下一代網絡中固移融合策略控制架構分析與應用展望

徐向輝，王 茜

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京100035）

1 引言

隨著“智能管道”構建思路在運營商網絡中逐漸成為主流，策略控制系統作為智能管道的“大腦”，其研究和部署尤為關鍵。

策略控制系統位于IP承載網絡上的承載控制層，能夠靈活動態地實現針對應用需求的網絡資源調配。策略控制系統在固定寬帶網絡和移動網絡中均有部署，分別用于控制固定寬帶接入網和無線接入網對帶寬資源的分配和QoS（服務質量）處理。對于全業務運營商來講，以融合的網絡為用戶提供融合的業務、一致的體驗是其可發揮的優勢之一，因此，如何將分立部署的固定和移動策略控制系統融合，以更方便地向用戶提供一致的服務體驗，并降低網絡復雜度和成本，是值得重點探究的問題。在國際標準組織中，策略控制系統一直是業界討論的焦點。尤其是近兩年，以融合策略控制架構為主的FMC（固定移動融合）項目成為研究熱點。

本文從融合策略控制的研究現狀出發，分析了固定、移動融合策略控制系統的架構及其實現方案，并對基于融合策略控制的新型FMC業務場景進行了展望。

2 固移融合策略控制相關標準及設備研究進展

策略控制系統的基本思路是通過策略控制層的引入，將業務層需求與承載層處理關聯起來，作為下一代網絡研究的焦點，分別在移動網絡和固定網絡的范疇展開研究。目前，以3GPP PCC（策略和計費控制）[1]為代表的移動網絡策略控制架構和以TISPAN RACS（資源準入控制）、BBF BPCF（寬帶網策略控制）、ITU-T RACF（資源接納控制）[2]為代表的固定網絡策略控制架構的標準均已發布。為了實現FMC，使運營商可以向用戶靈活地提供與接入類型無關的一致質量保障和策略，2008年第3季度，BBF與3GPP成立聯合工作組，力圖推出固定和移動融合的策略控制標準架構。BBF主要定義架構和需求，3GPP定義具體的接口和實現。目前，互通標準已基本完成，融合標準的進展相對較慢，尚在研究之中。

3GPP在R10階段啟動了FMC項目，主要研究將BBF定義的固定寬帶網絡接入3GPP EPC網絡進行處理，稱為BBAI（BBF access interworking），并將相關工作分為3個階段，即BBAI BLOCK（BB）Ⅰ～Ⅲ，具體介紹如下。

階段一（BBⅠ）：研究固定和移動網絡的互通以及數據路由回EPC（演進的分組系統）核心網的實現。基于R10架構的基礎互通能力，主要包括H(e)NB以及WLAN接入EPC時的移動性、網絡發現和功能選擇（ANDSF）、IP連通性、無縫的WLAN卸載、QoS控制等。BB I階段的研究工作已經完成。

階段二（BBⅡ）：研究固定和移動網絡的互通以及數據從本地網絡卸載的實現。主要研究H(e)NB和WLAN作為卸載網絡時的QoS和策略控制，以WLAN接入場景為主，對于H(e)NB數據卸載到本地有線網的研究將推遲到R12版本完成。

階段三（BBⅢ）：研究固定和移動網絡融合時，數據路由回EPC以及從本地網絡卸載的實現。主要研究將BBF接入作為可信非3GPP接入的融合網絡架構及訪問BBF業務的策略控制。該部分內容已經推遲到R12版本完成。

截至目前，3GPP在R10/R11完成的BBF與3GPP互通需求和架構的標準已正式發布（TR 23.839 BBAI），正在R12中研究BBF與3GPP融合的需求和架構（TR23.896,P4C）。

在BBF中，對應于3GPP前兩個階段的互通標準WT-203已正式發布，正在之后立項的WT-291中基于該架構定義固網側的設備能力要求。而融合方式WT-300（nodal requirements for converged policy management），已 經完成立項并在2012年Q3初步確定了研究范疇，計劃主要研究融合的QoS策略控制，基于Gx接口擴展完成PCRF（策略和計費規則功能實體）和BNG（寬帶網邊界網關）之間QoS策略的控制及其執行；并研究融合的計費，基于Gy/Gz接口擴展完成3GPP計費系統和BNG之間的計費信息交互。

在設備方面，國內外個別廠商已經發布了融合策略控制產品，基本思路是分別按照固、移策略控制標準和接口，實現固、移策略控制在物理設備形態上的融合，即放在同一款物理設備中的不同模塊，但平臺和接口還是相互獨立的。

