CN103957168A - 一种eps系统中pcc规则的调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EPS系统中PCC规则的调度方法，该方法包括：当UE提出IP-CAN会话请求时，PCEF根据TDF实体的探测结果决定是否激活PCRF未知的预定义的PCC规则，如果不激活，则请求PCRF制定PCC规则。PCRF根据TDF或AF等实体提供的相关信息，首先决定是否激活PCRF已知的预定义的PCC规则，如果不激活，则制定并下发动态的PCC规则，同时计算相关PCC规则的优先级。PCEF收到PCRF下发的PCC规则后，根据PCC规则优先级，激活相应的静态PCC规则，或者建立并使用动态PCC规则。针对IMS业务和非IMS业务在PCC架构中请求PCC规则，本发明减少交互信令的数量，降低通信系统的处理负担，增强PCC架构的鲁棒性。

Description

一种EPS系统中PCC规则的调度方法

技术领域

本发明涉及EPS（Evolved Packet System，演进分组系统）调度技术领域，具体涉及PCC（Policy and Charging Control, 策略与计费控制）架构中的动态/静态PCC规则的调度方法。

背景技术

在高速发展的移动互联网时代，为了应对数据流量业务的冲击，实现差异化、精细化管控，在3GPP在技术规范 R7中引入了PCC架构。运营商采用PCC架构，可以对每个用户、每种业务定义不同的优先级，并且可以在整个无线接入网络和核心网络范围内根据这种优先级实施资源调度、改善用户业务体验、提高网络资源利用率，进而提高用户满意度。运营商采用动态PCC规则与预定义PCC规则相结合的方式，可以更方便地控制业务使用情况，减轻核心网元的业务信令压力。

目前，EPS系统中的技术规范3GPP TS 29.212、3GPP TS 29.213和3GPP TS 29.214提供了策略与计费控制（PCC）架构的指导性规范，尤其是较清晰地说明了PCRF（Policy and Charging Rules Function, 策略和计费规则功能）实体、PCEF（Policy and Charging Enforcement Function ,策略与计费执行功能）实体、TDF（Traffic Detection Function,流量探测功能），AF（Application Function，应用功能）、SPR（Subscription Profile Repository,签约用户信息库）实体以及OCS/OFCS(Online/Offline  Charging System,在线/离线计费系统）之间的交互信令和功能实现。

此外，目前的PCC架构技术规范主要考虑了与IMS (IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统)业务的密切配合，但是现有的网络布局中，在很多应用场景下都未使用AF功能，而且还存在很多非 IMS 应用。例如在线游戏、Web 访问、E-mail等应用都不是基于 SIP 协议的，因此并不为 IMS 体系所包含。PCRF 针对某业务制定 PCC 规则时，需要该业务的相关信息，以及该业务要求的 QoS 信息，目前对此的解决方法主要是TDF实体经由PCEF 上报给 PCRF，这种方案需要在原有PCC 架构的基础上，由TDF实体对业务数据流进行检测，获知该业务数据流对应的业务信息，将该业务信息通过私有接口告知 PCEF，PCEF 再通过 Gx 接口（需扩展现有的 Gx 接口，以携带业务信息）上报给 PCRF。

但是，目前EPS系统的技术规范针对非IMS应用的业务信息上报的解决方案中都没有统筹地考虑TDF实体与AF之间的协同工作，以及AF和TDF实体如何影响动态和静态PCC规则的调度的问题。另外，EPS系统的技术规范中也没有明确的讲述PCC规则优先级的制定方法和动/静态PCC规则的选择方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种动态/静态PCC规则的调度方法，能够实现EPS核心网中对IMS业务和非IMS业务的统一调度，特别是在选择动态/静态PCC规则时的调度方法。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种EPS系统中PCC规则的调度方法，该方法包括以下具体步骤：

a、根据内嵌有TDF（Traffic Detection Function,流量探测功能）的增强型PCEF检测的业务流类型，选择使用PCRF未知的预定义PCC规则；

