IMS域引入RACS架构研究

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【摘要】文章首先对现有RACS架构进行了分析，在此基础上给出了ims域引入racs架构的方案，并结合现网给出了分阶段部署建议，包括：部署原则、网络组织及对现网改造情况，最后介绍了相关部署应用场景。

【关键词】IMS RACS架构QoS 应用场景

1 引言

IP多媒体子系统（IMS），是3GPP提出的支持IP多媒体业务的子系统，支持固定和移动接入。随着IMS业务的增长，网络上同时存在不同业务和不同用户，如何使用有限的资源给用户带来更好的体验，给运营商带来更大的收益，是QoS部署的最主要的意义。

RACS架构（资源接纳控制子系统）是由TISPAN（电信和互联网融合业务及高级网络协议）提出的一种基于策略的QoS架构。本文将对现有RACS架构进行分析，并在此基础上给出在IMS域引入RACS架构的方案，最后给出相关部署应用场景。

2 RACS架构

RACS子系统是NGN中的一个重要子系统，目前所定义的RACS主要针对固定接入。RACS负责策略控制、资源预留和接纳控制，向应用层提供基于策略的传送控制功能，使应用层能够请求对传送资源进行预留。RACS根据运营商的策略对应用层的资源请求进行评估并预留相应的资源，使运营商能够执行接纳控制并设置独立的承载媒体流策略。RACS的功能架构如图1所示：

RACS包含SPDF、A-RACF等网元，向业务层提供基于策略的传输控制，主要完成策略控制、资源预留、接纳控制、NAT穿越及门控等功能。各网元主要功能如下：

SPDF（Service based Policy Decision Function，媒体流策略决策功能）：向应用层提供统一的接口，屏蔽底层网络拓扑和具体的接入类型，提供基于业务的策略控制。SPDF根据应用功能的请求选择本地策略，并将请求映射成IP QoS参数，发送给A-RACF和BGF，以控制相应的资源。

A-RACF（Access Resource and Admission Control Function，接入资源和接纳控制功能）：位于接入网中，具有接纳控制和网络策略汇聚的功能。它从SPDF接收请求，然后基于所保存的策略实现接纳控制，接受或拒绝对传输资源的请求。A-RACF通过e4接口从NASS获得网络附着信息和用户签约信息，从而可以根据网络位置信息（例如接入用户的物理节点的地址）确定可用的网络资源，同时在处理资源分配请求时参考用户签约信息。

BGF（Border Gateway Function，边界网关功能）：是一个包到包网关，可位于接入网和核心网之间（实现核心边界网关功能），也可以位于两个核心网之间（实现互联边界网关功能）。BGF在SPDF的控制下完成NAT穿越、门控、QoS标记、带宽限制、使用测量以及资源同步功能。

RCEF（Resource Control Enforcement Function，资源控制执行功能）：实施A-RACF通过Re接口传送过来的接入运营商定义的层二/层三（L2/L3）媒体流策略，完成门控、QoS标记、带宽限制等功能。

图2给出了通过RACS架构实现QoS的大致流程，具体如下：

（1）终端发起建立请求，请求分配IP地址；

（2）接入交换机将请求转发给NASS功能网元，NASS对其进行鉴权、认证，分配IP地址和其他网络配置参数（例如P-CSCF的地址）并存储相关绑定信息；

（3）NASS向A-RACF推送接入清单信息；

（4）用户使用SIP终端发起多媒体会话请求，包括语音和视频。P-CSCF检查用户的业务签约信息，是否允许语音业务和视频业务，以及可以使用的编解码方式、带宽等；

（5）P-CSCF对于业务请求所要求的媒体流，从业务信令消息中提取所请求的业务参数（如带宽、业务类别），然后向SPDF发送资源初始请求消息，其中包含媒体流描述和相关业务QoS参数，以进行QoS资源授权和预留；

（6）收到业务控制系统的资源初始请求，SPDF将对会话媒体流所请求的QoS资源进行授权和接纳控制，并将资源请求消息发送给相应的A-RACF；

（7）A-RACF通过网管在SR和交换机层进行资源的预留。此外，SPDF确定最终的QoS资源控制决策，将其发送到边界网关功能实体进行安装执行。

3 IMS域引入RACS架构方案

在考虑RACS架构引入部署时，一方面要结合现网情况，尽量少地影响现网；另一方面要考虑充分利用现网网元，节省投资。综合考虑以上两个方面，建议分两个阶段引入部署。

3.1 阶段一

在部署初期需要引入SPDF及A-RACF功能网元，改造现网P-CSCF、BRAS、BGW，新增相关接口，并升级支持相关协议（例如Diameter），实现基于用户的QoS控制。图3和图4分别给出了阶段一RACS架构引入后的网络架构及网络组织图。

（1）部署原则

初期以省为范围进行部署，不提供省际漫游；

集中部署SPDF、A-RACF功能网元；

充分利旧现有BRAS/SR及BGW，升级BRAS/SR兼做策略执行功能网元RCEF，升级BGW兼做BGF功能网元。

（2）网络组织

考虑到网络安全，可以在每个分区各部署一套SPDF，2套SPDF之间采用负荷分担方式工作；考虑到网络安全及对接入网的管控，可以在每个分区内各部署几套A-RACF，每2套A-RACF为一组，负责1个或多个本地网，组内2套A-RACF之间采用负荷分担方式工作。

