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IMS中策略控制和基于流的計費融合演進(jìn)的研究

韓磊 盛云鵬 2006/05/23

　　1． 引言

　　從目前移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢看，IMS作為能夠向用戶(hù)提供增強型IP業(yè)務(wù)（主要是多媒體業(yè)務(wù)）的網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。IMS要求能夠根據運營(yíng)商的策略和用戶(hù)的需求進(jìn)行基于業(yè)務(wù)的策略控制，并且能夠實(shí)現對不同業(yè)務(wù)數據流的計費（基于流的計費）。

　　3GPP在其R5/R6中對IMS的策略控制機制進(jìn)行了規定，并在R6中規范了基于流的計費（FBC）技術(shù)。在當前的規范中，策略控制和基于流的計費屬于兩套不同的系統，有各自的功能實(shí)體及接口。然而從具體過(guò)程看，策略控制和基于流的計費有很多相似的功能，將其分立設置無(wú)疑增加了網(wǎng)絡(luò )配置、實(shí)體功能的復雜性，導致了成本的增加，同時(shí)降低了控制的效率，影響了用戶(hù)體驗。因此，有必要考慮將兩套系統進(jìn)行融合。

　　本文首先探討IMS網(wǎng)絡(luò )中策略控制和FBC作為分立系統存在的問(wèn)題，將二者進(jìn)行融合的可行性，然后將著(zhù)重分析以GPRS作為接入IMS的方式時(shí)，如何實(shí)現策略控制和FBC的融合。

　　2. IMS中策略控制和FBC作為分立系統存在的問(wèn)題及融合可行性分析

　　2.1 IMS中的策略控制和FBC

　　3GPP提出的IMS實(shí)現了控制平面和用戶(hù)平面的分離，然而這并不是說(shuō)這兩層完全的獨立。因為沒(méi)有控制平面和用戶(hù)平面的交互，運營(yíng)商將無(wú)法完成對用戶(hù)面數據流的QoS、源/目的地址等的控制。在IMS中，控制平面和用戶(hù)平面的交互是通過(guò)（基于業(yè)務(wù)）的策略控制完成的。策略控制的架構示意圖如圖1。

圖1：策略控制架構示意圖

圖2：FBC架構示意圖

　　通過(guò)IMS，運營(yíng)商能夠更加快捷經(jīng)濟地部署（多媒體）業(yè)務(wù)，增強用戶(hù)體驗。業(yè)務(wù)的多樣性對于計費提出了新的要求，運營(yíng)商期望能夠實(shí)現對于不同業(yè)務(wù)流采用不同的計費規則。如果按照從前的僅僅以時(shí)長(cháng)、流量等粗獷型的計費方式將無(wú)法滿(mǎn)足新的需求。IMS中可以采用基于流的計費（FBC）技術(shù)。FBC可以完成對于不同業(yè)務(wù)數據流的計費，即使這些數據流屬于同一個(gè)PDP上下文。FBC的架構示意圖如圖2。

　　2.2 策略控制和FBC作為分立系統存在的問(wèn)題

　　在3GPP R6中，策略控制和FBC是作為分立的系統而存在的，有各自的功能實(shí)體及接口。這可能會(huì )帶來(lái)下列問(wèn)題：

　　（1） 網(wǎng)絡(luò )配置、實(shí)體功能較為復雜：依據當前的規范，CRF、PDF等網(wǎng)元需要分別設置，相關(guān)接口獨立存在，這無(wú)疑增加了網(wǎng)絡(luò )配置的復雜性。另外，對于GGSN、P-CSCF等網(wǎng)元，由于需要與不同的實(shí)體（CRF、PDF）交互，完成不同的功能，這將使這些網(wǎng)元的實(shí)現更為復雜，可能帶來(lái)諸如成本增加等一系列問(wèn)題。

　　（2） 控制的實(shí)時(shí)性差，效率低： 策略控制和基于流的計費在功能上有很多相似性。例如，策略控制和基于流的計費都要完成對IP包的門(mén)控操作。如果二者分別進(jìn)行，將使控制的實(shí)時(shí)性較差，效率降低，影響用戶(hù)體驗。

　　2.3 策略控制和FBC融合可行性分析

　　為了降低網(wǎng)絡(luò )配置、實(shí)體功能的復雜性，改善控制的實(shí)時(shí)性和效率，考慮將策略控制和FBC進(jìn)行融合，作為一個(gè)單一的系統而存在。基于下列原因：

　　（1） 功能的相似性為策略控制和FBC的融合提供了前提： 策略控制和FBC在功能上具有很多相似性，例如它們都需要實(shí)現承載和業(yè)務(wù)的綁定，都需要根據一定的策略完成對用戶(hù)面數據流的操作（允許IP包的通過(guò)、丟棄等）等。

