固定/移動融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一控制平臺研究

1 引言

固定/移動融合（Fixed-mobile Convergence，F(xiàn)MC）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(yīng)運(yùn)營商接入業(yè)務(wù)的競爭，以及降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營和維護(hù)成本的意愿而生。旨在為運(yùn)營商提供統(tǒng)一的核心網(wǎng)控制和管理平臺，為終端用戶統(tǒng)一的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，而不必區(qū)分訪問這項(xiàng)業(yè)務(wù)所用的接入技術(shù)。通過融合，運(yùn)營商進(jìn)一步提高資產(chǎn)的利用率，擴(kuò)大覆蓋范圍，提高業(yè)務(wù)的易用性，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)容量。

策略控制最早是IETF在增強(qiáng)IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中提出的。首先由3GPP引入到UMTS系統(tǒng)R5版本，即策略控制和計(jì)費(fèi)（Policy Control and Charging，PCC）架構(gòu)，其目的是將策略控制應(yīng)用到通信網(wǎng)絡(luò)資源接入和使用過程中。PCC架構(gòu)將應(yīng)用層級會話服務(wù)數(shù)據(jù)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要求來保障數(shù)據(jù)傳輸，并根據(jù)運(yùn)營商的計(jì)費(fèi)策略實(shí)現(xiàn)服務(wù)數(shù)據(jù)流層級的計(jì)費(fèi)功能。PCC架構(gòu)使得運(yùn)營商能夠合理分配，并有效控制網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力。

運(yùn)營商間的資費(fèi)競爭使寬帶業(yè)務(wù)越來越廉價，用戶逐漸趨向于無節(jié)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(zhuǎn)到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，成本壓力也從ISP轉(zhuǎn)到運(yùn)營商。為解決這一問題，固網(wǎng)運(yùn)營商在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(jiān)控、合理分配，開發(fā)新的資費(fèi)策略，便于新型業(yè)務(wù)（如IMS）的快速部署，便于提高用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，使運(yùn)營商擺脫網(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)和移動網(wǎng)絡(luò)正走向深度融合。統(tǒng)一IMS架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了固定接入和移動接入的統(tǒng)一核心控制網(wǎng)絡(luò)。統(tǒng)一的策略控制和計(jì)費(fèi)架構(gòu)在融合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的重要意義開始逐步凸顯。現(xiàn)階段，不同標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)已成為融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一策略控制和計(jì)費(fèi)功能的阻礙。本文在簡述3GPP現(xiàn)有FMC相關(guān)研究的進(jìn)展情況和統(tǒng)一IMS的技術(shù)要點(diǎn)基礎(chǔ)上，以 TISPAN RACS和3GPP PCC為基準(zhǔn)，比較固定和移動網(wǎng)絡(luò)策略控制架構(gòu)和功能，進(jìn)而提出了一種以3GPP PCC架構(gòu)為基礎(chǔ)，融合其他標(biāo)準(zhǔn)化組織策略控制相關(guān)功能的固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一的策略控制架構(gòu)，該架構(gòu)支持同一運(yùn)營商移動和固定網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的策略控制，包含固定/移動網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺和固定/移動網(wǎng)絡(luò)融合平臺兩個發(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(xiàn)在R7中的固定寬帶接入IMS（Fixed Broadband Access to IMS，F(xiàn)BI）和對傳統(tǒng)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TR 23.819，現(xiàn)已轉(zhuǎn)化為CR修改了涉及的IMS規(guī)范，如 TS 23.228，TS 24.229，TS 29.163等。

FBI相關(guān)的工作可分為兩個層面：首先是對固網(wǎng)NGN的支持，即要求IMS同時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(qiáng)以及產(chǎn)生的影響，包括擴(kuò)展Gq接口支持NGN接入，SIP頭域補(bǔ)充固定接入定位，采用IM-ALG和TrGW配合的IPv6/v4地址轉(zhuǎn)換和私網(wǎng)穿越等。其次是與傳統(tǒng)電路域業(yè)務(wù)互通的問題。在現(xiàn)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(tǒng)電路域信令、承載和各種補(bǔ)充業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的基本架構(gòu)等。

