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IMS時代運營支撐系統(tǒng)建設探討

周勝鵬 2007/05/30

3G發(fā)展簡介

　　目前業(yè)界有三種3G標準：以GSM為基礎發(fā)展起來的3GPP（ThirdGenerationProject）WCDMA標準；以CDMA為基礎發(fā)展起來的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時代計費系統(tǒng)的建設。

IMS概述

　　IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）在3GPPR5版本中首次定義，是基于IP技術、SIP融合語音、數(shù)據(jù)、移動、Internet的體系，IMS的目標是融合Internet和移動通信網(wǎng)絡。當然，現(xiàn)在國際上對IMS需求更迫切的是擁有3G牌照的傳統(tǒng)固網(wǎng)運營商（固定移動融合）。

　　1．IMS主要特點：

　�。�1）接入無關性

　　由于IMS采用SIP（SessionInitiationProtocol）作為最基本的會話信令控制協(xié)議，使得IMS具有與接入無關性、開放性、統(tǒng)一控制等特點。

　�。�2）信令平面和媒體平面進一步分離

圖1 IMS框架結構示意圖

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

　　（3）IMS對現(xiàn)存網(wǎng)絡是融合并存不是替代

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

　　2．IMS的主要實體

　　IMS實體分為六種主要類型（見圖2）：會話管理和路由類（CSCF、GGSN、SGSN）、數(shù)據(jù)庫（HSS、SLF）、網(wǎng)間配合元素（BGCF、MGCF、IM-MGW、SGW）、服務（應用服務器AS、MRF-C、MRF-P）、策略支撐實體（PDF）和計費。

　　對運營支撐來說這六類實體最需要關注的是數(shù)據(jù)庫實體（HSS、SLF）、策略支撐實體（PDF）和計費實體。

圖2 IMS的體系結構示意圖

　　3．HSS-HomeSubscriberServer，歸屬用戶服務器

　　（1）由2G的歸屬位置寄存器（HLR）演化而來，存放用戶身份、注冊信息、接入?yún)?shù)和服務觸發(fā)信息

　�。�2）用戶身份包含兩個部分：私人身份和公共身份

　　（3）接入?yún)?shù)：用于建立會話，包括用戶鑒權、漫游鑒權、已分配的S-CSCF名、和觸發(fā)服務信息。

　　（4）IMS接入?yún)?shù)用于會話建立（用戶認證、漫游授權、分配S-CSCF的名字等）

　�。�5）服務觸發(fā)信息:SIP的服務觸發(fā)信息。

　　（6）HSS提供各個用戶對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負責實現(xiàn)基于服務的本地策略（SBLP）控制，根據(jù)從P-CSCF處獲得的會話和媒體信息來制定策略；

　�。�2）在3GPPR5中，PDF是P-CSCF的一個邏輯實體，R6中PDF是一個獨立的功能，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）存儲會話和媒體相關信息（IP地址、端口號、帶寬等）；

　�。�4）生產(chǎn)授權令牌用于標識PDF和會話；

　�。�5）在收到一個來自GGSN的承載授權請求時，根據(jù)相關信息提供授權決策；

　　（6）在會話變更過程修改會話及媒體信息時，更新相應的授權決策；

　�。�7）有任何時刻強制廢除授權決策的能力；

　　（8）有啟動/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接口進行ICID（IMS計費標識）、GCID（流計費標識）的關聯(lián)。

IMS對運營支撐系統(tǒng)的影響

　　1．計費關聯(lián)

　　計費關聯(lián)并不是IMS時代的產(chǎn)物，在2G和2.5G時代就已經(jīng)存在。例如，MMS（彩信業(yè)務）使用計次的事件計費方式，而流量計費（BCF）從GGSN中采集的是客戶所發(fā)生的所有流量（GGSN并不能分辨是哪類業(yè)務發(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，否則就會產(chǎn)生重復計費，也就產(chǎn)生了計費關聯(lián)。

　　在IMS時代計費關聯(lián)既普遍又復雜。IMS核心網(wǎng)的特點是控制層和用戶層的分離，IMS會話管理實體（CSCF）并不了解IP連接實體（GGSN等）的業(yè)務流量，而IP連接實體也不了解IMS的會話狀態(tài)。這就需要PDF和PEP（PolicyEnforcementPoint）來實現(xiàn)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）的交換可以實現(xiàn)IMS和GPRS之間的計費關聯(lián)。

圖3 IMS（R5版本）計費關聯(lián)過程示意圖

　　IMS（R5版本）計費關聯(lián)過程如圖3所示。

　�。�1）UE（用戶終端）向P-CSCF發(fā)送SIP信令。

　�。�2）P-CSCF接受初始INVITE，通過HASH計算得到全球惟一的ICID（IMS計費標識），向PDF轉(zhuǎn)發(fā)相關的SDP（會話描述協(xié)議）信息，并指出會話的發(fā)起者。P-CSCF從PDF獲得授權令牌（Token）。

