PCC精准位置上报信令流程优化分析

中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司 敬 笑

中国移动通信集团陕西有限公司 耶旭立

首先分析3GPP定义的LTE网络下PCC实时位置更新流程，比较现网应用的存在问题，提出基于PRA信令流程的优化方案，以提升PCC位置类管控策略的部署的精准度、有效减少信令开销。

引言：随着“互联网+”经济时代的到来、智能手机终端的全面普及、APP新业务应用的层出不穷，特别是4G不限流量套餐的推广，均强有力的推动数据业务井喷式发展。在用户数据流量不断增长的态势下，运营商竞争的重点已由传统语音业务转向数据业务的流量经营。

PCC作为流量经营的重要环节，是运营商网络建设的重点。为满足面向用户的差异化服务和计费能力，越来越多的PCC管控和计费策略基于位置区进行，现有位置区上报流程只能基于eNodeB、TA更新，不适于更精准的区域策略部署，并且复杂的信令开销导致网络压力增大。因此，如何优化PCC区域上报流程，成为运营商流量经营的关注焦点之一。

1.PCC功能及现有位置区上报流程存在问题

1.1 功能简介

PCC（Policy and Charging Control）即策略和计费控制，是由国际标准组织3GPP在R7版本（3GPP TS 23.203/29.203/29.203）明确的定义，并于2007年对此版本进行了冻结。

PCC可以通过区分用户等级、业务、时间、累积使用流量、接入类型、接入位置等单一条件或多维组合管控场景，生成管控策略。基于对数据业务的深度报文解析（DPI），将解析结果和预置的管控条件进行匹配，生成管控策略并下发给分组域相关网元执行，从而实现策略控制功能。

PCC架构主要由策略及计费功能单元（PCRF，Policy and Charging Rule Function）、用户签约数据库（SPR，Subscription Profile Repository）、策略及计费执行单元（PCEF，Policy and Charging Enforcement Function）等网元组成。LTE下PCC网络架构如图1所示：

PCC主要网元功能描述如下：

(1) PCRF：向PCEF提供关于业务数据流控、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制策略。

(2) PCEF：叠加在PGW，可提供深度报文检测（DPI）、策略执行和基于流的计费功能。

(3) SPR：存储用户签约的相关的信息，包括签约用户允许的业务、每个允许业务的优先级、签约用户允许的QoS信息、签约用户业务的计费相关信息如接入类型、位置信息和使用次数和签约用户的类型等。

图1 LTE网络下PCC网络架构

1.2 现有位置区上报流程存在问题

面向流量运营，PCC具备高效的支撑手段和能力，现网已部署基于位置区上报的重点业务重点用户的Qos保障、累计使用量管控和位置计费套餐等策略，如基于校园区域的流量包、地铁区域流量包策略。在对流量经营起到支撑作用的同时也为核心网相关网元造成大量信令的开销，据统计，每开通150万PDP的位置区上报策略，需扩容PCRF的业务处理板15块，一定程度上导致网络维护压力和投资浪费。

2.现网PCC位置区域上报流程

根据2.1章节可以看出，PCC功能是叠加在现有分组域网络上，不参与用户信令和数据面的转发，因此PCRF作为策略控制与计费控制的核心网元，并不能实时获取用户的动态。为实现用户动态变化时PCC策略依然可用，3GPP组织在Gx接口TS29.212 R12版本中定义了43个Event-Trigger，其中，定义基于USER_LOCATION_CHANGE和TAI_CHANGE事件引起的位置上报流程，一旦该事件发生，PCEF向PCRF发送CCR-Update消息，并携带Event-Trigger AVP向PCRF报告用户位置。

