PCRF规则策略管理机制及优化方案

陈子翀

（中国电信股份有限公司福建分公司，福建 福州 350001）

2014年是中国4G移动通信元年，LTE网络的建设正在迅速地展开。LTE网络与3G网络相比较，除了速度更快，最大的差异是增强了网络对移动业务的智能管理能力。在LTE EPC核心网中，PCRF（策略与计费规则功能单元）是实现移动业务智能管理的核心网元。

3 GPP 规范明确定义了PCC 架构、功能、PCC Rule等信息，对PCRF规则策略管理机制未作明确的要求。在实际运营中，规则策略管理机制是PCRF高效运营的基础。

1 PCC架构概述

为了解决QoS和基于流计费等问题，提供更好的基于流的计费和策略控制，3GPP在R7版本中提出策略计费控制（PCC）机制，通过该架构可以使得网络检测到不同的业务流，并针对业务流实现QoS控制、计费统计等需求。基于PCC（Policy and Charging Control）架构的业务和计费的精细化管理功能，使运营商通过精细化的运营重新占据业务价值链的顶端，避免沦为单纯的数据“管道”。

PCC架构将R6版本中的策略决策功能实体（PDF）和计费策略功能实体（CRF）合并为R7中的PCRF，在R7中的PCC架构里定义了几个新的功能实体，AF、PCRF和PCEF。

AF（应用功能）功能实体根据与用户之间的业务协商，向PCRF（策略与计费规则功能）动态提供应用层的会话信息（如SDP），PCRF根据AF提供的业务信息、用户签约信息，本地运营商制定出策略计费控制策略（PCC RULE），并将该策略下发给分组网络中的网关（PCEF），PCEF（面向策略与计费执行功能）执行该策略，由于策略中包含流标识信息（IP五元组），以及针对该流的QoS要求以及计费要求，PCEF可以根据这些信息实现基于流的QoS和计费，从而解决在全IP网络实现端到端QoS以及基于流计费问题。PCC架构如图1所示：

图1 PCC架构

在PCC架构下，策略控制流程如图2所示，分为3个步骤：

图2 PCC架构下策略控制流程

步骤1：首先由业务部门制定业务策略，明确用户信息、套餐信息、业务类型、优先级别以及业务触发点等信息。业务触发点可能包括：用户等级、业务类型、累计使用量、位置、忙闲时等。

步骤2：PCRF按照规则管理机制的要求，根据业务策略生成网络控制规则和控制逻辑。在业务触发过程中，将控制动作和对象下发给PCEF（EPC中PCEF为PGW）。

步骤3：PCEF根据PCRF的指令进行网络控制。

2 矩阵式规则策略管理机制

PCRF按照规则管理机制的要求，通过对业务策略解析，生成网络控制规则和控制逻辑，下发给PCEF执行。PCRF规则管理机制决定了业务部署和系统运行效率。

2.1 基本原理

“矩阵式管理机制”是目前常用的规则管理机制，其运行原理如下：

（1）根据业务策略，构建业务策略矩阵。

如图3所示，业务策略矩阵的行是业务规则，矩阵的列是业务触发点，业务策略矩阵生成步骤如下：

1）整理所有业务的触发点，形成业务策略矩阵的列；

2）在每个业务规则相关的触发点上打上触发标识；

3）输出QoS参数；

4）将业务策略矩阵输入PCRF。

（2）当PCRF触发业务策略时，先遍历所有激活的业务规则，当存在规则冲突时，比较业务规则的优先级，确定规则是否生效。

（3）将生效的业务规则下发给PCEF，执行控制。

2.2 方案分析

“矩阵式管理机制”存在以下缺点：

（1）“构建业务策略矩阵”由线下人工来处理，业务部署周期长。

（2）当引入新的业务规则时，可能引入新的业务触发点，需要更新已有的业务策略矩阵，对已部署的业务影响较大。

（3）触发业务策略，需要比对所有激活业务规则的优先级，效率很低。

（4）当业务数量增加，业务策略矩阵的复杂度将会大幅度上升。

图3 矩阵式管理机制例图

图4 令牌检测机制逻辑图

3 优化的令牌检测机制

“矩阵式管理机制”以业务为管理对象，随着业务的增加，管理矩阵将快速扩张，导致业务部署和系统效率大幅度下降。针对矩阵式管理机制存在的问题，提出了令牌检测机制，主要特征是以用户信道为管理对象，由于在用户信道上只能实施一个业务策略，因此管理复杂度不随业务的增加而增加。

