Архитектура и особенности cisco quantum policy suite , или pcrf для...

Вохмин Сергей Инженер по внедрению новой техники и технологий

[email protected]

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

Un

con

trolle

d

Ba

nd

wid

th

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&MBilling/

MediationProvisioningHSS/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

HotspotWi-Fi

AP

Rx

ISG

eNodeB

Home GW

With AP

Sftp/CDRs

Internet

Subscriber

Portal

SOAP

IMS

OCS

SOAP

OTT/CDN

OSS/BSS

Policy/

PCRFAAA

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

DRADRA

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 2 Virtual 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 2 Virtual 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 2 Virtual 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 [email protected]

mailto:[email protected]

Архитектура и особенности cisco quantum policy suite , или pcrf для...

Technology

cisco andor

x voip

gpp pcc cisco qps

ott m2m

tps vas

usage control bearers