下一代网络中固移融合策略控制架构分析与应用展望

徐向辉，王 茜

（中国电信股份有限公司北京研究院 北京100035）

1 引言

随着“智能管道”构建思路在运营商网络中逐渐成为主流，策略控制系统作为智能管道的“大脑”，其研究和部署尤为关键。

策略控制系统位于IP承载网络上的承载控制层，能够灵活动态地实现针对应用需求的网络资源调配。策略控制系统在固定宽带网络和移动网络中均有部署，分别用于控制固定宽带接入网和无线接入网对带宽资源的分配和QoS（服务质量）处理。对于全业务运营商来讲，以融合的网络为用户提供融合的业务、一致的体验是其可发挥的优势之一，因此，如何将分立部署的固定和移动策略控制系统融合，以更方便地向用户提供一致的服务体验，并降低网络复杂度和成本，是值得重点探究的问题。在国际标准组织中，策略控制系统一直是业界讨论的焦点。尤其是近两年，以融合策略控制架构为主的FMC（固定移动融合）项目成为研究热点。

本文从融合策略控制的研究现状出发，分析了固定、移动融合策略控制系统的架构及其实现方案，并对基于融合策略控制的新型FMC业务场景进行了展望。

2 固移融合策略控制相关标准及设备研究进展

策略控制系统的基本思路是通过策略控制层的引入，将业务层需求与承载层处理关联起来，作为下一代网络研究的焦点，分别在移动网络和固定网络的范畴展开研究。目前，以3GPP PCC（策略和计费控制）[1]为代表的移动网络策略控制架构和以TISPAN RACS（资源准入控制）、BBF BPCF（宽带网策略控制）、ITU-T RACF（资源接纳控制）[2]为代表的固定网络策略控制架构的标准均已发布。为了实现FMC，使运营商可以向用户灵活地提供与接入类型无关的一致质量保障和策略，2008年第3季度，BBF与3GPP成立联合工作组，力图推出固定和移动融合的策略控制标准架构。BBF主要定义架构和需求，3GPP定义具体的接口和实现。目前，互通标准已基本完成，融合标准的进展相对较慢，尚在研究之中。

3GPP在R10阶段启动了FMC项目，主要研究将BBF定义的固定宽带网络接入3GPP EPC网络进行处理，称为BBAI（BBF access interworking），并将相关工作分为3个阶段，即BBAI BLOCK（BB）Ⅰ～Ⅲ，具体介绍如下。

阶段一（BBⅠ）：研究固定和移动网络的互通以及数据路由回EPC（演进的分组系统）核心网的实现。基于R10架构的基础互通能力，主要包括H(e)NB以及WLAN接入EPC时的移动性、网络发现和功能选择（ANDSF）、IP连通性、无缝的WLAN卸载、QoS控制等。BB I阶段的研究工作已经完成。

阶段二（BBⅡ）：研究固定和移动网络的互通以及数据从本地网络卸载的实现。主要研究H(e)NB和WLAN作为卸载网络时的QoS和策略控制，以WLAN接入场景为主，对于H(e)NB数据卸载到本地有线网的研究将推迟到R12版本完成。

阶段三（BBⅢ）：研究固定和移动网络融合时，数据路由回EPC以及从本地网络卸载的实现。主要研究将BBF接入作为可信非3GPP接入的融合网络架构及访问BBF业务的策略控制。该部分内容已经推迟到R12版本完成。

截至目前，3GPP在R10/R11完成的BBF与3GPP互通需求和架构的标准已正式发布（TR 23.839 BBAI），正在R12中研究BBF与3GPP融合的需求和架构（TR23.896,P4C）。

在BBF中，对应于3GPP前两个阶段的互通标准WT-203已正式发布，正在之后立项的WT-291中基于该架构定义固网侧的设备能力要求。而融合方式WT-300（nodal requirements for converged policy management），已 经完成立项并在2012年Q3初步确定了研究范畴，计划主要研究融合的QoS策略控制，基于Gx接口扩展完成PCRF（策略和计费规则功能实体）和BNG（宽带网边界网关）之间QoS策略的控制及其执行；并研究融合的计费，基于Gy/Gz接口扩展完成3GPP计费系统和BNG之间的计费信息交互。

