固定/移动融合网络统一控制平台研究

1 引言

固定/移动融合（Fixed-mobile Convergence，FMC）是下一代网络演进的基本方向，网络融合的需求应运营商接入业务的竞争，以及降低网络的运营和维护成本的意愿而生。旨在为运营商提供统一的核心网控制和管理平台，为终端用户统一的业务体验，而不必区分访问这项业务所用的接入技术。通过融合，运营商进一步提高资产的利用率，扩大覆盖范围，提高业务的易用性，扩展网络的业务容量。

策略控制最早是IETF在增强IP网络演进过程中提出的。首先由3GPP引入到UMTS系统R5版本，即策略控制和计费（Policy Control and Charging，PCC）架构，其目的是将策略控制应用到通信网络资源接入和使用过程中。PCC架构将应用层级会话服务数据流的QoS要求映射为IP-CAN接入传输网络承载级服务的QoS要求来保障数据传输，并根据运营商的计费策略实现服务数据流层级的计费功能。PCC架构使得运营商能够合理分配，并有效控制网络的服务能力。

运营商间的资费竞争使宽带业务越来越廉价，用户逐渐趋向于无节制使用带宽的包月制，使得ARPU值不断下降。P2P业务使网络瓶颈由服务器转到运营商网络，成本压力也从ISP转到运营商。为解决这一问题，固网运营商在IP网络中引入资源接纳控制技术，对网络资源进行监控、合理分配，开发新的资费策略，便于新型业务（如IMS）的快速部署，便于提高用户业务体验，使运营商摆脱网络管道化的困境。目前，主要研究包括BBF BPCF，TISPAN RACS，ITU-T RACF等。

固定网络和移动网络正走向深度融合。统一IMS架构实现了固定接入和移动接入的统一核心控制网络。统一的策略控制和计费架构在融合网络演进中的重要意义开始逐步凸显。现阶段，不同标准化组织针对策略控制的研究角度和进展不尽相同，互不兼容的体系架构已成为融合网络统一策略控制和计费功能的阻碍。本文在简述3GPP现有FMC相关研究的进展情况和统一IMS的技术要点基础上，以 TISPAN RACS和3GPP PCC为基准，比较固定和移动网络策略控制架构和功能，进而提出了一种以3GPP PCC架构为基础，融合其他标准化组织策略控制相关功能的固定和移动融合网络的统一的策略控制架构，该架构支持同一运营商移动和固定网络统一的策略控制，包含固定/移动网络协同平台和固定/移动网络融合平台两个发展阶段。

2 3GPP FMC关键技术介绍

3GPP FMC的相关工作体现在R7中的固定宽带接入IMS（Fixed Broadband Access to IMS，FBI）和对传统网络互通的要求。FBI从接入层面研究了FMC对IMS的影响。主要的工作由3GPP SA2和CT工作组完成，直接的工作成果为TR 23.819，现已转化为CR修改了涉及的IMS规范，如 TS 23.228，TS 24.229，TS 29.163等。

FBI相关的工作可分为两个层面：首先是对固网NGN的支持，即要求IMS同时支持各种固定接入方式。3GPP和TISPAN组成联合工作组，研究针对NGN的IMS增强以及产生的影响，包括扩展Gq接口支持NGN接入，SIP头域补充固定接入定位，采用IM-ALG和TrGW配合的IPv6/v4地址转换和私网穿越等。其次是与传统电路域业务互通的问题。在现有的IMS框架中，IMS业务都承载在分组域上，与电路域之间是互通关系。3GPP CT工作组集中研究了相关功能的需求，以及支持传统电路域信令、承载和各种补充业务实现的基本架构等。

3GPP另一个FMC范畴的重要研究是统一IMS（Common IMS）。IMS虽然是由3GPP首先提出，但是由于IMS采用SIP体系结构，具有接入无关性、支持用户漫游和用户数据的集中管理等优点，从而使基于IMS实现网络融合成为可能。统一IMS作为支持固定和移动接入的统一核心控制网络，满足3GPP以及TISPAN R1等不同版本的IMS的整体网络能力需求，同时能够满足3GPP，TISPAN，3GPP2等各标准化组织在业务、计费、网管等方面最新的网络能力需求，得到了广泛的认可。

Common IMS的核心为Core IMS，包括CSCF，SLF，MRFC，MGCF，BGCF等功能实体，是IMS的基本网络和基本业务能力架构，实现基本的会话控制、媒体资源控制、互联互通等基本功能。NASS适用于固网终端接入Common IMS，与移动网的GGSN功能相似。主要实现固定终端UAAF，给固定终端分配IP（NACF：类似于DHCP 服务器），向终端下发PCSCF地址、应用服务器地址等信息。RACS主要提供接纳控制和关口控制功能（包含公、私网IP地址转换控制功能）。接纳控制主要包括根据运营者的具体策略规则和资源，检查接入网附着子系统保存的签约数据的授权，检查用户请求带宽、预定带宽和使用带宽的一致性等。接入网关控制功能（AGCF）与RACS和CSCF等网元进行交互，完成封装在SIP 中ISUP 信令与模拟或ISDN信令的互通，是PSTN/ISDN 仿真重要的功能实体。

