PCC精準(zhǔn)位置上報(bào)信令流程優(yōu)化分析

中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司 敬 笑

中國移動(dòng)通信集團(tuán)陜西有限公司 耶旭立

首先分析3GPP定義的LTE網(wǎng)絡(luò)下PCC實(shí)時(shí)位置更新流程，比較現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的存在問題，提出基于PRA信令流程的優(yōu)化方案，以提升PCC位置類管控策略的部署的精準(zhǔn)度、有效減少信令開銷。

引言：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來、智能手機(jī)終端的全面普及、APP新業(yè)務(wù)應(yīng)用的層出不窮，特別是4G不限流量套餐的推廣，均強(qiáng)有力的推動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)井噴式發(fā)展。在用戶數(shù)據(jù)流量不斷增長的態(tài)勢下，運(yùn)營商競爭的重點(diǎn)已由傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流量經(jīng)營。

PCC作為流量經(jīng)營的重要環(huán)節(jié)，是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)。為滿足面向用戶的差異化服務(wù)和計(jì)費(fèi)能力，越來越多的PCC管控和計(jì)費(fèi)策略基于位置區(qū)進(jìn)行，現(xiàn)有位置區(qū)上報(bào)流程只能基于eNodeB、TA更新，不適于更精準(zhǔn)的區(qū)域策略部署，并且復(fù)雜的信令開銷導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)壓力增大。因此，如何優(yōu)化PCC區(qū)域上報(bào)流程，成為運(yùn)營商流量經(jīng)營的關(guān)注焦點(diǎn)之一。

1.PCC功能及現(xiàn)有位置區(qū)上報(bào)流程存在問題

1.1 功能簡介

PCC（Policy and Charging Control）即策略和計(jì)費(fèi)控制，是由國際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP在R7版本（3GPP TS 23.203/29.203/29.203）明確的定義，并于2007年對(duì)此版本進(jìn)行了凍結(jié)。

PCC可以通過區(qū)分用戶等級(jí)、業(yè)務(wù)、時(shí)間、累積使用流量、接入類型、接入位置等單一條件或多維組合管控場景，生成管控策略?；趯?duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的深度報(bào)文解析（DPI），將解析結(jié)果和預(yù)置的管控條件進(jìn)行匹配，生成管控策略并下發(fā)給分組域相關(guān)網(wǎng)元執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)策略控制功能。

PCC架構(gòu)主要由策略及計(jì)費(fèi)功能單元（PCRF，Policy and Charging Rule Function）、用戶簽約數(shù)據(jù)庫（SPR，Subscription Profile Repository）、策略及計(jì)費(fèi)執(zhí)行單元（PCEF，Policy and Charging Enforcement Function）等網(wǎng)元組成。LTE下PCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示：

PCC主要網(wǎng)元功能描述如下：

(1) PCRF：向PCEF提供關(guān)于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流控、門控、基于QoS和基于流計(jì)費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)控制策略。

(2) PCEF：疊加在PGW，可提供深度報(bào)文檢測（DPI）、策略執(zhí)行和基于流的計(jì)費(fèi)功能。

(3) SPR：存儲(chǔ)用戶簽約的相關(guān)的信息，包括簽約用戶允許的業(yè)務(wù)、每個(gè)允許業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)、簽約用戶允許的QoS信息、簽約用戶業(yè)務(wù)的計(jì)費(fèi)相關(guān)信息如接入類型、位置信息和使用次數(shù)和簽約用戶的類型等。

圖1 LTE網(wǎng)絡(luò)下PCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.2 現(xiàn)有位置區(qū)上報(bào)流程存在問題

面向流量運(yùn)營，PCC具備高效的支撐手段和能力，現(xiàn)網(wǎng)已部署基于位置區(qū)上報(bào)的重點(diǎn)業(yè)務(wù)重點(diǎn)用戶的Qos保障、累計(jì)使用量管控和位置計(jì)費(fèi)套餐等策略，如基于校園區(qū)域的流量包、地鐵區(qū)域流量包策略。在對(duì)流量經(jīng)營起到支撐作用的同時(shí)也為核心網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)元造成大量信令的開銷，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開通150萬PDP的位置區(qū)上報(bào)策略，需擴(kuò)容PCRF的業(yè)務(wù)處理板15塊，一定程度上導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)維護(hù)壓力和投資浪費(fèi)。