　�。�3）PDF對IP流進行記錄（包括流標識符（GCID）、數(shù)據(jù)速率、QoS類別等）并授權。通過SDP參數(shù)映射到所授權的IPQoS參數(shù)而實現(xiàn)，并通過GO接口（COPS協(xié)議）傳送到GGSN。

　�。�4）UE為承載資源進行PDP上下報文的激活或更改時，必須執(zhí)行將SDP參數(shù)映射到UMTSQoS參數(shù)，作為PDP上下報文context中的QoSProfile的內(nèi)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上下報文相關的IPQoS和分組分類器。

　�。�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進行比較，如果在PDF的授權范圍內(nèi)則PDP上下報文激活或更改被接受。

　�。�7）IMS允許所建立的會話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，并且對于會話中的每個媒體成分進行單獨計費。然而R5中的GGSN只能為PDP上下報文產(chǎn)生一個G-CDR，在一個PDP上下報文下不能區(qū)分不同媒體成分的業(yè)務流。

　　（8）在授權期間，PDF將ICID（IMSChargingID）傳給GGSN，GGSN將GCID（GPRSChargingID）傳給PDF，通過GO接口交換ICIC和GCID計費標識符，實現(xiàn)計費關聯(lián)功能（ChargingCorrelation）。把IMS會話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。

　　2．IMS的計費模式

　　IMS體系既支持在線計費（OCS）、也支持離線計費（OFFLINE），OCS是指IMS實體（應用服務器（AS）、CSCF和GGSN等）與在線計費系統(tǒng)實時交互的過程，在此過程中OCS與用戶賬戶實時交互，并控制或監(jiān)控與服務有關的費用。離線計費主要在會話完成后收集計費信息，系統(tǒng)不能實時影響所使用服務的過程。針對不同的業(yè)務和客戶群這兩種計費模式將長期存在。

　　圖4左邊為離線計費系統(tǒng)、右邊為在線計費系統(tǒng)。

圖4 IMS的計費模式示意圖

　　（1）離線計費

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

　　CCF通過DIAMETER協(xié)議接收來自IMS實體的計費信息，并對這些信息進行預處理（關聯(lián)、合并和過濾不必要的話單，并將運營商的專有信息加到接收到的計費信息之中），構建實際的CDR并編排格式，將CDR通過文本的形式傳遞給計費系統(tǒng)，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。
　　負責話單批價、賬務處理和賬務管理，在IMS時代最復雜的就是計費關聯(lián)和核減計費。由于IMS的計費既支持事件計費，又支持會話計費和流量承載計費，在業(yè)務眾多的情況下，核減計費的工作量特別大。

　　在IMS時代實現(xiàn)精確計費的代價非常大。由于不同的實體（如GGSN與SGSN）PDP（PacketDataProtocol）激活開始時間不盡相同（差距能達到毫秒級，甚至1秒），在收發(fā)流量時不同的實體會存在流量差異（最大可達數(shù)百字節(jié)）。另外終端加密、重復收費等都給精確計費帶來了極大的難度。
　　在線收費的類型有兩種：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（如點一首歌，收費2元）的計費場景，通常采用IEC類型，從用戶賬號中扣減存款單元，然后授權MRFC（媒體資源功能控制器）、AS向用戶提供業(yè)務。

　　對會話、流量等計費通常采用單元預留收費（ECUR），一次從用戶賬戶中預扣一定的金額，授權MRFC（媒體資源功能控制器）、AS向用戶提供業(yè)務，本次金額用完，通話還在繼續(xù)，將再預扣一次。通話結束后，預留但沒有使用完的金額實時返回客戶賬戶。

　　OCS包括：ECF（事件計費）、SCF（會話計費）、BCF（承載計費）等計費類型。AS與MGFC通過RO（DIAMETER協(xié)議）接口向ECF發(fā)計費請求（ACR），ECF從用戶賬戶扣除相應的費用，然后批準ACR,發(fā)出計費應答（ACA）。

　　SCF通過ISC（SIP協(xié)議）接口從S-CSCF接收到的請求進行計費，首先檢查用戶賬戶，預留一定的費用后，發(fā)計費應答（ACA）來控制會話的建立

　　在BCF過程中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首先檢查用戶賬戶，預留一定的費用后，發(fā)計費應答（ACA）來控制IPFLOW的建立。

　　在OCS中最復雜的也是計費關聯(lián)和核減計費。

IMS計費的發(fā)展

　　IMS版本在不斷的演進（最近已經(jīng)推出R7版本），IMS的計費等應用系統(tǒng)也要與時俱進，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(xiàn)出來，主要表現(xiàn)在如下幾方面：