、TDF探测业务数据流类型，具体包括：

）、TDF作为增强型PCEF的一部分，并且采用非征集报告模式，主动汇报业务类型到PCRF；

）、TDF将探测到的业务类型结果转交给PCC规则选择单元，由PCC规则选择单元决定是否使用；

、根据业务数据流类型，决定激活PCRF未知的预定义的ＰＣＣ规则，还是请求动态ＰＣＣ规则，具体包括：

）、ＰＣＣ规则选择实体根据业务数据流类型，查询ＰＣＣ规则存储单元；

）、如果业务数据流类型匹配预定义ＰＣＣ规则的过滤规则，并且该ＰＣＣ规则不为ＰＣＲＦ所知，则激活该预定义的ＰＣＣ规则；

)、如果不激活预定义的ＰＣＣ规则，则请求PCRF生成动态的PCC规则；

b、PCRF根据PCEF请求的信息、AF业务信息、SPR签约信息，选择使用PCRF已知的预定义PCC规则；

、当PCEF发送CCR消息到PCRF请求制定PCC规则时，PCRF检查会话请求的应用信息，如果是IMS应用，则请求应用功能（AF）实体，获取请求业务相关的业务信息，否则使用CCR请求消息附带的TDF规则中的应用探测信息；

、PCRF根据PCEF请求的信息、AF业务信息、SPR签约信息判断需要激活PCEF上的预定义PCC规则，则向PCEF发送激活某一项预定义PCC规则的命令；

c、PCRF根据PCEF请求的信息、AF业务信息、SPR签约信息，制定并建立动态PCC规则，具体包括：

动态PCC规则制定时，首先制定Qos相关规则，最后制定PCC规则的优先级；

制定PCC规则的优先级考虑Qos规则中的QCI参数的影响，保证QCI小的相应有一个相对高的PCC规则优先级，其按如下公式计算：

其中0< W₁ < 1；W₁< W₂< 1；Od∈[0, W₁*S_p/9]； O_ks∈[0，W₂*S_p- W₁*S_p] O_ks∈[0，S_p – W₂*S_p]；S_p表示运营商指定的PCC规则优先级范围的最大值； W₁表示动态PCC规则优先级的权重系数； W₂表示PCRF已知的预定义的PCC规则优先级的权重系数； O_d表示为某个具体业务流制定动态PCC规则时，运营商所指定的优先级偏移量；O_ks表示为某类PCRF已知的具体业务流的预定义的PCC规则，运营商所指定的优先级偏移量；O _us表示为某类PCRF未知的具体业务流的预定义的PCC规则，运营商所指定的优先级偏移量；

d、PCEF收到预定义PCC规则激活命令或者收到建立动态PCC规则时，根据PCC规则Precedence的高低，选择相应的PCC规则激活或者建立，所述PCC规则下发至PCEF后，PCEF根据PCC规则的优先级，将PCC规则依次排序，确定是建立动态PCC规则或者激活预定义的PCC规则。

本发明简单合理的实现了EPS系统中的动态\静态PCC规则的调度，不仅减少了交互信令的数量，降低了PCC规则的请求建立时延，而且实现了IMS业务和非IMS业务在EPS系统中的统一处理，大大增强了PCC架构的鲁棒性。

附图说明

图1为相关技术在Release 11 PCC非漫游架构示意图；

图2为本发明的动态/静态PCC规则调度模块示意图；

图3为本发明的PCC规则优先级的分布示意图；

图4为本发明检测业务流的下行部分，并通过业务数据流模板的优先级，选择动态、静态的PCC规则的示意图；

图5为本发明的动态/静态PCC规则调度示意流程图；

图6为本发明实施例1的上行请求时的PCC调度方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的优点和技术方案更加清楚，下面结合附图对本发明作更为详细的描述。

本发明的目的是：利用TDF设备对上下行的业务进行类型检测，并依据检测的结果还决定是否使用静态PCC规则。此外，利用TDF设备进行业务检测，识别非IMS业务，并与AF提供的IMS的业务功能协调工作，增强EPS的PCC架构的鲁棒性，并对EPS系统中不同业务类型实施统一的PCC规则的制定和调度。

