PCC架构在2G/3G融合网络中组网方案研究

卫涛，孙逊，卜忠贵

（中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080）

1 背景

近年来，随着数据业务的爆发式增长，网络规模和处理能力都得到了长足的发展，运营商数据业务增量不增收的情况却日益明显。为提升数据业务流量经营价值，丰富数据业务市场营销手段，为用户提供智能化、差异化的业务体验，强化数据业务精细化运营能力，运营商引入了策略及计费控制（PCC，Policy Control and Charging）技术。

2 PCC架构

2.1 PCC标准架构

3GPP标准定义的PCC 架构主要由策略和计费控制功能（PCRF）单元、策略和计费执行功能（PCEF）单元、应用功能（AF）单元、用户属性存储器（SPR）等功能实体组成，标准架构如图1所示。

PCRF（Policy and Charging Rule Function，策略和计费控制功能）单元，是独立网元，主要负责策略控制决策和基于流计费控制等功能。

图1 PCC标准架构示意图

PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略和计费执行功能）单元，功能实体位于网关（如GGSN），负责业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费等功能。

AF（Application Function，应用功能）单元，位于业务/应用平台（设备），负责与PCRF交互相关信息。

SPR（Subscription Profile Repository，用户属性存储器、用户存储BOSS（Business Operation Supporting System）提供的与相关用户的签约等信息。

2.2 PCC的主要接口

从图1可看出，PCC架构的主要接口有：

Gx接口：位于PCRF单元与PCEF单元之间，用于传送策略和计费规则。该接口支持SDF（Service Data Flow）级别的PCC信息传输，并支持无线接入技术信息和位置信息的传输。

Rx接口：位于AF单元与PCRF单元之间，用于从AF单元向PCRF单元传送应用层信息，包括差异化计费信息、用于QoS（Quality of Service）控制的媒体/应用带宽需求等。

Sp接口：位于SPR单元和PCRF单元之间，用于PCRF单元从SPR获得与IP-CAN传输策略相关的用户信息，如用户ID、PDN标识等。

Gy接口：位于PCEF单元与OCS（Online Charging System）之间，用于在线计费控制信息的传送。

Gz接口：位于PCEF单元与OFCS（Offline Charging System）之间，用于基于离线计费的数据流传送。

2.3 PCC管控策略

PCC具有按照业务、用户累积使用流量、用户签约数据、用户位置信息、用户接入类型和时间提供策略控制能力，同时，PCC策略控制架构可以对上述策略控制能力进行组合提供灵活的控制策略能力,并结合门控、限速、端到端的QoS控制、差别计费等管控手段实现差异化、精细化的管控和网络运营目标。

策略控制架构可以对策略控制能力和手段进行组合，如运营商可采用如下管控策略：

禁止每天忙时在热点区域使用P2P业务；对每月已使用超过5GB流量用户进行限速；保证热点区域的金牌用户的QoS级别，限制铜牌用户的QoS级别；对每天忙时从2G网络接入使用游戏业务的用户提高费率标准。

3 PCC策略管控场景

PCC架构支持多种策略控制能力和手段进行组合，本文仅针对热点区域的PDP QoS带宽控制一种管控场景进行描述。

当热点区域负荷大、数据流量占用无线资源过大时，为避免数据业务对话音无线资源的占用，需要降低数据业务的使用带宽，避免影响话音业务的体验。

对区分热点区域的市场策略，提供如下的管控能力：

根据用户初次登陆的位置信息，来设置用户PDP的带宽；

对于用户数少、负荷轻区域，设置较高用户带宽；

对于用户数多、负荷重区域，设置较低用户带宽。

参数配置如表1所示。

表1 参数配置

对热点区域的PDP QoS带宽控制策略流程如图2所示。

（1）PCRF配置热点小区及相应的QoS策略信息；

（2）用户激活PDP时，GGSN (PCEF)通知PCRF用户上线；

（3）PCRF判断该用户的登录位置是否属于热点区域，若属于热点区域则采用热点区域的QoS带宽（如64kbit/s/512kbit/s）策略，否则采用正常的QoS带宽(如128kbit/s/1Mbit/s)策略；

（4）PCRF将相应策略的QoS带宽参数下发给PCEF；

图2 热点区域的PDP QoS带宽控制场景

（5）GGSN(PCEF) 通过Update PDP流程将更新的QoS传递给SGSN和无线设备，并分别执行新的QoS策略。

4 PCC架构引入后的组网方案

为了在2G/3G融合网络中快速部署PCC架构，建议在PCC架构引入初期以省为单位集中新建策略控制服务器PCRF/SPR，GGSN设备升级兼做策略执行网元PCEF,SGSN设备升级支持对QoS的识别、转发和控制，无线侧部署标准的QoS参数控制,升级BOSS支持与PCRF/SPR交互，便于灵活的市场销营和差别计费，在后续PCC演进过程中逐步实现SPR与PCRF设备的分离，Gx接口和Sp接口的开放，以及SPR与HLR/HSS的进一步融合。本文将PCC架构引入后的组网方案分为四个阶段。

