IMS中策略控制和基于流的計費融合演進的研究

　　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型IP業(yè)務（主要是多媒體業(yè)務）的網(wǎng)絡已經(jīng)引起人們的廣泛關注。IMS要求能夠根據(jù)運營商的策略和用戶的需求進行基于業(yè)務的策略控制，并且能夠實現(xiàn)對不同業(yè)務數(shù)據(jù)流的計費（基于流的計費）。

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

　　本文首先探討IMS網(wǎng)絡中策略控制和FBC作為分立系統(tǒng)存在的問題，將二者進行融合的可行性，然后將著重分析以GPRS作為接入IMS的方式時，如何實現(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立。因為沒有控制平面和用戶平面的交互，運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）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IMS，運營商能夠更加快捷經(jīng)濟地部署（多媒體）業(yè)務，增強用戶體驗。業(yè)務的多樣性對于計費提出了新的要求，運營商期望能夠實現(xiàn)對于不同業(yè)務流采用不同的計費規(guī)則。如果按照從前的僅僅以時長、流量等粗獷型的計費方式將無法滿足新的需求。IMS中可以采用基于流的計費（FBC）技術。FBC可以完成對于不同業(yè)務數(shù)據(jù)流的計費，即使這些數(shù)據(jù)流屬于同一個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(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，有各自的功能實體及接口。這可能會帶來下列問題：

　�。�1） 網(wǎng)絡配置、實體功能較為復雜：依據(jù)當前的規(guī)范，CRF、PDF等網(wǎng)元需要分別設置，相關接口獨立存在，這無疑增加了網(wǎng)絡配置的復雜性。另外，對于GGSN、P-CSCF等網(wǎng)元，由于需要與不同的實體（CRF、PDF）交互，完成不同的功能，這將使這些網(wǎng)元的實現(xiàn)更為復雜，可能帶來諸如成本增加等一系列問題。

　�。�2） 控制的實時性差，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包的門控操作。如果二者分別進行，將使控制的實時性較差，效率降低，影響用戶體驗。

　　2.3 策略控制和FBC融合可行性分析

　　為了降低網(wǎng)絡配置、實體功能的復雜性，改善控制的實時性和效率，考慮將策略控制和FBC進行融合，作為一個單一的系統(tǒng)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，例如它們都需要實現(xiàn)承載和業(yè)務的綁定，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融合成一個單一的系統(tǒng)是可行的。

　　3． 策略控制和基于流的計費實現(xiàn)融合的架構

　　下圖為策略控制和基于流的計費實現(xiàn)融合的網(wǎng)絡架構示意圖，可稱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現(xiàn)融合的網(wǎng)絡架構示意圖

　　如圖所示：

PDF和CRF融合為一個新的功能實體，稱之為PCRF。

策略執(zhí)行點（PEP）和用戶面功能（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，主要實體的功能如下：

　　PCRF： 由圖3可以看出，PCRF實體必須包括策略控制和基于流的計費控制功能。
PCRF根據(jù)來自P-CSCF的應用層業(yè)務信息，本地運營商的配置及用戶簽約，向GGSN提供QoS授權和基于流的計費規(guī)則，以及對于用戶平面數(shù)據(jù)進行門控功能的決策（例如關閉門控功能，丟棄IP包）。

　　GGSN： GGSN根據(jù)PCRF提供的策略決策及計費規(guī)則，執(zhí)行例如IP QoS到UMTS QoS的映射等相關的處理過程，并能夠提供對業(yè)務數(shù)據(jù)流的偵測和計數(shù)以完成在線和離線計費功能。GGSN還需要完成下述功能：

　�。�1） 對于在GGSN策略控制下的業(yè)務數(shù)據(jù)流，僅當門控功能開啟時，數(shù)據(jù)流才可以通過。

　�。�2） 對于在FBC控制下的業(yè)務數(shù)據(jù)流，僅當存在相應的激活的計費規(guī)則時，業(yè)務數(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費的結果）不會引起計費操作。

