IMS中的承載控制和計(jì)費(fèi)控制

　1.3GPP R5定義的承載控制和計(jì)費(fèi)控制

　　在IMS會(huì)話建立時(shí)，UE通過SDP協(xié)議為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)請(qǐng)求相應(yīng)的媒體參數(shù)(編碼方案、媒體類型、帶寬等)。IMS會(huì)話控制根據(jù)用戶的個(gè)人業(yè)務(wù)/媒體信息以及所應(yīng)用的本地策略控制，進(jìn)行相應(yīng)媒體參數(shù)的授權(quán)。所授權(quán)的參數(shù)返回給用戶終端為建立傳輸承載作資源預(yù)留。



　　IMS網(wǎng)絡(luò)與接入網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，IMS會(huì)話控制并不直接控制傳輸承載網(wǎng)絡(luò)的資源分配，這需要在IMS會(huì)話層和傳輸承載層間建立一套交互機(jī)制，其結(jié)構(gòu)如圖 1 會(huì)話層和承載層的交互機(jī)制所示：

　　★ IP 承載管理器 (IP BS Manager)

　　用標(biāo)準(zhǔn)的IP機(jī)制來管理IP承載業(yè)務(wù)，IP BS在UE中是可選的，在GGSN是必須的，它通過翻譯功能與UMTS承載管理器進(jìn)行通信，提供IP承載業(yè)務(wù)與UMTS承載業(yè)務(wù)的互通。

　　★ 策略控制功能(PDF)

　　PDF采用標(biāo)準(zhǔn)的IP機(jī)制實(shí)現(xiàn)在承載層中的基于業(yè)務(wù)的本地策略控制。

　　★ IMS會(huì)話層與傳輸承載層間的聯(lián)接

　　在3GPP R5規(guī)范中Go接口用來提供IMS會(huì)話層中的PDP與傳輸承載層中的PEP間的聯(lián)接，從而實(shí)現(xiàn)了本地的QoS策略控制從IMS會(huì)話層映射到傳輸層。在IMS網(wǎng)絡(luò)中PDF是PDP，GGSN是PEP。

　　★ 翻譯/映射功能

　　翻譯/映射功能提供了不同機(jī)制和不同參數(shù)間的互通

　　★ UE: UE把IMS會(huì)話所授權(quán)的媒體參數(shù)映射為用于建立承載的PDPC Activation / Modification請(qǐng)求所攜帶的QoS參數(shù)。

　　★ PDP - PEP: PDP把IMS會(huì)話層授權(quán)的媒體參數(shù)應(yīng)設(shè)為QoS參數(shù)發(fā)送給PEP，由PEP執(zhí)行UE所要求的承載資源的控制

　　★ Service-Based Local Policy (SBLP)

　　SBLP提供在“ Best Effort”以外更好的QoS的支持。



　　一個(gè)通過SBLP進(jìn)行承載授權(quán)的操作過程如圖2 承載授權(quán)過程所示：

Step 1
★ UE向 CSCF發(fā)送SIP信令
★ P-CSCF向PDF轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)的SDP信息，并指出會(huì)話的發(fā)起者。P-CSCF從PDF獲得授權(quán)令牌 (Token)
★ PDF對(duì)IP流進(jìn)行記錄(流標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)速率、QoS類別)并授權(quán)。通過SDP參數(shù)映射到所授權(quán)的IP QoS參數(shù)而實(shí)現(xiàn)，并通過Go接口傳送到GGSN

Step 2
★ UE為承載資源進(jìn)行PDPC的激活或更改時(shí)，必須執(zhí)行將SDP參數(shù)映射到UMTS QoS參數(shù)，作為PDPC中的QoS Profile的內(nèi)容。PDPC的激活或更改還包括：PDF分配的授權(quán)令牌和流標(biāo)識(shí)符(用作綁定信息)
★ 收到UE的PDPC激活或更改請(qǐng)求，GGSN向PDF申請(qǐng)授權(quán)信息。PDF比較收到的綁定信息和存儲(chǔ)得到授權(quán)信息，并返回授權(quán)決策。如果綁定信息被驗(yàn)證是正確的，PDF將承載授權(quán)的信息告知GGSN，包括：與PDPC相關(guān)的IP QoS和分組分類器。
★ GGSN將授權(quán)的IP QoS映射為UMTS QoS，GGSN將此UMTS QoS與UE PDPC激活或更改所請(qǐng)求的QoS進(jìn)行比較，如果在PDF的授權(quán)范圍內(nèi)則PDPC激活或更改被接受。
IMS允許所建立的會(huì)話包含不同的媒體成分(例如：音頻和視頻)，為了計(jì)費(fèi)的目的所有媒體成分必須是唯一標(biāo)識(shí)的，并且對(duì)于會(huì)話中的每個(gè)媒體成分進(jìn)行單獨(dú)計(jì)費(fèi)。然而R5中的GGSN只能為PDPC產(chǎn)生一個(gè)G-CDR，在一個(gè)PDPC下不能區(qū)分不同媒體成分的業(yè)務(wù)流，因此：
★ PDF授權(quán)的每一個(gè)PDPC用于特定的媒體成分(IP Flow)
★ 不允許同一個(gè)Secondary PDPC媒體流的復(fù)用
★ 在授權(quán)期間，PDF將ICID(IMS Charging ID)傳給GGSN，GGSN將GCID(GPRS Charging ID)傳給PDF，實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)關(guān)聯(lián)功能(Charging Correlation)。把IMS會(huì)話層的計(jì)費(fèi)信息和承載使用的計(jì)費(fèi)信息綁定在一起。
★ 承載控制和計(jì)費(fèi)控制是針對(duì)于GPRS/UMTS 分組域特有的PDP Context，這種機(jī)制不適用于其它的接入網(wǎng)絡(luò)

