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IMS中策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)融合演進(jìn)的研究

韓磊 盛云鵬 2006/05/23

　　1． 引言

　　從目前移動通信的發(fā)展趨勢看，IMS作為能夠向用戶提供增強(qiáng)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(jù)運(yùn)營商的策略和用戶的需求進(jìn)行基于業(yè)務(wù)的策略控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的計(jì)費(fèi)（基于流的計(jì)費(fèi)）。

　　3GPP在其R5/R6中對IMS的策略控制機(jī)制進(jìn)行了規(guī)定，并在R6中規(guī)范了基于流的計(jì)費(fèi)（FBC）技術(shù)。在當(dāng)前的規(guī)范中，策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)屬于兩套不同的系統(tǒng)，有各自的功能實(shí)體及接口。然而從具體過程看，策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)有很多相似的功能，將其分立設(shè)置無疑增加了網(wǎng)絡(luò)配置、實(shí)體功能的復(fù)雜性，導(dǎo)致了成本的增加，同時(shí)降低了控制的效率，影響了用戶體驗(yàn)。因此，有必要考慮將兩套系統(tǒng)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(tǒng)存在的問題，將二者進(jìn)行融合的可行性，然后將著重分析以GPRS作為接入IMS的方式時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)策略控制和FBC的融合。

　　2. IMS中策略控制和FBC作為分立系統(tǒng)存在的問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(xiàn)了控制平面和用戶平面的分離，然而這并不是說這兩層完全的獨(dú)立。因?yàn)闆]有控制平面和用戶平面的交互，運(yùn)營商將無法完成對用戶面數(shù)據(jù)流的QoS、源/目的地址等的控制。在IMS中，控制平面和用戶平面的交互是通過（基于業(yè)務(wù)）的策略控制完成的。策略控制的架構(gòu)示意圖如圖1。

圖1：策略控制架構(gòu)示意圖

圖2：FBC架構(gòu)示意圖

　　通過IMS，運(yùn)營商能夠更加快捷經(jīng)濟(jì)地部署（多媒體）業(yè)務(wù)，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。業(yè)務(wù)的多樣性對于計(jì)費(fèi)提出了新的要求，運(yùn)營商期望能夠?qū)崿F(xiàn)對于不同業(yè)務(wù)流采用不同的計(jì)費(fèi)規(guī)則。如果按照從前的僅僅以時(shí)長、流量等粗獷型的計(jì)費(fèi)方式將無法滿足新的需求。IMS中可以采用基于流的計(jì)費(fèi)（FBC）技術(shù)。FBC可以完成對于不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的計(jì)費(fèi)，即使這些數(shù)據(jù)流屬于同一個(gè)PDP上下文。FBC的架構(gòu)示意圖如圖2。

　　2.2 策略控制和FBC作為分立系統(tǒng)存在的問題

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

　�。�1） 網(wǎng)絡(luò)配置、實(shí)體功能較為復(fù)雜：依據(jù)當(dāng)前的規(guī)范，CRF、PDF等網(wǎng)元需要分別設(shè)置，相關(guān)接口獨(dú)立存在，這無疑增加了網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)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(xiàn)更為復(fù)雜，可能帶來諸如成本增加等一系列問題。

　�。�2） 控制的實(shí)時(shí)性差，效率低： 策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)在功能上有很多相似性。例如，策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)都要完成對IP包的門控操作。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，影響用戶體驗(yàn)。

　　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(fù)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(tǒng)而存在�；�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(xiàn)承載和業(yè)務(wù)的綁定，都需要根據(jù)一定的策略完成對用戶面數(shù)據(jù)流的操作（允許IP包的通過、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(jù)R6規(guī)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(tǒng)是可行的。

　　3． 策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)實(shí)現(xiàn)融合的架構(gòu)

　　下圖為策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)實(shí)現(xiàn)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，可稱之為策略和計(jì)費(fèi)控制架構(gòu)（PCC）。

圖3： 策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)實(shí)現(xiàn)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

　　如圖所示：

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


• 策略執(zhí)行點(diǎn)（PEP）和用戶面功能（TPF）合設(shè)。


• 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(gòu)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(jì)費(fèi)控制功能。
PCRF根據(jù)來自P-CSCF的應(yīng)用層業(yè)務(wù)信息，本地運(yùn)營商的配置及用戶簽約，向GGSN提供QoS授權(quán)和基于流的計(jì)費(fèi)規(guī)則，以及對于用戶平面數(shù)據(jù)進(jìn)行門控功能的決策（例如關(guān)閉門控功能，丟棄IP包）。

　　GGSN： GGSN根據(jù)PCRF提供的策略決策及計(jì)費(fèi)規(guī)則，執(zhí)行例如IP QoS到UMTS QoS的映射等相關(guān)的處理過程，并能夠提供對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的偵測和計(jì)數(shù)以完成在線和離線計(jì)費(fèi)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(shù)據(jù)流，僅當(dāng)門控功能開啟時(shí)，數(shù)據(jù)流才可以通過。