3.1 基本原理

“令牌检测机制”逻辑图如图4所示。

（1）在PCRF中，每个用户需要新增2套控制参数。

1）用户“签约速率”和“达量速率”这2个参数定义了用户基础的速率，应用于“基础速率管理”和“业务速率”的恢复，均需要有状态标识，以确保2个速率唯一生效；

2）“控制令牌”参数，该参数用以标识是否有业务进行用户速率的调控，需要有2个状态标识，“业务ID”和“生效期”。

（2）“令牌检测机制”控制的基本原理

◆基础速率调控

当用户的“套餐速率”等基础速率变化时，IT系统直接修改“签约速率”或“达量速率”参数，PCRF通知PCEF执行。

◆业务速率调控

当业务调控需求产生时，PCRF根据业务的触发条件，激活控制令牌，标记令牌占用的“业务ID”和“生效期”；业务速率调控也可以由AF通过PCRF的Rx接口控制激活或去激活。

◆冲突检测

控制令牌激活时，如其它业务触发调控需求，比较调速需求是否同向，同向则合并需求和话单，反向则比较业务的优先级别，优先级别高者获得令牌控制权。当前业务的调控需求均为提速，调速需求均为同向。

◆带宽恢复

当令牌生效期结束时（或由AF通过PCRF的Rx接口发出去激活消息），如果业务在默认承载上，PCRF查询签约速率，通知PCRF恢复带宽；如果业务在专用承载上，PCRF通知PCEF终止专用承载。

3.2 “令牌检测机制”主要优势

与“矩形管理机制”相比较，“令牌检测机制”主要优势如下：

（1）以用户信道为管理对象，由于用户信道只有一个速率，因此，采用这种方法减少了管理的对象，降低了管理难度。

（2）将速率调控分为“基础速率调控”和“业务速率调控”，减少了调控冲突的频度。

（3）“控制令牌”采用“同向合并、反向比较级别”的原则，冲突检测简单，不需要PCRF进行业务遍历比较，减少了系统开销。

（4）在PCRF中，保存了用户的“签约速率”和“达量速率”，“达量降速”等业务的带宽恢复，不需要IT系统触发，减少了IT系统的开发量。

3.3 “令牌检测机制”与无线资源管理的协同

PCRF规则策略管理机制与无线资源管理密切相关。“令牌检测机制”资源管理分为“基础速率管理”和“业务速率管理”，在无线资源中可以对应为“默认承载”和“专用承载”。

当无线网络开启专用承载时，“令牌检测机制”可以充分发挥其便捷、高效的特点，但是，开启专用承载的缺点是一个用户可能占用二倍或多倍无线资源。

当无线网络仅开启默认承载时，“令牌检测机制”就必须定义“基础速率管理”和“业务速率管理”的优先级别，当“业务速率管理”优先级别高时，应注意“业务速率”生效期结束后，恢复为“基础速率”；当“基础速率管理”优先级别高时，“业务速率管理”仅在“基础速率管理”不生效时启用。

3.4 “令牌检测机制”的挑战

由于当前4G移动智能业务模式尚在不断演进中，业务模式的演进可能给PCRF策略管理带来更多的需求，尤其是移动后向服务方面可能给智能业务管理模式带来巨大的变化。

业务模式的演进是“令牌检测机制”面临的最大挑战，“令牌检测机制”不是PCRF规则管理的最终形态，移动互联网业务的特性要求PCRF的规则管理机制随着业务模式的演进而不断调整和完善。

4 结束语

PCRF是LTE EPC核心网实现网络智能化的重要网元，在4G业务的发展中，势必发挥出越来越重要的作用。4G EPC核心网部署的初期，很多设备采用“矩阵式管理机制”实现业务间的冲突检测，虽然业务逻辑严谨，但是业务部署的代价很大。

“令牌检测机制”针对“矩阵式管理机制”存在的问题进行了优化，以用户信道作为规则策略管理的对象，采用令牌进行业务间的冲突检测，可以有效地降低4G业务的运营负荷，提高PCRF的业务部署效率，具有较高的实用价值。

根据4G业务发展的要求，PCRF需要对规则管理机制进行不断地优化，推动移动智能管道在移动互联网业务中发挥更大的作用。

[1] 3GPP TS 23.203. Policy and charging control architecture (version 11.13.0)[S]. 2014.

[2] 3GPP TS 29.212. Policy and Charging Control (PCC); Reference point (version 11.12.0)[S]. 2014.

[3] 3GPP TS 23.207. End-to-end Quality of Service (QoS) concept and architecture (version 11.0.0) [S]. 2012.

[4] 中国电信股份有限公司. 中国电信LTE（混合组网）系统设备技术要求-PCRF/SPR（试行）[Z]. 2013.

[5] 中国移动通信集团公司. 中国移动PCRF-SPR设备规范（送审稿）[Z]. 2012.

[6] 中兴通讯股份有限公司. 静态PCC配置实施指导手册R1.4[Z]. 2013.