NGN中資源接納控制接口及流程的研究

摘要　資源接納控制功能的引入，是電信網(wǎng)可控可管理念在NGN中的一個體現(xiàn)。本文介紹了在ITU-T Y.2111提出的資源接納控制功能的體系架構(gòu)，并探討了此架構(gòu)下資源控制的主要功能在不同層之間接口上的實現(xiàn)以及具體的業(yè)務(wù)流程。

1、引言

ITU-T NGN的功能架構(gòu)中，在業(yè)務(wù)控制層和承載傳送層之間引入了承載控制層。其中資源接納控制功能就是位于承載控制層上的一個重要功能：向業(yè)務(wù)層屏蔽傳送網(wǎng)絡(luò)的具體細節(jié)；支持業(yè)務(wù)控制與傳送功能相分離；向下感知傳送網(wǎng)絡(luò)的資源使用情況；通過資源和接納的控制，確保用戶正確合理的使用傳送網(wǎng)絡(luò)資源；保證業(yè)務(wù)的QoS；防止帶寬和業(yè)務(wù)盜用等。目前各標準組織對資源接納控制相關(guān)的功能進行了不同程度、不同角度的研究，ITU-T中相關(guān)功能稱為資源接納控制功能（RACF，Resource and Admission Control Function），Tispan中相關(guān)功能稱為資源接納控制子系統(tǒng)（RACS，Resource and Admission Control Sub System）。兩個組織R1階段功能架構(gòu)的規(guī)范都已經(jīng)發(fā)布，正在進行R2階段的研究。3GPP從移動網(wǎng)絡(luò)的角度提出的相關(guān)功能稱為策略和計費控制（PCC，Policy and charging control），已經(jīng)輸出了3GPP R7版本的規(guī)范3GPP TS 23.203。

本文在ITU-T Y.2111提出的資源接納控制功能體系架構(gòu)下，探討了資源接納控制功能的具體實現(xiàn)和流程細節(jié)。

2、功能體系架構(gòu)

在ITU-T NGN的功能架構(gòu)中，RACF位于業(yè)務(wù)控制層和承載傳送層之間，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層的請求確定傳送資源的可用性、執(zhí)行接納控制，并對傳送資源進行QoS控制、NAPT/防火墻控制以及NAT穿越。

ITU-T RACF的功能體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1　ITU-T RACF的功能架構(gòu)

RACF由策略決策功能實體PD-FE和傳送資源控制功能TRC-FE兩個功能實體組成。PD-FE基于網(wǎng)絡(luò)策略規(guī)則、業(yè)務(wù)控制功能SCF提供的業(yè)務(wù)信息、網(wǎng)絡(luò)附著控制功能NACF提供的傳送層簽約信息，以及TRC-FE提供的資源接納決策結(jié)果，做出網(wǎng)絡(luò)資源接納控制的最后決策�？梢曰�于每個流對傳送層的策略執(zhí)行功能實體。PE-FE下發(fā)資源接納控制策略。TRC-FE負責(zé)收集和維護傳送網(wǎng)的拓撲和資源狀態(tài)信息，基于拓撲、連接性、網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點資源的可用性以及接入網(wǎng)中的傳送層簽約信息等網(wǎng)絡(luò)信息控制資源的使用，提供傳送網(wǎng)絡(luò)接納控制的決策。PD-FE通過Rt參考點請求TRC-FE檢測或者決定所請求的媒體流路徑上的QoS資源。

3、層間接口上傳遞的信息

3.1　業(yè)務(wù)控制層和RACF之間的Rs接口

如圖1所示，SCF通過Rs接口和RACF進行交互，傳送來自業(yè)務(wù)層的用于進行QoS資源授權(quán)和預(yù)留所需要的信息，除維護和管理接口上的會話信息外，主要包括資源控制處理信息、請求提供QoS保證的媒體相關(guān)的信息、資源控制動作相關(guān)的信息以及計費關(guān)聯(lián)信息。

資源控制處理信息提供了Rs接口上的資源控制會話相關(guān)的信息，如SCF的標識符及所屬的服務(wù)提供商、用戶的標識符以及地址信息、資源請求優(yōu)先級、該會話所請求的資源的預(yù)留保持時間等。

媒體相關(guān)的信息是SCF根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)請求（如業(yè)務(wù)層的信令）得到的。每個業(yè)務(wù)層的會話里可能包含多種業(yè)務(wù)（例如話音、視頻等），每個業(yè)務(wù)又可能包含多個媒體流。相應(yīng)地，Rs接口上的媒體信息可能包含多種業(yè)務(wù)類型的多個數(shù)據(jù)流的描述，每種媒體用一個媒體序號標識，每個媒體流（包括上下行）用流號標識。具體包括如下信息：

