摘要　阐述了DPI深度包检测技术及采用其技术的CCG在移动互联网中的应用，介绍了UT斯达康基于电信级ATCA平台及DPI技术的TC8000 CCG解决方案，及其在3G EVDO 数据网络中的应用。

　　1  移动互联网的快速发展与CCG的重要性

　　移动互联网的飞速发展，不仅深刻地影响和改变着人们的生活，也给互联网和移动通信这两个行业自身带来了前所未有的机会，行业发生着积极的变革，我国大力发展移动互联网的基础已经成熟。

　　互联网的快速发展已经深刻改变了人们的工作方式和生活方式，从电子邮件，B2B/B2C的电子商务交易，到QQ/MSN的即时通讯，Web2.0的微博，甚至开心网上种菜，我们的工作与生活已经被互联网化。

　　同时，移动业务的快速发展，尤其是3G网络的部署与更多智能终端的推出，使得互联网进入了一个崭新的移动互联网发展阶段。

　　“手机将变得无所不能”，这是比尔？盖茨对未来手机发展的一个预测。这个预测已逐步变成现实，例如搜索、网页浏览、邮件收发、视频通讯、电子书、电子地图、电子支付、微博等，PC机上的互联网应用已经逐步在智能终端上得以实现。可以断定，移动互联网业务在智能移动终端多样化，IP承载与传输网络，3G数据网络与IMS等平台建设的逐步到位与完善下，在2010年必将进入一个快速的发展时期。

　　移动互联网根植并发展于传统互联网，在传统互联网发展与建设中出现的问题必然会在移动互联网出现，如IP地址管理，带宽管理，网络安全，垃圾信息，ICP/ISP的管理与合作等问题。同时，对于传统互联网出现的新技术与应用，移动互联网也必须及时吸收、更新与应用，如SaaS（Software as a Service，软件即服务），云计算，Widget微技，电子支付等。

　　在传统双绞线的XDSL与以Ethernet为主的Internet数据接入网业务中，电信运营商主要是对于基础网络进行建设，为宽度化铺路搭桥，实际收益工具比较单一：主要是进行带宽管理与租赁，对于内容、应用与业务运营等部分由于先期网络建设与技术限制，参与较少。因此，在目前移动互联网的建设中，如何进行差异化建设、提供精细化经营，是电信运营商不得不面对的实际问题与挑战。

　　类似传统TDM语音业务通过端局号码分析局间No.7信令来区分语音业务计费与服务等级，移动互联网业务运营中，电信运营商必须对移动数据业务的类型进行区分，给予不同的SLA，达到有效管理与计费——不是简单的带宽与数据流量的粗放型管理，而是要通过多媒体内容计费（Content Based Billing，CBB）以及内容计费网关（Content Charging Gateway，CCG）实现移动数据业务的精细化管理。

　　基于CCG内容进行计费，电信运营商可以提供细粒度的增值服务、更的计费点与融合，运营能力与水平可以得到更高层次的提升；用户可以获得更透明、更满意的服务，运营商客户黏合度也随之提高。

　　基于多媒体内容计费可以把计费信息、用户接受服务的多媒体内容与服务质量建立更直接的联系。其中，CCG内容计费网关是电信运营商在2.5G/3G移动互联网建设中实现更精细化运营的一个重要网络节点。

　　2  CCG及其DPI技术

　　CCG主要是在移动数据业务中进行业务控制、计费支持，实施计费策略控制，对终端用户的流量进行分析，根据分析得到的不同的信息，譬如3层的IP地址，协议类型；4层的端口以及7层的URL，协议类型等，并生成话单，要求CCG支持在线计费和离线计费两种方式。要求支持在线计费和离线计费两种方式，支持各种典型的数据业务，如HTTP业务，FTP业务，WAP浏览业务，MMS业务等。CCG在3GPP R5中的结构如图1所示。一般而言，GGSN可以与CCG合并设置，也可独立部署。

                                                             图1  CCG的网络结构
　　CCG因为是基于内容进行计费的，所以要对数据内容进行深度分析，譬如3层的IP地址与协议类型，4层的端口，7层的URL及其协议类型等，并生成话单，所以电信运营商CCG的业务需求是实时的、高速的、大容量的，并要求有冗余处理与备份，这对数据包报文处理技术及平台提出了更高要求。