　�。�2） 對于在FBC控制下的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，僅當(dāng)存在相應(yīng)的激活的計(jì)費(fèi)規(guī)則時(shí)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流才可以通過。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(jì)費(fèi)的結(jié)果）不會引起計(jì)費(fèi)操作。

　　P-CSCF： P-CSCF向PCRF提供動態(tài)的業(yè)務(wù)信息（由SDP導(dǎo)出），以被PCRF用來選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)費(fèi)規(guī)則以及基于業(yè)務(wù)的本地策略。

　　4． PCC架構(gòu)下IP包路由和轉(zhuǎn)發(fā)的方式

　　策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)的關(guān)鍵是在策略和計(jì)費(fèi)規(guī)則的控制下，實(shí)現(xiàn)IP包正確的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。本章將討論P(yáng)CC架構(gòu)下，如何解決這一問題，這也是本文的重點(diǎn)。

　　3GPP R6中涉及IMS的數(shù)據(jù)流的映射方法主要有：IMS信令專用PDP上下文方法以及SBLP過濾器方法。

　　PCC架構(gòu)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⑸鲜鲇成浞椒ǖ奶卣鬟M(jìn)行統(tǒng)一，提供新的PCC過濾器。

　　關(guān)于上述3種數(shù)據(jù)流映射的方法參考下表：

表1: R6 IMS數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分別采用信令專用PDP上下文和SBLP方法實(shí)現(xiàn)綁定和映射。以下將分析如何通過PCC過濾器的方式支持IMS專用信令的映射，并將研究PCC架構(gòu)中如何實(shí)現(xiàn)策略控制（注：因?yàn)镻CC是實(shí)現(xiàn)融合的架構(gòu)，故在這里，策略控制包括2.1小節(jié)中的策略控制功能和FBC）下業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。
　　4.1 IMS信令專用PDP上下文

　　對于IMS信令專用的PDP上下文，UE在PDP上下文激活請求中，在協(xié)議配置選項(xiàng)（PCO）中設(shè)置IMS信令標(biāo)志。IMS信令專用PDP上下文應(yīng)當(dāng)具有一個(gè)TFT。
R6規(guī)范中規(guī)定，專用信令以TFT的格式描述，并且在GGSN中靜態(tài)配置。
在PCC架構(gòu)下：

1. PDP上下文激活時(shí)，GGSN應(yīng)當(dāng)向PCRF匯報(bào)PCO是否設(shè)置了“IMS專用信令標(biāo)志”。
   
   
2. GGSN中具有一個(gè)預(yù)定義的PCC規(guī)則，其優(yōu)先級高于其他的PCC過濾器規(guī)則。
   
   
3. 當(dāng)收到PCO設(shè)置了“IMS專用信令標(biāo)志”時(shí)，PCRF指示GGSN安裝此PCC過濾器。

　　4.2 策略控制下業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)

　　IMS一個(gè)顯著的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)可以對各種用戶協(xié)商的多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行控制（授權(quán)、拒絕及QoS降級等），并轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

　　實(shí)現(xiàn)策略控制下業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)正確轉(zhuǎn)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(quán)的IP QoS應(yīng)用于特定的承載，而基于流的計(jì)費(fèi)中的CRF才能向具有不同QoS的承載應(yīng)用不同的計(jì)費(fèi)規(guī)則。在3GPP R6中，IMS中的策略控制采用基于授權(quán)令牌的綁定機(jī)制，F(xiàn)BC采用UE IP地址加TFT的綁定機(jī)制。

　　本小節(jié)將分析R6中策略控制和FBC的綁定機(jī)制的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上研究PCC架構(gòu)下，新的承載和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的綁定機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

　　4.2.1 基于授權(quán)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通過基于授權(quán)令牌的綁定機(jī)制實(shí)現(xiàn)將承載授權(quán)請求和具體會話的業(yè)務(wù)信息實(shí)現(xiàn)綁定。授權(quán)令牌包括兩方面的信息，PDF的地址和用于標(biāo)識會話的ID。

　　基于授權(quán)令牌的綁定實(shí)現(xiàn)的過程如圖4所示。

　　圖4：基于授權(quán)令牌的綁定實(shí)現(xiàn)過程示意圖

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

　　 基于授權(quán)令牌的綁定機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)PDF中承載相關(guān)的請求和會話信息的快速綁定。但是，基于授權(quán)令牌的綁定機(jī)制也存在一定的缺點(diǎn)和局限性:

　�。�1） 當(dāng)前關(guān)于授權(quán)令牌機(jī)制的規(guī)范都假設(shè)存在SIP信令專用的PDP上下文，用次PDP上下文來承載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(quán)令牌的綁定機(jī)制將很難實(shí)現(xiàn)策略控制。

