IMS中的承載控制和計費控制

　1.3GPP R5定義的承載控制和計費控制

　　在IMS會(huì )話(huà)建立時(shí)，UE通過(guò)SDP協(xié)議為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)請求相應的媒體參數(編碼方案、媒體類(lèi)型、帶寬等)。IMS會(huì )話(huà)控制根據用戶(hù)的個(gè)人業(yè)務(wù)/媒體信息以及所應用的本地策略控制，進(jìn)行相應媒體參數的授權。所授權的參數返回給用戶(hù)終端為建立傳輸承載作資源預留。



　　IMS網(wǎng)絡(luò )與接入網(wǎng)絡(luò )相互獨立，IMS會(huì )話(huà)控制并不直接控制傳輸承載網(wǎng)絡(luò )的資源分配，這需要在IMS會(huì )話(huà)層和傳輸承載層間建立一套交互機制，其結構如圖 1 會(huì )話(huà)層和承載層的交互機制所示：

　　★ IP 承載管理器 (IP BS Manager)

　　用標準的IP機制來(lái)管理IP承載業(yè)務(wù)，IP BS在UE中是可選的，在GGSN是必須的，它通過(guò)翻譯功能與UMTS承載管理器進(jìn)行通信，提供IP承載業(yè)務(wù)與UMTS承載業(yè)務(wù)的互通。

　　★ 策略控制功能(PDF)

　　PDF采用標準的IP機制實(shí)現在承載層中的基于業(yè)務(wù)的本地策略控制。

　　★ IMS會(huì )話(huà)層與傳輸承載層間的聯(lián)接

　　在3GPP R5規范中Go接口用來(lái)提供IMS會(huì )話(huà)層中的PDP與傳輸承載層中的PEP間的聯(lián)接，從而實(shí)現了本地的QoS策略控制從IMS會(huì )話(huà)層映射到傳輸層。在IMS網(wǎng)絡(luò )中PDF是PDP，GGSN是PEP。

　　★ 翻譯/映射功能

　　翻譯/映射功能提供了不同機制和不同參數間的互通

　　★ UE: UE把IMS會(huì )話(huà)所授權的媒體參數映射為用于建立承載的PDPC Activation / Modification請求所攜帶的QoS參數。

　　★ PDP - PEP: PDP把IMS會(huì )話(huà)層授權的媒體參數應設為QoS參數發(fā)送給PEP，由PEP執行UE所要求的承載資源的控制

　　★ Service-Based Local Policy (SBLP)

　　SBLP提供在“ Best Effort”以外更好的QoS的支持。



　　一個(gè)通過(guò)SBLP進(jìn)行承載授權的操作過(guò)程如圖2 承載授權過(guò)程所示：

Step 1
★ UE向 CSCF發(fā)送SIP信令
★ P-CSCF向PDF轉發(fā)相關(guān)的SDP信息，并指出會(huì )話(huà)的發(fā)起者。P-CSCF從PDF獲得授權令牌 (Token)
★ PDF對IP流進(jìn)行記錄(流標識符、數據速率、QoS類(lèi)別)并授權。通過(guò)SDP參數映射到所授權的IP QoS參數而實(shí)現，并通過(guò)Go接口傳送到GGSN

Step 2
★ UE為承載資源進(jìn)行PDPC的激活或更改時(shí)，必須執行將SDP參數映射到UMTS QoS參數，作為PDPC中的QoS Profile的內容。PDPC的激活或更改還包括：PDF分配的授權令牌和流標識符(用作綁定信息)
★ 收到UE的PDPC激活或更改請求，GGSN向PDF申請授權信息。PDF比較收到的綁定信息和存儲得到授權信息，并返回授權決策。如果綁定信息被驗證是正確的，PDF將承載授權的信息告知GGSN，包括：與PDPC相關(guān)的IP QoS和分組分類(lèi)器。
★ GGSN將授權的IP QoS映射為UMTS QoS，GGSN將此UMTS QoS與UE PDPC激活或更改所請求的QoS進(jìn)行比較，如果在PDF的授權范圍內則PDPC激活或更改被接受。
IMS允許所建立的會(huì )話(huà)包含不同的媒體成分(例如：音頻和視頻)，為了計費的目的所有媒體成分必須是唯一標識的，并且對于會(huì )話(huà)中的每個(gè)媒體成分進(jìn)行單獨計費。然而R5中的GGSN只能為PDPC產(chǎn)生一個(gè)G-CDR，在一個(gè)PDPC下不能區分不同媒體成分的業(yè)務(wù)流，因此：
★ PDF授權的每一個(gè)PDPC用于特定的媒體成分(IP Flow)
★ 不允許同一個(gè)Secondary PDPC媒體流的復用
★ 在授權期間，PDF將ICID(IMS Charging ID)傳給GGSN，GGSN將GCID(GPRS Charging ID)傳給PDF，實(shí)現計費關(guān)聯(lián)功能(Charging Correlation)。把IMS會(huì )話(huà)層的計費信息和承載使用的計費信息綁定在一起。
★ 承載控制和計費控制是針對于GPRS/UMTS 分組域特有的PDP Context，這種機制不適用于其它的接入網(wǎng)絡(luò )

