異構網絡的資源控制體系

摘要：TISPAN從固定接入角度出發，提出了資源接納控制子系統來解決NGN承載網的QoS問題；3GPP則從移動接入角度出發，在最新的3GPP R7草案中，把R6版中的策略控制功能和基于流的計費功能合并，提出了策略控制和計費。隨著固定移動的融合，資源接納控制體系在架構和接口上的不一致性對NGN相關設備制造和網絡實施將產生重大的影響。目前，3GPP和TISPAN都開展了Gq'/Rx參考點融合的研究課題。下一代移動網絡論壇提出了和諧PCC的概念和需求，即異構網絡的協同資源控制體系架構，代表了異構網絡的資源控制技術和體系的演進方向。

關鍵詞：QoS；PCC；RACS；異構網絡

下一代網絡(NGN)是當前通信標準領域的一個熱點研究課題，它采用IP分組技術等作為承載網技術融合固定通信和移動通信。NGN可以提供更豐富的多媒體業務，如具有實時要求的新興業務(如VoIP、視頻會議、多媒體遠程教學、視頻點播等)，這些業務要求通信網絡能提供高效的端到端的服務質量(QoS)支持；同時用戶對網絡服務質量的要求也越來越高。因此，如何提供端到端的QoS將是NGN的核心問題之一。

用于高級網絡的通信和互聯網融合的業務和協議(TISPAN)從固定接入角度出發，提出了資源接納控制子系統[1](RACS)來解決NGN承載網的QoS問題。RACS是NGN的組成部分之一，它將業務層如IP多媒體子系統(IMS)的資源需求與網絡承載層的資源分配相關聯，主要完成策略控制、資源預留、接納控制、網絡地址轉換(NAT)等功能。RACS 還通過一系列QoS策略為應用功能提供傳輸層的控制服務，使得用戶終端可以獲得有QoS保證的業務。

3GPP則從移動接入角度出發，在最新的3GPP R7草案中，把R6版中的策略決策功能(PDF)和基于流的計費功能(FBC)合并，提出了策略控制和計費(PCC)[2]，來完成資源接納控制功能。PCC位于業務控制層和接入/承載層之間，針對移動接入網的特性實現一定的QoS控制機制，主要提供的功能有：基于用戶的定制信息實現策略控制、基于業務數據流的計費控制。

不同標準組織提出的“資源接納控制”在架構、網絡范圍及涉及的節點類型方面存在很大差異。隨著固定移動的融合，架構和接口上的不一致性對NGN相關設備制造和網絡實施將產生重大的影響。目前，這些國際標準組織之間已經意識到這種差異，正深入分析，提出了Gq'接口和Rx接口融合的研究課題[3]，開展PCC與RACS架構的分析比較工作。

1 TISPAN RACS和3GPP PCC的比較分析

1.1 架構比較

TISPAN RACS的功能架構如圖1所示。RACS由兩個實體組成：基于業務的策略決策功能(SPDF)和接入資源接納控制功能(A-RACF)。SPDF向業務層提供統一的接口，屏蔽底層網絡拓撲和具體的接入類型，提供基于業務的策略控制。A-RACF控制接入網，具有接納控制和網絡策略匯聚的功能。傳輸層中包含二種功能實體：邊界網關功能(BGF)和資源控制執行功能(RCEF)，另外還有基礎傳輸功能(BTF)。

RACS與網絡附著子系統(NASS)通過e4參考點相連，NASS負責為上層業務層提供獨立的用戶接入管理。RACS通過Gq'參考點與應用功能(AF)進行業務信息交互。

3GPP PCC的功能架構圖如圖2所示。策略與計費規則功能(PCRF)包括策略控制決策和按流計費控制功能。PCRF提供了面向策略與計費執行功能(PCEF)的有關業務數據流的檢測、門控、QoS和按流計費(信用度管理除外)的網絡控制功能。PCEF包括業務數據流檢測、策略實施和按流計費功能。該功能實體位于網關。PCEF提供業務數據流檢測、用戶平面流量處理、觸發控制平面會話管理、QoS實施、業務數據流測量以及與計費系統交互。用戶簽約數據庫(SPR)存儲了用戶簽約數據。

