PCC精準位置上報信令流程優化分析

中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司 敬 笑

中國移動通信集團陜西有限公司 耶旭立

首先分析3GPP定義的LTE網絡下PCC實時位置更新流程，比較現網應用的存在問題，提出基于PRA信令流程的優化方案，以提升PCC位置類管控策略的部署的精準度、有效減少信令開銷。

引言：隨著“互聯網+”經濟時代的到來、智能手機終端的全面普及、APP新業務應用的層出不窮，特別是4G不限流量套餐的推廣，均強有力的推動數據業務井噴式發展。在用戶數據流量不斷增長的態勢下，運營商競爭的重點已由傳統語音業務轉向數據業務的流量經營。

PCC作為流量經營的重要環節，是運營商網絡建設的重點。為滿足面向用戶的差異化服務和計費能力，越來越多的PCC管控和計費策略基于位置區進行，現有位置區上報流程只能基于eNodeB、TA更新，不適于更精準的區域策略部署，并且復雜的信令開銷導致網絡壓力增大。因此，如何優化PCC區域上報流程，成為運營商流量經營的關注焦點之一。

1.PCC功能及現有位置區上報流程存在問題

1.1 功能簡介

PCC（Policy and Charging Control）即策略和計費控制，是由國際標準組織3GPP在R7版本（3GPP TS 23.203/29.203/29.203）明確的定義，并于2007年對此版本進行了凍結。

PCC可以通過區分用戶等級、業務、時間、累積使用流量、接入類型、接入位置等單一條件或多維組合管控場景，生成管控策略。基于對數據業務的深度報文解析（DPI），將解析結果和預置的管控條件進行匹配，生成管控策略并下發給分組域相關網元執行，從而實現策略控制功能。

PCC架構主要由策略及計費功能單元（PCRF，Policy and Charging Rule Function）、用戶簽約數據庫（SPR，Subscription Profile Repository）、策略及計費執行單元（PCEF，Policy and Charging Enforcement Function）等網元組成。LTE下PCC網絡架構如圖1所示：

PCC主要網元功能描述如下：

(1) PCRF：向PCEF提供關于業務數據流控、門控、基于QoS和基于流計費的網絡控制策略。

(2) PCEF：疊加在PGW，可提供深度報文檢測（DPI）、策略執行和基于流的計費功能。

(3) SPR：存儲用戶簽約的相關的信息，包括簽約用戶允許的業務、每個允許業務的優先級、簽約用戶允許的QoS信息、簽約用戶業務的計費相關信息如接入類型、位置信息和使用次數和簽約用戶的類型等。

圖1 LTE網絡下PCC網絡架構

1.2 現有位置區上報流程存在問題

面向流量運營，PCC具備高效的支撐手段和能力，現網已部署基于位置區上報的重點業務重點用戶的Qos保障、累計使用量管控和位置計費套餐等策略，如基于校園區域的流量包、地鐵區域流量包策略。在對流量經營起到支撐作用的同時也為核心網相關網元造成大量信令的開銷，據統計，每開通150萬PDP的位置區上報策略，需擴容PCRF的業務處理板15塊，一定程度上導致網絡維護壓力和投資浪費。

2.現網PCC位置區域上報流程

根據2.1章節可以看出，PCC功能是疊加在現有分組域網絡上，不參與用戶信令和數據面的轉發，因此PCRF作為策略控制與計費控制的核心網元，并不能實時獲取用戶的動態。為實現用戶動態變化時PCC策略依然可用，3GPP組織在Gx接口TS29.212 R12版本中定義了43個Event-Trigger，其中，定義基于USER_LOCATION_CHANGE和TAI_CHANGE事件引起的位置上報流程，一旦該事件發生，PCEF向PCRF發送CCR-Update消息，并攜帶Event-Trigger AVP向PCRF報告用戶位置。

