PCRF規則策略管理機制及優化方案

陳子翀

（中國電信股份有限公司福建分公司，福建 福州 350001）

2014年是中國4G移動通信元年，LTE網絡的建設正在迅速地展開。LTE網絡與3G網絡相比較，除了速度更快，最大的差異是增強了網絡對移動業務的智能管理能力。在LTE EPC核心網中，PCRF（策略與計費規則功能單元）是實現移動業務智能管理的核心網元。

3 GPP 規范明確定義了PCC 架構、功能、PCC Rule等信息，對PCRF規則策略管理機制未作明確的要求。在實際運營中，規則策略管理機制是PCRF高效運營的基礎。

1 PCC架構概述

為了解決QoS和基于流計費等問題，提供更好的基于流的計費和策略控制，3GPP在R7版本中提出策略計費控制（PCC）機制，通過該架構可以使得網絡檢測到不同的業務流，并針對業務流實現QoS控制、計費統計等需求。基于PCC（Policy and Charging Control）架構的業務和計費的精細化管理功能，使運營商通過精細化的運營重新占據業務價值鏈的頂端，避免淪為單純的數據“管道”。

PCC架構將R6版本中的策略決策功能實體（PDF）和計費策略功能實體（CRF）合并為R7中的PCRF，在R7中的PCC架構里定義了幾個新的功能實體，AF、PCRF和PCEF。

AF（應用功能）功能實體根據與用戶之間的業務協商，向PCRF（策略與計費規則功能）動態提供應用層的會話信息（如SDP），PCRF根據AF提供的業務信息、用戶簽約信息，本地運營商制定出策略計費控制策略（PCC RULE），并將該策略下發給分組網絡中的網關（PCEF），PCEF（面向策略與計費執行功能）執行該策略，由于策略中包含流標識信息（IP五元組），以及針對該流的QoS要求以及計費要求，PCEF可以根據這些信息實現基于流的QoS和計費，從而解決在全IP網絡實現端到端QoS以及基于流計費問題。PCC架構如圖1所示：

圖1 PCC架構

在PCC架構下，策略控制流程如圖2所示，分為3個步驟：

圖2 PCC架構下策略控制流程

步驟1：首先由業務部門制定業務策略，明確用戶信息、套餐信息、業務類型、優先級別以及業務觸發點等信息。業務觸發點可能包括：用戶等級、業務類型、累計使用量、位置、忙閑時等。

步驟2：PCRF按照規則管理機制的要求，根據業務策略生成網絡控制規則和控制邏輯。在業務觸發過程中，將控制動作和對象下發給PCEF（EPC中PCEF為PGW）。

步驟3：PCEF根據PCRF的指令進行網絡控制。

2 矩陣式規則策略管理機制

PCRF按照規則管理機制的要求，通過對業務策略解析，生成網絡控制規則和控制邏輯，下發給PCEF執行。PCRF規則管理機制決定了業務部署和系統運行效率。

2.1 基本原理

“矩陣式管理機制”是目前常用的規則管理機制，其運行原理如下：

（1）根據業務策略，構建業務策略矩陣。

如圖3所示，業務策略矩陣的行是業務規則，矩陣的列是業務觸發點，業務策略矩陣生成步驟如下：

1）整理所有業務的觸發點，形成業務策略矩陣的列；

2）在每個業務規則相關的觸發點上打上觸發標識；

3）輸出QoS參數；

4）將業務策略矩陣輸入PCRF。

（2）當PCRF觸發業務策略時，先遍歷所有激活的業務規則，當存在規則沖突時，比較業務規則的優先級，確定規則是否生效。

（3）將生效的業務規則下發給PCEF，執行控制。

2.2 方案分析

“矩陣式管理機制”存在以下缺點：

（1）“構建業務策略矩陣”由線下人工來處理，業務部署周期長。

（2）當引入新的業務規則時，可能引入新的業務觸發點，需要更新已有的業務策略矩陣，對已部署的業務影響較大。

（3）觸發業務策略，需要比對所有激活業務規則的優先級，效率很低。

（4）當業務數量增加，業務策略矩陣的復雜度將會大幅度上升。

圖3 矩陣式管理機制例圖

圖4 令牌檢測機制邏輯圖

3 優化的令牌檢測機制

“矩陣式管理機制”以業務為管理對象，隨著業務的增加，管理矩陣將快速擴張，導致業務部署和系統效率大幅度下降。針對矩陣式管理機制存在的問題，提出了令牌檢測機制，主要特征是以用戶信道為管理對象，由于在用戶信道上只能實施一個業務策略，因此管理復雜度不隨業務的增加而增加。