统一IMS的网络能力包括注册、认证和授权，用户数据的集中管理，业务触发，IP多媒体会话控制，标识、编码和寻址，网络互通，SIP压缩功能，完备的计费能力等。

3 固定和移动网络策略控制架构和功能比较

针对固定网络和移动网络QoS和计费策略进行授权、预留、分配等控制机制的研究在不同的标准化组织同时展开。虽然研究主题一致，但由于研究的网络对象不同，解决方案的体系结构、接口协议和功能细节都有差异。本章通过对比3GPP的PCC架构和TISPAN的RACS架构来阐述两者的差别。

（1）对接入网的控制方式不同

RACS通过X-RACF维护网络拓扑结构和资源状态，实现资源接纳控制功能。3GPP PCC控制的是IP-CAN，而非接入网中的节点。3GPP PCC负责资源的授权，由接入网负责完成资源接纳控制。

（2）对网络接入技术的支撑程度不同

虽然在R2版本中RACS进行了改进，使之可以适用于任何接入类型，但并没有对除固网外的其他接入技术进行深入和具体的研究。3GPP PCC架构独立于接入技术，它适用于所有符合3GPP IP-CAN 定义的接入技术，但主要针对移动接入网络。因此，PCC对游牧、漫游的应用场景和流程等移动性方面的支持也更加完善。

（3）对终端能力需求不同

RACS对终端的QoS信令能力没有严格要求。3GPP PCC要求的终端必须支持QoS信令。QoS信令可以是显式的，例如GPRS；也可以是隐式的，例如WLAN。

（4）在计费策略方面的研究水平不同

PCC对计费的支持比较完善，支持在线计费（Gy接口）、离线计费以及流计费（Gz接口）等多种计费方式。而RACSR2仅定义了Rf接口支持离线计费，在线计费方面的研究还是空白。

（5）对IMS边界网关控制的实现策略不同

RACS将针对IMS边界网关控制技术的研究，例如NAT/NAPT机制纳入到BGF功能。3GPP PCC架构则不包含这部分内容。

（6）对特定业务支撑不同

RACS拥有支持IPTV业务多播控制的完整解决方案。PCC则不支持IPTV业务。对IPTV业务的支持被认为是TISPAN在长期演进研究方向上的一个亮点。

总之，3GPP PCC架构提供了成熟的资源控制和计费策略的解决方案，业界主要运营商将PCC作为固定和移动融合网络统一策略控制平台的基准。RACS方案包含了更多的功能点（如许可控制），而且可以支持IPTV业务，但在短期内缺乏业务应用的需求。其他标准化组织（如BBF），给出的策略控制架构解决方案大都还不够成熟，有待进一步完善。

4 固定和移动融合网络统一策略控制平台

融合网络的策略控制平台的部署是一项复杂的系统工作，必须严格定义运营商的需求，并考虑种种现实问题。不同的标准化组织提供了各种各有侧重的解决方案，市场也会针对这些方案给出不同的反馈。运营商希望获得一种满足短期市场占用和长期标准演进之间平衡关系的解决方案，以避免投资浪费，缩短决策时间。

固定和移动融合网络统一策略控制平台的部署，可以产生很多全新的策略控制应用用例。例如，拥有固定和移动全网络的运营商可以为用户在某一指定时间段内整体性地分配带宽配额，该配额与用户使用的接入技术无关；允许用户在符合策略规则的条件下，申请更大的带宽；可以为IMS业务指定专用APN；由P-CSCF控制IMS通信启用/禁用的触发策略；可以更全面地针对特殊网段和特殊应用，限制带宽消耗者获取带宽。

4.1 融合网络运营商业务需求

（1）功能优化需求

固定和移动融合网络运营商需要部署统一的资源控制、授权和策略控制引擎，为用户提供一种与接入无关的业务体验，这是统一策略控制平台最重要的功能。

（2）运营优化需求

采用统一的策略控制平台，可以避免重复部署关键节点，从而提高系统可靠性，便于故障定位，缩短路由时间，实现对告警和统计性能的优化，简化软件版本的升级，丰富了业务提供方法，部署统一的数据库中心（UDC）。综合以上优化因素，统一的策略控制平台的部署将大幅度地提高运营商整体运营效能。

（3）融合的业务体验需求

统一的策略控制平台可以为原本孤立的固定和移动接入技术提供统合应用提供平台，即从运营商角度可以实现基于统一策略的业务管理，在用户侧提供具有接入无关的统一业务体验。

就各标准组织策略控制体系结构的成熟度而言，当前只有TISPAN RACS和3GPP PCC是系统化的解决方案。然而，短期内BRAS设备制造商将不会开发支持DIAMETER接口的版本，DIAMETER是3GPP PCC架构中重要的协议，这就意味着RACS将无法整合PCRF的功能。但3GPP PCC平台已经开始研究PCRF对固定接入网络的支持。所以，相比于RACS，PCC架构是更优化的统一策略控制平台实现方案，可以藉此实现一个综合的策略控制引擎，能够触发不同的执行接口，实现固定和移动融合网络的统一策略控制。