2.現(xiàn)網(wǎng)PCC位置區(qū)域上報(bào)流程

根據(jù)2.1章節(jié)可以看出，PCC功能是疊加在現(xiàn)有分組域網(wǎng)絡(luò)上，不參與用戶信令和數(shù)據(jù)面的轉(zhuǎn)發(fā)，因此PCRF作為策略控制與計(jì)費(fèi)控制的核心網(wǎng)元，并不能實(shí)時(shí)獲取用戶的動(dòng)態(tài)。為實(shí)現(xiàn)用戶動(dòng)態(tài)變化時(shí)PCC策略依然可用，3GPP組織在Gx接口TS29.212 R12版本中定義了43個(gè)Event-Trigger，其中，定義基于USER_LOCATION_CHANGE和TAI_CHANGE事件引起的位置上報(bào)流程，一旦該事件發(fā)生，PCEF向PCRF發(fā)送CCR-Update消息，并攜帶Event-Trigger AVP向PCRF報(bào)告用戶位置。

（1）基于USER_LOCATION_CHANGE事件

觸發(fā)條件為一旦用戶所在eNodeB位置改變，PCEF通知PCRF新的用戶位置。具體信令流程如圖2所示。

圖2 基于USER_LOCATION_CHANGE事件位置上報(bào)流程

1）PCRF根據(jù)業(yè)務(wù)需求，制定用戶簽約的User_Location_change事件，啟動(dòng)用戶的位置監(jiān)控；

2）PGW收到該時(shí)間在下發(fā)給MME的消息中攜帶“Change Rerorting Action”字段，要求MME開啟對(duì)用戶實(shí)時(shí)位置上報(bào)功能；

3）MME向eNodeB發(fā)送Location Rerorting Control消息，要求eNodeB開啟實(shí)時(shí)位置上報(bào)；

4）當(dāng)用戶離開當(dāng)前小區(qū)時(shí)，eNodeB利用Location Rerorting流程上報(bào)用戶實(shí)時(shí)位置；

5）MME和PGW將位置上報(bào)給PCRF。

該流程可實(shí)現(xiàn)最小顆粒度的位置感知，由于用戶的移動(dòng)性特點(diǎn)，開啟該流程將會(huì)對(duì)相關(guān)eNodeB、MME、PGW、PCRF造成大量信令開銷。

（2）基于TAI_CHANGE事件

觸發(fā)條件為一旦用戶所在TA發(fā)生改變時(shí)，PCEF應(yīng)通知PCRF新的用戶位置。具體信令流程如下：

圖3 基于TAI_CHANGE事件位置上報(bào)流程

1）PCRF根據(jù)業(yè)務(wù)需求，制定用戶簽約的TAI_change事件，啟動(dòng)用戶的位置監(jiān)控；

2）PGW收到該時(shí)間在下發(fā)給MME的消息中攜帶“Change Rerorting Action”字段，要求MME開啟對(duì)該用戶的TA粒度上報(bào)功能；

3）當(dāng)用戶發(fā)生跨TA位移時(shí)，eNodeB觸發(fā)TAU流程；

4）MME在TAU流程中隨路攜帶用戶的當(dāng)前位置信息給PGW；

5）PGW將位置上報(bào)給PCRF。

3GPP定義一個(gè)TA至少包括1個(gè)eNodeB，現(xiàn)網(wǎng)TA大致30-50個(gè)eNodeB的覆蓋區(qū)域，一定程度上降低了eNodeB、MME、PGW、PCRF的信令開銷。

以上兩種方案在現(xiàn)網(wǎng)均有應(yīng)用。其實(shí)無論是基于USER_LOCATION_CHANGE還是TAI_CHANGE事件的觸發(fā)，在eNodeB、MME、S-GW/PGW側(cè)可以看成是一種隨路信令過程，對(duì)eNodeB、MME、S-GW/PGW無license要求；這兩種事件觸發(fā)區(qū)別在于識(shí)別位置區(qū)域的精度不同，對(duì)相關(guān)網(wǎng)元的信令開銷不同，但都無法滿足以市場營銷為目的區(qū)域管控和計(jì)費(fèi)策略。

