 + 1 site redundancy or
load sharing
 Профили абонентов в
SPR ,
 Данные о Балансах
абонентов ,
 Политики и правила
постоянно
синхронизируются между
сайтами
 Данные об активных
сессиях могут быть
синхронизированы при
условии наличия
хорошего транспорта
между сайтами

UCS 5108 - аппаратная платформа для QPS
Blade-1: ESXi Host01
“Control Center 1”
PCRF Client 01
LB01
“Control Center 2”
PCRF Client 02
LB02
“Quantum Server 1”
QNS01
QNS02
SessionMgr01
“Quantum Server 2”
QNS03
QNS04
SessionMgr02
Blade-1 Blade-2
Blade-3 Blade-4

Производительность и емкость PCRF
Cisco UCS 5108 Blade Server Chasis
4 x Cisco UCS B200 M3 Blade servers
 2 x CPU Intel E5-2690 2.90 GHz 8 CORES 20MB
Cache / DDR3 1600MHz
 96 GB RAM DDR3
 2 x 200G HDD 2.5 inch SSD
QPS в начальной
конфигурации
 1 Mongo DB shard
 3.6 M Sessions
 7.2 M Subscribers
Blade-1 Blade-2
Blade-3 Blade-4
Blade 1 Blade 2
PS PS PS PS
PD PD
RD/
WR
RD
Master
Shard 1
Replica
Shard 1
Blade 3 Blade 4

Масштабируемость и производительность Cisco QPS в
сетях 3G/4G с реализацией VoLTE
 Линейная производительность от
40 000 TPS на 6 блейд-серверах до
250 000 TPS на 48
 Среднее время ответа ниже 15
миллисекунд под нагрузкой
 50 000 активаций/деактиваций
сессий в секунду
 До 75 000 000 абонентских сессий
на одну копию QPS
 Нет необходимости использовать
внешние DRA для обеспечения
требуемой производительности

www.cisco.com
Thank you
Contacts:
Sergiy Vokhmin sevokhmi@cisco.com

Архитектура и особенности Cisco Quantum Policy Suite , или PCRF для мульти-сетевого оператора

More Related Content

What's hot

Similar to Архитектура и особенности Cisco Quantum Policy Suite , или PCRF для мульти-сетевого оператора

More from Cisco Russia

Архитектура и особенности Cisco Quantum Policy Suite , или PCRF для мульти-сетевого оператора