本发明针对EPS系统中PCC架构的动态/静态PCC规则的选择问题，提出了一种调度方法，并通过计算PCC规则的优先级、引入TDF设备实体，将UE请求的IMS业务和非IMS业务在PCC架构下实施协调的统一的处理，可快速地、合理地进行动态/静态PCC规则的调度，从而提高用户的满意度。

图1为3GPP 的非漫游的EPS系统中PCC架构示意图。该PCC架构包括策略与计费执行（PCEF）实体、流量探测功能（TDF）实体、策略和计费规则功能（PCRF）实体、应用功能（AF）实体、签约用户信息库（SPR）实体、承载绑定和事件报告功能（BBERF）实体、在线计费（OCS）实体和离线计费（OFCS）实体。

PCEF实体主要包括业务数据流探测、策略执行和基于流的计费。该功能实体提供业务数据流探测、用户平面的通信处理、出发控制平面的会话管理、QoS规则的处理和在线/离线计费交互等功能。在本发明中，增强型PCEF具有流量探测功能（TDF），并且采用非征集报告探测应用模式与PCRF进行交互。这样处理不但可以在PCEF上探测到业务信息，并根据业务信息决定是否激活PCRF未知的PCC规则，而且还可以将信息附带到PCEF发往PCRF的CCR请求消息中，从而大幅度地减少PCRF在制定动态PCC规则时的信令交互。

TDF实体是3GPP 技术规范TS 23.203 Release 11在PCC架构中新引入的实体，目前尚未被完全标准化，主要用于探测不使用SIP协议的应用的数据流，并把业务数据流探测信息汇报给PCRF。在本发明中流量探测功能（TDF）实体嵌入到PCEF中，组成增强型的PCEF，并在该功能实体中预定义ADC规则。

PCRF实体主要用于负责制定动态的PCC规则，进行策略控制和基于流的计费。PCRF作为PCC架构的核心网元，在制定PCC决策时，可以请求签约用户信息库（SPR）实体获取用户的签约信息，如果业务是基于SIP的IMS业务，则请求应用功能（AF）实体获取业务相关的信息，否则请求TDF获取ADC规则，获知应用相关信息。在本发明中，PCRF支持请求TDF获取应用信息的功能，可以获取IMS业务和非IMS业务相关的信息，增强了PCC架构的鲁棒性。PCRF根据PCEF附带有ADC规则的CCR请求建立会话消息，不仅可以减少信令交互，而且可以根据业务信息，决定激活PCEF预定义的PCC规则或制定动态的PCC规则。

AF实体主要通过Rx接口向PCRF提供应用服务信息。这些信息主要包括请求业务用户的端口号、IP地址、业务需要的带宽大小、是否对延迟敏感等。AF一般被认为是IMS网络中I-CSCF功能实体，但是，对于非IMS网络的应用，AF则不能很好地提供应用信息，因此在技术规范TS 23.203 Release 11中引入了TDF来弥补上述不足。

SPR逻辑实体为PCRF存储其所需要的所有签约用户信息，用于PCRF生成基于签约的PCC规则。当PCRF制定动态PCC规则时，通过Sp接口请求签约用户信息库(SPR)获取用户的签约信息。用户的签约信息主要包括签约用户的标示信息、用户的级别信息、用户的账户状态信息、用户的套餐及业务订购信息和用户计费相关信息等。

图2为本发明的动态/静态PCC规则调度模块示意图。该调度模块位于PCEF上，主要用于调度动态和预定义的PCC规则。它由四部分组成：流量探测功能（TDF）实体、PCC规则选择实体、PCC规则存储实体和PCC规则绑定实施实体。

TDF（Traffic Detection Function，流量探测功能）实体作为增强型PCEF的一部分，具有应用探测并向PCRF汇报应用探测信息的功能。TDF支持非征集报告探测应用模式和征集报告探测应用模式。在本发明中，TDF内嵌到PCEF中，并且采用非征集报告探测应用模式，这样不仅可以为PCC规则选择实体提供应用探测信息，让PCC规则选择实体在PCEF上调度、激活PCRF未知的预定义的PCC规则，而且还可以为PCRF提供更多的应用探测信息，有利于PCRF激活已知的PCEF预定义的PCC规则或者制定动态的PCC规则。