3.PCC位置區(qū)域上報(bào)流程優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的位置上報(bào)、優(yōu)化信令流程開銷，2014年3GPP組織在現(xiàn)有事件觸發(fā)的基礎(chǔ)上，新引入PRA事件觸發(fā)。PRA即Presence Reporting Area，實(shí)現(xiàn)思路是根據(jù)PCC策略的目標(biāo)位置在PCRF中預(yù)先設(shè)定PRA監(jiān)測區(qū)域，一個(gè)PRA List最多可包括15個(gè)TAI、63個(gè)Macro eNodeB及 63個(gè)Home eNodeB，當(dāng)用戶進(jìn)入PRA，執(zhí)行PCC管控策略，離開PRA，上報(bào)給PCRF停止管控策略。具體信令流程如圖4所示：

圖4 基于PRA事件位置上報(bào)流程

1）PCRF根據(jù)預(yù)制的PCC策略，向PGW下發(fā)PRA ID和PRA List，并訂閱PRA Change事件觸發(fā)；PGW通知MME使能該P(yáng)DN連接的PRA功能，并下發(fā)對(duì)應(yīng)的PRA ID和PRA List給MME；

2）MME收到指示后，查找對(duì)應(yīng)的PRA區(qū)域，并對(duì)用戶進(jìn)行監(jiān)控；

3）用戶進(jìn)入或進(jìn)出PRA時(shí)，MME檢測到PRA Status發(fā)生改變時(shí)，將PRA Status + ULI上報(bào)給UGW，UGW將PRA Change事件觸發(fā)上報(bào)給PCRF，并攜帶PRA ID + PRA Status；

4）PCRF根據(jù)PRA Status下發(fā)不同的策略，如更改計(jì)費(fèi)策略等。

相較于現(xiàn)網(wǎng)位置區(qū)域上報(bào)流程，PRA優(yōu)化位置流程存在如下優(yōu)點(diǎn)：

● 位置精準(zhǔn)度更高

PRA打破了傳統(tǒng)TA和eNodeB的位置粒度限定，可以依據(jù)業(yè)務(wù)部門的需求劃定，其位置精準(zhǔn)度更高，更符合以市場為導(dǎo)向的管控需求。

● 監(jiān)控區(qū)可設(shè)定

在PRA List修改TAI、eNodeB，即完成對(duì)監(jiān)控區(qū)的設(shè)定，有利于基于位置區(qū)的PCC管控策略快速上線和調(diào)整。

● 節(jié)約信令開銷

網(wǎng)絡(luò)僅對(duì)用戶進(jìn)出PRA區(qū)域的行為進(jìn)行上報(bào)，緩解了參與該流程eNodeB、MME、PGW、PCRF的信令消耗，從一定程度上降低網(wǎng)絡(luò)投資。

由于基于PRA的位置區(qū)上報(bào)屬于3GPP規(guī)范流程，目前，各設(shè)備廠家對(duì)此功能支持度較好，部分廠家的MME、PGW、PCRF只需進(jìn)行功能升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)。因此，PRA的位置上報(bào)可作為現(xiàn)網(wǎng)開啟精準(zhǔn)位置區(qū)域PCC策略的優(yōu)選流程。

4.結(jié)束語

現(xiàn)網(wǎng)基于位置區(qū)PCC管控策略開啟后，造成相關(guān)網(wǎng)元的大量信令開銷浪費(fèi)，其管控區(qū)域也難以滿足位置區(qū)類業(yè)務(wù)的推廣。本文圍繞基于位置區(qū)信令上報(bào)這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，闡述基于PRA的信令流程及其優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)網(wǎng)引入分析。對(duì)于同一個(gè)用戶PDP是否可以支持下發(fā)多個(gè)PRA，也是后續(xù)研究的方向。