　　2.基于流計(jì)費(fèi)(FBC)

　　2.1 R6 定義的FBC

R5的計(jì)費(fèi)方式是針對(duì)承載PDP Context的計(jì)費(fèi)，隨著IMS規(guī)范和市場(chǎng)需求的發(fā)展，其局限性主要表現(xiàn)為：
★ 低帶寬、短時(shí)長(zhǎng)的的承載業(yè)務(wù)變得越來越重要
★ 例如：Messaging, gaming, Rich call content……
★ 這些業(yè)務(wù)是不需要第二個(gè)PDP Context
★ 3GPP R5計(jì)費(fèi)方式?jīng)]有區(qū)別不同的IP Flow，計(jì)費(fèi)方式不適用于其它接入方式(WLAN、xDSL、Cable…..)
★ 支持二次PDP Context的終端數(shù)量有限，二次PDP Context占用手機(jī)終端的處理和存儲(chǔ)資源，并縮短電池壽命
★ PDP Context的激活和去激活，會(huì)大量增加GPRS/UMTS系統(tǒng)中的信令開銷，并增加了業(yè)務(wù)建立的時(shí)延

針對(duì)R5計(jì)費(fèi)方式的局限性，R6引入了FBC(flow based charging)，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：
★ 支持更靈活的業(yè)務(wù)模式
★ 使用基于Primary PDP Context的承載業(yè)務(wù)，不再依靠二次 PDP Context
★ 比Go + SBLP具有更好的業(yè)務(wù)適應(yīng)性
★ 適用于其它的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)
★ PDP context僅針對(duì)UMTS/GPRS，IP flow的概念具有通用性


　　FBC結(jié)構(gòu)解決了承載層而不是應(yīng)用層計(jì)費(fèi)問題，應(yīng)用層CDR將在CSCF、Application Server上產(chǎn)生。Ro/Rf用于向離線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)或在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)傳送應(yīng)用層計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，包括：會(huì)話類型、會(huì)話的起始時(shí)間和終止時(shí)間、業(yè)務(wù)流使用信息。其操作過程如下所示：



Step 1
★ UE向 CSCF發(fā)送SIP信令
★ P-CSCF 通知CRF(Charging Rule Function) 數(shù)據(jù)流的相關(guān)信息 (IP流標(biāo)識(shí)、帶寬/速率、QoS類別)
★ CRF向GGSN發(fā)送流信息 ：IP Flow Detail + Charging Key

Step 2
★ UE開啟承載流 (使用已有PDP C或啟用新的PDPC)
FBC要求P-CSCF/PDF或RFC選擇一個(gè)Charging Key作為所采用的計(jì)費(fèi)規(guī)則。FBC不需要計(jì)費(fèi)關(guān)聯(lián)(Charging Correlation)，因?yàn)镃harging Key中已包含了影響承載計(jì)費(fèi)的IMS會(huì)話信息。GGSN向計(jì)費(fèi)系統(tǒng) (Offline or Online Charging System)發(fā)送IP Flow計(jì)費(fèi)信息和Charging Key。

　　2.2FBC的發(fā)展方向－PCC(Policy and Charging Control)

　　基于FBC的架構(gòu)來演進(jìn)，但是不同于R6的FBC，將是對(duì)策略控制和計(jì)費(fèi)控制結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)的一個(gè)架構(gòu)：把策略控制功能(PDF)和基于流的計(jì)費(fèi)功能(FBC)合并成一個(gè)功能實(shí)體PCC(Policy and Charging Control)。策略控制和計(jì)費(fèi)控制在消息內(nèi)容上很多是相似或重復(fù)的(比如：IP 5-tuple定義、SDP信息)，接口的融合不僅可以提高通信效率，降低業(yè)務(wù)建立時(shí)延，還可以保證對(duì)GGSN/TPF控制的一致性。