　　P-CSCF： P-CSCF向PCRF提供動態(tài)的業(yè)務信息（由SDP導出），以被PCRF用來選擇適當?shù)挠嬞M規(guī)則以及基于業(yè)務的本地策略。

　　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鍵是在策略和計費規(guī)則的控制下，實現(xiàn)IP包正確的路由和轉發(fā)。本章將討論PCC架構下，如何解決這一問題，這也是本文的重點。

　　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架構應當能夠將上述映射方法的特征進行統(tǒng)一，提供新的PCC過濾器。

　　關于上述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
[table]

特征	專用信令上下文方法	SBLP方法	PCC過濾器
前提	PDP上下文中設置了IMS 信令PCO	UE在PDP上下文中提供了SBLP綁定信息，PDF提供一個或多個SBLP過濾器	UE提供一個或多個TFT過濾器， PCRF提供PCC過濾器（注1）
定義過濾器的實體	在GGSN中進行本地配置	PDF	PCRF或GGSN（注2）
此方法中過濾器的優(yōu)先級	所有過濾器相同優(yōu)先級	所有過濾器相同優(yōu)先級	按照PCC過濾器的優(yōu)先級
修改過濾器的方法	在GGSN進行本地配置	基于P-CSCF中的信令由PDF 決策進行修改	由PCRF或GGSN進行修改
增加/刪除過濾器	在GGSN中進行本地配置	基于UE發(fā)起的增加/刪加請求，PDF進行決策	PCRF增加/刪除PCC過濾器，如果是本地預定義的PCC過濾器，可能通過GGSN本地管理進行增加/刪除
Gating	沒有	有	PCC（PCRF控制下）的屬性
注1: 包括在GGSN中預定義的過濾器，例如FBC預定義的計費規(guī)則。 注 2: 由GGSN定義的過濾器，例如對于IMS專用信令。

[/table]

　　如上表所示，在3GPP R6中，對于IMS信令以及IMS控制下的業(yè)務數(shù)據(jù)分別采用信令專用PDP上下文和SBLP方法實現(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架構中如何實現(xiàn)策略控制（注：因為PCC是實現(xiàn)融合的架構，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)務數(shù)據(jù)的路由和轉發(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（PCO）中設置IMS信令標志。IMS信令專用PDP上下文應當具有一個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架構下：

PDP上下文激活時，GGSN應當向PCRF匯報PCO是否設置了“IMS專用信令標志”。

GGSN中具有一個預定義的PCC規(guī)則，其優(yōu)先級高于其他的PCC過濾器規(guī)則。

當收到PCO設置了“IMS專用信令標志”時，PCRF指示GGSN安裝此PCC過濾器。

　　4.2 策略控制下業(yè)務數(shù)據(jù)的路由和轉發(fā)

　　IMS一個顯著的特點是網(wǎng)絡可以對各種用戶協(xié)商的多媒體業(yè)務進行控制（授權、拒絕及QoS降級等），并轉發(fā)相應的用戶業(yè)務數(shù)據(jù)。

　　實現(xiàn)策略控制下業(yè)務數(shù)據(jù)正確轉發(fā)的前提是IP承載和業(yè)務的綁定。只要這樣，策略控制才能將具體業(yè)務授權的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(guī)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，F(xiàn)BC采用UE IP地址加TFT的綁定機制。

　　本小節(jié)將分析R6中策略控制和FBC的綁定機制的特點，在此基礎上研究PCC架構下，新的承載和業(yè)務數(shù)據(jù)的綁定機制，以實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)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)務采用基于業(yè)務的本地策略（SBLP），SBLP通過基于授權令牌的綁定機制實現(xiàn)將承載授權請求和具體會話的業(yè)務信息實現(xiàn)綁定。授權令牌包括兩方面的信息，PDF的地址和用于標識會話的ID。

