用PCC在CDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)智能管道

周 偉，毛聰杰

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

隨著智能終端的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)流量呈爆炸式增長態(tài)勢，預(yù)計(jì)到2020年，數(shù)據(jù)流量將在2010年的基礎(chǔ)上增長1 000倍。網(wǎng)絡(luò)流量增長越來越快，但運(yùn)營商的收入?yún)s并沒有隨之迅速增長，流量和收入的增長呈現(xiàn)明顯的剪刀差現(xiàn)象。如何提高每比特價(jià)值成為運(yùn)營商的迫切需求。在此背景下各大運(yùn)營商紛紛開始打造自己的智能管道。PCC（policy and charging control）是實(shí)現(xiàn)智能管道的有效技術(shù)，它是3GPP定義的策略和計(jì)費(fèi)控制架構(gòu)，同樣也適用于3GPP2的CDMA網(wǎng)絡(luò)。

2 PCC

2.1 PCC架構(gòu)

PCC是3GPPR7階段提出的策略與計(jì)費(fèi)控制構(gòu)架，目前已經(jīng)發(fā)展到R12階段。圖1是R9階段非漫游場景PCC整體構(gòu)架，由控制網(wǎng)元（PCRF）、執(zhí)行網(wǎng)元（PCEF）、承載綁定和事件上報(bào)網(wǎng)元（BBERF）、用戶簽約屬性存儲(chǔ)器（SPR）、應(yīng)用服務(wù)器（AF）、在線計(jì)費(fèi)功能（OCS）、離線計(jì)費(fèi)功能（OFCS）組成。

2.2 PCC的發(fā)展

3GPPR5、R6階段，為滿足IMS中端到端的QoS控制和基于流的計(jì)費(fèi)，引入了PDF（策略控制功能）和FBC（基于流的計(jì)費(fèi)控制）功能。R7階段將策略控制和計(jì)費(fèi)功能合并正式提出了PCC構(gòu)架，這個(gè)階段PCC主要功能是策略控制、計(jì)費(fèi)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流檢測。R8階段PCC構(gòu)架有了較大變動(dòng)，增加了對漫游場景的支持，加入了BBERF（承載綁定與事件上報(bào)功能）功能，并相應(yīng)增加了PCRF與BBERF之間進(jìn)行交互的網(wǎng)關(guān)控制會(huì)話流程，同時(shí)引入了DRA（diameter route agent）。R9階段主要增加了用量監(jiān)控功能以及IMSPCSCF故障恢復(fù)等功能。R10階段對贊助數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行了策略增強(qiáng)，增加了基于消費(fèi)限制業(yè)務(wù)的QoS控制以及業(yè)務(wù)感知等功能，另外還包括一些如IP流移動(dòng)性（IP flow ofmobility,IFOM）相關(guān)的PCC增強(qiáng)。R11階段增加了PCRF與OCS之間的Sy接口，同時(shí)3GPP和BBF開展了固移融合（FMC）策略控制研究，相關(guān)工作分為3個(gè)階段（BBAIbuilding block Ⅰ～Ⅲ）。

·階段1：固移策略互通，數(shù)據(jù)路由回EPC（演進(jìn)分組核心網(wǎng)）。

·階段2：固移策略互通，數(shù)據(jù)通過本地網(wǎng)絡(luò)卸載。

·階段3：固移融合策略控制，數(shù)據(jù)路由回EPC或者從本地網(wǎng)絡(luò)卸載，已經(jīng)推遲到R12完成。

3 CDMA網(wǎng)絡(luò)中的PCC

3GPP2在3GPPR9PCC的基礎(chǔ)上增加了CDMA場景的PCC流程，CDMA網(wǎng)絡(luò)中的PCC架構(gòu)與3GPP基本一致。

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2是CDMA網(wǎng)絡(luò)中簡單IP場景下的PCC架構(gòu)，在CDMA網(wǎng)絡(luò)中引入PCC，需要對現(xiàn)網(wǎng)做如下改造：新建PCRF/SPR，PCRF與SPR可合設(shè)也可分設(shè)，初期一般都采用合設(shè)；升級PDSN支持PCEF功能。

通過引入PCC，CDMA網(wǎng)絡(luò)具備了基于用戶、業(yè)務(wù)、位置、時(shí)間等多維度的策略控制能力，從而為CDMA網(wǎng)運(yùn)營商提供了差異化的運(yùn)營能力。

3.2 網(wǎng)元功能

3.2.1 PCRF

PCRF是3GPP定義的策略和計(jì)費(fèi)控制網(wǎng)元，引入CDMA網(wǎng)絡(luò)中后，同樣也是作為網(wǎng)絡(luò)中的控制策略決策節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)PDSN的QoS和計(jì)費(fèi)方面的策略控制，PCRF的控制決策依據(jù)來源于PDSN、用戶簽約屬性存儲(chǔ)器（SPR）和AF的數(shù)據(jù)。

