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IMS時(shí)代運營(yíng)支撐系統建設探討

周勝鵬 2007/05/30

3G發(fā)展簡(jiǎn)介

　　目前業(yè)界有三種3G標準：以GSM為基礎發(fā)展起來(lái)的3GPP（ThirdGenerationProject）WCDMA標準；以CDMA為基礎發(fā)展起來(lái)的3GPP2（Third Generation Project2）CDMA2000標準以及TD-SCDMA標準。

　　3G/IMS標準發(fā)展歷程如表達式所示。

　　表1 3G/IMS標準發(fā)展歷程

　　本文以WCDMA標準為藍本，探討IMS時(shí)代計費系統的建設。

IMS概述

　　IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒體子系統）在3GPPR5版本中首次定義，是基于IP技術(shù)、SIP融合語(yǔ)音、數據、移動(dòng)、Internet的體系，IMS的目標是融合Internet和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。當然，現在國際上對IMS需求更迫切的是擁有3G牌照的傳統固網(wǎng)運營(yíng)商（固定移動(dòng)融合）。

　　1．IMS主要特點(diǎn)：

　　（1）接入無(wú)關(guān)性

　　由于IMS采用SIP（SessionInitiationProtocol）作為最基本的會(huì )話(huà)信令控制協(xié)議，使得IMS具有與接入無(wú)關(guān)性、開(kāi)放性、統一控制等特點(diǎn)。

　　（2）信令平面和媒體平面進(jìn)一步分離

圖1 IMS框架結構示意圖

　　如圖1所示，傳輸服務(wù)運行在IMS的信令層（CSCF等）、承載服務(wù)運行在承載層（SGSN和GGSN）。這樣做的好處：可最小化各層之間的依賴(lài)性；方便新的接入網(wǎng)接入；接入的無(wú)關(guān)性，一種應用可以通過(guò)多種接入類(lèi)型在UE（用戶(hù)終端）上運行。

　　（3）IMS對現存網(wǎng)絡(luò )是融合并存不是替代

　　可以通過(guò)SGW（信令網(wǎng)關(guān)）與CS（電路域）網(wǎng)絡(luò )接入，通過(guò)MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）與WLAN、ADSL等接入。

　　2．IMS的主要實(shí)體

　　IMS實(shí)體分為六種主要類(lèi)型（見(jiàn)圖2）：會(huì )話(huà)管理和路由類(lèi)（CSCF、GGSN、SGSN）、數據庫（HSS、SLF）、網(wǎng)間配合元素（BGCF、MGCF、IM-MGW、SGW）、服務(wù)（應用服務(wù)器AS、MRF-C、MRF-P）、策略支撐實(shí)體（PDF）和計費。

　　對運營(yíng)支撐來(lái)說(shuō)這六類(lèi)實(shí)體最需要關(guān)注的是數據庫實(shí)體（HSS、SLF）、策略支撐實(shí)體（PDF）和計費實(shí)體。

圖2 IMS的體系結構示意圖

　　3．HSS-HomeSubscriberServer，歸屬用戶(hù)服務(wù)器

　　（1）由2G的歸屬位置寄存器（HLR）演化而來(lái)，存放用戶(hù)身份、注冊信息、接入參數和服務(wù)觸發(fā)信息

　　（2）用戶(hù)身份包含兩個(gè)部分：私人身份和公共身份

　　（3）接入參數：用于建立會(huì )話(huà)，包括用戶(hù)鑒權、漫游鑒權、已分配的S-CSCF名、和觸發(fā)服務(wù)信息。

　　（4）IMS接入參數用于會(huì )話(huà)建立（用戶(hù)認證、漫游授權、分配S-CSCF的名字等）

　　（5）服務(wù)觸發(fā)信息:SIP的服務(wù)觸發(fā)信息。

　　（6）HSS提供各個(gè)用戶(hù)對S-CSCF能力方面的特定要求，被I-CSCF挑選最合適的S-CSCF。

　　4．PDF（PolicyDecisionFunction）

　　（1）PDF負責實(shí)現基于服務(wù)的本地策略（SBLP）控制，根據從P-CSCF處獲得的會(huì )話(huà)和媒體信息來(lái)制定策略；

　　（2）在3GPPR5中，PDF是P-CSCF的一個(gè)邏輯實(shí)體，R6中PDF是一個(gè)獨立的功能，分離后的PDF與P-CSCF間為基于Diameter協(xié)議的Gq接口、PDF與GGSN間為基于COPS協(xié)議的GO接口；

