IMS域引入QoS架构探讨
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【摘要】文章在对现有RACS、PCC架构进行分析的基础上，探讨了在ims域引入基于策略的qos架构，给出了固定／移动接入资源预留的信令流程，实现对固定、移动接入的QoS控制。
【关键词】QoS lMS RACS架构 PCC架构
1 引言
IP多媒体子系统(MS)，是3GPP提出的支持lP多媒体业务的子系统。它的核心特点是利用slP协议及其与接入的无关性，可以提供多媒体业务的QoS保证，满足不同用户的不同业务对QQS的不同需求。同时lMS在计费策略上也提出了基于QoS的计费，根据不同的QoS级别来计费，这就使得在IMS中如何引入QoS控制成为了一个非常重要的研究内容。
本文在对现有RACS、PCC架构进行分析的基础上，给出了IMS域引入QoS的方案。
2 RACS架构
RACS(资源接纳控制子系统)是由T1SPAN(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，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：
主要包含以下功能实体：
(1)媒体流策略决策功能(SPDF，Se rvIce_basedPolicv Decision Function)；
(2)接入资源和接纳控制功能(A-RACF，Access-Resource and Admission Control Functlon)。
同时还和以下功能实体之间存在交互：
(1)业务功能(AF，Appllcation Functlon)：
(2)资源控制执行功能(RCEF，ResourceContro Enfo rcement Function)：
(3)边界网关功能(BGF，Border GatewavFunction)：
(4)网络附着子系统(NASS，NetworkAttachment Subsystem)。
其中，SPDF向AF提供基于业务的策略控制。它根据网络运营商定义的策略进行决策，基于策略决策的结果，向A-RACF和BGF发送资源请求，最终将资源请求的处理结果回送给发送请求的AF。
A-RACF主要完成接纳控制功能，从SPDF接收QoS资源预留请求，使用接收的QoS信息执行接纳控制(例如：A-RACF检查与所请求的QoS资源相应的接八网资源是否可用)，向SPDF指示是否能够保证提供所请求的资源。
AF是需要和RACS进行交互的业务控制子系统和各种应用。AF向SPDF提供信息，来标识媒体流和需要为这些媒体流进行授权与分配的带宽，带宽需求应结合业务类型、使用的传送层资源、是否需要涉及BGF、A-RACF来确定。业务类型也可以通过已经定义的业务特征获得，还可能在请求消息中包含请求资源优先级。
RCEF主要执行接入运营商定义的策略，开门或关门以便只允许经过授权的业务流通过，根据从A-RACF收到的过滤标准对lP包进行整形，监控上下行媒体流以确保流量在授权的范围之内。
BGF是传送平面分组网关，可位于接入网和核心网之间(称为C-BGF)或者两个核心网之间(称为I-BGF)，在SPDF的控制下执行相关策略和NAT功能。
NASS主要完成向A-RACF提供用户网络位置信息(例如：接入用户的物理节点的地址)以便确定可用的网络资源。通过NASS，A RACF也可以获得用户网络清单信息，以便在处理资源分配请求时考虑用户QoS清单。
3 PCC架构
PCC(Policy ControI and Charging，策略控制和计费)是在3GPP R7中提出的一种实现资源接纳控制功能的逻辑架构，主要针对移动接入的特性实现一定的服务质量控制机制。它提供的功能有基于用户的定制信息实现策略控制和基于业务数据流的计费控制。
PCC架构中主要包括PCRF、PCEF、AF和SPR等功能网元，功能架构如图2所示：
PCRF主要实现策略控制决策和基于流计费控制的功能，向PCEF提供服务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功能。
PCEF主要实现数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能，可以是GPRS的GGSN、WLAN的PDG。它提供服务数据流检测与测量、用户面业务的处理、QoS处理，还有在线计费和离线计费的交互。