PCRF具備以下功能：綁定功能、門控功能、事件報(bào)告和處理功能、QoS控制功能、業(yè)務(wù)優(yōu)先級和沖突處理功能、業(yè)務(wù)重定向功能、用量監(jiān)控功能、計(jì)費(fèi)策略控制功能、事件觸發(fā)條件定制功能、短消息通知功能。

3.2.2 PCEF

CDMA網(wǎng)絡(luò)引入PCC后，PDSN除了原有的移動(dòng)性管理、路由轉(zhuǎn)發(fā)等網(wǎng)關(guān)的基本功能外，還應(yīng)升級支持PCEF功能。

PCEF具備如下功能：規(guī)則的安裝和刪除功能、綁定功能、門控功能、事件觸發(fā)及上報(bào)功能、QoS控制功能、用量監(jiān)控及上報(bào)功能、重定向功能。

PDSN中還可內(nèi)置DPI模塊，提供業(yè)務(wù)檢測和上報(bào)的功能。

CDMA網(wǎng)絡(luò)中PCEF功能與3GPP定義的功能基本一致，但也有一些自身的特點(diǎn)，CDMA網(wǎng)PCEF的承載綁定功能比LTE網(wǎng)絡(luò)要簡單，LTE中PCEF進(jìn)行承載綁定時(shí)，會(huì)根據(jù)PCC規(guī)則的QCI、ARP將規(guī)則綁定到具有相同ARP和QCI的某個(gè)承載上，而CDMA網(wǎng)絡(luò)中PCEF會(huì)將所有PCC規(guī)則都綁定到一個(gè)PPP連接上而不用考慮規(guī)則的ARP、QCI，這是因?yàn)镃DMA網(wǎng)沒有多承載的情況；另外CDMA不支持網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起QoS，因此網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起專有承載建立的場景在CDMA中是不存在的。

圖1 PCC構(gòu)架

雖然CDMA網(wǎng)絡(luò)中的PCEF功能比LTE網(wǎng)絡(luò)中的簡單，但仍能在PCRF的控制下基于用戶、業(yè)務(wù)、位置、接入方式、時(shí)間等多維度進(jìn)行差異化調(diào)度，從而提供差異化運(yùn)營的智能管道能力。

3.2.3 SPR

用戶簽約屬性存儲(chǔ)邏輯實(shí)體包含有與所有簽約用戶或簽約相關(guān)的信息，PCRF使用這些信息決定基于簽約的策略和IP-CAN承載級PCC規(guī)則。

SPR提供的簽約信息包括：用戶簽約信息，如用戶標(biāo)識（IMSI、MDN）、用戶類型、用戶等級、用戶計(jì)費(fèi)信息、用戶歸屬地、用戶入網(wǎng)時(shí)間；用戶訂購關(guān)系，簽約用戶允許的業(yè)務(wù)；每個(gè)允許的業(yè)務(wù)的優(yōu)先級；用戶的簽約用量、動(dòng)態(tài)使用量等。

SPR可與PCRF合設(shè)，也可分設(shè)，目前PCRF與SPR之間的Sp接口尚未標(biāo)準(zhǔn)化。

SPR與IT支撐系統(tǒng)需要開通接口，用于用戶簽約數(shù)據(jù)和用戶訂購關(guān)系的同步。

4 CDMA網(wǎng)絡(luò)中的PCC場景

4.1 關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升

智能管道的核心能力就是差異化服務(wù)，PCC的引入使得CDMA網(wǎng)絡(luò)的差異化服務(wù)能力得到了更大的提升。為了提升自營或者與第三方合作伙伴的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，可以運(yùn)用PCC的策略控制手段對這類業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先調(diào)度，使訪問這類業(yè)務(wù)的用戶獲得更好的體驗(yàn)。

關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升的實(shí)現(xiàn)原理如下：在PDSN上開啟內(nèi)置DPI的業(yè)務(wù)檢測能力，并配置預(yù)定義的關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升規(guī)則，簽約了業(yè)務(wù)提升策略的用戶上線后，PCRF會(huì)指示PDSN激活體驗(yàn)提升規(guī)則，若用戶使用關(guān)鍵業(yè)務(wù)，PDSN會(huì)自動(dòng)提升用戶等級，并通過A11消息的inter-user-priority參數(shù)將提升后的等級下發(fā)至無線側(cè)，無線側(cè)會(huì)將用戶等級映射成無線資源的調(diào)度因子（Gos因子），等級高的用戶將獲得更多的調(diào)度機(jī)會(huì)，從而獲得比普通用戶更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

通過這種差異化的服務(wù)能力，運(yùn)營商可以發(fā)展后向收費(fèi)業(yè)務(wù)，通過與第三方的合作分成，創(chuàng)造多贏和可持續(xù)發(fā)展的盈利模式。關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升流程如圖4所示。

圖4 關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升流程

（1）在PDSN上配置預(yù)定義的關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升規(guī)則，該規(guī)則可以根據(jù)用戶等級、業(yè)務(wù)類型修改用戶優(yōu)先級。