　　（3）存儲會(huì )話(huà)和媒體相關(guān)信息（IP地址、端口號、帶寬等）；

　　（4）生產(chǎn)授權令牌用于標識PDF和會(huì )話(huà)；

　　（5）在收到一個(gè)來(lái)自GGSN的承載授權請求時(shí)，根據相關(guān)信息提供授權決策；

　　（6）在會(huì )話(huà)變更過(guò)程修改會(huì )話(huà)及媒體信息時(shí)，更新相應的授權決策；

　　（7）有任何時(shí)刻強制廢除授權決策的能力；

　　（8）有啟動(dòng)/禁止已授權的承載的能力；

　　（9）當承載從0KBIT/S上升、或下降到0KBIT/S給P-CSCF發(fā)更改通知；

　　（10）在GO接口進(jìn)行ICID（IMS計費標識）、GCID（流計費標識）的關(guān)聯(lián)。

IMS對運營(yíng)支撐系統的影響

　　1．計費關(guān)聯(lián)

　　計費關(guān)聯(lián)并不是IMS時(shí)代的產(chǎn)物，在2G和2.5G時(shí)代就已經(jīng)存在。例如，MMS（彩信業(yè)務(wù)）使用計次的事件計費方式，而流量計費（BCF）從GGSN中采集的是客戶(hù)所發(fā)生的所有流量（GGSN并不能分辨是哪類(lèi)業(yè)務(wù)發(fā)生的流量，這之中已經(jīng)包含了MMS的流量），從精確計費的角度，必須核減去MMS流量，否則就會(huì )產(chǎn)生重復計費，也就產(chǎn)生了計費關(guān)聯(lián)。

　　在IMS時(shí)代計費關(guān)聯(lián)既普遍又復雜。IMS核心網(wǎng)的特點(diǎn)是控制層和用戶(hù)層的分離，IMS會(huì )話(huà)管理實(shí)體（CSCF）并不了解IP連接實(shí)體（GGSN等）的業(yè)務(wù)流量，而IP連接實(shí)體也不了解IMS的會(huì )話(huà)狀態(tài)。這就需要PDF和PEP（PolicyEnforcementPoint）來(lái)實(shí)現計費信息的交互。

　　使用IMS的計費標志符（ICID）和GPRS的計費標志符（GCID）的交換可以實(shí)現IMS和GPRS之間的計費關(guān)聯(lián)。

圖3 IMS（R5版本）計費關(guān)聯(lián)過(guò)程示意圖

　　IMS（R5版本）計費關(guān)聯(lián)過(guò)程如圖3所示。

　　（1）UE（用戶(hù)終端）向P-CSCF發(fā)送SIP信令。

　　（2）P-CSCF接受初始INVITE，通過(guò)HASH計算得到全球惟一的ICID（IMS計費標識），向PDF轉發(fā)相關(guān)的SDP（會(huì )話(huà)描述協(xié)議）信息，并指出會(huì )話(huà)的發(fā)起者。P-CSCF從PDF獲得授權令牌（Token）。

　　（3）PDF對IP流進(jìn)行記錄（包括流標識符（GCID）、數據速率、QoS類(lèi)別等）并授權。通過(guò)SDP參數映射到所授權的IPQoS參數而實(shí)現，并通過(guò)GO接口（COPS協(xié)議）傳送到GGSN。

　　（4）UE為承載資源進(jìn)行PDP上下報文的激活或更改時(shí)，必須執行將SDP參數映射到UMTSQoS參數，作為PDP上下報文context中的QoSProfile的內容。PDP的激活或更改還包括：PDF分配的授權令牌和流標識符（GCID用作綁定信息）。

　　（5）收到UE的PDP上下報文激活或更改請求，GGSN向PDF申請授權信息。PDF比較收到的綁定信息和分配的授權信息，并返回授權決策。如果綁定信息被驗證是正確的，PDF將承載授權的信息告知GGSN，包括：與PDP上下報文相關(guān)的IPQoS和分組分類(lèi)器。

