LTE網絡中PCC架構的應用

顧明

（中國移動通信集團設計院有限公司 北京 100080）

1 引言

隨著網絡向全IP化的演進，如何在IP網絡中保證業務服務質量，特別是語音、流媒體等質量要求高的業務，是業界關注的問題。3GPP引入IMS核心網架構時，即考慮了這一需求，在R5/R6版本標準中對IMS網絡的策略控制機制進行了規定，并在R6中規范了基于流的計費（FBC）技術。在當前的規范中，策略控制和基于流的計費屬于兩套不同的系統，有各自的功能實體及接口。然而從具體過程看，策略控制和基于流的計費有很多相似的功能，將其分立設置無疑增加了網絡配置、實體功能的復雜性，導致了成本的增加，同時降低了控制的效率，影響了用戶體驗。因此，有必要考慮將兩套系統進行融合。

3GPP R7提出Policy and Charging Control (PCC)架構，基于分組域實現業務策略控制。R8在R7的基礎上增強了對LTE/CDMA/WLAN等多種接入類型、漫游、PCRF尋址增強等功能點，R9主要進行完善工作，目前已凍結。R10提出了“Policy Plane”的概念，并開展DPI業務檢測上報、SPR標準化、基于業務選網等增強功能研究。

目前國內外運營商已開始考慮在網絡中引入PCC架構，以實現在分組域上承載業務的計費控制和QoS策略等。

2 PCC架構簡介

2.1 PCC標準架構

3GPP標準定義的PCC架構主要由策略和計費控制單元（PCRF）、策略和計費執行單元（PCEF）、應用功能（AF）、用戶屬性存儲器（SPR）等功能實體組成，標準架構如圖1所示，以復雜的漫游情況下的架構為例。

圖1 PCC標準架構示意圖（用戶漫游使用歸屬地網絡）

PCRF（Policy and Charging Rule Function），具有策略控制決策和基于流計費控制的功能，向PCEF提供關于業務數據流檢測、門控、基于QoS和基于流計費（除信用控制外）的網絡控制功能。當用戶漫游時，需要漫游地和歸屬地的PCRF互通來為用戶提供服務，因此可分為H-PCRF和V-PCRF功能。

PCEF（Policy and Charging Enforcement Fucntion)，負責業務數據流的檢測、策略執行和基于流的計費功能，一般設置在GGSN或P-GW上。

AF（Application Function）,主要對IP-CAN用戶面行為進行動態策略/計費控制，設置在業務平臺上。

SPR（Subscription Profile Repository）,該 邏輯實體存儲與所有簽約用戶或簽約相關的信息，包括簽約用戶允許的業務等。

2.2 PCC的主要接口

從圖1可看出，PCC架構的主要接口有：

Gx接口：位于PCRF與PCEF之間，用于傳送策略和計費規則。該接口支持SDF（Service DATA Flow）級別的PCC信息傳輸，并支持無線接入技術信息和位置信息的傳輸。

Rx接口：位于AF與PCRF之間，用于從AF向PCRF傳送應用層信息，包括差異化計費信息、用于QoS控制的媒體/應用帶寬需求等。

Sp接口：位于SPR 和PCRF之間，用于PCRF從SPR獲得與IP-CAN傳輸策略相關的用戶信息，如用戶ID、PDN標識等。

Gy 接口：位于PCEF與OCS之間，用于在線計費控制信息的傳送。

Gz接口：位于PCEF and the OFCS之間，用于基于離線計費的數據流傳送。

S9接口：位于hPCRF與vPCRF之間，用于支持漫游場景下的SDF級的PCC信息傳輸，并支持所有非漫游場景下的QOS參數、相關分組過濾器以及控制信息的傳輸。

3 PCC的作用

隨著移動通信網絡向3G的演進，數據業務承載能力有了大幅度的提高，數據業務量快速增加，但由于網絡資源相對有限，從實際網絡運行情況來看存在以下問題：

（1）數據業務增量不增收。少量用戶擠占了大量的網絡資源，導致業務感受度差。

（2）實時業務，如流媒體等無法得到網絡資源的保障。

除上述問題外，LTE引入后承載在分組域上的語音等實時業務更需要得到QoS保證。PCC架構可以實現通過用戶分級來吸引或保障高端用戶，不同的用戶享受不同的資費和帶寬。系統擁塞時，保證高端用戶的QoS。PCC在LTE網絡中作用的重點是“保障”，即保障實時業務和重點業務的質量；在2G/3G網絡中的作用是“限制”，即限制低價值用戶對網絡資源的占用，保證其他業務的感受。此外，通過PCC還可實現實時計費、欠費控制等功能。

4 PCC在LTE網中的應用

從標準定義來看，PCC架構可以實現QoS、計費等方面的功能，考慮到LTE網絡建設初期，全IP網絡的業務QoS問題更受關注，因此本文將主要從QoS策略方面討論PCC在LTE網中的應用，對于計費的內容暫不涉及。