RACS和3GPP PCC的主要功能都是網絡的QoS控制，但在架構上有一些差別。

RACS和3GPP PCC對接入網的控制方式是不同的。RACS通過A-RACF控制接入網中的RCEF。例如，在ADSL網絡中，RACS需要控制接入網節點DSLAM。3GPP PCC不關注接入網的處理，它只關注IP連接接入網(IP-CAN)，而IP-CAN可以在多種接入網絡中建立。

在網關節點中，有一個PCEF負責QoS和策略的處理，3GPP PCC只負責資源的授權，由IP-CAN負責資源的預留。具體地講：PCRF計算業務的資源需求并對資源的使用進行授權，然后將相關信息下發至PCEF，由PCEF所在的網關節點和其他節點共同完成IP-CAN的建立。不同種類的接入技術有其專門的IP-CAN信令。

異構網絡的典型特征是底層網絡技術的多樣化。對于種類繁多的接入技術，RACS和PCC對他們的支持不盡相同。RACS R1中僅支持固定接入方式，規范中以數字用戶線(xDSL)為具體示例。在RACS R2中，修改了接入類型的范圍，RACS適用于任何接入類型，但是對于其他接入技術還缺乏具體研究。3GPP PCC獨立于接入技術，它適用于任何符合3GPP IP-CAN 定義的接入技術，例如GPRS，WLAN，WiMAX等。

為了保證用戶在移動過程中的業務服務質量，資源接納控制系統需要支持移動性。目前，RACS不支持移動性，但是正在立項的下一個版本已經將移動性納入重點研究內容。PCC對游牧、漫游的應用場景和流程等討論比較充分，對移動性的支持也較為完善。

3GPP PCC和RACS對終端能力需求不相同。3GPP PCC要求的終端必須支持QoS信令。QoS信令可以是顯示的，例如，GPRS中，終端需要支持分組數據協議(PDP)上下文協議，并在PDP上下文激活的消息中攜帶通用移動通信系統(UMTS) QoS參數。QoS信令也可以是隱式的，例如，在WLAN中，承載是一條由終端到分組數據網關(PDG)的IPSec隧道，終端支持IPSec即可。而RACS對終端的QoS信令能力沒有嚴格要求。

計費支持是資源控制系統中的重要支撐功能。RACS僅支持離線計費，但是結構和流程都還需要深入研究，相關信令規范也是空白。PCC對計費的支持比較完善，支持在線計費、離線計費以及流計費等多種計費方式。

RACS將NAT/網絡地址端口轉換(NAPT)納入了它的研究范圍，對NAT/NAPT的支持較為完善。其主要機制是BGF在SPDF的控制下完成NAT/NAPT穿越。NAT/NAPT并不是3GPP PCC的研究內容，需要由其他系統處理。對于IMS，NAT/NAPT穿越問題由IMS接入網關和代理呼叫會話控制功能(P-CSCF)負責處理。

1.2 接口比較

在TISPAN RACS架構中，Gq'參考點[4]用于SPDF與AF間基于業務的策略制定信息的交互。Rq參考點位于SPDF與A-RACF之間，SPDF將QoS參數通過Rq發送給A-RACF。Re參考點位于A-RACF與RCEF之間，A-RACF通過Re參考點下發傳輸層策略。Ia參考點位于SPDF與BGF之間，BGF在SPDF的控制下完成NAT、門控等。

在3GPP PCC架構中，Rx參考點[5]用于AF與PCRF間應用層會話信息的交互。這些信息被PCRF用作PCC決策輸入的一部分。Sp參考點使PCRF可以基于用戶標識等參數從SPR獲取用戶清單信息。Gy參考點位于在線計費系統(OCS)和PCEF之間，它允許對基于業務數據流的計費進行在線信用額度控制。Gz參考點位于PCEF和OFCS之間，用于基于業務數據流的離線計費信息傳送。