PCC规则选择实体主要负责PCEF预定义的和动态PCC规则的选择。PCC规则选择实体接收到UE的IP-CAN会话请求时，根据TDF的应用探测信息，决定是否激活预定义的PCC规则，否则将应用探测信息附带到CCR请求消息中发送给PCRF，用于制定动态的PCC规则。此外，当PCC规则选择实体收到PCRF经由Gx接口指示PCEF激活相应的预定义的PCC规则的指令时，PCC选择实体将选择PCC存储实体中的静态PCC进行激活。

PCC规则存储实体主要负责存储PCEF预定义的PCC规则和动态PCC规则，并维护PCC规则的状态信息。规则具体可分为未激活的预定义PCC规则，激活的预定义PCC规则和正在使用的动态PCC规则三大类。

PCC规则绑定实施实体的主要功能是接收PCC规则选择实体选定并传递过来的PCC规则，并在该IP-CAN会话内，将该PCC规则与业务数据流进行绑定。在该发明中，本实体主要根据PCC规则中的QoS规则对业务数据流进行鉴别和绑定。

图3为本发明中PCC规则优先级的分布示意图。PCC规则主要分为四类，分别为动态的PCC规则、PCRF已知的预定义PCC规则、PCRF未知的预定义PCC规则和任意匹配的PCC规则，并且它们对应的PCC规则的优先级顺序为由高到低。

所述动态的PCC规则由PCRF制定和授权，它可以在UE或者网络侧发起IP-CAN会话时产生。动态的PCC规则由PCRF制定并下发给PCEF，并可以由PCRF控制，主要分为动态PCC规则的建立、修改和删除。

所述预定义的PCC规则主要由运营商来具体制定，并存储在PCEF上。目前主要分为两大类，一类是PCRF已知的预定义的PCC规则，主要由PCRF来选择激活和去激活，PCRF保存该类PCC规则的索引。另一类是PCRF未知的预定义的PCC规则，主要由PCEF决定激活和去激活，并且不受PCRF的控制。

所述任意匹配的PCC规则，主要用于下述场景：当PCEF收到业务数据流进行匹配时，如果业务数据流无法匹配任何PCC规则，那么PCEF就将该业务数据流与任意匹配的PCC规则进行绑定，并实施传输。

图4为本发明检测业务流的下行部分，通过业务数据流模板的优先级选择动态、静态的PCC规则的示意图。该图描述了在所述PCC规则存储实体接收到PCC规则调度实体的PCC规则的匹配命令时，根据PCC规则的优先级来选择使用动态或静态PCC规则的过程。

图5为本发明流程图，本发明中的PCEF为嵌入TDF实体单元的增强型PCEF，具体包括：

当UE请求IP-CAN会话时，所述策略和计费执行功能实体根据TDF实体的探测结果，决定是否使用P-GW上预定义的PCC规则。如果使用预定义的PCC规则，则激活相关的预定义PCC规则，并回复UE的IP-CAN会话请求；否则附带上所知的预定义PCC规则的信息和索引，请求PCRF来制定动态PCC规则。

PCRF收到PCEF的请求时，确定请求中附带的预定义PCC规则是否可用，如果可用，则回复UE的IP-CAN会话请求，激活PCEF上相关的预定义PCC规则。

所述PCRF制定PCC规则时，选择PCC规则的优先级范围，确定所制定的PCC规则的优先级。具体的PCC规则的优先级的计算公式如下：

其中0< W₁ < 1；W₁< W₂< 1;Od∈[0, W₁*S_p/9]; O_ks∈[0，W₂*S_p- W₁*S_p] O_ks∈[0，S_p – W₂*S_p]。S_p表示运营商指定的PCC规则优先级范围的最大值； W₁表示动态PCC规则优先级的权重系数； W₂表示PCRF已知的预定义的PCC规则优先级的权重系数； O_d表示为某个具体业务流制定动态PCC规则时，运营商所指定的优先级偏移量；O_ks表示为某类PCRF已知的具体业务流的预定义的PCC规则，运营商所指定的优先级偏移量；O _us表示为某类PCRF未知的具体业务流的预定义的PCC规则，运营商所指定的优先级偏移量。