　　2.基于流計費(FBC)

　　2.1 R6 定義的FBC

R5的計費方式是針對承載PDP Context的計費，隨著(zhù)IMS規范和市場(chǎng)需求的發(fā)展，其局限性主要表現為：
★ 低帶寬、短時(shí)長(cháng)的的承載業(yè)務(wù)變得越來(lái)越重要
★ 例如：Messaging, gaming, Rich call content……
★ 這些業(yè)務(wù)是不需要第二個(gè)PDP Context
★ 3GPP R5計費方式?jīng)]有區別不同的IP Flow，計費方式不適用于其它接入方式(WLAN、xDSL、Cable…..)
★ 支持二次PDP Context的終端數量有限，二次PDP Context占用手機終端的處理和存儲資源，并縮短電池壽命
★ PDP Context的激活和去激活，會(huì )大量增加GPRS/UMTS系統中的信令開(kāi)銷(xiāo)，并增加了業(yè)務(wù)建立的時(shí)延

針對R5計費方式的局限性，R6引入了FBC(flow based charging)，其優(yōu)點(diǎn)表現在：
★ 支持更靈活的業(yè)務(wù)模式
★ 使用基于Primary PDP Context的承載業(yè)務(wù)，不再依靠二次 PDP Context
★ 比Go + SBLP具有更好的業(yè)務(wù)適應性
★ 適用于其它的網(wǎng)絡(luò )接入技術(shù)
★ PDP context僅針對UMTS/GPRS，IP flow的概念具有通用性


　　FBC結構解決了承載層而不是應用層計費問(wèn)題，應用層CDR將在CSCF、Application Server上產(chǎn)生。Ro/Rf用于向離線(xiàn)計費系統或在線(xiàn)計費系統傳送應用層計費數據，包括：會(huì )話(huà)類(lèi)型、會(huì )話(huà)的起始時(shí)間和終止時(shí)間、業(yè)務(wù)流使用信息。其操作過(guò)程如下所示：



Step 1
★ UE向 CSCF發(fā)送SIP信令
★ P-CSCF 通知CRF(Charging Rule Function) 數據流的相關(guān)信息 (IP流標識、帶寬/速率、QoS類(lèi)別)
★ CRF向GGSN發(fā)送流信息 ：IP Flow Detail + Charging Key

Step 2
★ UE開(kāi)啟承載流 (使用已有PDP C或啟用新的PDPC)
FBC要求P-CSCF/PDF或RFC選擇一個(gè)Charging Key作為所采用的計費規則。FBC不需要計費關(guān)聯(lián)(Charging Correlation)，因為Charging Key中已包含了影響承載計費的IMS會(huì )話(huà)信息。GGSN向計費系統 (Offline or Online Charging System)發(fā)送IP Flow計費信息和Charging Key。

　　2.2FBC的發(fā)展方向－PCC(Policy and Charging Control)

　　基于FBC的架構來(lái)演進(jìn)，但是不同于R6的FBC，將是對策略控制和計費控制結合起來(lái)實(shí)現的一個(gè)架構：把策略控制功能(PDF)和基于流的計費功能(FBC)合并成一個(gè)功能實(shí)體PCC(Policy and Charging Control)。策略控制和計費控制在消息內容上很多是相似或重復的(比如：IP 5-tuple定義、SDP信息)，接口的融合不僅可以提高通信效率，降低業(yè)務(wù)建立時(shí)延，還可以保證對GGSN/TPF控制的一致性。

