CN102136983A - 在全业务融合网络中控制资源的方法和系统 - Google Patents

在全业务融合网络中控制资源的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在全业务融合网络中控制资源的方法和系统，涉及通信领域；一种在全业务融合网络中控制资源的方法，包括：策略和计费规则功能从业务功能接收到业务信息后，进行资源分配和策略决策，将策略下发给策略执行功能。

Description

在全业务融合网络中控制资源的方法和系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种在全业务融合网络中控制资源的方法和系统。
背景技术
如图1所示，3GPP提出的演进的分组系统(Evolved Packet System，EPS)由演进的通用移动通信系统陆地无线接入网(Evolved Universal TerrestrialRadio Access Network，E-UTRAN)、移动管理单元(Mobility ManagementEntity，MME)、服务网关(Serving Gateway，S-GW)、分组数据网络网关(Packet Data Network Gateway，P-GW或者PDN GW)、归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)、3GPP的认证授权计费(Authentication、Authorization and Accounting，AAA)服务器、策略和计费规则功能(Policy andCharging Rules Function，PCRF)实体及其他支撑节点组成。
在EPS的系统中，移动性管理实体负责移动性管理、非接入层信令的处理和用户移动管理上下文的管理等控制面的相关工作；S-GW是与E-UTRAN相连的接入网关设备，在E-UTRAN和P-GW之间转发数据，并且负责对寻呼等待数据进行缓存；P-GW是EPS与分组数据网络(Packet Data Network，PDN)网络的边界网关，负责PDN的接入及在EPS与PDN间转发数据等；S-GW和P-GW都属于核心网网关；PCRF是策略和计费规则功能实体，通过接口Rx和运营商网络协议(Internet Protocol，IP)业务网络相连，获取业务信息，此外，还通过Gx/Gxa/Gxc接口与网络中的网关设备相连，负责发起IP承载的建立，保证业务数据的QoS，并进行相应的计费控制。
EPS系统支持与非3GPP系统的互通，通过S2a/b/c接口实现，其中EPS系统中的P-GW作为3GPP与非3GPP系统间的锚点。在EPS的系统中，非3GPP系统被分为可信任非3GPP IP接入和不可信任非3GPP IP接入。
下面对非3GPP系统接入P-GW的方式进行说明：
可信任非3GPP IP接入可直接通过S2a接口与P-GW连接；
不可信任非3GPP IP接入需经过演进的分组数据网关(Evolved PacketData Gateway，ePDG)与P-GW相连，其中ePDG与P-GW间的接口为S2b；
用户设备(User Equipment，UE)通过接口S2c与P-GW连接，其中S2c可实现用户面相关的控制和移动性支持，其支持的移动性管理协议为支持双栈的移动IPv6(Mobile IPv6 Support for Dual Stack Hosts and Routers，DSMIPv6)。
在EPS系统中，PCRF通过如下接口与其他网元进行通信：
当策略和计费执行功能(Policy and Charging Enforcement Function，PCEF)实体驻留在P-GW中，PCRF与P-GW之间通过Gx接口交换信息；
当P-GW与S-GW间的接口是基于PMIPv6时，S-GW具有承载绑定和事件报告功能(Bearer Binding and Event Report Function，BBERF)实体对业务数据流进行QoS控制的功能，PCRF通过Gxc接口与S-GW交换信息；
当用户通过驻留有BBERF的可信任非3GPP接入系统接入EPS系统时，PCRF间通过Gxa接口与可信任非3GPP接入网关交换信息；
当UE漫游时，拜访地PCRF和归属地PCRF通过S9接口进行通信，同时PCRF通过Rx接口从提供业务的应用功能(Application Function，AF)获取用于制定PCC策略的业务信息。