PCRF制定PCC规则时，如果请求业务是IMS业务，则请求AF获得业务映射信息；如果是非IMS业务，则根据PCEF中流量探测功能（TDF）实体探测的业务映射信息制定PCC规则，并向PCEF下发PCC规则。

PCEF部署PCC规则时，如果要激活预定义的PCC规则，则激活相应的PCC规则。

所述PCEF如果接收到动态PCC规则，则根据PCC规则的优先级，决定使用动态/静态PCC规则，并执行相应业务的承载绑定。

在本发明中，PCC规则的优先级制定如公式1所示。下面通过具体实施例进一步说明。

假设运营商指定的PCC规则优先级范围Sp = 1000，分配给动态PCC规则的优先级范围权重W1 = 0.63，分配给PCRF已知的预定义PCC规则优先级范围权重W2 = 0.8。

假设已接入的业务承载有：

一个上行的音频业务，PCRF分配的QCI = 2，下面简称业务1；

一个上行的缓冲视频业务，PCRF分配的QCI = 8，下面简称业务2；

一个使用运营商配置的PCRF已知的PCC规则的业务，下面简称业务3；

一个使用运营商配置的PCRF未知的PCC规则的业务，下面简称业务4；

下面计算各业务的PCC规则优先级如下：

对于业务1，PCRF分配给该业务动态的PCC规则，假设运营商分配给业务1的PCC规则优先级偏移量O_d = random[0, W₁*S_p/9] = random[0, 70] = 20，根据公式1，可得业务1的PCC规则优先级P1 = W₁*S_p*（QCI-1）/9 + O_d  = 0.63*1000*（2-1）/9 +20 = 90 。

对于业务2，PCRF分配给该业务动态的PCC规则，假设运营商分配给业务2的PCC规则优先级偏移量O_d = random[0, W₁*S_p/9] = random[0, 70] = 30，根据公式1，可得业务2的PCC规则优先级P₂ = W₁*S_p*（QCI-1）/9 + O_d = 0.63*1000*（8-1）/9 + 30 = 520 。

对于业务3，PCRF分配给该业务PCRF已知的预定义PCC规则，假设运营商分配给业务3的PCC规则优先级偏移量O_ks = random[0，W₂*S_p- W₁*S_p] = random[0, 170] = 100，根据公式1，可得业务3的PCC规则优先级P₃ = W₂*S_p + O_ks  = 0.8*1000 + 100 = 900 。

对于业务4，运营商给该业务分配PCRF未知的预定义PCC规则，假设运营商分配给业务4的PCC规则优先级偏移量O_us = random[0，S_p - W₂*S_p] = random[0, 200] = 100，根据公式1，可得业务4的PCC规则优先级P₄ = W₂*S_p + O_us  = 0.8*1000 + 100 = 900 。

实施例1

图6是本实施例的上行请求时的PCC调度方法示意图，可用于确定使用哪一种PCC规则，主要包括以下步骤：

步骤一：增强型PCEF收到UE的建立IP-CAN会话的请求，首先将该请求信息转交给流量探测功能（TDF）模块检测应用类型。

步骤二：根据流量探测功能（TDF）模块检测的应用类型，请求匹配PCC规则存储实体，如果匹配预定义的PCC规则，则使用该预定义的PCC规则，通知PCC规则绑定实施实体，进行预定义的PCC规则的激活和绑定，最后回复IP-CAN会话请求。否则，向PCRF发送附带了TDF规则的CCR请求消息。

