顧明

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司 北京 100080）

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)向全I(xiàn)P化的演進(jìn)，如何在IP網(wǎng)絡(luò)中保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，特別是語音、流媒體等質(zhì)量要求高的業(yè)務(wù)，是業(yè)界關(guān)注的問題。3GPP引入IMS核心網(wǎng)架構(gòu)時，即考慮了這一需求，在R5/R6版本標(biāo)準(zhǔn)中對IMS網(wǎng)絡(luò)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費(fèi)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(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、實體功能的復(fù)雜性，導(dǎo)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(jìn)行融合。

3GPP R7提出Policy and Charging Control (PCC)架構(gòu)，基于分組域?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)策略控制。R8在R7的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了對LTE/CDMA/WLAN等多種接入類型、漫游、PCRF尋址增強(qiáng)等功能點，R9主要進(jìn)行完善工作，目前已凍結(jié)。R10提出了“Policy Plane”的概念，并開展DPI業(yè)務(wù)檢測上報、SPR標(biāo)準(zhǔn)化、基于業(yè)務(wù)選網(wǎng)等增強(qiáng)功能研究。

目前國內(nèi)外運(yùn)營商已開始考慮在網(wǎng)絡(luò)中引入PCC架構(gòu)，以實現(xiàn)在分組域上承載業(yè)務(wù)的計費(fèi)控制和QoS策略等。

2 PCC架構(gòu)簡介

2.1 PCC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的PCC架構(gòu)主要由策略和計費(fèi)控制單元（PCRF）、策略和計費(fèi)執(zhí)行單元（PCEF）、應(yīng)用功能（AF）、用戶屬性存儲器（SPR）等功能實體組成，標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)如圖1所示，以復(fù)雜的漫游情況下的架構(gòu)為例。

圖1 PCC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)示意圖（用戶漫游使用歸屬地網(wǎng)絡(luò)）

PCRF（Policy and Charging Rule Function），具有策略控制決策和基于流計費(fèi)控制的功能，向PCEF提供關(guān)于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流檢測、門控、基于QoS和基于流計費(fèi)（除信用控制外）的網(wǎng)絡(luò)控制功能。當(dāng)用戶漫游時，需要漫游地和歸屬地的PCRF互通來為用戶提供服務(wù)，因此可分為H-PCRF和V-PCRF功能。

PCEF（Policy and Charging Enforcement Fucntion)，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的檢測、策略執(zhí)行和基于流的計費(fèi)功能，一般設(shè)置在GGSN或P-GW上。

AF（Application Function）,主要對IP-CAN用戶面行為進(jìn)行動態(tài)策略/計費(fèi)控制，設(shè)置在業(yè)務(wù)平臺上。

SPR（Subscription Profile Repository）,該 邏輯實體存儲與所有簽約用戶或簽約相關(guān)的信息，包括簽約用戶允許的業(yè)務(wù)等。

2.2 PCC的主要接口

從圖1可看出，PCC架構(gòu)的主要接口有：

Gx接口：位于PCRF與PCEF之間，用于傳送策略和計費(fèi)規(guī)則。該接口支持SDF（Service DATA Flow）級別的PCC信息傳輸，并支持無線接入技術(shù)信息和位置信息的傳輸。

Rx接口：位于AF與PCRF之間，用于從AF向PCRF傳送應(yīng)用層信息，包括差異化計費(fèi)信息、用于QoS控制的媒體/應(yīng)用帶寬需求等。

Sp接口：位于SPR 和PCRF之間，用于PCRF從SPR獲得與IP-CAN傳輸策略相關(guān)的用戶信息，如用戶ID、PDN標(biāo)識等。

Gy 接口：位于PCEF與OCS之間，用于在線計費(fèi)控制信息的傳送。

Gz接口：位于PCEF and the OFCS之間，用于基于離線計費(fèi)的數(shù)據(jù)流傳送。

S9接口：位于hPCRF與vPCRF之間，用于支持漫游場景下的SDF級的PCC信息傳輸，并支持所有非漫游場景下的QOS參數(shù)、相關(guān)分組過濾器以及控制信息的傳輸。

3 PCC的作用

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)向3G的演進(jìn)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載能力有了大幅度的提高，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量快速增加，但由于網(wǎng)絡(luò)資源相對有限，從實際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況來看存在以下問題：

（1）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增量不增收。少量用戶擠占了大量的網(wǎng)絡(luò)資源，導(dǎo)致業(yè)務(wù)感受度差。

