CN100544266C - 一种公平用户策略的业务实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公平用户策略的业务实现方法，主要包括步骤：A、用户接入接入服务器，并到AAA服务器完成接入鉴权；B、接入服务器接收用户的分组数据业务请求，并匹配计费规则及策略信息，如果匹配成功，进入步骤D；否则，向PCRF发送计费规则及策略请求；其中，所述计费规则为用户类型和业务类型与计费策略的对应关系，所述策略信息为计费策略与策略周期、流量配额和指定速率的对应关系；C、PCRF服务器向接入服务器发送计费规则及策略响应，下发相应的计费规则及策略信息；D、用户进行业务数据的传输，接入网络执行该业务的策略信息，并对该业务的数据流量进行累计。本发明的方法能够有效的提高用户使用网络资源的公平性。

Description

一种公平用户策略的业务实现方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种分组数据网络中公平用户策略的业务实现方法。

背景技术

随着互联网的迅速普及以及网络技术的迅速发展，分组数据业务成为越来越普及的大众行为。目前的分组数据业务大都执行单一计费策略，即按量计费或者按时计费，按量计费是按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，按时计费是按照用户接入分组网络的时间来收取费用。

单一计费策略的计费方式有这样一些缺点：第一，运营商的网络资源是有限的，所有接入运营商网络的用户享受同样的数据速率，而不管这个用户是做什么样的业务；当网络堵塞时，所有用户的业务都受影响，某些用户过度的使用资源影响其他用户的上网业务，对这些用户不公平；第二，同一个时间段，用户上网的流量不可预知，运营商没有好的办法平衡网络的负荷。

另外，随着网络技术的日新月异，互联网络催生越来越多的新生事物。P2P(Peer to Peer)下载技术就是典型代表，其中以BT(BitTorrent)、电骡为代表的P2P类下载工具的广泛应用给电信运营商带来了新的问题，使得运营商单一计费策略的缺陷越来越明显。因为BT类业务会严重占据网络带宽，在现有带宽下会导致网络拥挤，并且导致一些普通的用户无法正常的使用网络上各种服务，所以允许BT用户的无限制的使用，就是对那些非BT用户的不公平，而简单粗暴的禁止P2P业务也是不现实的。

因此，如何尽量保证每个用户公平的使用网络资源，以及尽量保证网络的负载平衡，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种公平用户策略的业务实现方法，以提高用户使用网络资源的公平性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种公平用户策略的业务实现方法，包括如下步骤：

A、用户接入接入服务器，并到鉴权、授权及计费(AAA)服务器完成接入鉴权；

B、接入服务器接收用户的分组数据业务请求，根据分组数据业务请求消息匹配计费规则及策略信息，如果匹配成功，进入步骤D；否则，向策略及计费规则服务器(PCRF)发送计费规则及策略请求；其中，所述计费规则为用户类型和业务类型与计费策略的对应关系，所述策略信息为计费策略与策略周期、流量配额和指定速率的对应关系；

C、PCRF服务器向接入服务器发送计费规则及策略响应，下发相应的计费规则及策略信息；

D、用户进行业务数据的传输，接入网络执行该业务的策略信息，并对该业务的数据流量进行累计；

E、用户下线后，接入服务器向PCRF发送结束消息，该结束消息包含用户业务的当前累计数据流量；

F、PCRF服务器接收到结束消息后，计算并保存该用户业务的剩余流量配额，并给接入服务器返回确认消息；

G、接入服务器接收到确认消息后，向AAA服务器发送计费消息，并释放用户。

步骤B中，接入服务器根据分组数据业务请求消息的源IP、目的IP、源端口、目的端口、IP协议类型和应用协议类型信息来匹配计费规则及策略信息。

步骤C中，PCRF向接入服务器下发的策略信息包括剩余流量配额及策略标识号。

步骤C中还包括：接入服务器与PCRF服务器之间建立用户业务会话连接，当计费规则或者策略信息发生改变后，PCRF服务器直接下发每个会话的计费规则及策略信息给接入服务器。

