用PCC在CDMA网络中实现智能管道

2013-08-09毛聪杰

电信科学 2013年9期

周伟，毛聪杰

（中国电信股份有限公司北京研究院北京 100035）

1 引言

随着智能终端的普及和移动互联网的发展，移动网流量呈爆炸式增长态势，预计到2020年，数据流量将在2010年的基础上增长1 000倍。网络流量增长越来越快，但运营商的收入却并没有随之迅速增长，流量和收入的增长呈现明显的剪刀差现象。如何提高每比特价值成为运营商的迫切需求。在此背景下各大运营商纷纷开始打造自己的智能管道。PCC（policy and charging control）是实现智能管道的有效技术，它是3GPP定义的策略和计费控制架构，同样也适用于3GPP2的CDMA网络。

2 PCC

2.1 PCC架构

PCC是3GPPR7阶段提出的策略与计费控制构架，目前已经发展到R12阶段。图1是R9阶段非漫游场景PCC整体构架，由控制网元（PCRF）、执行网元（PCEF）、承载绑定和事件上报网元（BBERF）、用户签约属性存储器（SPR）、应用服务器（AF）、在线计费功能（OCS）、离线计费功能（OFCS）组成。

2.2 PCC的发展

3GPPR5、R6阶段，为满足IMS中端到端的QoS控制和基于流的计费，引入了PDF（策略控制功能）和FBC（基于流的计费控制）功能。R7阶段将策略控制和计费功能合并正式提出了PCC构架，这个阶段PCC主要功能是策略控制、计费以及业务数据流检测。R8阶段PCC构架有了较大变动，增加了对漫游场景的支持，加入了BBERF（承载绑定与事件上报功能）功能，并相应增加了PCRF与BBERF之间进行交互的网关控制会话流程，同时引入了DRA（diameter route agent）。R9阶段主要增加了用量监控功能以及IMSPCSCF故障恢复等功能。R10阶段对赞助数据业务进行了策略增强，增加了基于消费限制业务的QoS控制以及业务感知等功能，另外还包括一些如IP流移动性（IP flow ofmobility,IFOM）相关的PCC增强。R11阶段增加了PCRF与OCS之间的Sy接口，同时3GPP和BBF开展了固移融合（FMC）策略控制研究，相关工作分为3个阶段（BBAIbuilding block Ⅰ～Ⅲ）。

·阶段1：固移策略互通，数据路由回EPC（演进分组核心网）。

·阶段2：固移策略互通，数据通过本地网络卸载。

·阶段3：固移融合策略控制，数据路由回EPC或者从本地网络卸载，已经推迟到R12完成。

3 CDMA网络中的PCC

3GPP2在3GPPR9PCC的基础上增加了CDMA场景的PCC流程，CDMA网络中的PCC架构与3GPP基本一致。

3.1 网络架构

图2是CDMA网络中简单IP场景下的PCC架构，在CDMA网络中引入PCC，需要对现网做如下改造：新建PCRF/SPR，PCRF与SPR可合设也可分设，初期一般都采用合设；升级PDSN支持PCEF功能。

通过引入PCC，CDMA网络具备了基于用户、业务、位置、时间等多维度的策略控制能力，从而为CDMA网运营商提供了差异化的运营能力。

3.2 网元功能

3.2.1 PCRF

PCRF是3GPP定义的策略和计费控制网元，引入CDMA网络中后，同样也是作为网络中的控制策略决策节点，负责PDSN的QoS和计费方面的策略控制，PCRF的控制决策依据来源于PDSN、用户签约属性存储器（SPR）和AF的数据。

PCRF具备以下功能：绑定功能、门控功能、事件报告和处理功能、QoS控制功能、业务优先级和冲突处理功能、业务重定向功能、用量监控功能、计费策略控制功能、事件触发条件定制功能、短消息通知功能。

3.2.2 PCEF

CDMA网络引入PCC后，PDSN除了原有的移动性管理、路由转发等网关的基本功能外，还应升级支持PCEF功能。

PCEF具备如下功能：规则的安装和删除功能、绑定功能、门控功能、事件触发及上报功能、QoS控制功能、用量监控及上报功能、重定向功能。

PDSN中还可内置DPI模块，提供业务检测和上报的功能。

CDMA网络中PCEF功能与3GPP定义的功能基本一致，但也有一些自身的特点，CDMA网PCEF的承载绑定功能比LTE网络要简单，LTE中PCEF进行承载绑定时，会根据PCC规则的QCI、ARP将规则绑定到具有相同ARP和QCI的某个承载上，而CDMA网络中PCEF会将所有PCC规则都绑定到一个PPP连接上而不用考虑规则的ARP、QCI，这是因为CDMA网没有多承载的情况；另外CDMA不支持网络侧发起QoS，因此网络侧发起专有承载建立的场景在CDMA中是不存在的。

图1 PCC构架

虽然CDMA网络中的PCEF功能比LTE网络中的简单，但仍能在PCRF的控制下基于用户、业务、位置、接入方式、时间等多维度进行差异化调度，从而提供差异化运营的智能管道能力。