SPDF与P-CSCF之间通过Gq接口相连，接口通过Diameter协议互通；SPDF与A-RACS之间通过Rq接口相连，接口通过Diameter协议互通；SPDF与BGW之间通过la接口相连，接口通过H.248协议互通；A-RACS与BRAS/SR之间通过Re接口相连，接口通过Diameter协议互通。

SPDF间通过Rd’接口相连，接口通过Diameter协议互通；A-RACF间通过Rr接口相连，接口通过Diameter协议互通。

SPDF与P-CSCF、SPDF与A-RACS、SPDF与BGW、A-RACS与BRAS/SR之间尽量选择部署在同局房，通过局房内局域网互联。在无法实现同局房时，Gq接口、Rq接口、la接口均通过IP承载网互联，Re接口通过CMNET互联，Rd’接口与Rr接口通过IP承载网互联。

此外，为了实现异厂家的互通，SPDF需开放Rd’接口，A-RACS需开放Rr接口。

（3）现网网元改造

P-CSCF：新增Gq接口，实现与SPDF的互通；支持Diameter协议；

BRAS：新增Re接口，实现与A-RACF的互通；支持Diameter协议；

BGW：新增la接口，实现与SPDF的互通；支持H.248协议。

3.2 阶段二

在部署中、后期需引入NASS功能网元，改造现网P-CSCF、A-RACF，新增相关接口，实现基于用户、基于业务、基于签约信息等更灵活的QoS控制。图5和图6分别给出了阶段二RACS架构引入后的网络架构及网络组织图。

网元部署及改造具体如下：

（1）新增功能网元部署

新增NASS功能网元，考虑到网络安全及对接入网的管控，在每个分区内各部署几套NASS，每2套NASS为一组，负责1个或多个本地网，组内2套NASS之间以负荷分担方式工作。

（2）NASS实现方式

通过RADIUS服务器，实现鉴权、授权、分配IP地址以及其他网络配置信息；

通过RADIUS服务器和DHCP服务器实现，RADIUS服务器实现鉴权、授权、分配IP地址，DHCP服务器负责分配其他网络配置信息；

通过AAA服务器和DHCP服务器实现，AAA服务器实现鉴权、授权，DHCP服务器负责分配IP地址及其他网络配置信息。

（3）现网网元改造

P-CSCF：新增e2接口，实现与NASS功能网元的互通，支持Diameter协议；

RACF：新增e4接口，实现与NASS功能网元的互通，支持Diameter协议。

3.3 端到端QoS流程

根据QoS实现流程并结合阶段二网络组织图，本文给出了实现端到端QoS的示例，如图7所示。具体流程如下：

1）主叫UE1发起INVITE请求；

2）主叫P-CSCF1分析INVITE中的SDP消息，获知该消息可导致建立的媒体流最大带宽，向SPDF1发送QoS资源预留请求。SPDF1分别与A-RACF1、BGW1交互，确定可以接纳该QoS预留请求；

3）主叫P-CSCF1继续转发该INVITE请求；

4）被叫P-CSCF2在收到INVITE请求时，针对被叫用户终端可能建立的最大带宽的媒体流向SPDF2发送请求进行QoS预留；

5）被叫UE2接受INVITE请求；

6）被叫UE2返回200响应并携带SDP Answer；

7）被叫P-CSCF2收到200响应，依据SDP Offer/Answer的协商结果，向SPDF2发送请求，进行QoS资源预留和执行。QoS资源预留流程和前面资源预留申请流程相似，只是当Offer/Answer交互完成时，P-CSCF2进行资源预留修改，指明媒体流的IP五元组、媒体流状态与方向，以及新的带宽信息（比依据Offer确定的媒体流带宽小或者相同）；

8）被叫P-CSCF2前传200响应；

9）主叫P-CSCF1收到200响应后，依据SDP Offer/Answer的协商结果，向SPDF1发送请求，进行QoS资源预留和执行；

10）主叫P-CSCF1前传200响应给主叫UE1；

11）主叫UE1向被叫UE发送ACK；

12）主叫P-CSCF1前传ACK；

13）被叫P-CSCF2向被叫前传ACK。

4 部署应用场景

表1给出了基于策略的QoS相关的应用场景举例。QoS策略可以分为以下几类：基于业务、基于用户、基于时间及基于累积使用量等。此外，为了实现更加灵活的策略，还可以将上述各种策略进行组合，制定不同的应用场景和控制策略从而达到精细化运营的目的。

5 结束语

本文结合现网给出了IMS域引入RACS架构的分阶段部署建议及相关部署应用场景。随着IMS网络走向成熟，用户在所有网络中将都能实现丰富业务，且可以在不同网络间自由切换。当用户在固定接入与移动接入之间切换时，为实现连续性，需要考虑与实现移动接入QoS控制的PCC架构的融合。

参考文献

[1]ETSI ES 282.003 V3.4.1. Resource and Admission Control Sub-System(RACS): Functional Architecture[S]. Sep 2009.

【作者简介】

冯传奋：工程师，博士毕业于北京邮电大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，主要从事电信网络规划研究工作。目前已10余篇，其中SCI检索5篇，EI检索3篇。

王少波：工程师，硕士毕业于山东大学，现就职于中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，从事电信网络规划设计研究工作。

李爱娇：高级工程师，注册咨询（投资）工程师，毕业于南京邮电学院无线电工程系，现就职于中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，从事电信网络规划设计研究工作。