用PCC在CDMA網絡中實現智能管道

周 偉，毛聰杰

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

隨著智能終端的普及和移動互聯網的發展，移動網流量呈爆炸式增長態勢，預計到2020年，數據流量將在2010年的基礎上增長1 000倍。網絡流量增長越來越快，但運營商的收入卻并沒有隨之迅速增長，流量和收入的增長呈現明顯的剪刀差現象。如何提高每比特價值成為運營商的迫切需求。在此背景下各大運營商紛紛開始打造自己的智能管道。PCC（policy and charging control）是實現智能管道的有效技術，它是3GPP定義的策略和計費控制架構，同樣也適用于3GPP2的CDMA網絡。

2 PCC

2.1 PCC架構

PCC是3GPPR7階段提出的策略與計費控制構架，目前已經發展到R12階段。圖1是R9階段非漫游場景PCC整體構架，由控制網元（PCRF）、執行網元（PCEF）、承載綁定和事件上報網元（BBERF）、用戶簽約屬性存儲器（SPR）、應用服務器（AF）、在線計費功能（OCS）、離線計費功能（OFCS）組成。

2.2 PCC的發展

3GPPR5、R6階段，為滿足IMS中端到端的QoS控制和基于流的計費，引入了PDF（策略控制功能）和FBC（基于流的計費控制）功能。R7階段將策略控制和計費功能合并正式提出了PCC構架，這個階段PCC主要功能是策略控制、計費以及業務數據流檢測。R8階段PCC構架有了較大變動，增加了對漫游場景的支持，加入了BBERF（承載綁定與事件上報功能）功能，并相應增加了PCRF與BBERF之間進行交互的網關控制會話流程，同時引入了DRA（diameter route agent）。R9階段主要增加了用量監控功能以及IMSPCSCF故障恢復等功能。R10階段對贊助數據業務進行了策略增強，增加了基于消費限制業務的QoS控制以及業務感知等功能，另外還包括一些如IP流移動性（IP flow ofmobility,IFOM）相關的PCC增強。R11階段增加了PCRF與OCS之間的Sy接口，同時3GPP和BBF開展了固移融合（FMC）策略控制研究，相關工作分為3個階段（BBAIbuilding block Ⅰ～Ⅲ）。

·階段1：固移策略互通，數據路由回EPC（演進分組核心網）。

·階段2：固移策略互通，數據通過本地網絡卸載。

·階段3：固移融合策略控制，數據路由回EPC或者從本地網絡卸載，已經推遲到R12完成。

3 CDMA網絡中的PCC

3GPP2在3GPPR9PCC的基礎上增加了CDMA場景的PCC流程，CDMA網絡中的PCC架構與3GPP基本一致。

3.1 網絡架構

圖2是CDMA網絡中簡單IP場景下的PCC架構，在CDMA網絡中引入PCC，需要對現網做如下改造：新建PCRF/SPR，PCRF與SPR可合設也可分設，初期一般都采用合設；升級PDSN支持PCEF功能。

通過引入PCC，CDMA網絡具備了基于用戶、業務、位置、時間等多維度的策略控制能力，從而為CDMA網運營商提供了差異化的運營能力。

3.2 網元功能

3.2.1 PCRF

PCRF是3GPP定義的策略和計費控制網元，引入CDMA網絡中后，同樣也是作為網絡中的控制策略決策節點，負責PDSN的QoS和計費方面的策略控制，PCRF的控制決策依據來源于PDSN、用戶簽約屬性存儲器（SPR）和AF的數據。

PCRF具備以下功能：綁定功能、門控功能、事件報告和處理功能、QoS控制功能、業務優先級和沖突處理功能、業務重定向功能、用量監控功能、計費策略控制功能、事件觸發條件定制功能、短消息通知功能。

3.2.2 PCEF

CDMA網絡引入PCC后，PDSN除了原有的移動性管理、路由轉發等網關的基本功能外，還應升級支持PCEF功能。

PCEF具備如下功能：規則的安裝和刪除功能、綁定功能、門控功能、事件觸發及上報功能、QoS控制功能、用量監控及上報功能、重定向功能。

PDSN中還可內置DPI模塊，提供業務檢測和上報的功能。

CDMA網絡中PCEF功能與3GPP定義的功能基本一致，但也有一些自身的特點，CDMA網PCEF的承載綁定功能比LTE網絡要簡單，LTE中PCEF進行承載綁定時，會根據PCC規則的QCI、ARP將規則綁定到具有相同ARP和QCI的某個承載上，而CDMA網絡中PCEF會將所有PCC規則都綁定到一個PPP連接上而不用考慮規則的ARP、QCI，這是因為CDMA網沒有多承載的情況；另外CDMA不支持網絡側發起QoS，因此網絡側發起專有承載建立的場景在CDMA中是不存在的。

圖1 PCC構架

雖然CDMA網絡中的PCEF功能比LTE網絡中的簡單，但仍能在PCRF的控制下基于用戶、業務、位置、接入方式、時間等多維度進行差異化調度，從而提供差異化運營的智能管道能力。

3.2.3 SPR

用戶簽約屬性存儲邏輯實體包含有與所有簽約用戶或簽約相關的信息，PCRF使用這些信息決定基于簽約的策略和IP-CAN承載級PCC規則。

SPR提供的簽約信息包括：用戶簽約信息，如用戶標識（IMSI、MDN）、用戶類型、用戶等級、用戶計費信息、用戶歸屬地、用戶入網時間；用戶訂購關系，簽約用戶允許的業務；每個允許的業務的優先級；用戶的簽約用量、動態使用量等。