3.2.3 SPR

用户签约属性存储逻辑实体包含有与所有签约用户或签约相关的信息，PCRF使用这些信息决定基于签约的策略和IP-CAN承载级PCC规则。

SPR提供的签约信息包括：用户签约信息，如用户标识（IMSI、MDN）、用户类型、用户等级、用户计费信息、用户归属地、用户入网时间；用户订购关系，签约用户允许的业务；每个允许的业务的优先级；用户的签约用量、动态使用量等。

SPR可与PCRF合设，也可分设，目前PCRF与SPR之间的Sp接口尚未标准化。

SPR与IT支撑系统需要开通接口，用于用户签约数据和用户订购关系的同步。

4 CDMA网络中的PCC场景

4.1 关键业务体验提升

智能管道的核心能力就是差异化服务，PCC的引入使得CDMA网络的差异化服务能力得到了更大的提升。为了提升自营或者与第三方合作伙伴的业务体验，可以运用PCC的策略控制手段对这类业务进行优先调度，使访问这类业务的用户获得更好的体验。

关键业务体验提升的实现原理如下：在PDSN上开启内置DPI的业务检测能力，并配置预定义的关键业务体验提升规则，签约了业务提升策略的用户上线后，PCRF会指示PDSN激活体验提升规则，若用户使用关键业务，PDSN会自动提升用户等级，并通过A11消息的inter-user-priority参数将提升后的等级下发至无线侧，无线侧会将用户等级映射成无线资源的调度因子（Gos因子），等级高的用户将获得更多的调度机会，从而获得比普通用户更好的业务体验。

通过这种差异化的服务能力，运营商可以发展后向收费业务，通过与第三方的合作分成，创造多赢和可持续发展的盈利模式。关键业务体验提升流程如图4所示。

图4 关键业务体验提升流程

（1）在PDSN上配置预定义的关键业务体验提升规则，该规则可以根据用户等级、业务类型修改用户优先级。

（2）用户上线激活，发起业务。

（3）PDSN发起CCR消息向PCRF请求PCC规则。

（4）PCRF返回CCA消息激活PDSN上预定义的关键业务体验提升规则，PDSN根据用户等级、业务类型确定业务优先级，修改用户的优先级参数inter-user priority。

（5）PDSN通过A11消息的session-update消息将用户等级 inter-user priority下发到到BSC，BSC根据此参数调整无线调度优先级，从而使访问关键业务的用户获得更多的无线调度资源。

4.2 用量监控

用量监控是3GPPR9中PCC新增加的功能。PCRF指示PCEF进行流量累计，当累计到一个预先设定值时进行上报，PCRF在流量上报后给PCEF下发策略，对用户行为进行控制。基于用量监控的FUP（公平使用策略）流程如图5所示。

假定已经在PCRF对用户A签约了基于用量监控的FUP策略：用户累计用量不到5 GB时，允许用户最大速率为3.1Mbit/s，当月累计流量达到5GB后，对用户限速为200 kbit/s，当月累计流量达到15GB后，对用户限速为50 kbit/s。

（1）用户A激活上线，并发起业务。

（2）PDSN收到用A的上线请求后，会向PCRF请求策略。

（3）PCRF获取用户签约信息，给PDSN下发策略，允许用户最大带宽为3.1 Mbit/s，并指示PDSN每100 MB上报一次流量。

（4）PDSN检测到用户累计流量达到 100 MB时，给PCRF进行流量上报，PCRF进行流量累计，当月累计流量达到5 GB时，下发策略，将用户限速为200 kbit/s。

（5）PDSN收到给用户限速的策略后，将用户A的速率限制为200 kbit/s，同时继续进行用量监控。

（6）当用户流量达到15GB后，PCRF再次下发策略将用户速率限制为50 kbit/s，同时指示PDSN停止用量监控。

（7）PDSN将用户速率限制为50 kbit/s，并且不再上报用量。

5 PCC演进

CDMA的演进路线已经明确为LTE，因此在CDMA网络中部署PCC后，也需要考虑PCC向LTE的平滑演进。PCC演进步骤如图6所示。

（1）在 HRPD 网络（cdma2000HRPD）中引入 PCRF，升级PDSN为PCEF，实现PCC在CDMA网络中的部署。

（2）为了解决LTE和3G的数据互操作问题，需要将HRPD升级成eHRPD。

（3）建设LTE网络，打通CDMA网络中已经引入的PCRF和PGW之间的Gx接口以及PCRF和HSGW之间的Gxa接口，在这个阶段，3G用户不会全部退网，因此3G、LTE用户将长期共存。3G用户通过PDSN路由出公网，LTE用户通过PGW出公网，在LTE网络没有覆盖的区域，LTE用户将回退到3G，通过eHRPD接入HSGW，并从PGW出公网。这个阶段的PCRF将同时控制PDSN、PGW、HSGW，从而实现对CDMA和LTE的统一控制。