（1）媒體序號和業(yè)務(wù)類型。

（2）應(yīng)用業(yè)務(wù)類別。

（3）媒體優(yōu)先級。

（4）具體媒體流的描述

●流的方向（上行、下行、雙向）；

●流號；

●流的狀態(tài)（上下行門控開關(guān)狀態(tài)）；

●流的五元組（源和目的地址、端口號、四層協(xié)議號）；

●請求的最大帶寬（上下行帶寬分別描述）。

另外，SCF還可能根據(jù)需要提供以下的控制信息，如資源預(yù)留模式、動態(tài)防火墻工作模式、事件通知指示、NAT穿越指示等信息。

目前ITU-T的RACF架構(gòu)中，在計費方面，支持簡單的計費關(guān)聯(lián)功能。Rs接口上提供了傳送來自業(yè)務(wù)層計費關(guān)聯(lián)信息和承載層的計費關(guān)聯(lián)信息的能力。

PD-FE也需要通過Rs接口返回資源請求的結(jié)果以及原因、承載層的計費關(guān)聯(lián)信息、承載層的事件通知，以及NAT/NAPT時的修改應(yīng)用層信令消息的命令及地址綁定信息。

3.2　承載傳送層和RACF之間的接口

如圖1所示，承載傳送層和RACF之間的接口有三個——Rw，Rc和Rn。PD-FE通過Rw接口在PE-FE上安裝最終的接納決策，請求進行NAT/NAPT的控制及地址綁定信息，當采用Pull方式時也通過Rw接口接受來自傳送層的QoS資源請求。PE-FE是Packet-to-Packet網(wǎng)關(guān)，在實際的網(wǎng)絡(luò)中可以位于用戶終端設(shè)備CPE和接入網(wǎng)絡(luò)之間、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間，或者不同運營商網(wǎng)絡(luò)之間。TRC-FE通過Rc接口收集接入網(wǎng)或核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲和資源狀態(tài)信息，TRC-FE可以和網(wǎng)絡(luò)邊界或網(wǎng)絡(luò)中的傳送功能實體進行交互，包括PE-FE、TRE-FE和其他的位于傳送平面的功能實體來獲取相關(guān)的信息。Rn接口是TRC-FE和TRE-FE之間的接口，具體的功能有待進一步的研究。

Rw接口上傳遞的信息主要包括資源控制處理信息、所接納的提供QoS保證的媒體相關(guān)的信息、資源控制動作相關(guān)的信息以及計費關(guān)聯(lián)信息等。

資源控制處理信息主要包括資源請求優(yōu)先級信息，當同時有多個請求存在時，PE-FE可以使用該信息處理，該信息來源于從Rs接口上收到的指示。

所接納的提供QoS保證的媒體相關(guān)信息，除了在Rs接口上收到的媒體流描述和媒體優(yōu)先級信息外，還包括其他QoS參數(shù)，如CPE定制的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類別、IP QoS處理類別、流量的描述（如峰值速率、可保證提供速率和最大突發(fā)量）、核心網(wǎng)中的路徑選擇信息等。PD-FE根據(jù)這些信息進行基于流的QoS控制。

根據(jù)Rs接口收到的資源控制動作信息，PD-FE將需要PE-FE進行處理的相關(guān)信息通過Rw接口進行透穿，如動態(tài)防火墻工作模式、事件通知指示、NAT穿越等指示信息。另外，PD-FE根據(jù)配置的策略規(guī)則確定是否需要執(zhí)行近端NAPT控制，如需要，將通過Rw接口傳遞NAPT控制指示。

PD-FE通過Rw接口將來自業(yè)務(wù)層的計費關(guān)聯(lián)信息傳遞給PE-FE。

PE-FE通過Rw接口返回策略執(zhí)行的結(jié)果以及原因、承載層的計費關(guān)聯(lián)信息、承載層的事件通知，以及NAT/NAPT的地址綁定信息。

當資源控制模式采用pull方式時，PE-FE通過Rw接口傳遞資源決策請求信息，提供如會話綁定信息或者請求QoS保證的媒體流描述。

Rc接口上傳遞的信息主要包括網(wǎng)絡(luò)拓撲信息、資源狀態(tài)信息以及傳送實體上事件通知的指示。

4、控制流程

根據(jù)以上接口上實現(xiàn)的功能的分析可知，RACF的功能可以分為QoS控制和NAPT控制兩個類。相應(yīng)地，流程上也分為QoS控制流程和NAPT控制流程。