　�。�1）CSCF與SCF（會話計費）之間通過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（如：消息、游戲、下載等），因目前二次PDP承載業(yè)務因終端數(shù)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。

　�。�3）由于PDP不能區(qū)別不同類型的IPFLOW，因此R5計費不適用于WLAN、xDSL、Cable等業(yè)務接入。

　�。�4）PDPContext的激活和去激活，會大量增加GPRS/UMTS系統(tǒng)中的信令開銷，并增加了業(yè)務建立的時延。

　�。�5）只支持IPV6

　　2．IMSR6的改進：

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

　　（1）支持更靈活的業(yè)務模式

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

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

　�。�4）適用于其它的網(wǎng)絡接入技術，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題，應用層CDR將在CSCF、ApplicationServer上產(chǎn)生。Ro/Rf用于向離線計費系統(tǒng)或在線計費系統(tǒng)傳送應用層計費數(shù)據(jù)，包括：會話類型、會話的起始時間和終止時間、業(yè)務流使用信息。

　　3．IMSR7的演進：

　　在R7版本，F(xiàn)BC的進一步發(fā)展成PCC（PolicyandChargingControl）。

　　PCC基于FBC的架構來演進的，將R6中策略控制功能（PDF）和基于流的計費功能（FBC）合并成一個功能實體PCC（PolicyandChargingControl），并把R6中兩個功能的相關接口融合。這樣做既可以通過接口的融合提高通信效率，降低業(yè)務建立時延，還可以保證對GGSN/TPF（TrafficPlaneFunction）控制的一致性。

　　引入新的解決方案來解決承載與業(yè)務的綁定問題，不同于現(xiàn)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(shù)據(jù)流模板TFT（TFT包含在PDPContext內(nèi)）通過IP地址和端口號識別數(shù)據(jù)流，其方法與PDF識別IP流的方法類似。

運營支撐系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　　1．IMS計費面臨的挑戰(zhàn)

　　IMS計費面臨的挑戰(zhàn)有如下幾個方面：

　�。�1）計費信息的關聯(lián)、合并

　　IMS計費存在大量的計費關聯(lián)，包括：IMS實體結點之間關聯(lián)、IMS與IPCAN（IP接入網(wǎng)）之間關聯(lián)、媒體成分級關聯(lián)等。實現(xiàn)這些關聯(lián)計費的成本很高。

　�。�2）內(nèi)容計費成為IMS計費中一個重要方面，基于內(nèi)容價值的計費，業(yè)界還在探討之中。

　　（3）實現(xiàn)承載流的字節(jié)級精確計費難度較高。

　　（4）與現(xiàn)場網(wǎng)絡的融合難度較大，如：FMC（移動固定融合）、SP/CP等的融合難度都不小。

　　2．計費網(wǎng)絡化（組件化、部件化）

　　IMS分層設計，使得計費采集點和控制點非常多，需要做大量的計費信息關聯(lián)、合并，計費系統(tǒng)必須“瘦身”。計費部件可只根據(jù)業(yè)務類型作最簡單的批價和基本的優(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(xù)非實時的賬務系統(tǒng)完成。

　　從IMS發(fā)展的角度看，IMS與計費系統(tǒng)的接口將逐漸一統(tǒng)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3GPP、OSS/J等標準的逐步成熟和推行，計費部件網(wǎng)絡化部署成為可能，

　　“在線計費”需要計費部件提供網(wǎng)絡設備級的穩(wěn)定性和可靠性。

　　計費已經(jīng)被定義為IMS6大實體之一，不論是業(yè)務和技術的需要，還是協(xié)議標準的支撐，計費系統(tǒng)將逐漸向部件化和組件化演進，與網(wǎng)絡側(cè)的結合更為緊密，計費實體更像一個邏輯的網(wǎng)元設備。

　　3．IMS時代運營支撐系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　　在IMS時代計費將向網(wǎng)絡側(cè)傾斜，傳統(tǒng)的BSS將向BOMS（BusinessOperationManagementSystem）演進，BSS的重心將向營銷、CRM和服務等業(yè)務管理及分析轉(zhuǎn)變。結合NGOSS的發(fā)展，運營支撐系統(tǒng)逐漸演變?yōu)镃RM+BILING的體系架構。

　　隨著計費向網(wǎng)絡側(cè)傾斜，BSS向管理和分析轉(zhuǎn)型，逐漸將形成“網(wǎng)絡＋管理”的IMS全網(wǎng)局面，如圖5所示。

　　在理順了BSS后，還有一個難題也就凸現(xiàn)出來，它就是內(nèi)容管理。關于內(nèi)容的存放、發(fā)布、定價、全網(wǎng)同步在IMS時代將是一個既棘手但又無法回避的難題，需要業(yè)界同仁足夠的重視。

圖5 運營支持發(fā)展趨勢示意圖

計費&OSS世界


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