固定/移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )統一控制平臺研究

1 引言

固定/移動(dòng)融合（Fixed-mobile Convergence，FMC）是下一代網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的基本方向，網(wǎng)絡(luò )融合的需求應運營(yíng)商接入業(yè)務(wù)的競爭，以及降低網(wǎng)絡(luò )的運營(yíng)和維護成本的意愿而生。旨在為運營(yíng)商提供統一的核心網(wǎng)控制和管理平臺，為終端用戶(hù)統一的業(yè)務(wù)體驗，而不必區分訪(fǎng)問(wèn)這項業(yè)務(wù)所用的接入技術(shù)。通過(guò)融合，運營(yíng)商進(jìn)一步提高資產(chǎn)的利用率，擴大覆蓋范圍，提高業(yè)務(wù)的易用性，擴展網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)容量。

策略控制最早是IETF在增強IP網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)過(guò)程中提出的。首先由3GPP引入到UMTS系統R5版本，即策略控制和計費（Policy Control and Charging，PCC）架構，其目的是將策略控制應用到通信網(wǎng)絡(luò )資源接入和使用過(guò)程中。PCC架構將應用層級會(huì )話(huà)服務(wù)數據流的QoS要求映射為IP-CAN接入傳輸網(wǎng)絡(luò )承載級服務(wù)的QoS要求來(lái)保障數據傳輸，并根據運營(yíng)商的計費策略實(shí)現服務(wù)數據流層級的計費功能。PCC架構使得運營(yíng)商能夠合理分配，并有效控制網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)能力。

運營(yíng)商間的資費競爭使寬帶業(yè)務(wù)越來(lái)越廉價(jià)，用戶(hù)逐漸趨向于無(wú)節制使用帶寬的包月制，使得ARPU值不斷下降。P2P業(yè)務(wù)使網(wǎng)絡(luò )瓶頸由服務(wù)器轉到運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )，成本壓力也從ISP轉到運營(yíng)商。為解決這一問(wèn)題，固網(wǎng)運營(yíng)商在IP網(wǎng)絡(luò )中引入資源接納控制技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò )資源進(jìn)行監控、合理分配，開(kāi)發(fā)新的資費策略，便于新型業(yè)務(wù)（如IMS）的快速部署，便于提高用戶(hù)業(yè)務(wù)體驗，使運營(yíng)商擺脫網(wǎng)絡(luò )管道化的困境。目前，主要研究包括BBF BPCF，TISPAN RACS，ITU-T RACF等。

固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )正走向深度融合。統一IMS架構實(shí)現了固定接入和移動(dòng)接入的統一核心控制網(wǎng)絡(luò )。統一的策略控制和計費架構在融合網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)中的重要意義開(kāi)始逐步凸顯?，F階段，不同標準化組織針對策略控制的研究角度和進(jìn)展不盡相同，互不兼容的體系架構已成為融合網(wǎng)絡(luò )統一策略控制和計費功能的阻礙。本文在簡(jiǎn)述3GPP現有FMC相關(guān)研究的進(jìn)展情況和統一IMS的技術(shù)要點(diǎn)基礎上，以 TISPAN RACS和3GPP PCC為基準，比較固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )策略控制架構和功能，進(jìn)而提出了一種以3GPP PCC架構為基礎，融合其他標準化組織策略控制相關(guān)功能的固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )的統一的策略控制架構，該架構支持同一運營(yíng)商移動(dòng)和固定網(wǎng)絡(luò )統一的策略控制，包含固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )協(xié)同平臺和固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合平臺兩個(gè)發(fā)展階段。

2 3GPP FMC關(guān)鍵技術(shù)介紹

3GPP FMC的相關(guān)工作體現在R7中的固定寬帶接入IMS（Fixed Broadband Access to IMS，FBI）和對傳統網(wǎng)絡(luò )互通的要求。FBI從接入層面研究了FMC對IMS的影響。主要的工作由3GPP SA2和CT工作組完成，直接的工作成果為T(mén)R 23.819，現已轉化為CR修改了涉及的IMS規范，如 TS 23.228，TS 24.229，TS 29.163等。