3GPP另一個FMC范疇的重要研究是統(tǒng)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(jié)構(gòu)，具有接入無關(guān)性、支持用戶漫游和用戶數(shù)據(jù)的集中管理等優(yōu)點(diǎn)，從而使基于IMS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合成為可能。統(tǒng)一IMS作為支持固定和移動接入的統(tǒng)一核心控制網(wǎng)絡(luò)，滿足3GPP以及TISPAN R1等不同版本的IMS的整體網(wǎng)絡(luò)能力需求，同時能夠滿足3GPP，TISPAN，3GPP2等各標(biāo)準(zhǔn)化組織在業(yè)務(wù)、計(jì)費(fèi)、網(wǎng)管等方面最新的網(wǎng)絡(luò)能力需求，得到了廣泛的認(rèn)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(gòu)，實(shí)現(xiàn)基本的會話控制、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，與移動網(wǎng)的GGSN功能相似。主要實(shí)現(xiàn)固定終端UAAF，給固定終端分配IP（NACF：類似于DHCP 服務(wù)器），向終端下發(fā)PCSCF地址、應(yīng)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(zhuǎn)換控制功能）。接納控制主要包括根據(jù)運(yùn)營者的具體策略規(guī)則和資源，檢查接入網(wǎng)附著子系統(tǒng)保存的簽約數(shù)據(jù)的授權(quán)，檢查用戶請求帶寬、預(yù)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(tǒng)一IMS的網(wǎng)絡(luò)能力包括注冊、認(rèn)證和授權(quán)，用戶數(shù)據(jù)的集中管理，業(yè)務(wù)觸發(fā)，IP多媒體會話控制，標(biāo)識、編碼和尋址，網(wǎng)絡(luò)互通，SIP壓縮功能，完備的計(jì)費(fèi)能力等。

3 固定和移動網(wǎng)絡(luò)策略控制架構(gòu)和功能比較

針對固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)QoS和計(jì)費(fèi)策略進(jìn)行授權(quán)、預(yù)留、分配等控制機(jī)制的研究在不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織同時展開。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(jié)構(gòu)、接口協(xié)議和功能細(xì)節(jié)都有差異。本章通過對比3GPP的PCC架構(gòu)和TISPAN的RACS架構(gòu)來闡述兩者的差別。

（1）對接入網(wǎng)的控制方式不同

RACS通過X-RACF維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和資源狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)。3GPP PCC負(fù)責(zé)資源的授權(quán)，由接入網(wǎng)負(fù)責(zé)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型，但并沒有對除固網(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(gòu)獨(dú)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)，但主要針對移動接入網(wǎng)絡(luò)。因此，PCC對游牧、漫游的應(yīng)用場景和流程等移動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信令能力沒有嚴(yán)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(jì)費(fèi)策略方面的研究水平不同

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

（5）對IMS邊界網(wǎng)關(guān)控制的實(shí)現(xiàn)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(jī)制納入到BGF功能。3GPP PCC架構(gòu)則不包含這部分內(nèi)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(rèn)為是TISPAN在長期演進(jìn)研究方向上的一個亮點(diǎn)。

總之，3GPP PCC架構(gòu)提供了成熟的資源控制和計(jì)費(fèi)策略的解決方案，業(yè)界主要運(yùn)營商將PCC作為固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一策略控制平臺的基準(zhǔn)。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(nèi)缺乏業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。其他標(biāo)準(zhǔn)化組織（如BBF），給出的策略控制架構(gòu)解決方案大都還不夠成熟，有待進(jìn)一步完善。