★ 將Go和Gx接口合并為Gx+，分別向GGSN/TPF提供計費規則和策略控制規則，Gx接口將比較容易升級而支持策略控制功能，稱(chēng)之為基于流的策略控制(FBP)。
★ PCC面向會(huì )話(huà)層和應用層的接口Gq和Rx合并為Rx+，Gq和Rx接口在功能上很相似，把會(huì )話(huà)控制層有關(guān)IMS會(huì )話(huà)和媒體參數的信息傳遞給PCC
★ 引入新的解決方案來(lái)解決承載與業(yè)務(wù)的綁定問(wèn)題，不同于現有的SBLP使用的授權令牌(token)機制?；诹鞯牟呗钥刂茖⑹褂脭祿髂０錞FT(TFT包含在PDP Context內)，TFT通過(guò)IP地址和端口號識別流，其方法與CRF/PDF識別IP流的方法類(lèi)似。

　　3.北電基于FBC的實(shí)時(shí)計費


圖 5 北電基于FBC的實(shí)時(shí)計費方案圖

　　5 北電基于FBC的實(shí)時(shí)計費方案：

　　北電的基于FBC的實(shí)時(shí)計費方案已部署于GPRS/UMTS網(wǎng)絡(luò )，并可平滑過(guò)渡到支持IMS的實(shí)時(shí)計費功能。對于GPRS/UMTS網(wǎng)絡(luò )。GGSN 通過(guò)預先配置的過(guò)濾器，過(guò)濾分析用戶(hù)的上下行數據包。

　　通過(guò)內容過(guò)濾功能，GGSN對于特定的IP流建立分組分類(lèi)器和相應的Content ID。當GGSN 得出用戶(hù)的上下行數據流的屬性時(shí)(由Content ID進(jìn)行標識)， GGSN 便會(huì )向在線(xiàn)計費系(Online Charging System - OCS，通常位于BOSS系統)，提出相關(guān)業(yè)務(wù)信用額度的申請，OCS從用戶(hù)的帳戶(hù)中預留出適當的金額，并把相應的資源數量(時(shí)長(cháng)或數據流量)返回GGSN，當資源用盡或業(yè)務(wù)終止，GGSN將消耗的資源數量通知OCS，OCS扣除相應的金額。根據3GPP 的規定，GGSN 和OCS 間應通過(guò)DIAMETER CC 協(xié)議來(lái)互通。GGSN 上的基于內容計費功能實(shí)現了3GPP 23.125 標準中定義的話(huà)務(wù)平面功能(TPF-Traffic Plane Function)。



　　事實(shí)上基于GPRS/UMTS的FBC方案，就是IMS中的基于FBC的承載計費功能(BCF)，主要的區別在于IP flow信息的獲得方式：
★ GPRS/UMTS方案：IP Flow的信息來(lái)源于GGSN預置的內容過(guò)濾規則，這種靜態(tài)的過(guò)濾規則能夠滿(mǎn)足GPRS/UMTS的分組業(yè)務(wù)需求
★ IMS方案：IP Flow的信息來(lái)源于CRF向GGSN/TPF發(fā)送的Charging Key，這是一種動(dòng)態(tài)規則，在會(huì )話(huà)建立時(shí)，由PDF/CRF創(chuàng )建并保存流標識符，GGSN/TPF根據流標識符建立分組分類(lèi)器和Content ID

　　北電的GGSN已經(jīng)支持R6定義的話(huà)務(wù)平面功能(TPF)，只需增加Gx接口，就可以平滑的支持IMS基于FBC的實(shí)時(shí)計費：
★ 符合3GPP R6關(guān)于FBC的相關(guān)標準
★ 簡(jiǎn)化QoS策略控制和計費控制的實(shí)現，符合3GPP R7的PCC (Policy and Charging Control)的發(fā)展方向
★ PDF/CRF融合為Policy Server，它與GGSN間的接口為Gx+接口，協(xié)議采用Diameter
★ Gq/Rx接口合二為一，并采用Diameter協(xié)議
★ 提供訪(fǎng)問(wèn)GGSN的QoS控制功能
★ 策略控制、流量整形、 優(yōu)先級、 DiffServ…(北電)