在设备方面，国内外个别厂商已经发布了融合策略控制产品，基本思路是分别按照固、移策略控制标准和接口，实现固、移策略控制在物理设备形态上的融合，即放在同一款物理设备中的不同模块，但平台和接口还是相互独立的。

3 固移融合策略控制系统架构

固移融合策略控制系统主要是针对WLAN及Femto在作为非3GPP网络接入3GPP EPC的场景下，如何进行相关的固定和移动网络资源控制，其中WLAN接入点以及Femto中的H(e)NB都通过固定网络接入3GPP EPC网络[3]。移动网和固定网分别通过PCRF模块和BPCF（宽带网策略控制功能实体）模块进行策略控制。其整体架构及其在网络中的位置如图1所示。

图1 下一代网络中的固移融合策略控制架构及其在网络中的位置

固移策略控制系统的融合在具体实现上包括互通和融合两个层面。互通方式是指固定和移动网络均有各自的策略控制系统，通过互通接口实现策略的交互；融合方式是指固定和移动网络通过一套策略控制系统对包括移动宏基站、WLAN、Femto、固定宽带接入在内的各种接入方式进行统一控制，具有统一的策略数据库、一致的策略定义、最大程度融合的接口。

4 互通架构的设计及实现

在互通架构中，固移策略控制系统分别单独建设，通过策略控制设备之间的S9a接口和认证系统之间的SWa/STa接口，实现策略信息的交互[4]。具体系统架构如图2所示。

图2 固移策略控制系统互通架构

其中，PCRF和RACS/BPCF之间的S9a接口负责完成策略互通，包括策略请求、响应及其他事件的交互，以支持移动终端在3GPP移动网络和Wi-Fi之间或业务在移动网络和有线宽带网络的不同终端之间切换时，执行统一的策略。

3GPP AAA/HSS和固网AAA服务器之间的SWa/STa接口负责完成3GPP移动终端在通过WLAN接入，并通过其3GPP的归属核心网络进行认证时，与固网认证信息的交互。

（1）S9a接口的实现

S9a接口是实现互通架构的关键，用于BPCF与PCRF（非漫游时为H-PCRF，漫游时为V-PCRF）之间动态QoS控制策略以及终端的本地地址、UDP端口号等信息的传递，是基于3GPP PCC中的S9接口（H-PCRF和V-PCRF之间的接口）的扩展实现。因此，S9a接口也基于Diameter协议进行通信。其中，BPCF作为客户端，PCRF作为服务器端，两者之间交互请求—响应消息。S9a接口没有特定的新的AVP，均重用Gx、Gxx、S9等接口以及现有Diameter应用的AVP[5]。

（2）SWa/STa接口的实现

固移AAA服务器之间通过STa/SWa接口互通，以便实现3GPP UE在WLAN接入场景下，固移之前认证、计费信息的交互。

3GPP移动终端在通过WLAN接入时，需要通过其3GPP的归属核心网络进行认证。互通架构应支持WLAN作为3GPP核心网络的信任或非信任网络情况下的两种不同的认证方式，并支持流量卸载情况下的计费信息交互。

·信任模式下，由固定宽带网络完成接入控制，包括接入认证和资源使用，并将认证信令通过代理方式送回归属的3GPP AAA/HSS服务器。因此，固网网关必须支持EAP-AKA/SIM代理。

·非信任模式下，终端的认证信令通过IPSec隧道直接到达3GPP核心网络中的EPDG，而对固网段不可见，在IPSec隧道建立的同时完成认证。因此，对固网段没有特别的要求。

当流量在固定宽带网络中进行非无缝的WLAN卸载（NSWO）时，固定宽带网络搜集到每个移动终端的用户计费数据（即BNG能够识别每个3GPP UE的流量），并通过SWa/STa接口周期性地向3GPP网络报告。如果在一个终端上同时支持路由到EPC网络的流量和NSWO流量，则固定网络需要将这两类流量的计费信息区别开来。