AF是一个提供应用服务的单元，与PCRF通信交互以传输动态的会话信息，以便PCRF进行决策，在IMS中AF就是P-CSCF。
SPR包含有与所有签约用户或签约相关的信息，PCRF使用这些信息决定基于签约的策略。SPR可与运营商其它数据库合并或者分布设置。
4 IMS域实现QOS方案
结合3GPP及TlSPAN提出的两种架构，我们给出了IMS域引入的QoS网络架构，实现对固定、移动接入的QoS控制，如图3所示。需引／X，PCRF、SPDF，配合SPR及A-RACF网元实现策略决策功能，现网分离架构的SBC中的BGW、SR、BRAS及GGSN／SAE-GW等(引入LTE后)实现策略执行功能。下面以资源预留为例说明相关网元是如何工作的。
4.1 固定接入资源预甓
图4给出了固定接入时，实现资源预留的过程，具体流程如下：
(1)P-CSCF收到会话初始消息后，检查用户的业务签约信息，包括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；
(2)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；
(3)SPDF对会话媒体流所请求的QoS资源进行授权，授权过程包括检查P-CSCF会话所请求的资源和SPDF中为该P-CSCF定义的运营策略是否一致；
(4)授权通过后，SPDF向A-RACF发送资源请求信息进行接纳控制，请求分配资源。资源授权和接纳控制可以基于网络本地策略、用户承载层QoS清单信息(例如物理接入所定制的上下行带宽)及相关网络资源的可用性；
(5)A RACF将SPDF发送的请求映射到接入层策略，A-RACF基于接入网策略执行授权和接纳控制功能。同时A-RACF确定是否需要在RCEF(例如SR、BRAS等)上设置媒体流策略；
(6)如需要，A-RACF请求RCEF对相应的流设置媒体流策略，进行资源的预留；
(7)RCEFI回送响应；
(8)如果资源预留成功，A-RACF向SPDF发送资源预留确认消息；
(9)sPDF确定是否需要BGF提供的服务，如果需要则向BGF发送请求消息；
(10)BGF对QoS资源控制决策进行安装执行并回送确认消息；
(11)SPDF向P-CSCF回送请求消息处理结果，
图5给出了移动接入时，实现资源预留的过程，具体流程如下：
(1]P-CSCF收到会话初始消息；
(2)P-CSCF将业务信息(目的lP地址端口、传输协议ID、媒体传输方向、信号源方向、媒体类型信息、带宽参数等)发给PCRF以便获取QoS授权标识；
(3)PCRF根据策略规则判决是否授权此会话请求。如果授权，则将授权标识发给P-CSCF；
(4)P CSCF将授权标识发给用户；
(5)GGSN(PCEF)收到用户发起的一个承载层请求消息后，接受请求；
(6)GGSN要求进行PCC认证，将承载层消息中携带的授权标识发给PCRF，请求PCRF认证授权：
(7)如果PCRF中没有这个用户相关的签约信息，则向SPR发送请求以获取和IP-CAN会话有关的信息。PCRF提供用户标识给SPR；
(8)PCRF保存相关的签约信息，其中包含了允许使用的业务和PCC规则信息；
(9)PCRF比较接收到的授权信息和存储的授权信息，做出认证和策略决定；
(10)如果绑定信息被验证是正确的，那么PCRF将策略决策进行结果告知GGSN，进行资源预留；
(11)如资源预留成功，则GGSNI向UE发送PDP上5结束语
IMS域的引入实现了固定、移动的统一接入，提供了融合多媒体业务。随着lMS域的发展，业务的QoS保证将是下阶段重点关注的问题。本文给出了IMS域引入QoS的方案，实现了RACS~HPCC这两种架构在资源控制体系和业务层接口的融合，为后续实现深度融合奠定了基础。
参考文献
[1] ETSI ES 282 003 V3 4 1 Resource and AdmlssionControl Sub-System(RACS)：FunctionalArchItectu re[S]Sep 2009
[2]3GPP TS 23 203 V9.3.0.Policy and ChargingControI ArchltecturelSDec 2009