（1）基于USER_LOCATION_CHANGE事件

觸發條件為一旦用戶所在eNodeB位置改變，PCEF通知PCRF新的用戶位置。具體信令流程如圖2所示。

圖2 基于USER_LOCATION_CHANGE事件位置上報流程

1）PCRF根據業務需求，制定用戶簽約的User_Location_change事件，啟動用戶的位置監控；

2）PGW收到該時間在下發給MME的消息中攜帶“Change Rerorting Action”字段，要求MME開啟對用戶實時位置上報功能；

3）MME向eNodeB發送Location Rerorting Control消息，要求eNodeB開啟實時位置上報；

4）當用戶離開當前小區時，eNodeB利用Location Rerorting流程上報用戶實時位置；

5）MME和PGW將位置上報給PCRF。

該流程可實現最小顆粒度的位置感知，由于用戶的移動性特點，開啟該流程將會對相關eNodeB、MME、PGW、PCRF造成大量信令開銷。

（2）基于TAI_CHANGE事件

觸發條件為一旦用戶所在TA發生改變時，PCEF應通知PCRF新的用戶位置。具體信令流程如下：

圖3 基于TAI_CHANGE事件位置上報流程

1）PCRF根據業務需求，制定用戶簽約的TAI_change事件，啟動用戶的位置監控；

2）PGW收到該時間在下發給MME的消息中攜帶“Change Rerorting Action”字段，要求MME開啟對該用戶的TA粒度上報功能；

3）當用戶發生跨TA位移時，eNodeB觸發TAU流程；

4）MME在TAU流程中隨路攜帶用戶的當前位置信息給PGW；

5）PGW將位置上報給PCRF。

3GPP定義一個TA至少包括1個eNodeB，現網TA大致30-50個eNodeB的覆蓋區域，一定程度上降低了eNodeB、MME、PGW、PCRF的信令開銷。

以上兩種方案在現網均有應用。其實無論是基于USER_LOCATION_CHANGE還是TAI_CHANGE事件的觸發，在eNodeB、MME、S-GW/PGW側可以看成是一種隨路信令過程，對eNodeB、MME、S-GW/PGW無license要求；這兩種事件觸發區別在于識別位置區域的精度不同，對相關網元的信令開銷不同，但都無法滿足以市場營銷為目的區域管控和計費策略。

3.PCC位置區域上報流程優化

為了實現更精準的位置上報、優化信令流程開銷，2014年3GPP組織在現有事件觸發的基礎上，新引入PRA事件觸發。PRA即Presence Reporting Area，實現思路是根據PCC策略的目標位置在PCRF中預先設定PRA監測區域，一個PRA List最多可包括15個TAI、63個Macro eNodeB及 63個Home eNodeB，當用戶進入PRA，執行PCC管控策略，離開PRA，上報給PCRF停止管控策略。具體信令流程如圖4所示：

圖4 基于PRA事件位置上報流程

1）PCRF根據預制的PCC策略，向PGW下發PRA ID和PRA List，并訂閱PRA Change事件觸發；PGW通知MME使能該PDN連接的PRA功能，并下發對應的PRA ID和PRA List給MME；

2）MME收到指示后，查找對應的PRA區域，并對用戶進行監控；

3）用戶進入或進出PRA時，MME檢測到PRA Status發生改變時，將PRA Status + ULI上報給UGW，UGW將PRA Change事件觸發上報給PCRF，并攜帶PRA ID + PRA Status；

4）PCRF根據PRA Status下發不同的策略，如更改計費策略等。

相較于現網位置區域上報流程，PRA優化位置流程存在如下優點：

● 位置精準度更高

PRA打破了傳統TA和eNodeB的位置粒度限定，可以依據業務部門的需求劃定，其位置精準度更高，更符合以市場為導向的管控需求。

● 監控區可設定

在PRA List修改TAI、eNodeB，即完成對監控區的設定，有利于基于位置區的PCC管控策略快速上線和調整。

● 節約信令開銷

網絡僅對用戶進出PRA區域的行為進行上報，緩解了參與該流程eNodeB、MME、PGW、PCRF的信令消耗，從一定程度上降低網絡投資。

由于基于PRA的位置區上報屬于3GPP規范流程，目前，各設備廠家對此功能支持度較好，部分廠家的MME、PGW、PCRF只需進行功能升級即可實現。因此，PRA的位置上報可作為現網開啟精準位置區域PCC策略的優選流程。

4.結束語

現網基于位置區PCC管控策略開啟后，造成相關網元的大量信令開銷浪費，其管控區域也難以滿足位置區類業務的推廣。本文圍繞基于位置區信令上報這個關鍵點，闡述基于PRA的信令流程及其優點與現網引入分析。對于同一個用戶PDP是否可以支持下發多個PRA，也是后續研究的方向。