步骤D中，执行策略信息的是接入网络中的接入服务器。

步骤D中，执行策略信息的是接入网络中的基站、基站控制器、分组控制功能节点或分组数据服务节点。

步骤D具体包括：

接入网络对当前累计数据流量与流量配额进行比较，如果当前累计数据流量小于流量配额，则按照超额前的指定速率进行数据传输，如果当前累计数据流量大于流量配额，则按照超额后的指定速率进行数据传输；

接入网络对数据速率与指定速率进行比较，如果数据速率超过指定速率，则丢弃该超过指定速率的数据报文。

步骤D中还包括：在当前累计数据流量大于流量配额时，接入服务器向PCRF发送策略更新请求消息，向AAA服务器发送计费消息，该计费消息中携带当前累计数据流量及费率；PCRF收到策略更新请求消息后，将剩余流量配额更新为0；接入服务器重新开始累计流量信息。

步骤D中还包括：当接入服务器承载的所有数据业务超过其接入能力时，接入服务器限制所有用户的业务流量。

本发明所述的方法，还包括：在用户购买了额外配额后，PCRF更新相应的流量配额。

所述额外配额对应的业务在线时，PCRF还将策略信息直接下发到接入服务器。

本发明的方法解决了目前单一计费策略所遇到的问题，能够有效的保证每个分组网络用户公平的使用网络资源，防止用户无限制的使用一些大流量的业务而导致网络堵塞，达到合理分配分组网络带宽资源的目的，进一步还能实现网络资源的负载平衡。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的公平用户策略的业务实现方法流程示意图；

图2为本发明的方法所应用的CDMA2000-1x网络的架构示意图；

图3为本发明的方法的应用实例在正常情况下的业务流程图；

图4为本发明的方法的应用实例在特殊情况下的业务流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：控制分组数据用户的业务流量和业务速率来实现分组数据用户公平的使用网络资源。对某个用户的某种分组数据业务，在一个使用周期内，为其分配一个流量配额和一个指定速率，用户在该使用周期内只能以指定速率使用分配的流量配额；在该使用周期内，用户使用完了分配的流量配额，系统则会降低该用户的分组数据业务速率。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

请参照图1，本发明较佳实施例的公平用户策略的业务实现方法，包括如下步骤：

步骤101：用户(MS)接入接入服务器，并到鉴权、授权及计费(Authentication、Authorization、Accounting，AAA)服务器完成接入鉴权；

用户发起用户接入流程，接入服务器(或者称为接入网关)接收到用户的接入请求，向AAA服务器发起鉴权过程，鉴权完成后，用户接入成功。

步骤102：接入服务器接收用户的分组数据业务请求，根据分组数据业务请求消息匹配计费规则及策略信息，如果匹配成功，进入步骤104；如果匹配失败，接入服务器向策略及计费规则服务器(Policy and Charging Rules Functionserver，PCRF)发送计费规则及策略请求；

其中，所述计费规则为用户类型和业务类型与计费策略的对应关系，所述策略信息为计费策略与策略周期、流量配额和指定速率的对应关系。接入服务器接收到用户的分组数据业务请求后，根据分组数据业务请求消息的源IP、目的IP、源端口、目的端口、IP协议类型和应用协议类型信息来匹配计费规则及策略信息。在IP多媒体系统(IP Multimedia System，IMS)中引入了PCRF服务器，并且定义了其与接入服务器之间的接口，而该PCRF服务器在现有的分组网络中并不存在。本发明较佳实施例的方法在现有的分组网络中引入该PCRF服务器，并且该PCRF服务器可以单独设置，也可以与现有的网元(例如AAA服务器)合一。接入服务器向PCRF发送的计费规则及策略请求消息中，包含源IP、目的IP、源端口、目的端口、IP协议类型、应用协议类型、统一资源定位器(Uniform Resoure Locator，URL)等信息，接入服务器根据这些信息匹配计费规则及策略信息。

所述计费规则可包含多个过滤器，所述过滤器具有如下特性：第一，业务数据流过滤器是单向的，以便于分别针对前反向数据流进行配额限制和速率限制；第二，不同的业务数据流过滤器有不同的标识粒度：基于IP五元组的过滤器，端口号和协议号可以进行通配，IP地址可以通配，以及支持掩码方式；能够进一步分析报文的特殊过滤器，提供更加复杂的操作，能够过滤IP层之上的传输层和应用层的数据流，这些规则由PCRF通过标准接口方式传递；第三，对于一个业务数据流如果没有可用的报文过滤器，接入服务器则会丢弃这个业务数据流的报文；因此，可以定义通用的计费规则，以免接入服务器丢弃匹配不到过滤器的报文。