★ 將Go和Gx接口合并為Gx+，分別向GGSN/TPF提供計(jì)費(fèi)規(guī)則和策略控制規(guī)則，Gx接口將比較容易升級(jí)而支持策略控制功能，稱之為基于流的策略控制(FBP)。
★ PCC面向會(huì)話層和應(yīng)用層的接口Gq和Rx合并為Rx+，Gq和Rx接口在功能上很相似，把會(huì)話控制層有關(guān)IMS會(huì)話和媒體參數(shù)的信息傳遞給PCC
★ 引入新的解決方案來解決承載與業(yè)務(wù)的綁定問題，不同于現(xiàn)有的SBLP使用的授權(quán)令牌(token)機(jī)制?；诹鞯牟呗钥刂茖⑹褂脭?shù)據(jù)流模板TFT(TFT包含在PDP Context內(nèi))，TFT通過IP地址和端口號(hào)識(shí)別流，其方法與CRF/PDF識(shí)別IP流的方法類似。

　　3.北電基于FBC的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)


圖 5 北電基于FBC的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)方案圖

　　5 北電基于FBC的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)方案：

　　北電的基于FBC的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)方案已部署于GPRS/UMTS網(wǎng)絡(luò)，并可平滑過渡到支持IMS的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)功能。對(duì)于GPRS/UMTS網(wǎng)絡(luò)。GGSN 通過預(yù)先配置的過濾器，過濾分析用戶的上下行數(shù)據(jù)包。

　　通過內(nèi)容過濾功能，GGSN對(duì)于特定的IP流建立分組分類器和相應(yīng)的Content ID。當(dāng)GGSN 得出用戶的上下行數(shù)據(jù)流的屬性時(shí)(由Content ID進(jìn)行標(biāo)識(shí))， GGSN 便會(huì)向在線計(jì)費(fèi)系(Online Charging System - OCS，通常位于BOSS系統(tǒng))，提出相關(guān)業(yè)務(wù)信用額度的申請(qǐng)，OCS從用戶的帳戶中預(yù)留出適當(dāng)?shù)慕痤~，并把相應(yīng)的資源數(shù)量(時(shí)長(zhǎng)或數(shù)據(jù)流量)返回GGSN，當(dāng)資源用盡或業(yè)務(wù)終止，GGSN將消耗的資源數(shù)量通知OCS，OCS扣除相應(yīng)的金額。根據(jù)3GPP 的規(guī)定，GGSN 和OCS 間應(yīng)通過DIAMETER CC 協(xié)議來互通。GGSN 上的基于內(nèi)容計(jì)費(fèi)功能實(shí)現(xiàn)了3GPP 23.125 標(biāo)準(zhǔn)中定義的話務(wù)平面功能(TPF-Traffic Plane Function)。



　　事實(shí)上基于GPRS/UMTS的FBC方案，就是IMS中的基于FBC的承載計(jì)費(fèi)功能(BCF)，主要的區(qū)別在于IP flow信息的獲得方式：
★ GPRS/UMTS方案：IP Flow的信息來源于GGSN預(yù)置的內(nèi)容過濾規(guī)則，這種靜態(tài)的過濾規(guī)則能夠滿足GPRS/UMTS的分組業(yè)務(wù)需求
★ IMS方案：IP Flow的信息來源于CRF向GGSN/TPF發(fā)送的Charging Key，這是一種動(dòng)態(tài)規(guī)則，在會(huì)話建立時(shí)，由PDF/CRF創(chuàng)建并保存流標(biāo)識(shí)符，GGSN/TPF根據(jù)流標(biāo)識(shí)符建立分組分類器和Content ID

　　北電的GGSN已經(jīng)支持R6定義的話務(wù)平面功能(TPF)，只需增加Gx接口，就可以平滑的支持IMS基于FBC的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)：
★ 符合3GPP R6關(guān)于FBC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
★ 簡(jiǎn)化QoS策略控制和計(jì)費(fèi)控制的實(shí)現(xiàn)，符合3GPP R7的PCC (Policy and Charging Control)的發(fā)展方向
★ PDF/CRF融合為Policy Server，它與GGSN間的接口為Gx+接口，協(xié)議采用Diameter
★ Gq/Rx接口合二為一，并采用Diameter協(xié)議
★ 提供訪問GGSN的QoS控制功能
★ 策略控制、流量整形、 優(yōu)先級(jí)、 DiffServ…(北電)