在3GPP中，通过接入点名称(Access Point Name，APN)可以找到对应的PDN网络。通常将UE到PDN网络的一个连接称为一个IP连接接入网(IPConnectivity Access Network，IP-CAN)会话。在建立IP-CAN会话的过程中，BBERF和PCEF分别与PCRF之间建立Diameter会话，通过这些Diameter会话来传送对IP-CAN会话进行控制的策略计费信息和用于制定策略的业务信息等。
在EPS系统中，以PCRF为核心的策略和计费控制与执行等网元和功能通常成为PCC系统。在PCC系统中，PCRF可以动态地下发PCC策略给PCEF，该PCC策略中包含QoS和计费的信息。其中所述PCC策略是PCRF根据AF提供的业务相关信息、PCEF上报的承载相关信息以及SPR中用户签约的业务信息制定的。其中PCC系统如图2所示：
PCRF负责策略和计费规则的制定，通过Gx接口将制定的PCC策略和计费规则下发给PCEF，PCEF安装、执行PCC策略，并上报相关事件，与计费系统交互计费信息；
BBERF通过Gxx接口从PCRF接收业务的QoS规则，不和计费系统交互计费信息，只负责承载绑定和相关事件的上报；
AF通过Rx接口向PCRF提供业务信息；
SPR保存用户签约的业务信息，PCRF可以通过Sp接口向SPR查询用户签约的业务信息；
PCEF通过Gy接口将在线计费信息发送给在线计费系统(Online ChargingSystem，OSC)负责在线计费的统计，通过Gz接口将离线计费信息发送给离线计费系统(Offline Charging System，OFCS)。
在3GPP移动网络中，UE和GW之间可以建立多条不同QoS优先级的承载。通过将不同QoS的业务流在对应Qos优先级的承载上传输，保证业务的QoS。当AF根据业务层协商的QoS向PCRF发起策略控制请求时，PCRF会根据用户签约信息(从SPR中获取)以及运营商策略进行授权，生成相应的PCC策略，下发给GW中的PCEF功能。其中所述PCC策略包括如下信息：业务流五元组、QoS信息(如QCI、上下行带宽等)、计费信息(如ChargingKey等)。UE和GW之间会根据业务的QoS建立相应的承载或者修改已有承载的QoS属性，并在UE侧执行上行业务流量的承载绑定，即记录该业务流应该从哪个承载传输；在GW侧执行下行业务流量的承载绑定，并且对于上行流量打相应的QoS优先级标签(如DSCP)，以保证上行流量在骨干网中的QoS优先级，同时根据PCC策略中的计费信息对业务流进行计费控制。
在R8中，S-GW和P-GW之间可以采用GTP或者PMIP两种协议进行通信。当采用GTP协议时，承载是建立在UE和P-GW之间，因此，只需要在P-GW上通过PCEF进行策略和计费控制；当采用PMIP协议时，承载是建立在UE和S-GW之间，因此需要在S-GW上通过BBERF功能进行承载绑定，保证业务流在S-GW到UE之间的QoS，同时在P-GW上通过PCEF功能进行QoS和计费控制。
当前，随着电信产业的并购和重组，大部分运营商成为了既有固定网络也有移动网络的全网络运营商。固定网络和移动网络的融合以及全业务运营成为各大运营商的重要发展方向。全业务融合网络将是以IP承载为主，能够提供丰富的话音、视频和数据等多媒体综合业务，同时采用开放、标准的体系结构，为用户提供个性化、移动化、宽带化、多媒体化服务，因此实现对用户资源及服务质量(Quality of Service，QoS)策略的统一部署和管理，同时保证单个用户/业务的精细化控制和QoS将是全业务运营发展的方向。
策略和计费控制(Policy and Charging Control，PCC)系统处于网络的业务控制层和承载层之间，可以为业务层提供QoS支持和相应的计费控制，是运营商实现对业务精细化控制和QoS保证的重要的运营支撑系统。
PCC系统是针对第三代合作伙伴计划(3rd Generation PartnershipProject，3GPP)的无线接入方式建立的。对于全网络运营商来说，用户的接入方式还包括固网接入，现有技术中没有一种基于QoS策略统一对固定网络和移动网络进行计费控制的方法，从而不能基于业务的QoS进行计费控制。
发明内容
本发明提供的在全业务融合网络中控制资源的方法和系统，实现对固定宽带网络和移动网络统一的QoS策略控制。
为达到上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
一种在全业务融合网络中控制资源的方法，包括：
策略和计费规则功能(PCRF)从业务功能(AF)接收到业务信息后，进行资源分配和策略决策，将策略下发给策略执行功能(PEF)。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述PCRF进行资源分配具体包括：
判断是否有足够可用资源；