　　基于授權令牌的綁定實現(xiàn)的過程如圖4所示。


　　圖4：基于授權令牌的綁定實現(xiàn)過程示意圖

P-CSCF針對新會話，向PDF傳遞會話信息，并向PDF請求一個授權令牌。

PDF對申請的資源進行授權，并生成一個授權令牌返回給P-CSCF。

P-CSCF將授權令牌傳遞給UE

UE利用收到的授權令牌，向GGSN發(fā)起（次）PDP上下文激活請求。

GGSN收到授權請求后，根據(jù)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。

PDF根據(jù)授權令牌中的會話ID識別相應的會話，按照2步中完成的授權向GGSN返回策略決策（包括授權的QoS，包分類器等）。

　　 基于授權令牌的綁定機制能夠實現(xiàn)PDF中承載相關的請求和會話信息的快速綁定。但是，基于授權令牌的綁定機制也存在一定的缺點和局限性:

　�。�1） 當前關于授權令牌機制的規(guī)范都假設存在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PDP上下文將是對終端資源很大的消耗。

　�。�2） 對于僅存在一個PDP上下文的情形，使用基于授權令牌的綁定機制將很難實現(xiàn)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足后向的兼容性。授權令牌的出現(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PDP上下文共享一個PDP地址時，使GGSN可以采用TFT將分組數(shù)據(jù)單元分配給相應的PDP上下文進行傳輸。對于一個PDP地址（對應一個IP地址）至多存在一個PDP上下文沒有指定TFT。

　　TFT由1到8個包過濾器所組成，每個包過濾器包括源地址和子網(wǎng)掩碼、協(xié)議號、服務類別、源端口號/端口范圍等參數(shù)。TFT加上UE IP通過以下步驟實現(xiàn)分組數(shù)據(jù)的映射和轉發(fā)：

1. 當GGSN收到分組數(shù)據(jù)單元時，GGSN進行包過慮器的查找，當檢索到匹配的包過濾器時，就在與此包過濾器所在的TFT相關聯(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/計費規(guī)則。

　　4.2.3 PCC架構下的綁定機制及分組數(shù)據(jù)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或多個PDP上下文時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中實現(xiàn)了策略控制和基于流的計費的PCC架構的承載和業(yè)務綁定機制。

　　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過濾器。當找到第一個匹配的TFT過濾器時，PCRF根據(jù)來自P-CSCF的業(yè)務信息和計費規(guī)則或一些本地配置的信息進行策略控制，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)務數(shù)據(jù)的路由和轉發(fā)。

　　4.3 小結

　　PCC架構下，GGSN將來自UE的TFT過濾器，授權令牌以及PCO IMS信令配置報告給PCRF。PCRF根據(jù)來自P-CSCF的業(yè)務信息和計費規(guī)則或本地配置的信息，實現(xiàn)承載和業(yè)務數(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）的路由和轉發(fā)。

　　5. 協(xié)議支持

　　從3GPP R6關于Gq/Go，Rx/Gx接口的規(guī)范情況看，實現(xiàn)接口的融合，采用統(tǒng)一的協(xié)議不難實現(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)議的基礎上，增加了一些描述簽約用戶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信用控制應用更容易實現(xiàn)升級和擴展。因此，實現(xiàn)融合的Gx+接口采用的協(xié)議可以通過對Gx接口協(xié)議的升級來實現(xiàn)。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)絡中，策略控制和基于流的計費的功能和過程的相似性，本文討論了將二者進行融合的思路。通過本文的討論，可以得出以下結論和建議：

　　（1） 實現(xiàn)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(jù)TFT、業(yè)務信息及計費策略生成PCC過濾器，GGSN按照PCC過濾器的控制實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)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，增加相關的AVPs實現(xiàn)。

　　盡管如此，PCC架構的實現(xiàn)仍然是一個比較復雜的問題，需要考慮諸如如何更好的實現(xiàn)后向兼容，如何實現(xiàn)PCC控制下的業(yè)務和非PCC控制的業(yè)務的并發(fā)傳輸，TFT加UE IP的綁定方式如何實現(xiàn)對上行數(shù)據(jù)流的映射等難點問題。關于PCC，3GPP會在R7版本中進行規(guī)范和完善。