FBI相關(guān)的工作可分為兩個(gè)層面：首先是對固網(wǎng)NGN的支持，即要求IMS同時(shí)支持各種固定接入方式。3GPP和TISPAN組成聯(lián)合工作組，研究針對NGN的IMS增強以及產(chǎn)生的影響，包括擴展Gq接口支持NGN接入，SIP頭域補充固定接入定位，采用IM-ALG和TrGW配合的IPv6/v4地址轉換和私網(wǎng)穿越等。其次是與傳統電路域業(yè)務(wù)互通的問(wèn)題。在現有的IMS框架中，IMS業(yè)務(wù)都承載在分組域上，與電路域之間是互通關(guān)系。3GPP CT工作組集中研究了相關(guān)功能的需求，以及支持傳統電路域信令、承載和各種補充業(yè)務(wù)實(shí)現的基本架構等。

3GPP另一個(gè)FMC范疇的重要研究是統一IMS（Common IMS）。IMS雖然是由3GPP首先提出，但是由于IMS采用SIP體系結構，具有接入無(wú)關(guān)性、支持用戶(hù)漫游和用戶(hù)數據的集中管理等優(yōu)點(diǎn)，從而使基于IMS實(shí)現網(wǎng)絡(luò )融合成為可能。統一IMS作為支持固定和移動(dòng)接入的統一核心控制網(wǎng)絡(luò )，滿(mǎn)足3GPP以及TISPAN R1等不同版本的IMS的整體網(wǎng)絡(luò )能力需求，同時(shí)能夠滿(mǎn)足3GPP，TISPAN，3GPP2等各標準化組織在業(yè)務(wù)、計費、網(wǎng)管等方面最新的網(wǎng)絡(luò )能力需求，得到了廣泛的認可。

Common IMS的核心為Core IMS，包括CSCF，SLF，MRFC，MGCF，BGCF等功能實(shí)體，是IMS的基本網(wǎng)絡(luò )和基本業(yè)務(wù)能力架構，實(shí)現基本的會(huì )話(huà)控制、媒體資源控制、互聯(lián)互通等基本功能。NASS適用于固網(wǎng)終端接入Common IMS，與移動(dòng)網(wǎng)的GGSN功能相似。主要實(shí)現固定終端UAAF，給固定終端分配IP（NACF：類(lèi)似于DHCP 服務(wù)器），向終端下發(fā)PCSCF地址、應用服務(wù)器地址等信息。RACS主要提供接納控制和關(guān)口控制功能（包含公、私網(wǎng)IP地址轉換控制功能）。接納控制主要包括根據運營(yíng)者的具體策略規則和資源，檢查接入網(wǎng)附著(zhù)子系統保存的簽約數據的授權，檢查用戶(hù)請求帶寬、預定帶寬和使用帶寬的一致性等。接入網(wǎng)關(guān)控制功能（AGCF）與RACS和CSCF等網(wǎng)元進(jìn)行交互，完成封裝在SIP 中ISUP 信令與模擬或ISDN信令的互通，是PSTN/ISDN 仿真重要的功能實(shí)體。

統一IMS的網(wǎng)絡(luò )能力包括注冊、認證和授權，用戶(hù)數據的集中管理，業(yè)務(wù)觸發(fā)，IP多媒體會(huì )話(huà)控制，標識、編碼和尋址，網(wǎng)絡(luò )互通，SIP壓縮功能，完備的計費能力等。

3 固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )策略控制架構和功能比較

針對固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )QoS和計費策略進(jìn)行授權、預留、分配等控制機制的研究在不同的標準化組織同時(shí)展開(kāi)。雖然研究主題一致，但由于研究的網(wǎng)絡(luò )對象不同，解決方案的體系結構、接口協(xié)議和功能細節都有差異。本章通過(guò)對比3GPP的PCC架構和TISPAN的RACS架構來(lái)闡述兩者的差別。