在判断确定可用资源充足时，接纳所述业务；和/或，在判断确定可用资源不充足时，拒绝所述业务。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述业务的资源分配在如下任一条件下触发：
会话建立时；
会话过程中，服务质量策略发生变化。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述服务质量策略发生变化，包括以下的一种或多种：用户的签约信息发生变化，运营商配置发生变化。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述方法还包括：
在资源分配成功后，所述PCRF向所述PEF发送所述业务的策略。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述PEF驻留在固定网络传输层网元上，所述传输层网元包括以下的一种或多种：家庭网关(CNG)、接入节点(AN)、宽带网络网关(BNG)。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述业务的策略包括服务质量(QoS)策略和/或计费策略。
进一步，所述方法还具有如下特点：所述PCRF通过如下接口与其他网元进行通信，包括如下的一种或多种：
通过Sp接口与用户签约服务器进行通信；
通过Gxx接口与所述PEF进行通信；
通过e4接口与认证服务器进行通信。
一种在全业务融合网络中控制资源的系统，包括PCRF、PEF和AF，
所述PCRF，用于接收来自AF的业务信息后；进行资源分配和策略决策，并将策略下发给策略执行功能(PEF)；
所述PEF，用于接收所述PCRF下发的策略并执行。
所述AF，用于发送业务信息给PCRF。
进一步，所述系统还具有如下特点：所述PCRF还包括：
判断模块，用于判断业务流经过的路径上可用资源是否充足；
处理模块，用于在判断确定可用资源充足时，接纳所述业务；和/或，在判断确定可用资源不充足时，拒绝所述业务。
进一步，所述系统还具有如下特点：所述业务的资源分配在如下任一条件下触发：
会话建立时；
会话过程中，服务质量策略发生变化。
进一步，所述系统还具有如下特点：所述服务质量策略发生变化，包括以下的一种或多种：用户的签约信息发生变化，运营商配置发生变化。
进一步，所述系统还具有如下特点：
所述PCRF还用于在资源分配成功后，向所述PEF发送所述业务的策略。
进一步，所述系统还具有如下特点：
所述PEF驻留在传输层网元上，所述传输层网元包括以下的一种或多种：CNG、AN、BNG。
进一步，所述系统还具有如下特点：
所述业务的策略包括QoS策略和/或计费策略。
进一步，所述系统还具有如下特点：所述PCRF通过如下接口与所述系统中其他网元进行通信，包括如下的一种或多种：
通过Sp接口与用户签约服务器进行通信；
通过Gxx接口与所述PEF进行通信；
通过e4接口与认证服务器进行通信。
本发明提供的技术方案，通过对固定宽带网络中资源请求进行接纳控制，保证已接纳业务流的QoS，实现对固定宽带网络和移动网络统一的QoS策略控制，从而达到基于业务的QoS进行计费控制的目的。
附图说明
图1为现有技术中EPS系统的结构示意图；
图2为现有技术中PCC系统的结构示意图；
图3为现有技术中固定宽带网络的结构示意图；
图4a为本发明提供的PCC系统的结构示意图；
图4b为本发明提供的PCC系统的另一结构示意图；
图5为本发明提供的全业务融合网络的结构示意图；
图6为实施例一提供的在全业务融合网络中接纳控制的方法流程图；
图7为实施例二提供的在全业务融合网络中接纳控制的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案作进一步介绍。
如图3所示，在固定宽带网络中宽带接入网络(DSL)接入网络包括用户终端UE(如PC等)、接入节点AN(如DSLAM)、接入服务器AS(如BRAS、BNG等)。AN通过若干起汇聚作用的以太交换机接入到AS，AS上行接入城域网，城域网上行会接入骨干网。其中AS是运营商开展业务的关键节点，与认证服务器(AAA或NASS)相连，用于将接入的UE的用户名和密码发往认证服务器进行认证，并为UE分配IP地址。
与移动网络不同的是，UE和接入服务器之间并不会通过建立不同的承载来区分不同优先级的业务流。为了能够在固网实现基于业务的动态QoS控制，本发明提供的PCC系统，具有如下特点：
在原有PCC系统的基础上，PCRF根据用户签约、业务层的协商结果以及运营商配置制定策略；如果用户是通过固网宽带接入的，PCRF还用于维护网络拓扑以及资源状况，为业务提供基于网络资源状况的接纳控制，并且确定策略的执行点，将策略分发给相应的执行点。