阶段一：引入PCC架构初期,Gx接口和Sp接口尚未开放，PCRF与SPR综合设置。

PCC引入初期Gx接口和Sp接口尚未开放，网络部署规模较小，为了便于PCC架构的快速部署，建议采用PCRF与SPR设备采用合设方式，GGSN设备升级兼做PCEF，PCRF/SPR仅与同厂家的GGSN/PCEF互通。

当同厂家需要部署多套PCRF/SPR时，GGSN/PCEF与PCRF/SPR之间采用Gx接口全互联方式连接，PCRF/SPR可以按照号段存储用户数据信息，GGSN/PCEF根据用户ISDN或者IMSI选择用户归属的PCRF/SPR设备。

优点：引入网元数量少，便于快速部署。

缺点：网络结构不清晰，异厂家SPR存在数据冗余和双营账；

阶段二：PCC部署规模扩大，Gx接口和Sp接口仍未开放，PCRF与SPR采用分离架构。如图3所示。

随着PCC部署规模的扩大，PCC引入初期综合设置的PCRF/SPR中的PCRF设备容量将达到瓶颈，SPR设备仍可通过扩容满足需求。为了提高SPR的硬件利用率、减少与BOSS相连的SPR数量、降低组网复杂度，建议PCRF与SPR采用分离架构设置，SPR设备存储全网用户数据信息。由于Gx接口和Sp接口仍未开放，因此PCRF仅能与同厂家的SPR设备全连接，GGSN/PCEF按照负荷分担方式选择同厂家的PCRF。

优点：GGSN/PCEF按照负荷分担方式选择PCRF，PCRF设备容灾备份能力增强；同厂家共用SPR设备，SPR设备硬件利用率增加；SPR与BOSS之间组网简单。

缺点：网络结构不清晰，异厂家SPR存在数据冗余和双营账。

为实现阶段一到阶段二的平滑演进，可以采用以下两种调整方案：方案一，将PCRF/SPR设备分离，SPR设备与原有PCRF保持连接的同时增加与新建PCRF相连，BOSS与原有SPR设备连接方式不变，并向SPR设备同步全网用户数据信息；方案二，若存在多套PCRF/SPR时，可将多套SPR设备容量合并，BOSS向合并后的SPR设备同步全网用户数据信息，调整之后SPR设备与原有PCRF保持连接的同时增加与新建PCRF相连，BOSS仅与合并后的SPR设备进行连接。

两种调整方式的对比如表2所示。

阶段三：Gx接口和Sp接口全部开放，实现异厂家GGSN/PCEF与PCRF设备互通以及SPR与PCRF设备互通。

图3 PCRF与SPR采用分离式架构组网

表2 两种调整方式的对比

各厂家支持标准的Gx接口和Sp接口协议，可以实现异厂家GGSN/PCEF与PCRF设备以及PCRF与SPR设备互通，网络规划的局限性大幅降低。全网各厂家GGSN/PCEF设备均可通过负荷分担方式选择异厂家PCRF，PCRF设备容灾备份能力进一步加强。同时，由于Sp接口开放，PCRF可与SPR设备全连接，共用SPR的全网用户数据信息，充分利用了SPR设备硬件处理能力。

优点：网络规划便捷；PCRF容灾备份能力进一步加强；SPR设备硬件可充分利用。

缺点：SPR不支持大容量分离式架构。

阶段四：实现SPR与HLR/HSS融合。

虽然现有SPR与HLR/HSS（仅指LTE HSS）存储的用户数据中共有字段较少，但SPR与HLR/HSS融合可减少BOSS对外接口及潜在的数据不一致性因素，简化组网结构，便于运营商维护管理，并节省投资及维护成本，符合未来网络发展需求。目前3GPP TS 23.203最新协议中增加了Ud接口，即初步定义了SPR与HLR/HSS融合方式，在开放PCRF与SPR间的Sp接口的情况下，可以实现PCRF与各厂家HLR/HSS/SPR的互通。

通过上述分析可以得知，PCC架构在融合网络中的部署将是一个长期的过程，需要结合现有分组域融合网络的情况分阶段逐步引入，随着规模的扩大、设备的成熟、接口的开放以及协议的完善，循序渐进地进行网络部署，逐步简化网络组织，降低维护管理难度，并避免造成重复投资浪费，最终实现向目标网络演进。

5 结束语

在移动互联网高速发展下，网络中数据流量快速增长，已出现数据流量增量不增收、少量用户业务占用大量带宽、永远在线类应用占用过多无线资源等问题。PCC架构在2G/TD融合网络中的及时部署将有效地缓解数据业务对移动网络的冲击，对运营商构筑管道的精细化、差异化经营能力，拓展管道新价值具有重要的意义。