　　（6）GGSN將授權的IPQoS映射為UMTSQoS，GGSN將此UMTSQoS與UEPDP上下報文激活或更改所請求的QoS進(jìn)行比較，如果在PDF的授權范圍內則PDP上下報文激活或更改被接受。

　　（7）IMS允許所建立的會(huì )話(huà)包含不同的媒體成分（例如：音頻和視頻），為了計費的目的所有媒體成分必須是唯一標識的，并且對于會(huì )話(huà)中的每個(gè)媒體成分進(jìn)行單獨計費。然而R5中的GGSN只能為PDP上下報文產(chǎn)生一個(gè)G-CDR，在一個(gè)PDP上下報文下不能區分不同媒體成分的業(yè)務(wù)流。

　　（8）在授權期間，PDF將ICID（IMSChargingID）傳給GGSN，GGSN將GCID（GPRSChargingID）傳給PDF，通過(guò)GO接口交換ICIC和GCID計費標識符，實(shí)現計費關(guān)聯(lián)功能（ChargingCorrelation）。把IMS會(huì )話(huà)層的計費信息和承載使用的計費信息綁定在一起。

　　上面的承載控制和計費控制是針對于GPRS/UMTS分組域特有的PDP上下報文Context，這種機制不適用于其它的接入網(wǎng)絡(luò )。

　　2．IMS的計費模式

　　IMS體系既支持在線(xiàn)計費（OCS）、也支持離線(xiàn)計費（OFFLINE），OCS是指IMS實(shí)體（應用服務(wù)器（AS）、CSCF和GGSN等）與在線(xiàn)計費系統實(shí)時(shí)交互的過(guò)程，在此過(guò)程中OCS與用戶(hù)賬戶(hù)實(shí)時(shí)交互，并控制或監控與服務(wù)有關(guān)的費用。離線(xiàn)計費主要在會(huì )話(huà)完成后收集計費信息，系統不能實(shí)時(shí)影響所使用服務(wù)的過(guò)程。針對不同的業(yè)務(wù)和客戶(hù)群這兩種計費模式將長(cháng)期存在。

　　圖4左邊為離線(xiàn)計費系統、右邊為在線(xiàn)計費系統。

圖4 IMS的計費模式示意圖

　　（1）離線(xiàn)計費

　　離線(xiàn)計費體系的核心是計費采集功能（CCF）和計費網(wǎng)關(guān)功能（CGF）。

　　CCF通過(guò)DIAMETER協(xié)議接收來(lái)自IMS實(shí)體的計費信息，并對這些信息進(jìn)行預處理（關(guān)聯(lián)、合并和過(guò)濾不必要的話(huà)單，并將運營(yíng)商的專(zhuān)有信息加到接收到的計費信息之中），構建實(shí)際的CDR并編排格式，將CDR通過(guò)文本的形式傳遞給計費系統，CCF具備CDR緩存功能。
　　CGF與CCF的功能相同，只是CGF僅從SGSN和GGSN接收有效的CDR。
　　負責話(huà)單批價(jià)、賬務(wù)處理和賬務(wù)管理，在IMS時(shí)代最復雜的就是計費關(guān)聯(lián)和核減計費。由于IMS的計費既支持事件計費，又支持會(huì )話(huà)計費和流量承載計費，在業(yè)務(wù)眾多的情況下，核減計費的工作量特別大。

　　在IMS時(shí)代實(shí)現精確計費的代價(jià)非常大。由于不同的實(shí)體（如GGSN與SGSN）PDP（PacketDataProtocol）激活開(kāi)始時(shí)間不盡相同（差距能達到毫秒級，甚至1秒），在收發(fā)流量時(shí)不同的實(shí)體會(huì )存在流量差異（最大可達數百字節）。另外終端加密、重復收費等都給精確計費帶來(lái)了極大的難度。
　　在線(xiàn)收費的類(lèi)型有兩種：立即收費（IEC）和單元預留收費（ECUR）。

　　對于事件計費中能定義清楚每次事件費率（如點(diǎn)一首歌，收費2元）的計費場(chǎng)景，通常采用IEC類(lèi)型，從用戶(hù)賬號中扣減存款單元，然后授權MRFC（媒體資源功能控制器）、AS向用戶(hù)提供業(yè)務(wù)。