（3）固移互通QoS策略交互

固移策略控制设备通过S9a接口进行QoS参数的协商，将3GPP的QoS参数/属性映射为固定接入网识别的QoS参数。3GPP定义的QoS规则包括4类参数：QoS等级标识 （QCI）、分配和 保留优先级 （ARP）、可保证 速 率（GBR）、最大速率（MBR）。固定宽带网络根据所采用的底层技术，通过DSCP、EXP Bit、P-Bit标识QoS。两者之间的映射和取值应根据运营商的SLA决定。表1给出了LTE QCI与DSCP映射的一个示例。

5 融合架构的设计及实现

在融合架构中，用一套统一的策略控制设备同时控制固定网关和移动网关，融合策略控制设备需要支持不同的接口，以便与各类设备实现对接。在融合架构中，固移策略数据库的统一、固移认证系统和计费系统的交互/融合是策略融合并形成一致用户体验的基础，融合架构如图3所示。

表1 LTE QCI与DSCP的标记映射

图3 固移策略控制系统融合架构

由于PCC架构定义相对完备，3GPP和BBF计划以PCRF为融合策略控制设备的基础，通过其扩展统一控制固网。未来，融合策略控制设备将基于统一平台、统一接口（南北向均为Diameter）实现融合控制。

另外，在融合架构中，部署在网关层面的DPI感知设备/模块（对应于3GPP定义的TDF实体及固网中BRAS内置的DPI板卡）作为执行实体，用于实现基于应用层触发条件的策略执行。

融合策略控制系统的发展是一个分阶段的发展过程。

第一阶段是设备的简单加合，是指固定、移动策略控制系统在设备形态上的融合，即放在同一款物理设备中的不同模块。在此阶段，设备接口无需重新定义，融合设备分别沿用现有的固移策略接口，即对于PGW，采用基于Diameter的Rx接口；对于BRAS，采用基于RADIUS/COA或COPS的Re接口。第二阶段是平台融合，是指PCRF作为融合策略控制设备，扩展控制固网设备。在此阶段，PCRF扩展支持固网策略控制；PCRF与BRAS的接口由RADIUS变为Diameter。

6 基于固移融合策略控制的FMC应用展望

融合策略控制的目的是通过固定网络和移动网络策略控制的协同，使用户在通过各种方式接入时，运营商都能够灵活地实施包括QoS、优选接入、融合计费、统一呈现等在内的FMC策略控制，给用户一致的服务体验。这里所说的“一致体验”，主要包括以下几方面。

·应用种类的一致性，即用户订购的应用在不同网络环境中均可得到相同的服务。

·应用质量的一致性，即用户的相同终端（多模）在不同接入网络之间发生切换时，保持应用的连续性以及一致的质量和计费策略。

·终端切换的一致性，即同一用户的不同终端在不同接入网络之间发生切换时，保持应用的连续性以及一致的质量和计费策略。

下面给出了融合策略控制场景下可能的应用案例。

用户案例1：一致的家长控制和个人防火墙的服务。孩子无论是携带移动终端出门在外，还是通过电脑接入家里的宽带网络，在使用运营商提供的家长控制和个人防火墙应用时，都能够得到同样的安全服务和信息过滤。

用户案例2：视频的连续性切换和融合计费。用户在公车上通过LTE网络用笔记本观看互联网电视节目，到家以后，终端检测到连接到固定宽带网络的Wi-Fi信号，则自动切换IP地址连接到有线宽带网络，通过同一终端继续观看同样的电视节目，在带宽/用户定义的策略、网络策略和QoS设置允许的情况下可能效果更好，且按照不同的接入网络实施既定的计费策略。

用户案例3：不同终端之间的应用移动性。用户在室外通过iPad观看互联网视频，回家后则使用连接到固定家庭网络的机顶盒设备，媒体流从移动网络接入的iPad转移到家庭网络接入的大屏幕电视机，节目可保持连续性。切换后为用户分配的带宽更高，以保证大屏幕的效果。

7 结束语

融合策略控制系统作为网络资源统一控制和新融合业务催生的关键元素，在下一代网络中起到举足轻重的作用。但从标准化进程和设备发展情况来看，融合策略控制系统在现网上的部署还有较长的一段路要走。后续融合策略控制系统的研究应从多应用需求着眼，寻求实用、简单的网络部署解决方案。

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