（1）對接入網(wǎng)的控制方式不同

RACS通過(guò)X-RACF維護網(wǎng)絡(luò )拓撲結構和資源狀態(tài)，實(shí)現資源接納控制功能。3GPP PCC控制的是IP-CAN，而非接入網(wǎng)中的節點(diǎn)。3GPP PCC負責資源的授權，由接入網(wǎng)負責完成資源接納控制。

（2）對網(wǎng)絡(luò )接入技術(shù)的支撐程度不同

雖然在R2版本中RACS進(jìn)行了改進(jìn)，使之可以適用于任何接入類(lèi)型，但并沒(méi)有對除固網(wǎng)外的其他接入技術(shù)進(jìn)行深入和具體的研究。3GPP PCC架構獨立于接入技術(shù)，它適用于所有符合3GPP IP-CAN 定義的接入技術(shù)，但主要針對移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò )。因此，PCC對游牧、漫游的應用場(chǎng)景和流程等移動(dòng)性方面的支持也更加完善。

（3）對終端能力需求不同

RACS對終端的QoS信令能力沒(méi)有嚴格要求。3GPP PCC要求的終端必須支持QoS信令。QoS信令可以是顯式的，例如GPRS；也可以是隱式的，例如WLAN。

（4）在計費策略方面的研究水平不同

PCC對計費的支持比較完善，支持在線(xiàn)計費（Gy接口）、離線(xiàn)計費以及流計費（Gz接口）等多種計費方式。而RACSR2僅定義了Rf接口支持離線(xiàn)計費，在線(xiàn)計費方面的研究還是空白。

（5）對IMS邊界網(wǎng)關(guān)控制的實(shí)現策略不同

RACS將針對IMS邊界網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的研究，例如NAT/NAPT機制納入到BGF功能。3GPP PCC架構則不包含這部分內容。

（6）對特定業(yè)務(wù)支撐不同

RACS擁有支持IPTV業(yè)務(wù)多播控制的完整解決方案。PCC則不支持IPTV業(yè)務(wù)。對IPTV業(yè)務(wù)的支持被認為是TISPAN在長(cháng)期演進(jìn)研究方向上的一個(gè)亮點(diǎn)。

總之，3GPP PCC架構提供了成熟的資源控制和計費策略的解決方案，業(yè)界主要運營(yíng)商將PCC作為固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )統一策略控制平臺的基準。RACS方案包含了更多的功能點(diǎn)（如許可控制），而且可以支持IPTV業(yè)務(wù)，但在短期內缺乏業(yè)務(wù)應用的需求。其他標準化組織（如BBF），給出的策略控制架構解決方案大都還不夠成熟，有待進(jìn)一步完善。

4 固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )統一策略控制平臺

融合網(wǎng)絡(luò )的策略控制平臺的部署是一項復雜的系統工作，必須嚴格定義運營(yíng)商的需求，并考慮種種現實(shí)問(wèn)題。不同的標準化組織提供了各種各有側重的解決方案，市場(chǎng)也會(huì )針對這些方案給出不同的反饋。運營(yíng)商希望獲得一種滿(mǎn)足短期市場(chǎng)占用和長(cháng)期標準演進(jìn)之間平衡關(guān)系的解決方案，以避免投資浪費，縮短決策時(shí)間。

固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )統一策略控制平臺的部署，可以產(chǎn)生很多全新的策略控制應用用例。例如，擁有固定和移動(dòng)全網(wǎng)絡(luò )的運營(yíng)商可以為用戶(hù)在某一指定時(shí)間段內整體性地分配帶寬配額，該配額與用戶(hù)使用的接入技術(shù)無(wú)關(guān)；允許用戶(hù)在符合策略規則的條件下，申請更大的帶寬；可以為IMS業(yè)務(wù)指定專(zhuān)用APN；由P-CSCF控制IMS通信啟用/禁用的觸發(fā)策略；可以更全面地針對特殊網(wǎng)段和特殊應用，限制帶寬消耗者獲取帶寬。