其中PCRF可以通过SPR获得用户的签约信息，SPR可以作为用户数据集合(User Data Convergence，UDC)的前转点(Front End，FE)部署，也可以单独部署(如图4a所示)；PCRF也可以通过NASS和/或AAA获得用户的签约信息，其中NASS和AAA可以单独部署，也可以合设(如图4b所示)。
PEF(策略执行功能，Policy Enforcement Function)实体主要驻留在传输层网元上，执行从PCRF下发的策略。
下面结合具体组网图对本发明的方案进一步说明，如附图5所示：
固定宽带网络用户终端通过家庭网关(CNG)接入运营商网络，连接到AN实体(如DSLAM等)，AN实体通过接入网汇聚层接入到宽带网络网关(BNG)实体，BNG实体上行接入到城域骨干网(如果运营商规模较小，则为骨干网)，运营商提供的IP业务服务器通常部署在城域骨干网中，如图5中数据流路由示意1所示。此时PCRF除了要将策略下发到固网传输层网元，其中该传输层网元驻留有PEF实体。
其中用户数据还可以通过AN实体接入分组数据网网关，从而接入运营商提供的IP业务网络，如图5中见数据流路由示意2所示。此时PCRF除了要将策略下发到固网承载层网元上，还需要将相应的策略下发到分组数据网关。
在本发明中，PCRF具有感知和维护固网网络拓扑和资源状况的功能，并根据固网的网络拓扑和资源状况，为业务的资源请求提供接纳控制，同时根据业务的情况和传输层网元的实际能力，向相应的传输层网元下发策略，其中该传输层网元可以为CNG、AN、BNG中的至少一种。
下面结合附图对本发明提供的技术方案进行说明：
实施例一
本实施例以用户设备请求传输业务流的应用场景为例进行说明，具体过程如图6所示：
步骤601、UE与业务功能AF之间进行业务协商，包括确定业务流的QoS参数；
步骤602、AF根据协商好的QoS参数向PCRF发起策略控制请求；
步骤603、PCRF根据用户的业务签约信息、运营商的策略和AF发来的请求消息中业务控制信息制定策略，其中所述业务签约信息是从SPR获取的，其中所述策略包括QoS策略和/或计费策略；
步骤604、如果用户是从固网接入，PCRF对资源请求进行资源可用性检查，即判断业务流经过的路径上是否还有足够的可用资源，如果有，则接纳用户发起的资源请求，并执行步骤605；否则，拒绝所述资源请求，流程结束；
步骤605、PCRF向传输层网元下发策略，其中所述策略包括QoS策略和/或计费策略；
如果所述用户通过宽带网络网关(BNG)实体接入的IP业务服务器，则PCRF向固网传输层网元下发策略，如果用户通过分组数据网元接入的IP业务服务器，则PCRF向固网承载层网元和分组数据网元下发策略。
步骤606、传输层网元执行所述策略，根据策略内容对业务流进行管理，包括标记QoS优先级、限制带宽等。
实施例二
本发明实施例以Qos策略发生变化的应用常见为例进行说明，具体过程如图7所示：
步骤701、在会话过程中，PCRF受到内部或外部的触发(例如：用户的签约信息发生变化；运营商配置发生变化)，对用户的QoS策略进行修改；
步骤702、如果该用户是从固网接入的，PCRF对资源更新进行资源可用性检查，判断该用户的业务流经过的路径上是否有足够的资源保证更新的执行，如果有，接纳该资源更新请求，并执行步骤703；否则，拒绝该资源更新请求，流程结束。
步骤703、PCRF向相应的传输层网元下发更新的策略，其中所述策略包括QoS策略和/或计费策略。
步骤704、传输层网元执行相应的更新策略，根据策略内容对业务流进行管理，包括标记QoS优先级，限制带宽等。
下面以图3所示固定宽带网络为例进行说明：
PCRF维护记录有网络拓扑与资源状况列表，其中路径a1、a2、a3、a4的带宽上下行均为10M，路径b1、b2的上下行带宽为15M。
固定宽带网络中UE1向城域网中某服务器发起一个需要QoS保证的业务，需要10M上下行带宽；PCRF进行资源可用性检查，接纳了该资源请求，为UE1分配路径a1；此时，PCRF中维护的拓扑与资源状况需要进行更新，路径a1剩余的上下行为0M，路径b1剩余的上下行带宽为5M。
进一步的，为保证该业务的流量在经过的设备中能够优先被转发，不会收到其他流量的冲击。PCRF需要向其他网元下发QoS策略，其中在向AN点下发的QoS策略中，对该业务流的上行流量打上高优先级QoS标记；在向城域网中该服务器的出口路由器下发的QoS策略中，对该业务流的下行流量打上高优先级QoS标记。
进一步的，PCRF还需要向AN点发送UE1的计费策略。
如果该固定宽带网络中UE2再发起一个上下行带宽为10M的需要QoS保证的业务，此时，PCRF根据本地维护的网络拓扑与资源状况列表，确定路径a2上的可用带宽为10M，但是路径b1上的剩余可用带宽只有5M，没有足够的资源用于UE2业务流的传输，则PCRF拒绝UE2的资源请求，保证已接纳业务流(即UE1的业务流)的传输不会收到冲击。