所述策略信息包括：用户在指定时间周期内的流量配额，流量配额对应的数据速率、费率；不同策略信息用不同字符或者其他唯一标识进行标识。接入服务器和PCRF上维护相同的策略信息表，记录标识号与策略信息的对应关系。

步骤103：PCRF服务器向接入服务器发送计费规则及策略响应，下发相应的计费规则及策略信息；

PCRF给接入服务器下发策略信息时可以只下发剩余流量配额以及策略标识号。在本步骤中，接入服务器与PCRF服务器之间还进一步建立用户业务会话连接，当计费规则或者策略信息发生改变后，PCRF服务器直接下发(push)每个会话的计费规则及策略信息给接入服务器。PCRF服务器维护该用户的各个不同的业务会话连接信息，保存每个连接的当前业务流量配额及对应的策略信息。

步骤104：用户进行业务数据的传输，接入网络执行该业务的策略信息，并对该业务的数据流量进行累计；

其中，执行策略信息的可以是接入网络中的接入服务器，也可以是接入网络中的其他无线节点，例如基站(Base Transceiver Station，BTS)、基站控制器(Base Station Controller，BSC)、分组控制功能节点(Packet Control Function，PCF)、分组数据服务节点(Packet Data Service Node，PDSN)等。以接入服务器执行策略信息为例，该步骤具体包括：

接入服务器对当前累计数据流量与流量配额进行比较，如果当前累计数据流量小于流量配额，则按照超额前的指定速率进行数据传输，如果当前累计数据流量大于流量配额，则按照超额后的指定速率进行数据传输；接入服务器对数据速率与指定速率进行比较，如果数据速率超过指定速率，则丢弃该超过指定速率的数据报文。

在当前累计数据流量大于流量配额时，接入服务器进一步向PCRF发送策略更新请求消息，以及向AAA服务器发送计费消息，该计费消息中携带当前累计数据流量及费率；PCRF收到策略更新请求消息后，将剩余流量配额更新为0；接入服务器重新开始累计流量信息。

在本步骤中，当接入服务器承载的所有数据业务超过其接入能力时，接入服务器还可以进一步限制所有用户的业务流量。

步骤105：用户下线后，接入服务器向PCRF发送结束消息，该结束消息中包含用户的各个业务当前累计的业务数据流量；

步骤106：PCRF服务器接收到结束消息后，计算并保存该用户所对应业务的剩余配额信息，并给接入服务器返回确认消息；

PCRF计算并保存剩余配额，下次该用户的该业务申请接入时，将剩余配额下发给该用户的该业务；PCRF在规定的下一个时间周期开始重新恢复缺省的流量配额，在下一时间周期内再计算剩余配额；当用户在指定周期内使用完流量配额之后，如果用户想提高上网速率，用户可以付费来购买额外的配额；如果用户针对额外流量购买了配额，则PCRF需要更新策略信息，即设置新的流量配额和费率，如果当前业务在线，还通过push方式将新的策略信息下发到接入服务器。

步骤107：接入服务器接收到确认消息后，向AAA服务器发送计费消息，并释放用户。

以下给出本发明的方法应用在CDMA2000-1x系统中的一个应用实例。

目前CDMA2000分组数据网络中的核心网元包括：BTS、BSC、PCF、PDSN、AAA服务器、归属代理(Home Agent，HA)。本发明的方法应用在CDMA2000-1x网络中的典型网络架构如图2所示：本发明方法中的接入服务器对应这里的PDSN；本发明方法中的接入网对应这里的BTS\BSC\PCF、PDSN所组成的接入网络；本发明方法中的PCRF是IMS中新引入的网元，可以是独立的服务器，也可以与AAA服务器合一。