4.1 融合網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商業(yè)務(wù)需求

（1）功能優(yōu)化需求

固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商需要部署統一的資源控制、授權和策略控制引擎，為用戶(hù)提供一種與接入無(wú)關(guān)的業(yè)務(wù)體驗，這是統一策略控制平臺最重要的功能。

（2）運營(yíng)優(yōu)化需求

采用統一的策略控制平臺，可以避免重復部署關(guān)鍵節點(diǎn)，從而提高系統可靠性，便于故障定位，縮短路由時(shí)間，實(shí)現對告警和統計性能的優(yōu)化，簡(jiǎn)化軟件版本的升級，豐富了業(yè)務(wù)提供方法，部署統一的數據庫中心（UDC）。綜合以上優(yōu)化因素，統一的策略控制平臺的部署將大幅度地提高運營(yíng)商整體運營(yíng)效能。

（3）融合的業(yè)務(wù)體驗需求

統一的策略控制平臺可以為原本孤立的固定和移動(dòng)接入技術(shù)提供統合應用提供平臺，即從運營(yíng)商角度可以實(shí)現基于統一策略的業(yè)務(wù)管理，在用戶(hù)側提供具有接入無(wú)關(guān)的統一業(yè)務(wù)體驗。

就各標準組織策略控制體系結構的成熟度而言，當前只有TISPAN RACS和3GPP PCC是系統化的解決方案。然而，短期內BRAS設備制造商將不會(huì )開(kāi)發(fā)支持DIAMETER接口的版本，DIAMETER是3GPP PCC架構中重要的協(xié)議，這就意味著(zhù)RACS將無(wú)法整合PCRF的功能。但3GPP PCC平臺已經(jīng)開(kāi)始研究PCRF對固定接入網(wǎng)絡(luò )的支持。所以，相比于RACS，PCC架構是更優(yōu)化的統一策略控制平臺實(shí)現方案，可以藉此實(shí)現一個(gè)綜合的策略控制引擎，能夠觸發(fā)不同的執行接口，實(shí)現固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )的統一策略控制。

4.2 架構方案

固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )的統一策略控制架構的演進(jìn)可以分為兩步進(jìn)行。第一步，完成現有不同策略控制架構的互聯(lián)和協(xié)同工作，實(shí)現UE在不同的固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商之間的漫游；第二步，實(shí)現不同策略控制技術(shù)在體系結構和功能的融合，形成可以觸發(fā)不同網(wǎng)絡(luò )策略控制的統一平臺。實(shí)現固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商為用戶(hù)提供統一的策略和QoS控制機制。

（1）不同策略控制平臺的協(xié)同方案

不同策略控制平臺的互聯(lián)可以實(shí)現UE在不同運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )之間漫游時(shí)的策略控制?，F簡(jiǎn)述漫游場(chǎng)景下針對UE策略控制過(guò)程，假設UE從3GPP網(wǎng)絡(luò )漫游到固定網(wǎng)絡(luò )：

●當UE漫游到固定網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的區域內后，首先通過(guò)受信的S2C和額外的用戶(hù)面完整性保護機制完成附著(zhù)過(guò)程。

●3GPP網(wǎng)絡(luò )完成對用戶(hù)的鑒權，在固網(wǎng)接入點(diǎn)和PGW間建立DSMIPv6隧道，完成這一步后UE可以開(kāi)始Best-Effect數據傳輸。

●PGW將繼續與PCRF建立IP-CAN會(huì )話(huà)，PCRF下載流量過(guò)濾數據下發(fā)到PGW中。

●PCRF和漫游地網(wǎng)絡(luò )與對應的策略控制功能實(shí)體為每一個(gè)UE建立s9會(huì )話(huà)，s9接口將PCRF建立的流量過(guò)濾數據發(fā)送到漫游地網(wǎng)絡(luò )的策略控制功能實(shí)體中。

（2）統一的策略控制平臺

運營(yíng)商統一的策略控制平臺可以實(shí)現針對不同接入網(wǎng)設計的策略控制機制的融合，為各種接入技術(shù)提供統一的策略控制和管理方式，為同時(shí)擁有固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的運營(yíng)商提供統一的策略控制和QoS授權方案。

