PCC架構在2G/3G融合網絡中組網方案研究

衛濤，孫遜，卜忠貴

（中國移動通信集團設計院有限公司, 北京 100080）

1 背景

近年來，隨著數據業務的爆發式增長，網絡規模和處理能力都得到了長足的發展，運營商數據業務增量不增收的情況卻日益明顯。為提升數據業務流量經營價值，豐富數據業務市場營銷手段，為用戶提供智能化、差異化的業務體驗，強化數據業務精細化運營能力，運營商引入了策略及計費控制（PCC，Policy Control and Charging）技術。

2 PCC架構

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功能（PCRF）單元、策略和計費執行功能（PCEF）單元、應用功能（AF）單元、用戶屬性存儲器（SPR）等功能實體組成，標準架構如圖1所示。

PCRF（Policy and Charging Rule Function，策略和計費控制功能）單元，是獨立網元，主要負責策略控制決策和基于流計費控制等功能。

圖1 PCC標準架構示意圖

PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略和計費執行功能）單元，功能實體位于網關（如GGSN），負責業務數據流的檢測、策略執行和基于流的計費等功能。

AF（Application Function，應用功能）單元，位于業務/應用平臺（設備），負責與PCRF交互相關信息。

SPR（Subscription Profile Repository，用戶屬性存儲器、用戶存儲BOSS（Business Operation Supporting System）提供的與相關用戶的簽約等信息。

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單元與PCEF單元之間，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單元與PCRF單元之間，用于從AF單元向PCRF單元傳送應用層信息，包括差異化計費信息、用于QoS（Quality of Service）控制的媒體/應用帶寬需求等。

Sp接口：位于SPR單元和PCRF單元之間，用于PCRF單元從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單元與OCS（Online Charging System）之間，用于在線計費控制信息的傳送。

Gz接口：位于PCEF單元與OFCS（Offline Charging System）之間，用于基于離線計費的數據流傳送。

2.3 PCC管控策略

PCC具有按照業務、用戶累積使用流量、用戶簽約數據、用戶位置信息、用戶接入類型和時間提供策略控制能力，同時，PCC策略控制架構可以對上述策略控制能力進行組合提供靈活的控制策略能力,并結合門控、限速、端到端的QoS控制、差別計費等管控手段實現差異化、精細化的管控和網絡運營目標。

策略控制架構可以對策略控制能力和手段進行組合，如運營商可采用如下管控策略：

禁止每天忙時在熱點區域使用P2P業務；對每月已使用超過5GB流量用戶進行限速；保證熱點區域的金牌用戶的QoS級別，限制銅牌用戶的QoS級別；對每天忙時從2G網絡接入使用游戲業務的用戶提高費率標準。

3 PCC策略管控場景

PCC架構支持多種策略控制能力和手段進行組合，本文僅針對熱點區域的PDP QoS帶寬控制一種管控場景進行描述。

當熱點區域負荷大、數據流量占用無線資源過大時，為避免數據業務對話音無線資源的占用，需要降低數據業務的使用帶寬，避免影響話音業務的體驗。

對區分熱點區域的市場策略，提供如下的管控能力：

根據用戶初次登陸的位置信息，來設置用戶PDP的帶寬；

對于用戶數少、負荷輕區域，設置較高用戶帶寬；

對于用戶數多、負荷重區域，設置較低用戶帶寬。

參數配置如表1所示。

表1 參數配置

對熱點區域的PDP QoS帶寬控制策略流程如圖2所示。

（1）PCRF配置熱點小區及相應的QoS策略信息；

（2）用戶激活PDP時，GGSN (PCEF)通知PCRF用戶上線；

（3）PCRF判斷該用戶的登錄位置是否屬于熱點區域，若屬于熱點區域則采用熱點區域的QoS帶寬（如64kbit/s/512kbit/s）策略，否則采用正常的QoS帶寬(如128kbit/s/1Mbit/s)策略；

（4）PCRF將相應策略的QoS帶寬參數下發給PCEF；

圖2 熱點區域的PDP QoS帶寬控制場景

（5）GGSN(PCEF) 通過Update PDP流程將更新的QoS傳遞給SGSN和無線設備，并分別執行新的QoS策略。

4 PCC架構引入后的組網方案

為了在2G/3G融合網絡中快速部署PCC架構，建議在PCC架構引入初期以省為單位集中新建策略控制服務器PCRF/SPR，GGSN設備升級兼做策略執行網元PCEF,SGSN設備升級支持對QoS的識別、轉發和控制，無線側部署標準的QoS參數控制,升級BOSS支持與PCRF/SPR交互，便于靈活的市場銷營和差別計費，在后續PCC演進過程中逐步實現SPR與PCRF設備的分離，Gx接口和Sp接口的開放，以及SPR與HLR/HSS的進一步融合。本文將PCC架構引入后的組網方案分為四個階段。