（2）用戶上線激活，發(fā)起業(yè)務(wù)。

（3）PDSN發(fā)起CCR消息向PCRF請求PCC規(guī)則。

（4）PCRF返回CCA消息激活PDSN上預(yù)定義的關(guān)鍵業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升規(guī)則，PDSN根據(jù)用戶等級、業(yè)務(wù)類型確定業(yè)務(wù)優(yōu)先級，修改用戶的優(yōu)先級參數(shù)inter-user priority。

（5）PDSN通過A11消息的session-update消息將用戶等級 inter-user priority下發(fā)到到BSC，BSC根據(jù)此參數(shù)調(diào)整無線調(diào)度優(yōu)先級，從而使訪問關(guān)鍵業(yè)務(wù)的用戶獲得更多的無線調(diào)度資源。

4.2 用量監(jiān)控

用量監(jiān)控是3GPPR9中PCC新增加的功能。PCRF指示PCEF進(jìn)行流量累計(jì)，當(dāng)累計(jì)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定值時(shí)進(jìn)行上報(bào)，PCRF在流量上報(bào)后給PCEF下發(fā)策略，對用戶行為進(jìn)行控制?；谟昧勘O(jiān)控的FUP（公平使用策略）流程如圖5所示。

假定已經(jīng)在PCRF對用戶A簽約了基于用量監(jiān)控的FUP策略：用戶累計(jì)用量不到5 GB時(shí)，允許用戶最大速率為3.1Mbit/s，當(dāng)月累計(jì)流量達(dá)到5GB后，對用戶限速為200 kbit/s，當(dāng)月累計(jì)流量達(dá)到15GB后，對用戶限速為50 kbit/s。

（1）用戶A激活上線，并發(fā)起業(yè)務(wù)。

（2）PDSN收到用A的上線請求后，會(huì)向PCRF請求策略。

（3）PCRF獲取用戶簽約信息，給PDSN下發(fā)策略，允許用戶最大帶寬為3.1 Mbit/s，并指示PDSN每100 MB上報(bào)一次流量。

（4）PDSN檢測到用戶累計(jì)流量達(dá)到 100 MB時(shí)，給PCRF進(jìn)行流量上報(bào)，PCRF進(jìn)行流量累計(jì)，當(dāng)月累計(jì)流量達(dá)到5 GB時(shí)，下發(fā)策略，將用戶限速為200 kbit/s。

（5）PDSN收到給用戶限速的策略后，將用戶A的速率限制為200 kbit/s，同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行用量監(jiān)控。

（6）當(dāng)用戶流量達(dá)到15GB后，PCRF再次下發(fā)策略將用戶速率限制為50 kbit/s，同時(shí)指示PDSN停止用量監(jiān)控。

（7）PDSN將用戶速率限制為50 kbit/s，并且不再上報(bào)用量。

5 PCC演進(jìn)

CDMA的演進(jìn)路線已經(jīng)明確為LTE，因此在CDMA網(wǎng)絡(luò)中部署PCC后，也需要考慮PCC向LTE的平滑演進(jìn)。PCC演進(jìn)步驟如圖6所示。

（1）在 HRPD 網(wǎng)絡(luò)（cdma2000HRPD）中引入 PCRF，升級PDSN為PCEF，實(shí)現(xiàn)PCC在CDMA網(wǎng)絡(luò)中的部署。

（2）為了解決LTE和3G的數(shù)據(jù)互操作問題，需要將HRPD升級成eHRPD。

（3）建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)，打通CDMA網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)引入的PCRF和PGW之間的Gx接口以及PCRF和HSGW之間的Gxa接口，在這個(gè)階段，3G用戶不會(huì)全部退網(wǎng)，因此3G、LTE用戶將長期共存。3G用戶通過PDSN路由出公網(wǎng)，LTE用戶通過PGW出公網(wǎng)，在LTE網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋的區(qū)域，LTE用戶將回退到3G，通過eHRPD接入HSGW，并從PGW出公網(wǎng)。這個(gè)階段的PCRF將同時(shí)控制PDSN、PGW、HSGW，從而實(shí)現(xiàn)對CDMA和LTE的統(tǒng)一控制。

6 結(jié)束語

本文介紹了3GPPPCC的基本構(gòu)架，闡述了如何在CDMA網(wǎng)絡(luò)中部署PCC、CDMA網(wǎng)絡(luò)中PCC主要網(wǎng)元的功能以及與3GPP網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)網(wǎng)元的功能差異。通過對具體業(yè)務(wù)場景的介紹，展現(xiàn)了CDMA網(wǎng)絡(luò)中PCC的流程。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，還介紹了CDMA網(wǎng)絡(luò)PCC的演進(jìn)策略。

1 3GPP TS 23.203.Policy and Charing Control Architecture,2013

2 3GPP TS 29.212.Policy and Charging Control over Gx Reference Point,2013

3 3GPP TS 29.213.Policy and Charging Control Signaling Flow and QoSMapping,2013

4 3GPP2 X.S0062-0 Version 1.0.PCC for cdma2000 1x and HRPD Networks，2010