　　對會(huì )話(huà)、流量等計費通常采用單元預留收費（ECUR），一次從用戶(hù)賬戶(hù)中預扣一定的金額，授權MRFC（媒體資源功能控制器）、AS向用戶(hù)提供業(yè)務(wù)，本次金額用完，通話(huà)還在繼續，將再預扣一次。通話(huà)結束后，預留但沒(méi)有使用完的金額實(shí)時(shí)返回客戶(hù)賬戶(hù)。

　　OCS包括：ECF（事件計費）、SCF（會(huì )話(huà)計費）、BCF（承載計費）等計費類(lèi)型。AS與MGFC通過(guò)RO（DIAMETER協(xié)議）接口向ECF發(fā)計費請求（ACR），ECF從用戶(hù)賬戶(hù)扣除相應的費用，然后批準ACR,發(fā)出計費應答（ACA）。

　　SCF通過(guò)ISC（SIP協(xié)議）接口從S-CSCF接收到的請求進(jìn)行計費，首先檢查用戶(hù)賬戶(hù)，預留一定的費用后，發(fā)計費應答（ACA）來(lái)控制會(huì )話(huà)的建立

　　在BCF過(guò)程中SGSN、GGSN使用CAP（注：R7版本已經(jīng)改為DIAMETER協(xié)議）向BCF發(fā)出請求，BCF首先檢查用戶(hù)賬戶(hù)，預留一定的費用后，發(fā)計費應答（ACA）來(lái)控制IPFLOW的建立。

　　在OCS中最復雜的也是計費關(guān)聯(lián)和核減計費。

IMS計費的發(fā)展

　　IMS版本在不斷的演進(jìn)（最近已經(jīng)推出R7版本），IMS的計費等應用系統也要與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展。

　　1．IMSR5版本的局限性：

　　IMSR5版本發(fā)布后，其局限性逐漸凸現出來(lái)，主要表現在如下幾方面：

　　（1）CSCF與SCF（會(huì )話(huà)計費）之間通過(guò)ISC（sip）直接相聯(lián)，這里面需要添加部件

　　（2）R5承載計費是基于PDPCONTEXT，適用于一次PDP承載業(yè)務(wù)（如：消息、游戲、下載等），因目前二次PDP承載業(yè)務(wù)因終端數量有限，并占用手機終端的處理和存儲資源，縮短終端電池壽命，因此不適用于二次PDP承載業(yè)務(wù)。

　　（3）由于PDP不能區別不同類(lèi)型的IPFLOW，因此R5計費不適用于WLAN、xDSL、Cable等業(yè)務(wù)接入。

　　（4）PDPContext的激活和去激活，會(huì )大量增加GPRS/UMTS系統中的信令開(kāi)銷(xiāo)，并增加了業(yè)務(wù)建立的時(shí)延。

　　（5）只支持IPV6

　　2．IMSR6的改進(jìn)：

　　針對R5計費方面的局限性，R6引入了FBC（flowbasedcharging），其優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）支持更靈活的業(yè)務(wù)模式

　　（2）使用基于PrimaryPDPContext的承載業(yè)務(wù)，不再依靠二次PDPContext

　　（3）比R5中Go+SBLP（Service-basedlocalpolicy）具有更好的業(yè)務(wù)適應性

　　（4）適用于其它的網(wǎng)絡(luò )接入技術(shù)，如WLAN、xDSL、Cable等

　　（5）PDPcontext僅針對UMTS/GPRS，IPflow的概念具有通用性

　　FBC結構解決了承載層而不是應用層的計費問(wèn)題，應用層CDR將在CSCF、ApplicationServer上產(chǎn)生。Ro/Rf用于向離線(xiàn)計費系統或在線(xiàn)計費系統傳送應用層計費數據，包括：會(huì )話(huà)類(lèi)型、會(huì )話(huà)的起始時(shí)間和終止時(shí)間、業(yè)務(wù)流使用信息。

　　3．IMSR7的演進(jìn)：

　　在R7版本，FBC的進(jìn)一步發(fā)展成PCC（PolicyandChargingControl）。

　　PCC基于FBC的架構來(lái)演進(jìn)的，將R6中策略控制功能（PDF）和基于流的計費功能（FBC）合并成一個(gè)功能實(shí)體PCC（PolicyandChargingControl），并把R6中兩個(gè)功能的相關(guān)接口融合。這樣做既可以通過(guò)接口的融合提高通信效率，降低業(yè)務(wù)建立時(shí)延，還可以保證對GGSN/TPF（TrafficPlaneFunction）控制的一致性。