階段一：引入PCC架構初期,Gx接口和Sp接口尚未開放，PCRF與SPR綜合設置。

PCC引入初期Gx接口和Sp接口尚未開放，網絡部署規模較小，為了便于PCC架構的快速部署，建議采用PCRF與SPR設備采用合設方式，GGSN設備升級兼做PCEF，PCRF/SPR僅與同廠家的GGSN/PCEF互通。

當同廠家需要部署多套PCRF/SPR時，GGSN/PCEF與PCRF/SPR之間采用Gx接口全互聯方式連接，PCRF/SPR可以按照號段存儲用戶數據信息，GGSN/PCEF根據用戶ISDN或者IMSI選擇用戶歸屬的PCRF/SPR設備。

優點：引入網元數量少，便于快速部署。

缺點：網絡結構不清晰，異廠家SPR存在數據冗余和雙營賬；

階段二：PCC部署規模擴大，Gx接口和Sp接口仍未開放，PCRF與SPR采用分離架構。如圖3所示。

隨著PCC部署規模的擴大，PCC引入初期綜合設置的PCRF/SPR中的PCRF設備容量將達到瓶頸，SPR設備仍可通過擴容滿足需求。為了提高SPR的硬件利用率、減少與BOSS相連的SPR數量、降低組網復雜度，建議PCRF與SPR采用分離架構設置，SPR設備存儲全網用戶數據信息。由于Gx接口和Sp接口仍未開放，因此PCRF僅能與同廠家的SPR設備全連接，GGSN/PCEF按照負荷分擔方式選擇同廠家的PCRF。

優點：GGSN/PCEF按照負荷分擔方式選擇PCRF，PCRF設備容災備份能力增強；同廠家共用SPR設備，SPR設備硬件利用率增加；SPR與BOSS之間組網簡單。

缺點：網絡結構不清晰，異廠家SPR存在數據冗余和雙營賬。

為實現階段一到階段二的平滑演進，可以采用以下兩種調整方案：方案一，將PCRF/SPR設備分離，SPR設備與原有PCRF保持連接的同時增加與新建PCRF相連，BOSS與原有SPR設備連接方式不變，并向SPR設備同步全網用戶數據信息；方案二，若存在多套PCRF/SPR時，可將多套SPR設備容量合并，BOSS向合并后的SPR設備同步全網用戶數據信息，調整之后SPR設備與原有PCRF保持連接的同時增加與新建PCRF相連，BOSS僅與合并后的SPR設備進行連接。

兩種調整方式的對比如表2所示。

階段三：Gx接口和Sp接口全部開放，實現異廠家GGSN/PCEF與PCRF設備互通以及SPR與PCRF設備互通。

圖3 PCRF與SPR采用分離式架構組網

表2 兩種調整方式的對比

各廠家支持標準的Gx接口和Sp接口協議，可以實現異廠家GGSN/PCEF與PCRF設備以及PCRF與SPR設備互通，網絡規劃的局限性大幅降低。全網各廠家GGSN/PCEF設備均可通過負荷分擔方式選擇異廠家PCRF，PCRF設備容災備份能力進一步加強。同時，由于Sp接口開放，PCRF可與SPR設備全連接，共用SPR的全網用戶數據信息，充分利用了SPR設備硬件處理能力。

優點：網絡規劃便捷；PCRF容災備份能力進一步加強；SPR設備硬件可充分利用。

缺點：SPR不支持大容量分離式架構。

階段四：實現SPR與HLR/HSS融合。

雖然現有SPR與HLR/HSS（僅指LTE HSS）存儲的用戶數據中共有字段較少，但SPR與HLR/HSS融合可減少BOSS對外接口及潛在的數據不一致性因素，簡化組網結構，便于運營商維護管理，并節省投資及維護成本，符合未來網絡發展需求。目前3GPP TS 23.203最新協議中增加了Ud接口，即初步定義了SPR與HLR/HSS融合方式，在開放PCRF與SPR間的Sp接口的情況下，可以實現PCRF與各廠家HLR/HSS/SPR的互通。

通過上述分析可以得知，PCC架構在融合網絡中的部署將是一個長期的過程，需要結合現有分組域融合網絡的情況分階段逐步引入，隨著規模的擴大、設備的成熟、接口的開放以及協議的完善，循序漸進地進行網絡部署，逐步簡化網絡組織，降低維護管理難度，并避免造成重復投資浪費，最終實現向目標網絡演進。

5 結束語

在移動互聯網高速發展下，網絡中數據流量快速增長，已出現數據流量增量不增收、少量用戶業務占用大量帶寬、永遠在線類應用占用過多無線資源等問題。PCC架構在2G/TD融合網絡中的及時部署將有效地緩解數據業務對移動網絡的沖擊，對運營商構筑管道的精細化、差異化經營能力，拓展管道新價值具有重要的意義。