为LTE核心网络配置WPS功能

简介

本文档介绍使用DRA和PCRF等组件的无线优先级服务(WPS)在网络中的概念、实施和优点。

WPS的基本概念

WPS是国家安全和应急准备(NS/EP)通信计划之一，在所有全国和几个地区蜂窝网络中提供人员优先访问和优先处理，从而增加呼叫完成的可能性。NS/EP通信系统包括固定电话、无线、广播、有线电视、广播、公共安全系统、卫星通信和Internet。

WPS用户（称为第一响应者）负责指挥和控制功能，这些功能对于管理国家安全和紧急情况的响应至关重要。它为所有全国和几个地区蜂窝网络提供人员优先接入和优先处理，从而增加呼叫完成的可能性。

客户网络将为WPS用户传送流量，这些WPS用户控制平面流量在长期演进(LTE)核心的不同网络功能之间优先于其他用户。

WPS功能说明

• 概念：实施专用通道（RED通道），用于传送优先级消息。独立信道用于WPS和非WPS的通信，其中，优先用户控制平面IP数据包将标记差分服务代码点(DSCP)为47，而其他所有用户的DSCP将标记为32。

WPS_GX

WPS_RX

• 机制：对于LTE核心，用户优先级高于Gx或Rx。对于Gx，这取决于用户接收Gx消息的通道（基于源主机的优先级）或存在Diameter路由消息优先级(DRMP)属性值对(AVP)。 对于Rx，多媒体优先级服务(MPS) — 标识符和预留优先级AVP仅表示Rx呼叫属于WPS。

• 自适应策略：WPS的实施允许在策略和计费规则功能(PCRF)和Diameter路由代理(DRA)内进行自适应策略配置。 通过专用RED通道，可以配置客户特定要求(例如使用特定完全限定域名(FQDN)或领域)，以确保优先级和非优先级消息的流量得到优化。

每秒呼叫数(CPS)受影响的组件

WPS_Affected_Nodes

DRA和PCRF中的实现

• 后退情况：当WPS对等体在本地或全局不可用且消息是高优先级消息时，此功能通过将消息发送到活动非WPS对等体来确保实施回退情况。此处，DRA可确保这些消息不会因WPS对等体不可用而丢失/未处理。
• 红色/绿色查询路径功能实施：此功能配置单独的Rest API终端以支持WPS IPv6绑定查询。它选择WPS Rest API终端查询所有WPS消息的IPv6绑定，选择非WPS Rest API终端查询所有非WPS消息的IPv6绑定。
• 对于所有发送到WPS Rest API终端的WPS消息，DSCP值设置为47；对于发送到非WPS Rest API终端的非WPS消息，DSCP值设置为32。合作伙伴高级支持(PAS)将“class=wps”设置为所有WPS PCRF会话查询的查询参数。

建立红/绿通道的优势

过载保护：

PCRF中的WPS优先级包括保护消息流的机制，即使网络负载过重也是如此。这可以确保WPS通信处理无延迟，无论网络状况如何都能够保持紧急响应的完整性。

负载均衡器保护：

在PCRF中实施RED/GREEN信道可减轻负载均衡器的过载，负载均衡器是一项重要的网络功能。借助此功能，负载管理变得更加高效，间接保护了关键节点(如优质网络服务(QNS))免受流量激增的困扰。即使在网络使用高峰期间，WPS消息也以最高优先级进行处理。

回退机制：

在WPS通道发生故障时，网络会动态地退回到可用的非WPS路径。这可确保基本WPS消息继续无干扰地流动，同时非WPS消息保留在其指定信道内，从而保持关键流量和常规流量的分离。

用于WPS IPv6绑定查询的专用API终端：

用于WPS查询的独立REST API端点可实现更有效的网络管理，并防止标有DSCP的WPS和非WPS消息相互干扰。这种端点结构分离支持更平滑的查询过程，并确保流量在其优先级分类范围内。

潜在实施领域

电信网络：

在大型电信网络中，事实证明WPS可有效降低高优先级通信的延迟，提供更快的响应时间和运营改进。

物联网(IoT)和机器间(M2M)通信：

随着IoT和M2M流量的不断增长，网络拥塞已成为一个持续的挑战。通过实施WPS，网络可以更有效地管理IoT信令流量，在不影响整体网络性能的情况下优先处理关键数据流。