在该应用实例中，预先在PCRF上设置并保存计费规则，例如设置如下表1所示的计费规则：

表1

并在PCRF上预先设置并保存策略信息，同时该策略信息也需要在PDSN上配置，或者通过标准的接口由PCRF下发到PDSN上保存，例如设置如下表2所示的策略信息：

表2

在进行如上设置后，就可以控制分组数据用户的业务流量和业务速率来实现分组数据用户公平的使用网络资源。

请参照图3，为本发明的方法的应用实例在正常情况下的业务流程图，所述正常情况是指业务流量没有超过流量配额，具体包括如下步骤：

步骤301：Ev-Do用户在指定的周期开始第一次接入，PDSN接收到用户的HTTP业务请求后，在本地匹配不到计费规则及策略信息，向PCRF发送计费规则及策略请求消息，该请求消息中包括：源IP、目的IP、源端口、目的端口、IP协议号(这里是TCP协议)、应用协议类型(这里是HTTP(HypertextTransfer Protocol))、URL等；

步骤302：PCRF根据业务信息，匹配到该用户属于Ev-Do Rev.A用户，并且是HTTP业务，查找到策略A，与PDSN之间建立业务会话连接，给PDSN下发该种业务的过滤器＝HTTP业务及Mail业务、策略标识＝策略A、剩余配额＝2G；

步骤303：用户进行http及mail的数据传输，PDSN执行策略A的策略信息，并记录业务流量，HTTP业务流量为9M，Mail业务流量为1M，该用户该过滤规则下的业务流量合计为10M；

步骤304：用户又发起P2P业务，PDSN在本地匹配不到计费规则及策略信息，向PCRF发送计费规则及策略请求消息，消息中携带业务相关五元组、应用协议类型等信息；

步骤305：PCRF根据业务信息，匹配到该用户属于Ev-Do Rev.A用户，并且是P2P业务，查找到策略B，与PDSN之间建立业务会话连接，给PDSN下发该种业务的过滤器＝P2P业务、策略标识＝策略B、剩余配额＝1G；

步骤306：用户进行P2P的数据传输，PDSN执行策略B的策略信息，并记录业务流量，P2P的流量为0.5G；

步骤307：用户下线，PDSN给PCRF上报流量信息，HTTP业务与Mail业务流量合计为10M，P2P的流量为0.5G；

步骤308：PCRF计算剩余流量配额，HTTP业务与Mail业务的剩余配额＝2G-10M＝2038M，P2P业务的剩余流量配额＝1G-0.5G＝0.5G，PCRF保存该用户的相关信息，并给PDSN回确认消息；

步骤309：PDSN向AAA服务器发送计费消息，然后释放用户；

步骤310：用户下一次上线后，P2P业务开始，PDSN在本地匹配不到计费规则及策略信息，向PCRF发送计费规则及策略请求消息，携带P2P业务相关信息；

步骤311：PCRF根据业务信息，匹配到用户的计费规则及策略信息，与PDSN之间建立业务会话连接，给PDSN下发该种业务的过滤器＝P2P业务、策略标识＝策略B、剩余配额＝0.5G；

步骤312：用户进行P2P的数据传输。

请参照图4，为本发明的方法的应用实例在特殊情况下的业务流程图，所述特殊情况是指业务流量超过了流量配额，以及用户购买了额外的配额，具体包括如下步骤：

步骤401：PDSN在执行策略信息过程中，发现用户P2P业务流量超过了配额；

步骤402：PDSN给PCRF发送策略更新请求消息，携带P2P业务的规则，及P2P的流量＝0.5G；

步骤403：PCRF计算剩余配额，P2P业务剩余流量配额为＝0.5G-0.5G＝0G，PCRF保存该用户该业务的相关信息，并给PDSN发送策略更新消息：业务的过滤器＝P2P业务、策略标识＝策略B、剩余配额＝0G；

步骤404：PDSN向AAA发送计费消息；

步骤405：PDSN继续P2P业务，对P2P业务的速率限制到小于16/8Kbps，同时重新累计业务流量：P2P业务流量累计到0.1G。

步骤501：用户额外购买了1G的P2P流量配额，PCRF检测到该用户的业务正在使用，通过push方式给PDSN下发新的策略信息：业务的过滤器＝P2P业务、策略标识＝策略B、剩余配额＝0G+1G；