SPR可與PCRF合設，也可分設，目前PCRF與SPR之間的Sp接口尚未標準化。

SPR與IT支撐系統需要開通接口，用于用戶簽約數據和用戶訂購關系的同步。

4 CDMA網絡中的PCC場景

4.1 關鍵業務體驗提升

智能管道的核心能力就是差異化服務，PCC的引入使得CDMA網絡的差異化服務能力得到了更大的提升。為了提升自營或者與第三方合作伙伴的業務體驗，可以運用PCC的策略控制手段對這類業務進行優先調度，使訪問這類業務的用戶獲得更好的體驗。

關鍵業務體驗提升的實現原理如下：在PDSN上開啟內置DPI的業務檢測能力，并配置預定義的關鍵業務體驗提升規則，簽約了業務提升策略的用戶上線后，PCRF會指示PDSN激活體驗提升規則，若用戶使用關鍵業務，PDSN會自動提升用戶等級，并通過A11消息的inter-user-priority參數將提升后的等級下發至無線側，無線側會將用戶等級映射成無線資源的調度因子（Gos因子），等級高的用戶將獲得更多的調度機會，從而獲得比普通用戶更好的業務體驗。

通過這種差異化的服務能力，運營商可以發展后向收費業務，通過與第三方的合作分成，創造多贏和可持續發展的盈利模式。關鍵業務體驗提升流程如圖4所示。

圖4 關鍵業務體驗提升流程

（1）在PDSN上配置預定義的關鍵業務體驗提升規則，該規則可以根據用戶等級、業務類型修改用戶優先級。

（2）用戶上線激活，發起業務。

（3）PDSN發起CCR消息向PCRF請求PCC規則。

（4）PCRF返回CCA消息激活PDSN上預定義的關鍵業務體驗提升規則，PDSN根據用戶等級、業務類型確定業務優先級，修改用戶的優先級參數inter-user priority。

（5）PDSN通過A11消息的session-update消息將用戶等級 inter-user priority下發到到BSC，BSC根據此參數調整無線調度優先級，從而使訪問關鍵業務的用戶獲得更多的無線調度資源。

4.2 用量監控

用量監控是3GPPR9中PCC新增加的功能。PCRF指示PCEF進行流量累計，當累計到一個預先設定值時進行上報，PCRF在流量上報后給PCEF下發策略，對用戶行為進行控制?；谟昧勘O控的FUP（公平使用策略）流程如圖5所示。

假定已經在PCRF對用戶A簽約了基于用量監控的FUP策略：用戶累計用量不到5 GB時，允許用戶最大速率為3.1Mbit/s，當月累計流量達到5GB后，對用戶限速為200 kbit/s，當月累計流量達到15GB后，對用戶限速為50 kbit/s。

（1）用戶A激活上線，并發起業務。

（2）PDSN收到用A的上線請求后，會向PCRF請求策略。

（3）PCRF獲取用戶簽約信息，給PDSN下發策略，允許用戶最大帶寬為3.1 Mbit/s，并指示PDSN每100 MB上報一次流量。

（4）PDSN檢測到用戶累計流量達到 100 MB時，給PCRF進行流量上報，PCRF進行流量累計，當月累計流量達到5 GB時，下發策略，將用戶限速為200 kbit/s。

（5）PDSN收到給用戶限速的策略后，將用戶A的速率限制為200 kbit/s，同時繼續進行用量監控。

（6）當用戶流量達到15GB后，PCRF再次下發策略將用戶速率限制為50 kbit/s，同時指示PDSN停止用量監控。

（7）PDSN將用戶速率限制為50 kbit/s，并且不再上報用量。

5 PCC演進

CDMA的演進路線已經明確為LTE，因此在CDMA網絡中部署PCC后，也需要考慮PCC向LTE的平滑演進。PCC演進步驟如圖6所示。

（1）在 HRPD 網絡（cdma2000HRPD）中引入 PCRF，升級PDSN為PCEF，實現PCC在CDMA網絡中的部署。

（2）為了解決LTE和3G的數據互操作問題，需要將HRPD升級成eHRPD。

（3）建設LTE網絡，打通CDMA網絡中已經引入的PCRF和PGW之間的Gx接口以及PCRF和HSGW之間的Gxa接口，在這個階段，3G用戶不會全部退網，因此3G、LTE用戶將長期共存。3G用戶通過PDSN路由出公網，LTE用戶通過PGW出公網，在LTE網絡沒有覆蓋的區域，LTE用戶將回退到3G，通過eHRPD接入HSGW，并從PGW出公網。這個階段的PCRF將同時控制PDSN、PGW、HSGW，從而實現對CDMA和LTE的統一控制。

6 結束語

本文介紹了3GPPPCC的基本構架，闡述了如何在CDMA網絡中部署PCC、CDMA網絡中PCC主要網元的功能以及與3GPP網絡中相應網元的功能差異。通過對具體業務場景的介紹，展現了CDMA網絡中PCC的流程。為了實現網絡的平滑演進，還介紹了CDMA網絡PCC的演進策略。

1 3GPP TS 23.203.Policy and Charing Control Architecture,2013

2 3GPP TS 29.212.Policy and Charging Control over Gx Reference Point,2013

3 3GPP TS 29.213.Policy and Charging Control Signaling Flow and QoSMapping,2013

4 3GPP2 X.S0062-0 Version 1.0.PCC for cdma2000 1x and HRPD Networks，2010