TWI445372B - Dynamic charging method for IMS Multicast service - Google Patents
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Description
本發明係關於一種應用在3GPP所制定的策略控制與計費系統(Policy Control and Charging,PCC)架構下IMS(IP Multimedia Subsystem) Multicast Service服務的動態計費方法。
Multicast群播技術已被廣泛的使用來傳送多媒體內容，其技術優點是當多個使用者同時接收同一個多媒體服務內容的時候，提供點到多點傳送多媒體的發送機制，資源消耗與使用者數的增長無關，所以可以達到網路共享並有效利用網路資源的效果，不過目前對於此種多媒體群播服務的計費方法中資費都是固定的，使用者無法因為共享網路資源降低營運商之網路成本而得到較低的資費。而本發明所提出之方法實現越多人同時使用同一個多媒體廣播與群播服務時，因共享網路資源進而減少每位使用者的單位網路使用成本，相對的資費也可以隨之降低，進而推論可以吸引更多使用者加入，增加營運商的營收。
在傳統的計費方法當中，3GPP Release 8版本之23.203及23.402規格中制訂了的策略與計費控制(Policy and Charging Control,PCC)的機制，可以依照時間、使用量和內容動態地來作計費，但是無法依照現行同時使用網路資源的人數來動態調整資費方案。而和本專利最相近的專利IMS gateway systems and methods for online charging in IMS(美國專利7599478)只有針對計費(charging)的部分作著墨，並沒有涵蓋策略(policy)的部分，更無法依照現行同時使用網路資源的人數來動態調整資費方案。
本發明可適用於新世代全IP核心網路中的策略控制與計費機制，更可利用此機制協助營運商建置該系統以衍生商機。
本發明是提供一個更合理的計費模式，因為越多人同時分享有限的網路資源，理應可以得到更低的費率，如此可以吸引更多加入此IMS Multicast Service的服務，增進客戶使用滿意度，增加公司營收。
可以達到上述發明目的動態計費方法係指一種運用依照線上使用服務的人數動態計算出新的資費方案和訊息交換的方法；主要由(1)由多重資費演算法(Multi-Tariff Assignment Algorithm,MTA)動態地算出可以提供給使用者最低的資費方案，較低的資費方案可以吸引更多使用這加入使用此服務，當線上使用者人數到達某個門檻區間的時候，便和策略與計費規則控制器(Policy Control and Charging Rules Function,PCRF)作PCC Diameter的訊息交換授權認證要求/授權認證回應(Authorize Authenticate-Request/Authorize Authenticate-Answer,AA-Request/AA-Answer)、(2)在所送出的AA-Request訊息中會夾帶兩個屬性值去向策略與計費規則控制器(PCRF)做更新；一個是AF-Application-ID(多重計費服務識別碼)用來指出新的計費方案，另一個是Service-Info-Status(線上使用者人數)用來指出線上使用者人數，當PCRF收到多媒體廣播群播伺服器IMS Multicast Server送來的AF-Application-ID(多重計費服務識別碼)(多重計費服務識別碼)以及Service-Info-Status(線上使用者人數)(線上使用者人數)便依據此資費方案使用Get_PCC_Rules(取得策略與計費之規則)函數去更新計費規則。雖然提供折扣資費給使用者是一個簡單的概念，但是營運商更關心的是這樣的折扣會不會降低原本應有的營收和獲利，所以本專利的主要貢獻之一
就是提出一個動態資費方案演算法以確保同時可以滿足使用者需求和確保營運商之營收。
請參考圖一所示：IMS Multicast Service網路架構圖來說明越多的使用者共享網路可以更有效地利用網路資源。IMS Multicast Service之網路成本可以分成兩部分：接取網路的成本決定於基地台的數量；核心網路的成本取決於閘道器的數量，在情境1中當只有使用者A加入此IMS session的時候其網路資源的消耗和閘道器以及Cell1所消耗的網路資源是一樣的；在情境2中當只有使用者A和使用者B加入此IMS session的時候其網路資源的消耗和範例1是一樣的；在情境3中當只有使用者A和使用者B和使用者C加入此IMS session的時候其網路資源的消耗和閘道器以及Cell1及Cell2所消耗的網路資源是一樣的；在情境4中當只有使用者A和使用者B和使用者C和使用者D加入此IMS session的時候其網路資源的消耗和範例3是一樣的。以上情境顯示了當在同一個區域的IMS Multicast Service使用者增加的時候，每位使用者的平均網路成本的消耗也會降低。