4 固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)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(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工作，必須嚴(yán)格定義運(yùn)營商的需求，并考慮種種現(xiàn)實(shí)問題。不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織提供了各種各有側(cè)重的解決方案，市場也會針對這些方案給出不同的反饋。運(yùn)營商希望獲得一種滿足短期市場占用和長期標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)之間平衡關(guān)系的解決方案，以避免投資浪費(fèi)，縮短決策時間。

固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)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(yīng)用用例。例如，擁有固定和移動全網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商可以為用戶在某一指定時間段內(nèi)整體性地分配帶寬配額，該配額與用戶使用的接入技術(shù)無關(guān)；允許用戶在符合策略規(guī)則的條件下，申請更大的帶寬；可以為IMS業(yè)務(wù)指定專用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(yīng)用，限制帶寬消耗者獲取帶寬。

4.1 融合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商業(yè)務(wù)需求

（1）功能優(yōu)化需求

固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商需要部署統(tǒng)一的資源控制、授權(quán)和策略控制引擎，為用戶提供一種與接入無關(guān)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，這是統(tǒng)一策略控制平臺最重要的功能。

（2）運(yùn)營優(yōu)化需求

采用統(tǒng)一的策略控制平臺，可以避免重復(fù)部署關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，從而提高系統(tǒng)可靠性，便于故障定位，縮短路由時間，實(shí)現(xiàn)對告警和統(tǒng)計(jì)性能的優(yōu)化，簡化軟件版本的升級，豐富了業(yè)務(wù)提供方法，部署統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中心（UDC）。綜合以上優(yōu)化因素，統(tǒng)一的策略控制平臺的部署將大幅度地提高運(yùn)營商整體運(yùn)營效能。

（3）融合的業(yè)務(wù)體驗(yàn)需求

統(tǒng)一的策略控制平臺可以為原本孤立的固定和移動接入技術(shù)提供統(tǒng)合應(yīng)用提供平臺，即從運(yùn)營商角度可以實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一策略的業(yè)務(wù)管理，在用戶側(cè)提供具有接入無關(guān)的統(tǒng)一業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

就各標(biāo)準(zhǔn)組織策略控制體系結(jié)構(gòu)的成熟度而言，當(dāng)前只有TISPAN RACS和3GPP PCC是系統(tǒng)化的解決方案。然而，短期內(nèi)BRAS設(shè)備制造商將不會開發(fā)支持DIAMETER接口的版本，DIAMETER是3GPP PCC架構(gòu)中重要的協(xié)議，這就意味著RACS將無法整合PCRF的功能。但3GPP PCC平臺已經(jīng)開始研究PCRF對固定接入網(wǎng)絡(luò)的支持。所以，相比于RACS，PCC架構(gòu)是更優(yōu)化的統(tǒng)一策略控制平臺實(shí)現(xiàn)方案，可以藉此實(shí)現(xiàn)一個綜合的策略控制引擎，能夠觸發(fā)不同的執(zhí)行接口，實(shí)現(xiàn)固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一策略控制。

4.2 架構(gòu)方案

固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一策略控制架構(gòu)的演進(jìn)可以分為兩步進(jìn)行。第一步，完成現(xiàn)有不同策略控制架構(gòu)的互聯(lián)和協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)UE在不同的固定和移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商之間的漫游；第二步，實(shí)現(xiàn)不同策略控制技術(shù)在體系結(jié)構(gòu)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(tǒng)一平臺。實(shí)現(xiàn)固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商為用戶提供統(tǒng)一的策略和QoS控制機(jī)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(xiàn)UE在不同運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之間漫游時的策略控制?，F(xiàn)簡述漫游場景下針對UE策略控制過程，假設(shè)UE從3GPP網(wǎng)絡(luò)漫游到固定網(wǎng)絡(luò)：

●當(dāng)UE漫游到固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的區(qū)域內(nèi)后，首先通過受信的S2C和額外的用戶面完整性保護(hù)機(jī)制完成附著過程。

●3GPP網(wǎng)絡(luò)完成對用戶的鑒權(quán)，在固網(wǎng)接入點(diǎn)和PGW間建立DSMIPv6隧道，完成這一步后UE可以開始Best-Effect數(shù)據(jù)傳輸。