3GPP PCC架構是成熟和系統化的策略控制解決方案，并與上層控制間具有更好的兼容性（如與P-CSCF），其策略控制的核心功能實(shí)體PCRF可以支持不同類(lèi)型的策略接口，并具有接入網(wǎng)的無(wú)關(guān)性；另外，PCC架構擁有完整的計費支持。所以，融合網(wǎng)絡(luò )統一策略控制平臺將采用PCC PCRF實(shí)體的基礎，實(shí)現對其他策略控制系統功能的融合。

以PCC架構為基礎的解決方案的關(guān)鍵問(wèn)題在于如何使用PCC架構為固定接入網(wǎng)絡(luò )提供策略控制的功能。首先，EPC系統中資源接納控制在承載建立過(guò)程中完成，但是固網(wǎng)沒(méi)有類(lèi)似的承載建立過(guò)程，所以要在統一架構要保證中固網(wǎng)的資源接納控制功能。其次，要修改Rx接口來(lái)支持其他策略控制平臺與上層應用間服務(wù)接口功能。在長(cháng)期演進(jìn)方向上，考慮將固網(wǎng)的多播控制功能引入統一策略控制平臺，以支撐相應的業(yè)務(wù)，例如IPTV。

圖1示出增強3GPP PCC PCRF功能­——（PCRF+），基于統一用戶(hù)數據中心的固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )的統一策略控制平臺。在保持原有3GPP PCC PCRF功能不變的基礎上，增強型PCRF（PCRF+）整合了RACS中負責向AF請求的資源授權，完成QoS策略決策的功能實(shí)體SPDF。PCRF+ 可以依據業(yè)務(wù)信息、簽約信息和運營(yíng)商配置，以及x-RACF提供資源接納控制策略來(lái)完成綜合的策略決策過(guò)程。

圖1 基于UDC的融合網(wǎng)絡(luò )的統一策略控制平臺

平臺保留了RACS中的x-RACF的功能實(shí)體，以實(shí)現固定網(wǎng)絡(luò )中原有的資源接納控制過(guò)程和QoS映射功能。保證了原RACS系統結構的完整性。

從快速開(kāi)發(fā)與部署的角度考慮，新的策略控制平臺最大程度保留了RACS和PCC原來(lái)的接口。如圖1所示，RACS和PCC分別使用Gq’和Rx接口來(lái)完成決策實(shí)體與應用功能間的交互，新的平臺需要統一這兩個(gè)接口的功能，根據TISPAN和3GPP的標準文件，這兩個(gè)接口都使用Diameter協(xié)議，為融合提供了良好的基礎。

新的策略控制平臺將RACS和PCC原有的用戶(hù)簽約信息數據庫統一到用戶(hù)數據匯聚（User Data Convergence，UDC）功能實(shí)體，將原本分散的用戶(hù)數據統一整合、綜合處理，為決策平臺提供更強有力的支撐。相關(guān)功能實(shí)體仍使用原有結構和過(guò)程來(lái)訪(fǎng)問(wèn)UDC上的數據。

5 結束語(yǔ)

本文在簡(jiǎn)述3GPP現有FMC相關(guān)研究的進(jìn)展情況和統一IMS的技術(shù)要點(diǎn)比較TISPAN RACS和3GPP PCC策略控制架構和功能的基礎上，研究了固定和移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )統一策略控制相關(guān)技術(shù)的實(shí)際用例和業(yè)務(wù)需求。介紹了固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )協(xié)同和固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合兩種不同的統一策略控制平臺。

統一策略控制架構在各標準化組織都還處于起步階段，還有很多的問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。例如，如何實(shí)現對固定接入網(wǎng)策略控制的計費支持；在協(xié)同場(chǎng)景下，不同策略控制平臺的功能劃分和S9接口上的數據等。融合方案是長(cháng)期演進(jìn)的版本，有關(guān)PCRF融合接納控制功能的方法和各個(gè)接口的定義都是全新的研究課題，特別是有關(guān)計費方法和接口的研究。