　　互联网上传统的流量和带宽管理主要基于OSI 2～4层，即链路层、网络层、传输层，通过IP包头的源地址、目的地址、源端口、目的端口以及协议类型信息进行分析，通常称此为“普通报文检测”。“普通报文检测”仅分析IP包4层以下的内容，通过端口号来识别应用类型，而且“普通报文检测”不能识别应用层。这些限制对于CCG需要在移动互联网上进行以内容区分计费的精细化运营就无能为力了。

　　近来互联网出现的DPI（Deep Packet  Inspection，深度包检测）技术是实现CCG计费的有力法宝，其能识别和区分网络流量，进行流量控制、内容计费、垃圾内容过滤以及流量管理，提供差异化经营保障。采用DPI技术部署的CCG内容计费网关，能够对终端用户的流量进行分析，根据分析得到的不同的信息，如3层的IP地址，协议类型，4层的端口以及7层的URL，协议类型等实现不同的策略计费，完善了现有的只针对数据流量和时长的粗放型计费方法。当IP数据包，TCP或UDP数据流经过基于DPI技术的流量管理系统时，系统通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI 7层协议中的应用层信息进行重组，从而得到整个应用程序的内容，然后按照OSS/OB定义的管理策略对流量进行操作，如过滤、整理、限流等。

　　DPI技术，即DPI（Deep Packet Inspection）深度包检测技术是一种基于应用层的流量检测和控制技术，当IP数据包、TCP或UDP数据流通过基于DPI技术的带宽管理系统时，该系统通过深入读取IP包载荷的内容来对OSI七层协议中的应用层信息进行重组，从而得到整个应用程序的内容，然后按照系统定义的管理策略对流量进行整形操作。 　　基于DPI技术的带宽管理解决方案与我们熟知的防病毒软件系统在某些方面比较类似，即其能识别的应用类型必须为系统已知的，以用户熟知的BT为例，其Handshake的协议特征字为“。BitTorrent Protocol”；换句话说，防病毒系统后台要有一个庞大的病毒特征数据库，基于DPI技术的带宽管理系统也要维护一个应用特征数据库，当流量经过时，通过将解包后的应用信息与后台特征数据库进行比较来确定应用类型；而当有新的应用出现时，后台的应用特征数据库也要更新才能具有对新型应用的识别和控制能力。

　　DPI检测实际上也是一个计算密集型应用，它要求扫描整个数据包，计算开销非常大。传统网络设备在实现此功能时大多采用软件方案，在通用的CPU上进行处理，在独占一个CPU核的情况下也只能达到Mbit/s级别的处理能力，不适合电信级的CCG部署。同时，DPI部署的CCG不仅仅是为2.5G/3G移动互联网业务部署，实际上LTE业务更加强调多媒体数据的业务精细化运营与融合，所以CCG的解决方案必须要考虑目前2.5G与3G数据业务需求与扩展，也要考虑以后LTE业务的长期部署。

　　深度数据包检测（DPI）是一项已经在流量管理、安全和网络分析等方面获得成功的技术，同时该技术能够对网络数据包进行内容分析，但又与header或者基于元数据的数据包检测有所不同，这两种检测通常是由交换机、防火墙和入侵检测系统/IPS设备来执行的。通常的DPI解决方案能够为不同的应用程序提供深度数据包检测。

　　只针对header的处理限制了能够从数据包处理过程中看到的内容，并且不能够检测基于内容的威胁或者区分使用共同通信平台的应用程序。DPI能够检测出数据包的内容及有效负载并且能够提取出内容级别的信息，如恶意软件、具体数据和应用程序类型。

　　随着网络运营商、互联网服务提供商（ISP）以及类似的公司越来越依赖于其网络以及网络上运行的应用程序的效率，管理带宽和控制通信的复杂性以及安全的需要变得越来越重要。DPI恰好能够提供这些要求，寻求更好的网络管理以及合规的用户企业应该把DPI作为一项重要的技术。

　　DPI技术首先能够将数据包组装到网络的流量中，数据处理（包括协议分类）接着可以从流量内容中提取信息，流量重组和内容提取都需要大量处理能力，尤其是在高流量的数据流中。成功的DPI技术必须能够提供基本功能，如高性能计算和对分析任务的灵活的支持。

　　DPI处理部门必须能够提供符合通信网络性能的可扩扎性和性能，深度内容检测要求比仅仅是header检测更加多的处理。因此，DPI通常使用并行处理结构来加快计算任务。DPI技术终能够向用户提供从网络流量中提取出的信息，实际内容处理可能与提取出的信息有很大差异，DPI技术的表现有点像一个平台，提供内容处理的实用工具，但是可以让用户决定处理哪些内容。