（1）基于USER_LOCATION_CHANGE事件

触发条件为一旦用户所在eNodeB位置改变，PCEF通知PCRF新的用户位置。具体信令流程如图2所示。

图2 基于USER_LOCATION_CHANGE事件位置上报流程

1）PCRF根据业务需求，制定用户签约的User_Location_change事件，启动用户的位置监控；

2）PGW收到该时间在下发给MME的消息中携带“Change Rerorting Action”字段，要求MME开启对用户实时位置上报功能；

3）MME向eNodeB发送Location Rerorting Control消息，要求eNodeB开启实时位置上报；

4）当用户离开当前小区时，eNodeB利用Location Rerorting流程上报用户实时位置；

5）MME和PGW将位置上报给PCRF。

该流程可实现最小颗粒度的位置感知，由于用户的移动性特点，开启该流程将会对相关eNodeB、MME、PGW、PCRF造成大量信令开销。

（2）基于TAI_CHANGE事件

触发条件为一旦用户所在TA发生改变时，PCEF应通知PCRF新的用户位置。具体信令流程如下：

图3 基于TAI_CHANGE事件位置上报流程

1）PCRF根据业务需求，制定用户签约的TAI_change事件，启动用户的位置监控；

2）PGW收到该时间在下发给MME的消息中携带“Change Rerorting Action”字段，要求MME开启对该用户的TA粒度上报功能；

3）当用户发生跨TA位移时，eNodeB触发TAU流程；

4）MME在TAU流程中随路携带用户的当前位置信息给PGW；

5）PGW将位置上报给PCRF。

3GPP定义一个TA至少包括1个eNodeB，现网TA大致30-50个eNodeB的覆盖区域，一定程度上降低了eNodeB、MME、PGW、PCRF的信令开销。

以上两种方案在现网均有应用。其实无论是基于USER_LOCATION_CHANGE还是TAI_CHANGE事件的触发，在eNodeB、MME、S-GW/PGW侧可以看成是一种随路信令过程，对eNodeB、MME、S-GW/PGW无license要求；这两种事件触发区别在于识别位置区域的精度不同，对相关网元的信令开销不同，但都无法满足以市场营销为目的区域管控和计费策略。

3.PCC位置区域上报流程优化

为了实现更精准的位置上报、优化信令流程开销，2014年3GPP组织在现有事件触发的基础上，新引入PRA事件触发。PRA即Presence Reporting Area，实现思路是根据PCC策略的目标位置在PCRF中预先设定PRA监测区域，一个PRA List最多可包括15个TAI、63个Macro eNodeB及 63个Home eNodeB，当用户进入PRA，执行PCC管控策略，离开PRA，上报给PCRF停止管控策略。具体信令流程如图4所示：

图4 基于PRA事件位置上报流程

1）PCRF根据预制的PCC策略，向PGW下发PRA ID和PRA List，并订阅PRA Change事件触发；PGW通知MME使能该PDN连接的PRA功能，并下发对应的PRA ID和PRA List给MME；

2）MME收到指示后，查找对应的PRA区域，并对用户进行监控；

3）用户进入或进出PRA时，MME检测到PRA Status发生改变时，将PRA Status + ULI上报给UGW，UGW将PRA Change事件触发上报给PCRF，并携带PRA ID + PRA Status；

4）PCRF根据PRA Status下发不同的策略，如更改计费策略等。

相较于现网位置区域上报流程，PRA优化位置流程存在如下优点：

● 位置精准度更高

PRA打破了传统TA和eNodeB的位置粒度限定，可以依据业务部门的需求划定，其位置精准度更高，更符合以市场为导向的管控需求。

● 监控区可设定

在PRA List修改TAI、eNodeB，即完成对监控区的设定，有利于基于位置区的PCC管控策略快速上线和调整。

● 节约信令开销

网络仅对用户进出PRA区域的行为进行上报，缓解了参与该流程eNodeB、MME、PGW、PCRF的信令消耗，从一定程度上降低网络投资。

由于基于PRA的位置区上报属于3GPP规范流程，目前，各设备厂家对此功能支持度较好，部分厂家的MME、PGW、PCRF只需进行功能升级即可实现。因此，PRA的位置上报可作为现网开启精准位置区域PCC策略的优选流程。

4.结束语

现网基于位置区PCC管控策略开启后，造成相关网元的大量信令开销浪费，其管控区域也难以满足位置区类业务的推广。本文围绕基于位置区信令上报这个关键点，阐述基于PRA的信令流程及其优点与现网引入分析。对于同一个用户PDP是否可以支持下发多个PRA，也是后续研究的方向。