　　（2） 接口協(xié)議的相似性為融合提供了便利的條件： 根據R6規范，Rx（CRF和P-CSCF之間）和Gq（PDF和P-CSCF之間）接口采用相同的Diameter協(xié)議。雖然Go（PDF和GGSN之間）和Gx（TPF和CRF之間）接口使用的協(xié)議不同，但是鑒于功能的相似性，可以通過(guò)對某一接口協(xié)議的升級而支持另一接口的功能。

　　基于上述原因，將策略控制和FBC融合成一個(gè)單一的系統是可行的。

　　3． 策略控制和基于流的計費實(shí)現融合的架構

　　下圖為策略控制和基于流的計費實(shí)現融合的網(wǎng)絡(luò )架構示意圖，可稱(chēng)之為策略和計費控制架構（PCC）。

圖3： 策略控制和基于流的計費實(shí)現融合的網(wǎng)絡(luò )架構示意圖

　　如圖所示：

• PDF和CRF融合為一個(gè)新的功能實(shí)體，稱(chēng)之為PCRF。


• 策略執行點(diǎn)（PEP）和用戶(hù)面功能（TPF）合設。


• Gq接口和Rx接口融合為Rx+；


• Go接口和Gx接口融合為Gx+；

　　PCC架構下，主要實(shí)體的功能如下：

　　PCRF： 由圖3可以看出，PCRF實(shí)體必須包括策略控制和基于流的計費控制功能。
PCRF根據來(lái)自P-CSCF的應用層業(yè)務(wù)信息，本地運營(yíng)商的配置及用戶(hù)簽約，向GGSN提供QoS授權和基于流的計費規則，以及對于用戶(hù)平面數據進(jìn)行門(mén)控功能的決策（例如關(guān)閉門(mén)控功能，丟棄IP包）。

　　GGSN： GGSN根據PCRF提供的策略決策及計費規則，執行例如IP QoS到UMTS QoS的映射等相關(guān)的處理過(guò)程，并能夠提供對業(yè)務(wù)數據流的偵測和計數以完成在線(xiàn)和離線(xiàn)計費功能。GGSN還需要完成下述功能：

　　（1） 對于在GGSN策略控制下的業(yè)務(wù)數據流，僅當門(mén)控功能開(kāi)啟時(shí)，數據流才可以通過(guò)。

　　（2） 對于在FBC控制下的業(yè)務(wù)數據流，僅當存在相應的激活的計費規則時(shí)，業(yè)務(wù)數據流才可以通過(guò)。GGSN必須能夠確保其所丟棄的IP包（作為策略控制和基于流計費的結果）不會(huì )引起計費操作。

　　P-CSCF： P-CSCF向PCRF提供動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)信息（由SDP導出），以被PCRF用來(lái)選擇適當的計費規則以及基于業(yè)務(wù)的本地策略。

　　4． PCC架構下IP包路由和轉發(fā)的方式

　　策略控制和基于流的計費的關(guān)鍵是在策略和計費規則的控制下，實(shí)現IP包正確的路由和轉發(fā)。本章將討論PCC架構下，如何解決這一問(wèn)題，這也是本文的重點(diǎn)。

　　3GPP R6中涉及IMS的數據流的映射方法主要有：IMS信令專(zhuān)用PDP上下文方法以及SBLP過(guò)濾器方法。

　　PCC架構應當能夠將上述映射方法的特征進(jìn)行統一，提供新的PCC過(guò)濾器。

　　關(guān)于上述3種數據流映射的方法參考下表：

表1: R6 IMS數據流映射方法與PCC方法的比較

　　如上表所示，在3GPP R6中，對于IMS信令以及IMS控制下的業(yè)務(wù)數據分別采用信令專(zhuān)用PDP上下文和SBLP方法實(shí)現綁定和映射。以下將分析如何通過(guò)PCC過(guò)濾器的方式支持IMS專(zhuān)用信令的映射，并將研究PCC架構中如何實(shí)現策略控制（注：因為PCC是實(shí)現融合的架構，故在這里，策略控制包括2.1小節中的策略控制功能和FBC）下業(yè)務(wù)數據的路由和轉發(fā)。
　　4.1 IMS信令專(zhuān)用PDP上下文

　　對于IMS信令專(zhuān)用的PDP上下文，UE在PDP上下文激活請求中，在協(xié)議配置選項（PCO）中設置IMS信令標志。IMS信令專(zhuān)用PDP上下文應當具有一個(gè)TFT。
R6規范中規定，專(zhuān)用信令以TFT的格式描述，并且在GGSN中靜態(tài)配置。
在PCC架構下：