3 固移融合策略控制系統架構

固移融合策略控制系統主要是針對WLAN及Femto在作為非3GPP網絡接入3GPP EPC的場景下，如何進行相關的固定和移動網絡資源控制，其中WLAN接入點以及Femto中的H(e)NB都通過固定網絡接入3GPP EPC網絡[3]。移動網和固定網分別通過PCRF模塊和BPCF（寬帶網策略控制功能實體）模塊進行策略控制。其整體架構及其在網絡中的位置如圖1所示。

圖1 下一代網絡中的固移融合策略控制架構及其在網絡中的位置

固移策略控制系統的融合在具體實現上包括互通和融合兩個層面?；ネǚ绞绞侵腹潭ê鸵苿泳W絡均有各自的策略控制系統，通過互通接口實現策略的交互；融合方式是指固定和移動網絡通過一套策略控制系統對包括移動宏基站、WLAN、Femto、固定寬帶接入在內的各種接入方式進行統一控制，具有統一的策略數據庫、一致的策略定義、最大程度融合的接口。

4 互通架構的設計及實現

在互通架構中，固移策略控制系統分別單獨建設，通過策略控制設備之間的S9a接口和認證系統之間的SWa/STa接口，實現策略信息的交互[4]。具體系統架構如圖2所示。

圖2 固移策略控制系統互通架構

其中，PCRF和RACS/BPCF之間的S9a接口負責完成策略互通，包括策略請求、響應及其他事件的交互，以支持移動終端在3GPP移動網絡和Wi-Fi之間或業務在移動網絡和有線寬帶網絡的不同終端之間切換時，執行統一的策略。

3GPP AAA/HSS和固網AAA服務器之間的SWa/STa接口負責完成3GPP移動終端在通過WLAN接入，并通過其3GPP的歸屬核心網絡進行認證時，與固網認證信息的交互。

（1）S9a接口的實現

S9a接口是實現互通架構的關鍵，用于BPCF與PCRF（非漫游時為H-PCRF，漫游時為V-PCRF）之間動態QoS控制策略以及終端的本地地址、UDP端口號等信息的傳遞，是基于3GPP PCC中的S9接口（H-PCRF和V-PCRF之間的接口）的擴展實現。因此，S9a接口也基于Diameter協議進行通信。其中，BPCF作為客戶端，PCRF作為服務器端，兩者之間交互請求—響應消息。S9a接口沒有特定的新的AVP，均重用Gx、Gxx、S9等接口以及現有Diameter應用的AVP[5]。

（2）SWa/STa接口的實現

固移AAA服務器之間通過STa/SWa接口互通，以便實現3GPP UE在WLAN接入場景下，固移之前認證、計費信息的交互。

3GPP移動終端在通過WLAN接入時，需要通過其3GPP的歸屬核心網絡進行認證?；ネ軜嫅С諻LAN作為3GPP核心網絡的信任或非信任網絡情況下的兩種不同的認證方式，并支持流量卸載情況下的計費信息交互。

·信任模式下，由固定寬帶網絡完成接入控制，包括接入認證和資源使用，并將認證信令通過代理方式送回歸屬的3GPP AAA/HSS服務器。因此，固網網關必須支持EAP-AKA/SIM代理。

·非信任模式下，終端的認證信令通過IPSec隧道直接到達3GPP核心網絡中的EPDG，而對固網段不可見，在IPSec隧道建立的同時完成認證。因此，對固網段沒有特別的要求。

當流量在固定寬帶網絡中進行非無縫的WLAN卸載（NSWO）時，固定寬帶網絡搜集到每個移動終端的用戶計費數據（即BNG能夠識別每個3GPP UE的流量），并通過SWa/STa接口周期性地向3GPP網絡報告。如果在一個終端上同時支持路由到EPC網絡的流量和NSWO流量，則固定網絡需要將這兩類流量的計費信息區別開來。

（3）固移互通QoS策略交互

固移策略控制設備通過S9a接口進行QoS參數的協商，將3GPP的QoS參數/屬性映射為固定接入網識別的QoS參數。3GPP定義的QoS規則包括4類參數：QoS等級標識 （QCI）、分配和 保留優先級 （ARP）、可保證 速 率（GBR）、最大速率（MBR）。固定寬帶網絡根據所采用的底層技術，通過DSCP、EXP Bit、P-Bit標識QoS。兩者之間的映射和取值應根據運營商的SLA決定。表1給出了LTE QCI與DSCP映射的一個示例。