4.1　QoS控制流程

根據(jù)資源控制應(yīng)用場景的不同，QoS控制流程可以分為SCF發(fā)起資源請求和用戶駐地設(shè)備CPE發(fā)起資源請求兩種情況。另外QoS資源控制涉及以下三種邏輯狀態(tài)：授權(quán)、預(yù)留和接納。在SCF發(fā)起QoS資源請求的場景下，通常采用一階段（授權(quán)+預(yù)留+接納）或者二階段（授權(quán)+預(yù)留、接納）方式進行策略的控制。在CPE發(fā)起資源請求的場景下，通常采用二階段（授權(quán)、預(yù)留+接納）或者三階段（授權(quán)、預(yù)留、接納）方式進行策略的控制。

（1）SCF發(fā)起的授權(quán)、預(yù)留和接納流程

SCF發(fā)起QoS資源控制的授權(quán)、預(yù)留和接納的基本流程可以描述如下。

●觸發(fā)請求

在業(yè)務(wù)建立過程中或由于內(nèi)部操作使得SCF觸發(fā)Rs接口上的資源初始請求，例如SCF收到或產(chǎn)生業(yè)務(wù)信令消息。

●發(fā)送請求

SCF確定或從業(yè)務(wù)的媒體流信息中導(dǎo)出所請求的QoS參數(shù)（如帶寬和業(yè)務(wù)類別），然后通過Rs接口向PD-FE發(fā)送資源初始請求消息，其中包含媒體流描述和相關(guān)QoS參數(shù)，以便進行QoS資源授權(quán)和預(yù)留。

●授權(quán)

PD-FE將對請求的QoS資源進行授權(quán)，PD-FE將檢查請求消息中的媒體流描述、請求的QoS資源和PD-FE中的網(wǎng)絡(luò)策略規(guī)則、從NASF獲得的傳送清單信息（如定制的上下行帶寬、最大優(yōu)先級等）是否一致。當授權(quán)和預(yù)留分開執(zhí)行時，PD-FE向SCF返回授權(quán)結(jié)果。否則將繼續(xù)下面的步驟。

●可用性檢查

PD-FE確定媒體通路涉及的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。如果在所涉及的網(wǎng)絡(luò)中有TRC-FE，PD-FE將向已經(jīng)在PD-FE中進行注冊的TRC-FE發(fā)送請求消息檢查相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的資源可用性。如果在所涉及的網(wǎng)絡(luò)中有多個TRC-FE，TRC-FE之間還需要進行信息交互以便確定從網(wǎng)絡(luò)入口邊界到出口邊界之間相關(guān)QoS資源的可用性，收到資源初始請求消息的TRC-FE將向PD-FE回送資源初始響應(yīng)消息。

●最終決策

PD-FE根據(jù)和PE-FE，TRC-FE的交互結(jié)果確定最終的接納決策，如果不接納，PD-FE應(yīng)向SCF回送資源初始響應(yīng)消息，其中包含拒絕原因。

●安裝接納決策

PD-FE將最終的接納決策發(fā)送給PE-FE進行策略的安裝。當預(yù)留和接納分開時，PD-FE只請求安裝接納決策，并在收到SCF資源接納激活請求時才發(fā)送另一個資源初始請求，控制PE-FE開門并激活之前已經(jīng)設(shè)置在PE-FE中的接納決策。當預(yù)留和接納一起執(zhí)行時，PD-FE請求PE-FE立即執(zhí)行資源接納決策。

●PE-FE安裝和/或執(zhí)行PD-FE發(fā)送的最終接納決策，并向PD-FE報告執(zhí)行結(jié)果。

●PD-FE向SCF發(fā)送資源初始響應(yīng)。

具體流程如圖2所示。

圖2　SCF發(fā)起QoS控制的授權(quán)、預(yù)留和接納流程

（2）CPE發(fā)起的授權(quán)、預(yù)留和接納流程

在CPE發(fā)起資源請求的場景下，經(jīng)過上面第3步授權(quán)后（見圖2），PD-FE將向SCF返回授權(quán)結(jié)果。隨后的流程可以描述如下。