●PGW將繼續(xù)與PCRF建立IP-CAN會話，PCRF下載流量過濾數(shù)據(jù)下發(fā)到PGW中。

●PCRF和漫游地網(wǎng)絡(luò)與對應(yīng)的策略控制功能實(shí)體為每一個UE建立s9會話，s9接口將PCRF建立的流量過濾數(shù)據(jù)發(fā)送到漫游地網(wǎng)絡(luò)的策略控制功能實(shí)體中。

（2）統(tǒng)一的策略控制平臺

運(yùn)營商統(tǒng)一的策略控制平臺可以實(shí)現(xiàn)針對不同接入網(wǎng)設(shè)計(jì)的策略控制機(jī)制的融合，為各種接入技術(shù)提供統(tǒng)一的策略控制和管理方式，為同時擁有固網(wǎng)和移動網(wǎng)的運(yùn)營商提供統(tǒng)一的策略控制和QoS授權(quán)方案。

3GPP PCC架構(gòu)是成熟和系統(tǒng)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可以支持不同類型的策略接口，并具有接入網(wǎng)的無關(guān)性；另外，PCC架構(gòu)擁有完整的計(jì)費(fèi)支持。所以，融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一策略控制平臺將采用PCC PCRF實(shí)體的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對其他策略控制系統(tǒng)功能的融合。

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

圖1示出增強(qiáng)3GPP PCC PCRF功能­——（PCRF+），基于統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)中心的固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一策略控制平臺。在保持原有3GPP PCC PCRF功能不變的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)型PCRF（PCRF+）整合了RACS中負(fù)責(zé)向AF請求的資源授權(quán)，完成QoS策略決策的功能實(shí)體SPDF。PCRF+ 可以依據(jù)業(yè)務(wù)信息、簽約信息和運(yùn)營商配置，以及x-RACF提供資源接納控制策略來完成綜合的策略決策過程。

圖1 基于UDC的融合網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)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(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)中原有的資源接納控制過程和QoS映射功能。保證了原RACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性。

從快速開發(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原來的接口。如圖1所示，RACS和PCC分別使用Gq’和Rx接口來完成決策實(shí)體與應(yīng)用功能間的交互，新的平臺需要統(tǒng)一這兩個接口的功能，根據(jù)TISPAN和3GPP的標(biāo)準(zhǔn)文件，這兩個接口都使用Diameter協(xié)議，為融合提供了良好的基礎(chǔ)。

新的策略控制平臺將RACS和PCC原有的用戶簽約信息數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一到用戶數(shù)據(jù)匯聚（User Data Convergence，UDC）功能實(shí)體，將原本分散的用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合、綜合處理，為決策平臺提供更強(qiáng)有力的支撐。相關(guān)功能實(shí)體仍使用原有結(jié)構(gòu)和過程來訪問UDC上的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

本文在簡述3GPP現(xiàn)有FMC相關(guān)研究的進(jìn)展情況和統(tǒng)一IMS的技術(shù)要點(diǎn)比較TISPAN RACS和3GPP PCC策略控制架構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，研究了固定和移動融合網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)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/移動網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和固定/移動網(wǎng)絡(luò)融合兩種不同的統(tǒng)一策略控制平臺。

統(tǒng)一策略控制架構(gòu)在各標(biāo)準(zhǔn)化組織都還處于起步階段，還有很多的問題有待進(jìn)一步解決。例如，如何實(shí)現(xiàn)對固定接入網(wǎng)策略控制的計(jì)費(fèi)支持；在協(xié)同場景下，不同策略控制平臺的功能劃分和S9接口上的數(shù)據(jù)等。融合方案是長期演進(jìn)的版本，有關(guān)PCRF融合接納控制功能的方法和各個接口的定義都是全新的研究課題，特別是有關(guān)計(jì)費(fèi)方法和接口的研究。