1. PDP上下文激活時(shí)，GGSN應當向PCRF匯報PCO是否設置了“IMS專(zhuān)用信令標志”。
   
   
2. GGSN中具有一個(gè)預定義的PCC規則，其優(yōu)先級高于其他的PCC過(guò)濾器規則。
   
   
3. 當收到PCO設置了“IMS專(zhuān)用信令標志”時(shí)，PCRF指示GGSN安裝此PCC過(guò)濾器。

　　4.2 策略控制下業(yè)務(wù)數據的路由和轉發(fā)

　　IMS一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )可以對各種用戶(hù)協(xié)商的多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行控制（授權、拒絕及QoS降級等），并轉發(fā)相應的用戶(hù)業(yè)務(wù)數據。

　　實(shí)現策略控制下業(yè)務(wù)數據正確轉發(fā)的前提是IP承載和業(yè)務(wù)的綁定。只要這樣，策略控制才能將具體業(yè)務(wù)授權的IP QoS應用于特定的承載，而基于流的計費中的CRF才能向具有不同QoS的承載應用不同的計費規則。在3GPP R6中，IMS中的策略控制采用基于授權令牌的綁定機制，FBC采用UE IP地址加TFT的綁定機制。

　　本小節將分析R6中策略控制和FBC的綁定機制的特點(diǎn)，在此基礎上研究PCC架構下，新的承載和業(yè)務(wù)數據的綁定機制，以實(shí)現業(yè)務(wù)數據的路由和轉發(fā)。

　　4.2.1 基于授權令牌的綁定

　　如表1所示，R6中的IMS業(yè)務(wù)采用基于業(yè)務(wù)的本地策略（SBLP），SBLP通過(guò)基于授權令牌的綁定機制實(shí)現將承載授權請求和具體會(huì )話(huà)的業(yè)務(wù)信息實(shí)現綁定。授權令牌包括兩方面的信息，PDF的地址和用于標識會(huì )話(huà)的ID。

　　基于授權令牌的綁定實(shí)現的過(guò)程如圖4所示。

　　圖4：基于授權令牌的綁定實(shí)現過(guò)程示意圖

1. P-CSCF針對新會(huì )話(huà)，向PDF傳遞會(huì )話(huà)信息，并向PDF請求一個(gè)授權令牌。
   
   
2. PDF對申請的資源進(jìn)行授權，并生成一個(gè)授權令牌返回給P-CSCF。
   
   
3. P-CSCF將授權令牌傳遞給UE
   
   
4. UE利用收到的授權令牌，向GGSN發(fā)起（次）PDP上下文激活請求。
   
   
5. GGSN收到授權請求后，根據授權令牌中的PDF標識，向適當PDF請求授權，請求中包含授權令牌。
   
   
6. PDF根據授權令牌中的會(huì )話(huà)ID識別相應的會(huì )話(huà)，按照2步中完成的授權向GGSN返回策略決策（包括授權的QoS，包分類(lèi)器等）。

　　 基于授權令牌的綁定機制能夠實(shí)現PDF中承載相關(guān)的請求和會(huì )話(huà)信息的快速綁定。但是，基于授權令牌的綁定機制也存在一定的缺點(diǎn)和局限性:

　　（1） 當前關(guān)于授權令牌機制的規范都假設存在SIP信令專(zhuān)用的PDP上下文，用次PDP上下文來(lái)承載IMS的媒體，而激活多個(gè)PDP上下文將是對終端資源很大的消耗。

　　（2） 對于僅存在一個(gè)PDP上下文的情形，使用基于授權令牌的綁定機制將很難實(shí)現策略控制。

　　在PCC的架構下，需要支持基于授權令牌的綁定機制主要是為了滿(mǎn)足后向的兼容性。授權令牌的出現將取決于PCRF是否生成（令牌），以及UE的執行過(guò)程。

　　4.2.2 UE IP 地址 + TFT綁定機制

　　3GPP R6中的Gx接口（TPF和CRF之間）支持基于UE IP 地址 + TFT綁定機制。
TFT用于當多個(gè)PDP上下文共享一個(gè)PDP地址時(shí)，使GGSN可以采用TFT將分組數據單元分配給相應的PDP上下文進(jìn)行傳輸。對于一個(gè)PDP地址（對應一個(gè)IP地址）至多存在一個(gè)PDP上下文沒(méi)有指定TFT。