Gq'與Rx都是與AF的參考點，兩者的融合具有重要的應用價值。目前，3GPP和TISPAN都開展了Gq'/Rx融合的研究課題。從比較結果可知，Gq'與Rx在基本流程上有較大的相似性，這也為融合提供了有利的條件。

1.2.1 初始接納與預留功能流程比較

Rx參考點支持AF會話建立流程。當建立一個新的AF會話，并且這個AF會話的媒體信息可用時，AF將在PCRF上創建一個會話，即通過Rx參考點發送初始請求消息。Gq'參考點支持會話的初始預留流程。Rx、Gq'都是與AF相連的參考點，在此流程上的比較主要體現在相關實體的操作上，即SPDF與PCRF的操作。

SPDF與PCRF執行的相同操作有：根據運營商策略執行基于策略的決策；控制BGF的開關門；在收到來自AF的初始接納與預留請求后，在BGF/PCEF上安裝策略/PCC規則。

SPDF與PCRF執行的不同操作有：SPDF不決定IP會話和用戶IP地址相應的傳輸資源(這由A-RACF處理)；PCRF決定IP-CAN會話和IP-CAN承載。SPDF不關聯請求與用戶簽約清單(這由A-RACF處理)；PCRF關聯請求與用戶簽約清單。Gq'上不僅傳送用戶的IP地址，還傳送全局唯一地址。Gq'上，AF不顯示表明業務信息協商的階段；Rx上，AF表明此項消息。Rx上，AF不指示預留的有效期，不支持硬狀態與軟狀態預留模型；Gq'上，AF指示預留的有效期，支持硬狀態與軟狀態預留模型。

1.2.2 修改功能流程比較

Rx上，在修改流程中，AF可以修改以前建立的會話，包括修改業務信息、業務信息協商階段的指示、PCC規則、門控。Gq'上，在修改流程中，AF可以修改以前建立的會話，包括修改業務信息、門控、傳輸策略規則、預留生命周期。

Gq'參考點支持現有會話的刷新，在這種情況下，AF不必包括業務信息。Rx接口不支持該功能。

1.2.3 終止功能流程比較

Rx上，當AF收到來自內部或外部的會話釋放觸發時，AF發送會話終止消息給PCEF。PCRF識別相應的AF會話，識別IP-CAN會話和IP-CAN承載，觸發PCEF刪除該AF會話的IP流的PCC規則，并回復AF。Gq'上，當AF收到會話釋放的觸發時，AF發送會話終止請求給SPDF。若相應的會話以前已經創建，則SPDF觸發A-RACF執行有關操作，觸發BGF關閉門控，等待A-RACF與BGF的回復后回復AF。

2 異構網絡的資源控制體系演進

雖然當前在移動網絡和固定網絡上都分別定義了資源控制技術架構，如上述的3GPP PCC和TISPAN RACS。但隨著移動固定的融合和異構網絡的融合，需要有一個統一的資源控制體系架構以滿足用戶的業務體驗質量，如在異構網絡中移動和切換時保證業務的連續性和服務質量。因此下一代移動網絡(NGMN)論壇提出了和諧PCC(Harmonized PCC)的概念和需求，即異構網絡的協同資源控制體系架構，代表了異構網絡的資源控制技術和體系的演進方向。

通過對PCC和RACS的研究比較，我們認為資源控制技術和體系的演進可以主要分為以下3個步驟：資源控制體系和業務層接口的融合；PCC和RACS的協同工作；可能的PCC和RACS的融合。

2.1 業務層接口的融合

Gq'是RACS和業務層的接口，Rx是PCC和業務層的接口。 這兩個接口融合的意義是可以為業務層提供一個統一的資源控制服務接口，從而使業務層不需要感知RACS和PCC的差異，屏蔽異構網的差異。