5 融合架構的設計及實現

在融合架構中，用一套統一的策略控制設備同時控制固定網關和移動網關，融合策略控制設備需要支持不同的接口，以便與各類設備實現對接。在融合架構中，固移策略數據庫的統一、固移認證系統和計費系統的交互/融合是策略融合并形成一致用戶體驗的基礎，融合架構如圖3所示。

表1 LTE QCI與DSCP的標記映射

圖3 固移策略控制系統融合架構

由于PCC架構定義相對完備，3GPP和BBF計劃以PCRF為融合策略控制設備的基礎，通過其擴展統一控制固網。未來，融合策略控制設備將基于統一平臺、統一接口（南北向均為Diameter）實現融合控制。

另外，在融合架構中，部署在網關層面的DPI感知設備/模塊（對應于3GPP定義的TDF實體及固網中BRAS內置的DPI板卡）作為執行實體，用于實現基于應用層觸發條件的策略執行。

融合策略控制系統的發展是一個分階段的發展過程。

第一階段是設備的簡單加合，是指固定、移動策略控制系統在設備形態上的融合，即放在同一款物理設備中的不同模塊。在此階段，設備接口無需重新定義，融合設備分別沿用現有的固移策略接口，即對于PGW，采用基于Diameter的Rx接口；對于BRAS，采用基于RADIUS/COA或COPS的Re接口。第二階段是平臺融合，是指PCRF作為融合策略控制設備，擴展控制固網設備。在此階段，PCRF擴展支持固網策略控制；PCRF與BRAS的接口由RADIUS變為Diameter。

6 基于固移融合策略控制的FMC應用展望

融合策略控制的目的是通過固定網絡和移動網絡策略控制的協同，使用戶在通過各種方式接入時，運營商都能夠靈活地實施包括QoS、優選接入、融合計費、統一呈現等在內的FMC策略控制，給用戶一致的服務體驗。這里所說的“一致體驗”，主要包括以下幾方面。

·應用種類的一致性，即用戶訂購的應用在不同網絡環境中均可得到相同的服務。

·應用質量的一致性，即用戶的相同終端（多模）在不同接入網絡之間發生切換時，保持應用的連續性以及一致的質量和計費策略。

·終端切換的一致性，即同一用戶的不同終端在不同接入網絡之間發生切換時，保持應用的連續性以及一致的質量和計費策略。

下面給出了融合策略控制場景下可能的應用案例。

用戶案例1：一致的家長控制和個人防火墻的服務。孩子無論是攜帶移動終端出門在外，還是通過電腦接入家里的寬帶網絡，在使用運營商提供的家長控制和個人防火墻應用時，都能夠得到同樣的安全服務和信息過濾。

用戶案例2：視頻的連續性切換和融合計費。用戶在公車上通過LTE網絡用筆記本觀看互聯網電視節目，到家以后，終端檢測到連接到固定寬帶網絡的Wi-Fi信號，則自動切換IP地址連接到有線寬帶網絡，通過同一終端繼續觀看同樣的電視節目，在帶寬/用戶定義的策略、網絡策略和QoS設置允許的情況下可能效果更好，且按照不同的接入網絡實施既定的計費策略。

用戶案例3：不同終端之間的應用移動性。用戶在室外通過iPad觀看互聯網視頻，回家后則使用連接到固定家庭網絡的機頂盒設備，媒體流從移動網絡接入的iPad轉移到家庭網絡接入的大屏幕電視機，節目可保持連續性。切換后為用戶分配的帶寬更高，以保證大屏幕的效果。

7 結束語

融合策略控制系統作為網絡資源統一控制和新融合業務催生的關鍵元素，在下一代網絡中起到舉足輕重的作用。但從標準化進程和設備發展情況來看，融合策略控制系統在現網上的部署還有較長的一段路要走。后續融合策略控制系統的研究應從多應用需求著眼，尋求實用、簡單的網絡部署解決方案。

1 3GPP TS 23.203.Policy and Charing Control Architecture,2010

2 BBF WT-134.Broadband Policy Control Framework(BPCF),2012

3 3GPP TS 23.139 V11.2.0.3GPP System-Fixed Broadband Aaccess Network Interworking,2012

4 BBF TR-203.Interworking between Next Generation Fixed and 3GPP Wireless Networks,2012

5 TS 29.215 V11.5.0.Policy and Charging Control(PCC)over S9 Reference Point,2012