4.1 無PCC架構下的QoS策略

3GPP標準定義的LTE網絡取消了電路域，話音業務以及各類流媒體業務將通過統一的分組域承載，由IMS域實現對業務的控制。對于語音業務的承載，在沒有PCC的情況下，可有兩種方式來提供QoS保證，具體如下：

（1）終端不具有QoS措施，核心網通過“默認承載”，采用 Best Effort方式為用戶提供服務，通過增加網絡帶寬保證業務質量。

（2）終端具有Qos措施，對于話音業務“打上”特殊的DSCP標記 ，SAE-GW識別后在Best Effort的基礎上為用戶提供“盡量高”的服務質量；或者終端請求EPC網絡建立“專用承載”傳送話音業務。

這兩種方式可在核心網側一定程度上保證業務的帶寬，但是QoS能力均無法傳導至無線側，不能為業務提供端到端的質量保證，而無線資源受限的因素，也無法得到可靠的QoS保障。

4.2 引入PCC后的QoS策略

4.2.1 引入PCC架構后的LTE網絡

在LTE網絡中引入PCC后的網絡架構如圖2所示。

4.2.2 策略實現機制

在業務處理過程中，PCRF需向內部或外部數據庫查詢用戶數據、從承載層和應用層獲得相關信息來確定用戶QoS策略，用戶數據可包括：用戶簽約的業務信息，運營商定義的用戶信息等，從承載層和應用層獲得信息包括接入網絡信息、用戶身份標識、用戶位置信息、協商的QoS、用戶設備信息和用戶計費方式等。根據這些信息，PCRF將為用戶配置相應的QoS策略，并與其它核心網元交互，分配相關資源以保證業務服務質量。具體過程如圖3所示（以話音業務為例）。

圖2 引入PCC架構后的LTE網絡

4.2.3 QoS參數定義

EPS系統中定義了承載級、APN級、UE級三個粒度的QoS參數，并依據各自特性定義相關QoS參數，規定了各參數的網絡設備執行點。HSS存儲簽約與默認承載相關的QoS參數，專有承載QoS參數由P-GW動態決策生成。PCC QoS參數以及其執行點見表1、表2。

QCI: 描述了不同業務的QoS要求。

網絡中只傳遞QCI標號，具體參數與QCI的對應關系在各網元中配置，以標準取值為基準，以保證不同廠家間互通的QoS一致性。

QCI參數主要用于承載建立后的資源調度控制，用于端到端的保證各種業務的QoS需求。QCI與QoS參數對應關系見表3。

圖3 PCC架構下QoS策略實現機制示意

表1 QoS參數表

表2 QoS參數執行點映射表

PCRF發布的QoS策略可以由EPC核心網MME影射成為無線網絡參數，并發送給eNode B，由無線網絡根據QoS來提供相應的資源，以保證有足夠的無線網絡資源為話音業務等重要實時業務提供服務質量保證。

5 LET網絡中引入PCC的方式

根據國內LTE引入后業務布署策略來看，在LTE建設時應同步引入PCC。運營商在引入PCC架構時可考慮以下的建設原則：

（1）以省為單位集中建設PCRF設備。

（2）統籌考慮LTE網絡及2G/3G網絡PCC的建設，并統籌考慮資源控制和資費策略。

（3）LTE網絡以及2G/3G網絡共用PCRF設備。

（4）適時在自有業務平臺增加AF功能，實現端到端的Qos保障。

移動通信網絡中2G/3G網絡可以共用核心網，在2G/3G網絡向LTE的演進過程中，LTE建設初期2G/3G核心網與EPC網絡將獨立建設，隨著技術和網絡的發展，2G/3G核心網與EPC網絡逐步實現融合。而PCC的引入與發展與核心網的發展是相輔相成的，也將從獨立建設分別為2G/3G網絡服務的PCRF和為LTE服務的PCRF，向融合的PCRF演進。

PCC引入可以分為三個階段：

第一階段：2G/3G與EPC獨立建設，PCRF獨立建設進行測試和試點。

第二階段：適時在自有平臺部署AF，實現端到端的QoS保障。

表3 QCI與QoS參數對應關系表

圖4 PCC的引入和發展

第三階段：2G/3G，EPC網絡使用融合PCRF。

PCC的引入和發展建議如圖4所示。

6 結束語

隨著網絡向LTE的演進，核心網將未來將只保留演進的分組域，即EPC網絡來統一承載數據業務和語音等實時性要求高的業務。 通過PCC對業務實現端到端的QoS保障是保障實時業務質量的關鍵。雖然3GPP在R8中對PCC進行了明確的定義，但我國電信運營商網絡龐大，并且涉及多廠家的互通，PCC在網絡中的具體的建設和應用方案還需要結合各個運營商的情況詳細制定；PCC的互通性和應用效果仍有待驗證。我們將繼續跟蹤PCC在網絡中的測試和應用情況，提出滿足運營需要的建議。

[1]3GPP TS23.203 “Policy Control and Charging Architecture (Stage 2)”

[2]黃韜，張智江，劉韻潔. PCC策略控制機制研究.