Gq'和Rx接口的融合是Harmonized PCC的第一步，具有很大的實用價值。 TISPAN和3GPP在2007年11月召開了聯合會議，設立了Gq'/Rx融合的研究項目，文檔號為23.822 (Framework for Gq'/Rx Harmonization)，中興通訊是該項目的共同發起者之一。在2008年3月的TISPAN 16bis會議上，通過了MI2054的立項，MI2054是TISPAN的Gq'/Rx融合研究項目。目前，針對全局唯一地址、NAPT控制、軟狀態模型提出了相應的融合方案。

?誗全局唯一地址：擴展Rx參考點，使用Gq'上的全局唯一地址取代原有的用戶IP地址。為了保證向后兼容，建議增加域描述。

?誗NAPT控制：擴展Rx參考點，增加NAPT綁定創建與修改流程，并使用與Gq'上相同的綁定功能參數。

?誗軟狀態模型：建議在Rx參考點增加預留生命周期，以此支持軟狀態模型。

2.2 RACS與PCC的協同工作

目前，多個RACS系統之間可以相互交互，通信接口規范正在完善中。但是RACS和PCC之間沒有相互通信的接口，相互之間不能協調。當用戶在異構網絡之間切換時，為了保證用戶的業務體驗質量，需要在多個異構網絡中進行QoS連續性控制。即RACS和PCC之間需要相互交互協商以完成資源預留等QoS連續性保證操作。因此，為了實現RACS和3GPP PCC的協同工作，需要對RACS和PCC之間的交互接口進行研究并規范化。這是下一個階段的標準研究重點，需要3GPP和TISPAN在完成了Gq'/Rx接口融合研究項目后，再聯合立項進行研究。

2.3 可能的PCC和RACS的融合

將PCC和RACS融合為一，是異構網絡資源控制技術一個可能的發展方向。 融合PCC的必要性和可行性還有待深入的研究，但兩個資源控制體系的相互借鑒和趨同在為這個目標提供了可能性。

中興通訊的兩個提案在剛結束的TISPAN 16bis會議上被接受，這樣在RACS的新版本中，將研究移動性支持和移動接入技術(如WiMAX)。同時，RACS和PCC的和諧也是一個研究內容。

3 結束語

資源控制能夠為各類業務提供完善的QoS和動態策略控制保證， 實現差異化服務和精細化運營。而異構網絡的資源控制更是研究熱點，其重要意義和價值在于為各類業務提供跨異構網絡的服務質量保證，它是網絡融合的一個重要課題。

異構網絡資源控制技術的一個重要發展方向是Harmonized PCC，其演進將會分階段進行，最先是業務層接口的融合，然后是PCC和RACS的協同工作以滿足固定移動融合(FMC)業務的QoS需求。

4 參考文獻

[1] ETSI ES 282 003.Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); Resource and Admission Control Sub-system (RACS) Functional Architecture; Release 2[S].

[2] 3GPP TS 23.203. Policy and Charging Control Architecture[S].

[3] 3GPP 23.822 v0.2.0. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Framework for Gq'/Rx Harmonization (Release 8)[S].

[4] ETSI TS 183.017. Resource and Admission Control: DIAMETER Protocol for Session Based Policy Setup Information Exchange Between the Application Function (AF) and the Service Policy Decision Function (SPDF); Protocol Specification[S].

[5] 3GPP TS 29.214: Policy and Charging Control over Rx Reference Point[S].

收稿日期：2008-03-17

宋軍，中興通訊股份有限公司中心研究院技術總監。博士畢業于東南大學。曾擔任新加坡國立大學Internet研究中心(CIR)研究科學家，曾工作于美國環球電訊公司(Global Crossing)位于美國加州硅谷的研究中心，現任中國下一代互聯網(CNGI)項目專家工作組成員。主要從事數據通信、NGN、QoS和IMS等領域的技術工作。已在國內外學術期刊和學術會議上發表論文30余篇。

尤建潔，中興通訊股份有限公司標準部工程師。博士畢業于南京理工大學。主要研究領域為NGN、QoS等。

蘭光華，中興通訊股份有限公司中心研究院工程師。碩士畢業于南京理工大學。主要從事數據通信、NGN QoS等方面研究工作。