　　TFT由1到8個(gè)包過(guò)濾器所組成，每個(gè)包過(guò)濾器包括源地址和子網(wǎng)掩碼、協(xié)議號、服務(wù)類(lèi)別、源端口號/端口范圍等參數。TFT加上UE IP通過(guò)以下步驟實(shí)現分組數據的映射和轉發(fā)：
1. 當GGSN收到分組數據單元時(shí)，GGSN進(jìn)行包過(guò)慮器的查找，當檢索到匹配的包過(guò)濾器時(shí)，就在與此包過(guò)濾器所在的TFT相關(guān)聯(lián)的PDP上下文中傳輸。
2. 如果沒(méi)有檢索到匹配的包過(guò)濾器，則分組數據單元在沒(méi)有分配TFT的默認PDP上下文中傳輸。
3. 如果沒(méi)有檢索到匹配的包過(guò)濾器，且不存在默認的PDP上下文，則分組數據單元被丟棄。
　　TFT過(guò)濾信息加上UE IP地址可以用于為特定PDP上下文選擇策略/計費規則。

　　4.2.3 PCC架構下的綁定機制及分組數據的路由和轉發(fā)

　　相對于基于授權令牌的綁定機制，TFT+UE IP的綁定機制可以完成一個(gè)或多個(gè)PDP上下文時(shí)的策略控制和基于流的計費，且相對Go接口，Gx接口采用的Diameter協(xié)議比較容易擴展升級而支持策略控制功能。 因此本文將TFT＋UE IP地址的綁定機制作為IMS中實(shí)現了策略控制和基于流的計費的PCC架構的承載和業(yè)務(wù)綁定機制。

　　在PCC架構下，UE向GGSN提供TFT，PCRF按照TFT指明的優(yōu)先級分析所有的TFT過(guò)濾器。當找到第一個(gè)匹配的TFT過(guò)濾器時(shí)，PCRF根據來(lái)自P-CSCF的業(yè)務(wù)信息和計費規則或一些本地配置的信息進(jìn)行策略控制，確定PCC過(guò)濾器，并提供給GGSN，GGSN在PCC過(guò)濾器的控制下完成業(yè)務(wù)數據的路由和轉發(fā)。

　　4.3 小結

　　PCC架構下，GGSN將來(lái)自UE的TFT過(guò)濾器，授權令牌以及PCO IMS信令配置報告給PCRF。PCRF根據來(lái)自P-CSCF的業(yè)務(wù)信息和計費規則或本地配置的信息，實(shí)現承載和業(yè)務(wù)數據的正確的綁定，向GGSN安裝PCC過(guò)濾器，GGSN在PCC過(guò)濾器的控制下完成分組數據（IP包）的路由和轉發(fā)。

　　5. 協(xié)議支持

　　從3GPP R6關(guān)于Gq/Go，Rx/Gx接口的規范情況看，實(shí)現接口的融合，采用統一的協(xié)議不難實(shí)現。

　　根據R6規范，Rx和Gq接口采用相同的Diameter協(xié)議（RFC3588）。Rx只是在Gq協(xié)議的基礎上，增加了一些描述簽約用戶(hù)ID及應用計費標識等AVP. 因此融合的Rx+接口基本可以按照Rx接口的定義實(shí)現。

　　對于Go和Gx接口，目前的規范中兩者采用不同的協(xié)議。如本文上一章所述，相對于Go接口的COPS協(xié)議，Gx接口的Diameter協(xié)議和Diameter信用控制應用更容易實(shí)現升級和擴展。因此，實(shí)現融合的Gx+接口采用的協(xié)議可以通過(guò)對Gx接口協(xié)議的升級來(lái)實(shí)現。需要增加的AVP，主要是包括帶寬、QoS等級等。

　　6. 結論及建議

　　鑒于IMS網(wǎng)絡(luò )中，策略控制和基于流的計費的功能和過(guò)程的相似性，本文討論了將二者進(jìn)行融合的思路。通過(guò)本文的討論，可以得出以下結論和建議：

　　（1） 實(shí)現策略控制和基于流的計費融合的PCC架構是可行的；

　　（2） PCC架構可以采用由UE提供TFT，PCRF根據TFT、業(yè)務(wù)信息及計費策略生成PCC過(guò)濾器，GGSN按照PCC過(guò)濾器的控制實(shí)現用戶(hù)數據的路由和轉發(fā)。

　　（3） 在具體的接口協(xié)議的支持上，融合的Rx+接口和Gx+接口可以考慮在Rx和Gx接口的基礎上，增加相關(guān)的AVPs實(shí)現。

　　盡管如此，PCC架構的實(shí)現仍然是一個(gè)比較復雜的問(wèn)題，需要考慮諸如如何更好的實(shí)現后向兼容，如何實(shí)現PCC控制下的業(yè)務(wù)和非PCC控制的業(yè)務(wù)的并發(fā)傳輸，TFT加UE IP的綁定方式如何實(shí)現對上行數據流的映射等難點(diǎn)問(wèn)題。關(guān)于PCC，3GPP會(huì )在R7版本中進(jìn)行規范和完善。

中國普天供稿　CTI論壇編輯