　　引入新的解決方案來(lái)解決承載與業(yè)務(wù)的綁定問(wèn)題，不同于現有的SBLP使用授權令牌（token）的機制。而是基于流的策略控制，使用數據流模板TFT（TFT包含在PDPContext內）通過(guò)IP地址和端口號識別數據流，其方法與PDF識別IP流的方法類(lèi)似。

運營(yíng)支撐系統的發(fā)展趨勢

　　1．IMS計費面臨的挑戰

　　IMS計費面臨的挑戰有如下幾個(gè)方面：

　　（1）計費信息的關(guān)聯(lián)、合并

　　IMS計費存在大量的計費關(guān)聯(lián)，包括：IMS實(shí)體結點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)、IMS與IPCAN（IP接入網(wǎng)）之間關(guān)聯(lián)、媒體成分級關(guān)聯(lián)等。實(shí)現這些關(guān)聯(lián)計費的成本很高。

　　（2）內容計費成為IMS計費中一個(gè)重要方面，基于內容價(jià)值的計費，業(yè)界還在探討之中。

　　（3）實(shí)現承載流的字節級精確計費難度較高。

　　（4）與現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的融合難度較大，如：FMC（移動(dòng)固定融合）、SP/CP等的融合難度都不小。

　　2．計費網(wǎng)絡(luò )化（組件化、部件化）

　　IMS分層設計，使得計費采集點(diǎn)和控制點(diǎn)非常多，需要做大量的計費信息關(guān)聯(lián)、合并，計費系統必須“瘦身”。計費部件可只根據業(yè)務(wù)類(lèi)型作最簡(jiǎn)單的批價(jià)和基本的優(yōu)惠，對于交叉優(yōu)惠、產(chǎn)品組合優(yōu)惠、峰頂贈送優(yōu)惠等復雜的優(yōu)惠由后續非實(shí)時(shí)的賬務(wù)系統完成。

　　從IMS發(fā)展的角度看，IMS與計費系統的接口將逐漸一統為DIAMETER協(xié)議（文本除外）。在DIAMETER協(xié)議包中已經(jīng)包含大量的計費信息，為計費標準化提供了物理基礎。

　　隨著(zhù)3GPP、OSS/J等標準的逐步成熟和推行，計費部件網(wǎng)絡(luò )化部署成為可能，

　　“在線(xiàn)計費”需要計費部件提供網(wǎng)絡(luò )設備級的穩定性和可靠性。

　　計費已經(jīng)被定義為IMS6大實(shí)體之一，不論是業(yè)務(wù)和技術(shù)的需要，還是協(xié)議標準的支撐，計費系統將逐漸向部件化和組件化演進(jìn)，與網(wǎng)絡(luò )側的結合更為緊密，計費實(shí)體更像一個(gè)邏輯的網(wǎng)元設備。

　　3．IMS時(shí)代運營(yíng)支撐系統的發(fā)展趨勢

　　在IMS時(shí)代計費將向網(wǎng)絡(luò )側傾斜，傳統的BSS將向BOMS（BusinessOperationManagementSystem）演進(jìn)，BSS的重心將向營(yíng)銷(xiāo)、CRM和服務(wù)等業(yè)務(wù)管理及分析轉變。結合NGOSS的發(fā)展，運營(yíng)支撐系統逐漸演變?yōu)镃RM+BILING的體系架構。

　　隨著(zhù)計費向網(wǎng)絡(luò )側傾斜，BSS向管理和分析轉型，逐漸將形成“網(wǎng)絡(luò )＋管理”的IMS全網(wǎng)局面，如圖5所示。

　　在理順了BSS后，還有一個(gè)難題也就凸現出來(lái)，它就是內容管理。關(guān)于內容的存放、發(fā)布、定價(jià)、全網(wǎng)同步在IMS時(shí)代將是一個(gè)既棘手但又無(wú)法回避的難題，需要業(yè)界同仁足夠的重視。

圖5 運營(yíng)支持發(fā)展趨勢示意圖

計費&OSS世界


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