4.2 架构方案

固定和移动融合网络的统一策略控制架构的演进可以分为两步进行。第一步，完成现有不同策略控制架构的互联和协同工作，实现UE在不同的固定和移动网络运营商之间的漫游；第二步，实现不同策略控制技术在体系结构和功能的融合，形成可以触发不同网络策略控制的统一平台。实现固定和移动融合网络运营商为用户提供统一的策略和QoS控制机制。

（1）不同策略控制平台的协同方案

不同策略控制平台的互联可以实现UE在不同运营商网络之间漫游时的策略控制。现简述漫游场景下针对UE策略控制过程，假设UE从3GPP网络漫游到固定网络：

●当UE漫游到固定网络运营商的区域内后，首先通过受信的S2C和额外的用户面完整性保护机制完成附着过程。

●3GPP网络完成对用户的鉴权，在固网接入点和PGW间建立DSMIPv6隧道，完成这一步后UE可以开始Best-Effect数据传输。

●PGW将继续与PCRF建立IP-CAN会话，PCRF下载流量过滤数据下发到PGW中。

●PCRF和漫游地网络与对应的策略控制功能实体为每一个UE建立s9会话，s9接口将PCRF建立的流量过滤数据发送到漫游地网络的策略控制功能实体中。

（2）统一的策略控制平台

运营商统一的策略控制平台可以实现针对不同接入网设计的策略控制机制的融合，为各种接入技术提供统一的策略控制和管理方式，为同时拥有固网和移动网的运营商提供统一的策略控制和QoS授权方案。

3GPP PCC架构是成熟和系统化的策略控制解决方案，并与上层控制间具有更好的兼容性（如与P-CSCF），其策略控制的核心功能实体PCRF可以支持不同类型的策略接口，并具有接入网的无关性；另外，PCC架构拥有完整的计费支持。所以，融合网络统一策略控制平台将采用PCC PCRF实体的基础，实现对其他策略控制系统功能的融合。

以PCC架构为基础的解决方案的关键问题在于如何使用PCC架构为固定接入网络提供策略控制的功能。首先，EPC系统中资源接纳控制在承载建立过程中完成，但是固网没有类似的承载建立过程，所以要在统一架构要保证中固网的资源接纳控制功能。其次，要修改Rx接口来支持其他策略控制平台与上层应用间服务接口功能。在长期演进方向上，考虑将固网的多播控制功能引入统一策略控制平台，以支撑相应的业务，例如IPTV。

图1示出增强3GPP PCC PCRF功能­——（PCRF+），基于统一用户数据中心的固定和移动融合网络的统一策略控制平台。在保持原有3GPP PCC PCRF功能不变的基础上，增强型PCRF（PCRF+）整合了RACS中负责向AF请求的资源授权，完成QoS策略决策的功能实体SPDF。PCRF+ 可以依据业务信息、签约信息和运营商配置，以及x-RACF提供资源接纳控制策略来完成综合的策略决策过程。

图1 基于UDC的融合网络的统一策略控制平台

平台保留了RACS中的x-RACF的功能实体，以实现固定网络中原有的资源接纳控制过程和QoS映射功能。保证了原RACS系统结构的完整性。

从快速开发与部署的角度考虑，新的策略控制平台最大程度保留了RACS和PCC原来的接口。如图1所示，RACS和PCC分别使用Gq’和Rx接口来完成决策实体与应用功能间的交互，新的平台需要统一这两个接口的功能，根据TISPAN和3GPP的标准文件，这两个接口都使用Diameter协议，为融合提供了良好的基础。

新的策略控制平台将RACS和PCC原有的用户签约信息数据库统一到用户数据汇聚（User Data Convergence，UDC）功能实体，将原本分散的用户数据统一整合、综合处理，为决策平台提供更强有力的支撑。相关功能实体仍使用原有结构和过程来访问UDC上的数据。

5 结束语

本文在简述3GPP现有FMC相关研究的进展情况和统一IMS的技术要点比较TISPAN RACS和3GPP PCC策略控制架构和功能的基础上，研究了固定和移动融合网络统一策略控制相关技术的实际用例和业务需求。介绍了固定/移动网络协同和固定/移动网络融合两种不同的统一策略控制平台。

统一策略控制架构在各标准化组织都还处于起步阶段，还有很多的问题有待进一步解决。例如，如何实现对固定接入网策略控制的计费支持；在协同场景下，不同策略控制平台的功能划分和S9接口上的数据等。融合方案是长期演进的版本，有关PCRF融合接纳控制功能的方法和各个接口的定义都是全新的研究课题，特别是有关计费方法和接口的研究。