步骤502：PDSN接收到push消息后，向AAA服务器发送计费消息，消息中携带超额流量0.1G；

步骤503：PDSN继续P2P业务的数据传输，执行新的策略信息，速率限制为64/32Kbps以下，并且重新累计P2P业务流量＝0.4G；

步骤504：用户下线，PDSN向PCRF上报流量信息，P2P的流量为0.4G；

步骤505：PCRF计算剩余流量配额1G-0.4G＝0.6G，P2P业务的流量配额为＝0+0.6G，PCRF保存该用户的相关信息，并给PDSN回确认消息；

步骤506：PDSN向AAA服务器发送计费消息，然后释放用户。

新的时间周期开始后，PCRF重新恢复流量配额，对于该用户的HTTP业务与Mail业务的流量配额恢复为2G，对于P2P业务，因为该用户在上个时间周期内额外购买的配额未使用完，所以其流量配额为1G+0.6G。

综上所述，本发明的方法解决了目前单一计费策略所遇到的问题，能够有效的保证每个分组网络用户公平的使用网络资源，防止用户无限制的使用一些大流量的业务而导致网络堵塞，达到合理分配分组网络带宽资源的目的，进一步还能实现网络资源的负载平衡。在此技术方案的基础上，针对各种业务，还可以扩展各种策略信息，比如提供更多的服务质量(Quality of Service，Qos)策略等。

Claims (11)

1.一种公平用户策略的业务实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、用户接入接入服务器，并到鉴权、授权及计费服务器完成接入鉴权；

B、接入服务器接收用户的分组数据业务请求，根据分组数据业务请求消息匹配计费规则及策略信息，如果匹配成功，进入步骤D；否则，向策略及计费规则服务器PCRF发送计费规则及策略请求；其中，所述计费规则为用户类型和业务类型与计费策略的对应关系，所述策略信息为计费策略与策略周期、流量配额和指定速率的对应关系；

C、PCRF向接入服务器发送计费规则及策略响应，下发相应的计费规则及策略信息；

D、用户进行业务数据的传输，接入网络执行该业务的策略信息，并对该业务的数据流量进行累计；

E、用户下线后，接入服务器向PCRF发送结束消息，该结束消息包含用户业务的当前累计数据流量；

F、PCRF接收到结束消息后，计算并保存该用户业务的剩余流量配额，并给接入服务器返回确认消息；

G、接入服务器接收到确认消息后，向鉴权、授权及计费服务器发送计费消息，并释放用户。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤B中，接入服务器根据分组数据业务请求消息的源IP、目的IP、源端口、目的端口、IP协议类型和应用协议类型信息来匹配计费规则及策略信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤C中，PCRF向接入服务器下发的策略信息包括剩余流量配额及策略标识号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中还包括：

接入服务器与PCRF之间建立用户业务会话连接，当计费规则或者策略信息发生改变后，PCRF直接下发每个会话的计费规则及策略信息给接入服务器。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤D中，执行策略信息的是接入网络中的接入服务器。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤D中，执行策略信息的是接入网络中的基站、基站控制器、分组控制功能节点或分组数据服务节点。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D具体包括：

接入网络对当前累计数据流量与流量配额进行比较，如果当前累计数据流量小于流量配额，则按照超额前的指定速率进行数据传输，如果当前累计数据流量大于流量配额，则按照超额后的指定速率进行数据传输；

接入网络对数据速率与指定速率进行比较，如果数据速率超过指定速率，则丢弃该超过指定速率的数据报文。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤D中还包括：

在当前累计数据流量大于流量配额时，接入服务器向PCRF发送策略更新请求消息，向鉴权、授权及计费服务器发送计费消息，该计费消息中携带当前累计数据流量及费率；PCRF收到策略更新请求消息后，将剩余流量配额更新为0；接入服务器重新开始累计流量信息。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤D中还包括：

当接入服务器承载的所有数据业务超过其接入能力时，接入服务器限制所有用户的业务流量。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在用户购买了额外配额后，PCRF更新相应的流量配额。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

所述额外配额对应的业务在线时，PCRF还将策略信息直接下发到接入服务器。

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