当检测到UE1释放占用的带宽后，PCRF更新本地维护的网络拓扑与资源状况列表，此次更新后路径b1的可用带宽为15M，则PCRF接纳UE2的资源请求。
本发明提供的技术方案，通过对固定宽带网络中资源请求进行接纳控制，保证已接纳业务流传输的QoS，实现对固定宽带网络和移动网络统一的QoS策略控制，从而达到基于业务的QoS进行计费控制的目的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种在全业务融合网络中控制资源的方法，其特征在于，包括：
策略和计费规则功能(PCRF)从业务功能(AF)接收到业务信息后，进行资源分配和策略决策，将策略下发给策略执行功能(PEF)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PCRF进行资源分配具体包括：
判断是否有足够可用资源；
在判断确定可用资源充足时，接纳所述业务；和/或，在判断确定可用资源不充足时，拒绝所述业务。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述业务的资源分配在如下任一条件下触发：
会话建立时；
会话过程中，服务质量策略发生变化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述服务质量策略发生变化，包括以下的一种或多种：用户的签约信息发生变化，运营商配置发生变化。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在资源分配成功后，所述PCRF向所述PEF发送所述业务的策略。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PEF驻留在固定网络传输层网元上，所述传输层网元包括以下的一种或多种：家庭网关(CNG)、接入节点(AN)、宽带网络网关(BNG)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述业务的策略包括服务质量(QoS)策略和/或计费策略。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述PCRF通过如下接口与其他网元进行通信，包括如下的一种或多种：
通过Sp接口与用户签约服务器进行通信；
通过Gxx接口与所述PEF进行通信；
通过e4接口与认证服务器进行通信。
9.一种在全业务融合网络中控制资源的系统，其特征在于，包括PCRF、PEF和AF，
所述PCRF，用于接收来自AF的业务信息后；进行资源分配和策略决策，并将策略下发给策略执行功能(PEF)；
所述PEF，用于接收所述PCRF下发的策略并执行。
所述AF，用于发送业务信息给PCRF。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述PCRF还包括：
判断模块，用于判断业务流经过的路径上可用资源是否充足；
处理模块，用于在判断确定可用资源充足时，接纳所述业务；和/或，在判断确定可用资源不充足时，拒绝所述业务。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述业务的资源分配在如下任一条件下触发：
会话建立时；
会话过程中，服务质量策略发生变化。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述服务质量策略发生变化，包括以下的一种或多种：用户的签约信息发生变化，运营商配置发生变化。
13.根据权利要求9至12任一所述的系统，其特征在于，
所述PCRF还用于在资源分配成功后，向所述PEF发送所述业务的策略。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述PEF驻留在传输层网元上，所述传输层网元包括以下的一种或多种：CNG、AN、BNG。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述业务的策略包括QoS策略和/或计费策略。
16.根据权利要求14或15所述的系统，其特征在于，所述PCRF通过如下接口与所述系统中其他网元进行通信，包括如下的一种或多种：
通过Sp接口与用户签约服务器进行通信；
通过Gxx接口与所述PEF进行通信；
通过e4接口与认证服务器进行通信。
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