（2）實時業(yè)務(wù)，如流媒體等無法得到網(wǎng)絡(luò)資源的保障。

除上述問題外，LTE引入后承載在分組域上的語音等實時業(yè)務(wù)更需要得到QoS保證。PCC架構(gòu)可以實現(xiàn)通過用戶分級來吸引或保障高端用戶，不同的用戶享受不同的資費(fèi)和帶寬。系統(tǒng)擁塞時，保證高端用戶的QoS。PCC在LTE網(wǎng)絡(luò)中作用的重點是“保障”，即保障實時業(yè)務(wù)和重點業(yè)務(wù)的質(zhì)量；在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中的作用是“限制”，即限制低價值用戶對網(wǎng)絡(luò)資源的占用，保證其他業(yè)務(wù)的感受。此外，通過PCC還可實現(xiàn)實時計費(fèi)、欠費(fèi)控制等功能。

4 PCC在LTE網(wǎng)中的應(yīng)用

從標(biāo)準(zhǔn)定義來看，PCC架構(gòu)可以實現(xiàn)QoS、計費(fèi)等方面的功能，考慮到LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)QoS問題更受關(guān)注，因此本文將主要從QoS策略方面討論P(yáng)CC在LTE網(wǎng)中的應(yīng)用，對于計費(fèi)的內(nèi)容暫不涉及。

4.1 無PCC架構(gòu)下的QoS策略

3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的LTE網(wǎng)絡(luò)取消了電路域，話音業(yè)務(wù)以及各類流媒體業(yè)務(wù)將通過統(tǒng)一的分組域承載，由IMS域?qū)崿F(xiàn)對業(yè)務(wù)的控制。對于語音業(yè)務(wù)的承載，在沒有PCC的情況下，可有兩種方式來提供QoS保證，具體如下：

（1）終端不具有QoS措施，核心網(wǎng)通過“默認(rèn)承載”，采用 Best Effort方式為用戶提供服務(wù)，通過增加網(wǎng)絡(luò)帶寬保證業(yè)務(wù)質(zhì)量。

（2）終端具有Qos措施，對于話音業(yè)務(wù)“打上”特殊的DSCP標(biāo)記 ，SAE-GW識別后在Best Effort的基礎(chǔ)上為用戶提供“盡量高”的服務(wù)質(zhì)量；或者終端請求EPC網(wǎng)絡(luò)建立“專用承載”傳送話音業(yè)務(wù)。

這兩種方式可在核心網(wǎng)側(cè)一定程度上保證業(yè)務(wù)的帶寬，但是QoS能力均無法傳導(dǎo)至無線側(cè)，不能為業(yè)務(wù)提供端到端的質(zhì)量保證，而無線資源受限的因素，也無法得到可靠的QoS保障。

4.2 引入PCC后的QoS策略

4.2.1 引入PCC架構(gòu)后的LTE網(wǎng)絡(luò)

在LTE網(wǎng)絡(luò)中引入PCC后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

4.2.2 策略實現(xiàn)機(jī)制

在業(yè)務(wù)處理過程中，PCRF需向內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)庫查詢用戶數(shù)據(jù)、從承載層和應(yīng)用層獲得相關(guān)信息來確定用戶QoS策略，用戶數(shù)據(jù)可包括：用戶簽約的業(yè)務(wù)信息，運(yùn)營商定義的用戶信息等，從承載層和應(yīng)用層獲得信息包括接入網(wǎng)絡(luò)信息、用戶身份標(biāo)識、用戶位置信息、協(xié)商的QoS、用戶設(shè)備信息和用戶計費(fèi)方式等。根據(jù)這些信息，PCRF將為用戶配置相應(yīng)的QoS策略，并與其它核心網(wǎng)元交互，分配相關(guān)資源以保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。具體過程如圖3所示（以話音業(yè)務(wù)為例）。

圖2 引入PCC架構(gòu)后的LTE網(wǎng)絡(luò)

4.2.3 QoS參數(shù)定義

EPS系統(tǒng)中定義了承載級、APN級、UE級三個粒度的QoS參數(shù)，并依據(jù)各自特性定義相關(guān)QoS參數(shù)，規(guī)定了各參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備執(zhí)行點。HSS存儲簽約與默認(rèn)承載相關(guān)的QoS參數(shù)，專有承載QoS參數(shù)由P-GW動態(tài)決策生成。PCC QoS參數(shù)以及其執(zhí)行點見表1、表2。