步骤三：PCRF收到PCEF发送的附带TDF规则的CCR请求消息，检查PCRF上存储的该用户信用信息，如果信用信息过期，则请求签约用户信息库（SPR）实体更新用户的信用信息。同时检查会话请求的应用信息，如果是IMS应用，则请求应用功能（AF）实体，获取请求业务相关的业务信息，否则使用CCR请求消息附带的TDF规则中的应用探测信息。

步骤四：根据步骤三所获取的应用业务信息和用户信息，PCRF决定是否激活已知的PCEF预定义的PCC规则。如果PCRF决定激活预定义的PCC规则，则发送预定义PCC规则激活命令到PCEF，以激活相应的PCRF已知的预定义的PCC规则。否则，PCRF制定动态的PCC规则，计算PCC规则的优先级，并向PCEF下发动态的PCC规则。

步骤五：PCEF收到PCRF下发的动态PCC规则，建立动态的PCC规则，并绑定和实施。当有新的业务数据流到来时，根据PCC规则的优先级来决定使用哪一个PCC规则进行业务数据流的绑定和实施。

Claims (1)

1.一种EPS系统中PCC规则的调度方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：

a、根据内嵌有TDF的增强型PCEF检测的业务流类型，选择使用PCRF未知的预定义PCC规则；

、TDF探测业务数据流类型，具体包括：

）、TDF作为增强型PCEF的一部分，并且采用非征集报告模式，主动汇报业务类型到PCRF；

）、TDF将探测到的业务类型结果转交给PCC规则选择单元，由PCC规则选择单元决定是否使用；

、根据业务数据流类型，决定激活PCRF未知的预定义的ＰＣＣ规则，还是请求动态ＰＣＣ规则，具体包括：

）、ＰＣＣ规则选择实体根据业务数据流类型，查询ＰＣＣ规则存储单元；

）、如果业务数据流类型匹配预定义ＰＣＣ规则的过滤规则，并且该ＰＣＣ规则不为ＰＣＲＦ所知，则激活该预定义的ＰＣＣ规则；

)、如果不激活预定义的ＰＣＣ规则，则请求PCRF生成动态的PCC规则；

b、PCRF根据PCEF请求的信息、AF业务信息、SPR签约信息，选择使用PCRF已知的预定义PCC规则；

、当PCEF发送CCR消息到PCRF请求制定PCC规则时，PCRF检查会话请求的应用信息，如果是IMS应用，则请求应用功能实体，获取请求业务相关的业务信息，否则使用CCR请求消息附带的TDF规则中的应用探测信息；

、PCRF根据PCEF请求的信息、AF业务信息、SPR签约信息判断需要激活PCEF上的预定义PCC规则，则向PCEF发送激活某一项预定义PCC规则的命令；

c、PCRF根据PCEF请求的信息、AF业务信息、SPR签约信息，制定并建立动态PCC规则，具体包括：

动态PCC规则制定时，首先制定Qos相关规则，最后制定PCC规则的优先级；

制定PCC规则的优先级考虑Qos规则中的QCI参数的影响，保证QCI小的相应有一个相对高的PCC规则优先级，其按如下公式计算：

其中0< W₁ < 1；W₁< W₂< 1；Od∈[0, W₁*S_p/9]； O_ks∈[0，W₂*S_p- W₁*S_p] O_ks∈[0，S_p – W₂*S_p]；S_p表示运营商指定的PCC规则优先级范围的最大值； W₁表示动态PCC规则优先级的权重系数； W₂表示PCRF已知的预定义的PCC规则优先级的权重系数； O_d表示为某个具体业务流制定动态PCC规则时，运营商所指定的优先级偏移量；O_ks表示为某类PCRF已知的具体业务流的预定义的PCC规则，运营商所指定的优先级偏移量；O _us表示为某类PCRF未知的具体业务流的预定义的PCC规则，运营商所指定的优先级偏移量；

d、PCEF收到预定义PCC规则激活命令或者收到建立动态PCC规则时，根据PCC规则Precedence的高低，选择相应的PCC规则激活或者建立，所述PCC规则下发至PCEF后，PCEF根据PCC规则的优先级，将PCC规则依次排序，确定是建立动态PCC规则或者激活预定义的PCC规则。