　　UT斯达康在2008年发布的ATCA构架TC8K平台基础上，于2009年第3季度初发布了采用ASIC芯片与DPI技术的CCG解决方案，可进行硬件线性DPI处理，可按业务拓展需求动态部署刀片，提供容错备份保护，适合移动互联网电信级的CCG部署，诠释了精细化运营的理念。

　　3  UT斯达康基于ATCA平台CCG解决方案

　　UT斯达康是专门从事现代通信领域前沿技术和产品的研究、开发、生产、销售的国际化高科技通信公司。UT斯达康成立于1995年，公司总部位于美国硅谷，共有十多个研发中心分布在美国、中国、印度、韩国和加拿大。同时在全世界各地建立了广泛的分支机构，以创新并富有竞争力的产品和服务拓展通信市场。

　　UT斯达康CCG解决方案基于通用ATCA构架的Total Control 8000平台，可与UT斯达康3G PS域其他网元共同部署，如GGSN，PDSN，HA，可实现多机集群、容灾容错部署（图2所示为CCG与HA在3G EVDO移动数据网络中合并归属）。

                             图2  UT斯达康TC8000 CCG在3G EVDO网络中的解决方案
　　UT斯达康TC8000 ATCA平台保证了高速总线带宽，提供了高可靠性与智能管理，具备开放的业务拓展能力。其中，TC8014系列背板总计提供480Gbit/s数据带宽与48Gbit/s管理带宽，提供2个互为备份的10Gbit/s线速2层/3层交换刀片和12个可灵活扩展的业务刀片，CCG处理刀片就是其中一种业务刀片。

　　UT斯达康CCG处理刀片在通用的TC8000业务刀片上进行了增强，DPI采用了增强的64位MIPS64?多核处理器与ASIC芯片相结合的方案，如图3所示。由于单纯的多核处理器在密集运算数据处理时动态功耗会不断增加，UT斯达康CCG解决方案中，DPI处理时会将主处理器的一部分负荷卸载到专用ASIC芯片中，来降低主芯片的功耗，一方面保证了主处理器在较低频率工作时大幅降低系统总功耗，另一方面通过释放主处理器提升了整个系统的性能。

                                        图3  UT斯达康CCG DPI处理设计示意图
　　UT斯达康CCG网关硬件DPI处理可提供高达10万条以上的内容计费规则配置，单刀片达到2Gbit/s线速处理；支持丰富的正规表达式规则构，提供“*”，“？”等字符配置；解析协议支持WAP1.x/2.0，HTTP，MMS，KJAVA，BREW，FTP，SMTP，POP3，IMAP，RTSP和即时通信等；提供基于用户/会话/业务的流量控制、限速、阻断及重定向（路由）。

　　CCMP（Content Charging Management  Platform）是UT斯达康CCG的内容计费管理平台，由计费服务器与操作终端组成，帮助运营商进行内容计费规则管理和用户数据挖掘，提供友好的Web界面、图形化管理的计费规则与话务统计，可支持多个HA/CCG。OCS是用于完成在线计费的计费平台系统，提供计费控制、预付费批价、实时账户处理、余额管理等功能。

　　UT斯达康基于TC8014平台的CCG网关系统能支持300万用户容量，每秒支持18000并发呼叫，自2009年第3季度初发布后，通过了某运营商研究院的功能测试和性能测试，并于2009年8月参与了现场测试与前期部署，已经进入批量部署准备阶段。

　　4  结束语

　　移动互联网差异化的多媒体数据业务、丰富的内容提供与融合计费能力是电信运营商2.5G/3G移动互联网建设中的关键所在。通过内容计费及实施相应的流量管理、监控及计费策略，为不同的SLA用户提供QoS保障，将有力扭转传统互联网网络建设中电信运营商粗放型带宽经营局面，导入移动互联网精细化运营，提高客户良好的业务体验和对运营网络的忠诚度。

　　UT斯达康基于通用、开放ATCA平台的TC8000 CCG解决方案，通过MIPS CPU与ASIC芯片结合的硬件DPI技术，实现电信级CCG解决方案，可以与现有的2.5G/3G分组域网元合并，进行高容错容灾部署；通过CMP计费策略平台，提供细颗粒化计费，同时具备向LTE演进的能力。UT斯达康TC8000 CCG解决方案将助力电信运营商精细化运营，服务精彩移动互联网。