QCI: 描述了不同業(yè)務(wù)的QoS要求。

網(wǎng)絡(luò)中只傳遞QCI標(biāo)號，具體參數(shù)與QCI的對應(yīng)關(guān)系在各網(wǎng)元中配置，以標(biāo)準(zhǔn)取值為基準(zhǔn)，以保證不同廠家間互通的QoS一致性。

QCI參數(shù)主要用于承載建立后的資源調(diào)度控制，用于端到端的保證各種業(yè)務(wù)的QoS需求。QCI與QoS參數(shù)對應(yīng)關(guān)系見表3。

圖3 PCC架構(gòu)下QoS策略實現(xiàn)機(jī)制示意

表1 QoS參數(shù)表

表2 QoS參數(shù)執(zhí)行點映射表

PCRF發(fā)布的QoS策略可以由EPC核心網(wǎng)MME影射成為無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并發(fā)送給eNode B，由無線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)QoS來提供相應(yīng)的資源，以保證有足夠的無線網(wǎng)絡(luò)資源為話音業(yè)務(wù)等重要實時業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保證。

5 LET網(wǎng)絡(luò)中引入PCC的方式

根據(jù)國內(nèi)LTE引入后業(yè)務(wù)布署策略來看，在LTE建設(shè)時應(yīng)同步引入PCC。運(yùn)營商在引入PCC架構(gòu)時可考慮以下的建設(shè)原則：

（1）以省為單位集中建設(shè)PCRF設(shè)備。

（2）統(tǒng)籌考慮LTE網(wǎng)絡(luò)及2G/3G網(wǎng)絡(luò)PCC的建設(shè)，并統(tǒng)籌考慮資源控制和資費(fèi)策略。

（3）LTE網(wǎng)絡(luò)以及2G/3G網(wǎng)絡(luò)共用PCRF設(shè)備。

（4）適時在自有業(yè)務(wù)平臺增加AF功能，實現(xiàn)端到端的Qos保障。

移動通信網(wǎng)絡(luò)中2G/3G網(wǎng)絡(luò)可以共用核心網(wǎng)，在2G/3G網(wǎng)絡(luò)向LTE的演進(jìn)過程中，LTE建設(shè)初期2G/3G核心網(wǎng)與EPC網(wǎng)絡(luò)將獨(dú)立建設(shè)，隨著技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，2G/3G核心網(wǎng)與EPC網(wǎng)絡(luò)逐步實現(xiàn)融合。而PCC的引入與發(fā)展與核心網(wǎng)的發(fā)展是相輔相成的，也將從獨(dú)立建設(shè)分別為2G/3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的PCRF和為LTE服務(wù)的PCRF，向融合的PCRF演進(jìn)。

PCC引入可以分為三個階段：

第一階段：2G/3G與EPC獨(dú)立建設(shè)，PCRF獨(dú)立建設(shè)進(jìn)行測試和試點。

第二階段：適時在自有平臺部署AF，實現(xiàn)端到端的QoS保障。

表3 QCI與QoS參數(shù)對應(yīng)關(guān)系表

圖4 PCC的引入和發(fā)展

第三階段：2G/3G，EPC網(wǎng)絡(luò)使用融合PCRF。

PCC的引入和發(fā)展建議如圖4所示。

6 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)向LTE的演進(jìn)，核心網(wǎng)將未來將只保留演進(jìn)的分組域，即EPC網(wǎng)絡(luò)來統(tǒng)一承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音等實時性要求高的業(yè)務(wù)。 通過PCC對業(yè)務(wù)實現(xiàn)端到端的QoS保障是保障實時業(yè)務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。雖然3GPP在R8中對PCC進(jìn)行了明確的定義，但我國電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)龐大，并且涉及多廠家的互通，PCC在網(wǎng)絡(luò)中的具體的建設(shè)和應(yīng)用方案還需要結(jié)合各個運(yùn)營商的情況詳細(xì)制定；PCC的互通性和應(yīng)用效果仍有待驗證。我們將繼續(xù)跟蹤PCC在網(wǎng)絡(luò)中的測試和應(yīng)用情況，提出滿足運(yùn)營需要的建議。

[1]3GPP TS23.203 “Policy Control and Charging Architecture (Stage 2)”

[2]黃韜，張智江，劉韻潔. PCC策略控制機(jī)制研究.