●觸發(fā)請求

PE-FE收到來自CPE的Path-Coupled信令的觸發(fā)，進行資源決策請求。

●發(fā)送請求

根據(jù)CPE的QoS請求，PE-FE通過Rw接口向PD-FE發(fā)送資源決策請求消息，其中攜帶媒體流描述和相應(yīng)的QoS參數(shù)。

●通知SCF獲取業(yè)務(wù)信息

當收到資源決策請求消息時，如果SCF之前收到過針對該流的QoS初始授權(quán)，PD-FE應(yīng)向SCF發(fā)送資源操作請求消息以便獲取和該流相關(guān)的業(yè)務(wù)信息。

之后將進行授權(quán)、可用性檢查、最終決策、安裝接納決策以及回送執(zhí)行結(jié)果，其操作和SCF發(fā)起資源請求的場景中3～8步一致（見圖2）。

具體流程如圖3所示。

圖3　CPE發(fā)起QoS控制的授權(quán)、預(yù)留和接納流程

4.2　NAPT控制和NAT穿越相關(guān)流程

根據(jù)NAT/NAPT功能在承載網(wǎng)上部署位置的不同，RACF支持近端NAPT控制和遠端NAT穿越兩種場景。

近端和遠端是從運營商的角度來看的一種稱呼。

近端NAPT設(shè)備一般設(shè)置在接入網(wǎng)和核心傳送網(wǎng)的邊界上和/或核心傳送網(wǎng)與核心傳送網(wǎng)的邊界，實現(xiàn)不同子網(wǎng)和/或管理域之間隱藏網(wǎng)絡(luò)地址傳送，或者解決公共地址緊缺的問題。近端NAPT控制主要包含兩方面：在實現(xiàn)NAPT功能的設(shè)備（即PE-FE）上進行地址綁定：根據(jù)綁定信息修改應(yīng)用信令消息。

遠端NAPT設(shè)備一般設(shè)置在企業(yè)網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)中，用于保護其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，這些NAT設(shè)備不在運營商的控制范圍內(nèi)，CPE位于這些NAT設(shè)備后面。從CPE發(fā)起的信令消息中關(guān)于媒體流的地址描述可能為私有地址，網(wǎng)絡(luò)需要提供NAT穿越機制。NAT穿越主要完成：獲取媒體中繼的地址，分別修改到主被叫的應(yīng)用信令消息，使得CPE之間的媒體流變成主被叫CPE分別和媒體中繼設(shè)備之間的流。

NAPT控制和媒體NAT穿越的流程基本上相同，具體如下。

（1）觸發(fā)請求

SCF從主叫/被叫方發(fā)送的信令消息體中提取源/目的地址和端口號信息，并將相應(yīng)信息發(fā)送給PD-FE。當確定需要支持遠端NAT穿越，SCF通過Rs接口請求地址綁定信息。

當從SCF收到源/目的地址和端口號以及其他相關(guān)信息時，PD-FE檢查NAPT策略規(guī)則，確定是否調(diào)用NAPT控制程序，例如，是否需要對網(wǎng)絡(luò)地址進行隱藏（如在接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間）。若需要，通過Rw接口請求NAPT綁定信息。

（2）如果在接入網(wǎng)和核心網(wǎng)邊界或者核心網(wǎng)之間需要NAPT控制功能，PD-FE將根據(jù)從SCF收到的地址信息確定PE-FE，并請求PE-FE上的本地地址/端口和公網(wǎng)地址/端口信息。如果SCF要求支持NAT穿越，PE-FE將請求提供媒體中繼的地址/端口信息。

（3）PE-FE產(chǎn)生地址綁定信息并發(fā)送給PD-FE。

（4）PD-FE向SCF返回該地址綁定信息，如果執(zhí)行了NAPT控制，PD-FE應(yīng)指示SCF進行應(yīng)用層信令消息體的修改。

（5）SCF根據(jù)收到的綁定信息和PD-FE提供的NAPT策略決策修改業(yè)務(wù)信令消息體中的媒體地址和/或端口號信息，包括發(fā)送給被叫和主叫的信令流。

5、結(jié)束語

資源接納控制功能的引入，是電信網(wǎng)可控可管理念在NGN中的一個體現(xiàn)。目前這方面還有很多問題有待進一步的研究，如各個不同組織（ITU-T，Tispan，3GPP以及3GPP2等）之間提出的功能架構(gòu)的一致性、對IPTV等新業(yè)務(wù)的支持、不同運營商之間接口上傳送的網(wǎng)絡(luò)QoS信息、端到端的業(yè)務(wù)流程、功能架構(gòu)中各接口功能和協(xié)議的研究等。