紧急服务:

在紧急情况或高峰使用期间，WPS优先级保护了关键通信渠道的可靠性，从而确保紧急响应人员接收实时数据并及时传达其命令。

挑战和注意事项

绩效惩罚：

WPS实施的一个缺点是策略评估期间的性能开销。对于非WPS会话，每个查询都会通过全面的表检查，如果表非常广泛，则检查会占用大量资源。最小化表大小和确保高效的策略查找对于缓解此问题至关重要。

可扩展性问题：

随着对物联网和高优先级通信需求的增长，管理RED/GREEN渠道将需要强大的可扩展性解决方案。在考虑容量扩展和长期WPS功能采用时，网络规划人员必须注意这一点。

注意：CPS vDRA配置指南中详细介绍了DRA的概念和配置。

https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/quantum-policy-suite/R24-2-0/vDRA-ConfigurationGuide/cps24-2-0vdraconfigurationguide/m_dynamic-transport-selection-based-on-transaction-or-origin-host.html?bookSearch=true#Cisco_Reference.dita_29f6b345-85b3-4286-9d10-3b7af0ba5df0。

不同类型的WPS呼叫

1. WPS P1呼叫：如果应用功能(AF)触发预留优先级：14/15和MPS标识符的授权/身份验证请求(AAR)，则呼叫被视为P1呼叫。
2. WPS P2:如果AF触发AAR，且优先级为Reservation:13和MPS Identifier，则呼叫被视为P2呼叫。
3. WPS P3:如果AF触发AAR，且优先级为Reservation:11/12和MPS Identifier，则呼叫被视为P3呼叫。CPS不会为P3呼叫选择RED信道。

缩写

AAA:授权/身份验证应答

STR：会话终止请求

RAR:重新身份验证请求

RAA:重新身份验证应答

Gx和Rx呼叫流

1. 启动数据和IP多媒体子系统(IMS)默认承载。
2. AF使用保留优先级：14/15/13和MPS标识符触发Rx接口上的PCRF最终授权/身份验证请求(AAR-F)。
3. 现在，CPS将提升数据和IMS承载的优先级(PL):1（如果AAR-F中的预留优先级是14/15），PL:2（如果AAR-F中的预留优先级是13）并选择RED信道。
4. 然后，CPS将决定通过Gx和Rx接口的RED信道为数据和IMS会话移动流量。
5. AF触发向PCRF的终止请求，然后CPS将终止Rx会话，并将数据会话的优先级降级为原始值。
6. 当WPS会话终止时，所有流量开始在数据会话的绿色信道上移动。

具有保留优先级的呼叫流14

Call_Flow_With_RP_14

PCRF策略生成器GUI中的WPS相关配置

1.根据MPS ID和预留优先级启用WPS。

当CPS在Rx接口上从AF接收AAR-F时，CPS将评估MPS标识符和预留优先级AVP值与下一代网络(NGN)GETS和15/14/13的匹配，然后CPS将从启用WPS的列启用WPS。

启用WPS

2.使用 — WPS后缀源主机。

为会话启用WPS后，CPS将使用 — WPS为源主机后缀，并根据保留优先级实施PL:1/2/5。

Suffix_WPS

3.启用DSCP标记到47。这会将流量移动到RED通道。

一旦CPS将数据和IMS会话升级到PL到1/2。它将将IMS和数据会话的TCP流量的DSCP值标记为47，现在CPS会将两个会话的RED信道上的控制平面流量发送到DRA/数据包数据网络网关(PGW)。

Enable_WPS_DSCP_47

结束

LTE核心网络中的WPS功能展示了现代网络如何演进，以满足紧急服务和国家安全的高风险需求。通过引入专用的优先级通道和自适应配置，WPS不仅提高了关键通信的响应能力，还增强了网络在不利条件下处理重要数据流的能力。

在一个安全、及时的通信可以带来一切不同的世界里，WPS是一项关键技术，确保第一响应者能够在关键时刻保持快速、不间断的连接。