3.1 基本原理

“令牌檢測機制”邏輯圖如圖4所示。

（1）在PCRF中，每個用戶需要新增2套控制參數。

1）用戶“簽約速率”和“達量速率”這2個參數定義了用戶基礎的速率，應用于“基礎速率管理”和“業務速率”的恢復，均需要有狀態標識，以確保2個速率唯一生效；

2）“控制令牌”參數，該參數用以標識是否有業務進行用戶速率的調控，需要有2個狀態標識，“業務ID”和“生效期”。

（2）“令牌檢測機制”控制的基本原理

◆基礎速率調控

當用戶的“套餐速率”等基礎速率變化時，IT系統直接修改“簽約速率”或“達量速率”參數，PCRF通知PCEF執行。

◆業務速率調控

當業務調控需求產生時，PCRF根據業務的觸發條件，激活控制令牌，標記令牌占用的“業務ID”和“生效期”；業務速率調控也可以由AF通過PCRF的Rx接口控制激活或去激活。

◆沖突檢測

控制令牌激活時，如其它業務觸發調控需求，比較調速需求是否同向，同向則合并需求和話單，反向則比較業務的優先級別，優先級別高者獲得令牌控制權。當前業務的調控需求均為提速，調速需求均為同向。

◆帶寬恢復

當令牌生效期結束時（或由AF通過PCRF的Rx接口發出去激活消息），如果業務在默認承載上，PCRF查詢簽約速率，通知PCRF恢復帶寬；如果業務在專用承載上，PCRF通知PCEF終止專用承載。

3.2 “令牌檢測機制”主要優勢

與“矩形管理機制”相比較，“令牌檢測機制”主要優勢如下：

（1）以用戶信道為管理對象，由于用戶信道只有一個速率，因此，采用這種方法減少了管理的對象，降低了管理難度。

（2）將速率調控分為“基礎速率調控”和“業務速率調控”，減少了調控沖突的頻度。

（3）“控制令牌”采用“同向合并、反向比較級別”的原則，沖突檢測簡單，不需要PCRF進行業務遍歷比較，減少了系統開銷。

（4）在PCRF中，保存了用戶的“簽約速率”和“達量速率”，“達量降速”等業務的帶寬恢復，不需要IT系統觸發，減少了IT系統的開發量。

3.3 “令牌檢測機制”與無線資源管理的協同

PCRF規則策略管理機制與無線資源管理密切相關。“令牌檢測機制”資源管理分為“基礎速率管理”和“業務速率管理”，在無線資源中可以對應為“默認承載”和“專用承載”。

當無線網絡開啟專用承載時，“令牌檢測機制”可以充分發揮其便捷、高效的特點，但是，開啟專用承載的缺點是一個用戶可能占用二倍或多倍無線資源。

當無線網絡僅開啟默認承載時，“令牌檢測機制”就必須定義“基礎速率管理”和“業務速率管理”的優先級別，當“業務速率管理”優先級別高時，應注意“業務速率”生效期結束后，恢復為“基礎速率”；當“基礎速率管理”優先級別高時，“業務速率管理”僅在“基礎速率管理”不生效時啟用。

3.4 “令牌檢測機制”的挑戰

由于當前4G移動智能業務模式尚在不斷演進中，業務模式的演進可能給PCRF策略管理帶來更多的需求，尤其是移動后向服務方面可能給智能業務管理模式帶來巨大的變化。

業務模式的演進是“令牌檢測機制”面臨的最大挑戰，“令牌檢測機制”不是PCRF規則管理的最終形態，移動互聯網業務的特性要求PCRF的規則管理機制隨著業務模式的演進而不斷調整和完善。

4 結束語

PCRF是LTE EPC核心網實現網絡智能化的重要網元，在4G業務的發展中，勢必發揮出越來越重要的作用。4G EPC核心網部署的初期，很多設備采用“矩陣式管理機制”實現業務間的沖突檢測，雖然業務邏輯嚴謹，但是業務部署的代價很大。

“令牌檢測機制”針對“矩陣式管理機制”存在的問題進行了優化，以用戶信道作為規則策略管理的對象，采用令牌進行業務間的沖突檢測，可以有效地降低4G業務的運營負荷，提高PCRF的業務部署效率，具有較高的實用價值。

根據4G業務發展的要求，PCRF需要對規則管理機制進行不斷地優化，推動移動智能管道在移動互聯網業務中發揮更大的作用。

[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] 中國電信股份有限公司. 中國電信LTE（混合組網）系統設備技術要求-PCRF/SPR（試行）[Z]. 2013.

[5] 中國移動通信集團公司. 中國移動PCRF-SPR設備規范（送審稿）[Z]. 2012.

[6] 中興通訊股份有限公司. 靜態PCC配置實施指導手冊R1.4[Z]. 2013.