　　在PCC的架構(gòu)下，需要支持基于授權(quán)令牌的綁定機(jī)制主要是為了滿足后向的兼容性。授權(quán)令牌的出現(xiàn)將取決于PCRF是否生成（令牌），以及UE的執(zhí)行過程。

　　4.2.2 UE IP 地址 + TFT綁定機(jī)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(jī)制。
TFT用于當(dāng)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(shù)據(jù)單元分配給相應(yīng)的PDP上下文進(jìn)行傳輸。對于一個(gè)PDP地址（對應(yīng)一個(gè)IP地址）至多存在一個(gè)PDP上下文沒有指定TFT。

　　TFT由1到8個(gè)包過濾器所組成，每個(gè)包過濾器包括源地址和子網(wǎng)掩碼、協(xié)議號、服務(wù)類別、源端口號/端口范圍等參數(shù)。TFT加上UE IP通過以下步驟實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)的映射和轉(zhuǎn)發(fā)：
1. 當(dāng)GGSN收到分組數(shù)據(jù)單元時(shí)，GGSN進(jìn)行包過慮器的查找，當(dāng)檢索到匹配的包過濾器時(shí)，就在與此包過濾器所在的TFT相關(guān)聯(lián)的PDP上下文中傳輸。
2. 如果沒有檢索到匹配的包過濾器，則分組數(shù)據(jù)單元在沒有分配TFT的默認(rèn)PDP上下文中傳輸。
3. 如果沒有檢索到匹配的包過濾器，且不存在默認(rèn)的PDP上下文，則分組數(shù)據(jù)單元被丟棄。
　　TFT過濾信息加上UE IP地址可以用于為特定PDP上下文選擇策略/計(jì)費(fèi)規(guī)則。

　　4.2.3 PCC架構(gòu)下的綁定機(jī)制及分組數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)

　　相對于基于授權(quán)令牌的綁定機(jī)制，TFT+UE IP的綁定機(jī)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(jì)費(fèi)，且相對Go接口，Gx接口采用的Diameter協(xié)議比較容易擴(kuò)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(jī)制作為IMS中實(shí)現(xiàn)了策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)的PCC架構(gòu)的承載和業(yè)務(wù)綁定機(jī)制。

　　在PCC架構(gòu)下，UE向GGSN提供TFT，PCRF按照TFT指明的優(yōu)先級分析所有的TFT過濾器。當(dāng)找到第一個(gè)匹配的TFT過濾器時(shí)，PCRF根據(jù)來自P-CSCF的業(yè)務(wù)信息和計(jì)費(fèi)規(guī)則或一些本地配置的信息進(jìn)行策略控制，確定PCC過濾器，并提供給GGSN，GGSN在PCC過濾器的控制下完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

　　4.3 小結(jié)

　　PCC架構(gòu)下，GGSN將來自UE的TFT過濾器，授權(quán)令牌以及PCO IMS信令配置報(bào)告給PCRF。PCRF根據(jù)來自P-CSCF的業(yè)務(wù)信息和計(jì)費(fèi)規(guī)則或本地配置的信息，實(shí)現(xiàn)承載和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的正確的綁定，向GGSN安裝PCC過濾器，GGSN在PCC過濾器的控制下完成分組數(shù)據(jù)（IP包）的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。

　　5. 協(xié)議支持

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

　　根據(jù)R6規(guī)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(chǔ)上，增加了一些描述簽約用戶ID及應(yīng)用計(jì)費(fèi)標(biāo)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(xiàn)。

　　對于Go和Gx接口，目前的規(guī)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(yīng)用更容易實(shí)現(xiàn)升級和擴(kuò)展。因此，實(shí)現(xiàn)融合的Gx+接口采用的協(xié)議可以通過對Gx接口協(xié)議的升級來實(shí)現(xiàn)。需要增加的AVP，主要是包括帶寬、QoS等級等。

　　6. 結(jié)論及建議

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

　�。�1） 實(shí)現(xiàn)策略控制和基于流的計(jì)費(fèi)融合的PCC架構(gòu)是可行的；

　�。�2） PCC架構(gòu)可以采用由UE提供TFT，PCRF根據(jù)TFT、業(yè)務(wù)信息及計(jì)費(fèi)策略生成PCC過濾器，GGSN按照PCC過濾器的控制實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)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(chǔ)上，增加相關(guān)的AVPs實(shí)現(xiàn)。

　　盡管如此，PCC架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)仍然是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，需要考慮諸如如何更好的實(shí)現(xiàn)后向兼容，如何實(shí)現(xiàn)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(xiàn)對上行數(shù)據(jù)流的映射等難點(diǎn)問題。關(guān)于PCC，3GPP會在R7版本中進(jìn)行規(guī)范和完善。

中國普天供稿　CTI論壇編輯