本專利提出利用3GPP Diameter的信令和程序來傳送人數和資費的資訊，包含訊息28和訊息29，請參考圖二所示：在通話控制元件(Call Session Control Function,CSCF)214裡，Diameter模組實作了Rx介面。這模組透過Rx介面的Authorize Authenticate Request/Answer(AAR/AAA)訊息來和策略與計費規則控制器(Policy Control and Charging Rules Function,PCRF)溝通啟動通話會談。
IMS Multicast Server213包含SIP模組、Diameter模組和RTP模組。SIP模組負責和通話控制元件(CSCF)相互作用。RTP模組用來處理從內容伺服器(Content Server)來的數據訊號並且透過封包數據閘道器(PDNGW)傳送給使用者。在IMS Multicast Server中，Diameter模組實作了Rx介面。這個模組藉由Rx介面的Authorize Authenticate Request/Answer(AAR/AAA)訊息來告知策略與計費規則控制器(PCRF)目前線上使用者人數。策略與計費規則控制器(PCRF)216包含策略與計費規則處理(PCC)決策模組和Diameter模組。在策略與計費規則控制器(PCRF)中，Diameter模組實作了Rx和Gx介面[17][18]。策略與計費規則處理(PCC)決策模組用在Rx介面所收到從通話控制元件(CSCF)和IMS
Multicast Server的訊息來決定規則的規定。這規則將透過Gx介面轉交給封包數據閘道器(PDNGW)來執行。封包數據閘道器(PDNGW)215包含路由模組、Diameter模組、策略執行模組和計費模組。
路由模組負責資料訊號的路由和SIP訊息的溝通。在封包數據閘道器(PDNGW)中，Diameter模組實作了Gx和Ro介面。這個模組負責發送和接收Diameter訊息。策略執行模組透過Gx介面的Re-Authorization Request/Answer(RAR/RAA)接收從策略與計費規則控制器(PCRF)來的規則。通話建立流程圖，每個步驟流程的細節如下：使用者發送INVITE訊息21，並以會話描述協議(SDP)包含相關的資訊與自身能力，經由封包數據閘道器(PDNGW)的路由模組傳送給通話控制元件(CSCF)去要求使用IMS Multicast Server的服務。通話控制元件(CSCF)發出INVITE訊息給IMS Multicast Server22來開啟一次服務的會議。
當IMS Multicast Server收到INVITE訊息後會回應Session Progress訊息給通話控制元件(CSCF)23，並開始建立這次服務。通話控制元件(CSCF)透過Rx介面對策略與計費規則控制器(PCRF)發出AAR訊息24去告知連線請求。策略與計費規則控制器(PCRF)
啟動Save_Session_Info(儲存會議資訊)函數並以Diameter模組儲存這次會議的相關資訊。儲存完相關資訊後，策略與計費規則控制器(PCRF)會透過Rx介面回覆AAA訊息給通話控制元件(CSCF)25告知策略與計費規則處理(PCC)的規則已經建立。
通話控制元件(CSCF)經由封包數據閘道器(PDNGW)的路由模組轉送183 Session Progress訊息回去給使用者26，並告知使用者這項服務正在建立。當線上使用者人數到達某個門檻時，IMS Multicast Server便會啟動多重資費演算法模組27(Multi-Tariff Assignment Algorithm；MTA)以算出最新的計費方案後，IMS Multicast Server會透過Rx介面傳送AAR訊息向策略與計費規則控制器(PCRF)更新目前線上使用者人數和最新資費28。PCRF的Diameter模組使用Get_PCC_Rules(取得策略與計費之規則)函數去更新計費規則。
當計費規則更新後，策略與計費規則控制器(PCRF)透過Rx介面回覆相對應的AAA訊息給IMS Multicast Server29。策略與計費規則控制器(PCRF)透過Gx介面發送RAR訊息通知封包數據閘道器(PDNGW)計費規則需要更新211。
Enforce_PCC_Rules(執行策略與計費之規則)函
數去執行策略與計費規則控制器(PCRF)提供的計費規則。封包數據閘道器(PDNGW)透過Gx介面回覆AAA訊息告知策略與計費規則控制器(PCRF)212計費規則已經被執行。使用者發出建立承載的請求訊息給封包數據閘道器(PDNGW)去要求建立承載通道。
多媒體廣播群播伺服器(MBMS Server)發送200 OK的訊息給通話控制元件(CSCF)告知通話服務已經成功建立。通話控制元件(CSCF)經由封包數據閘道器(PDNGW)的路由模組轉送200 OK訊息給使用者。使用者發送ACK訊息指出IP多媒體子系統(IMS)的通話服務已建立。本專利所提出之多重資費演算法實施方法請參考圖三所示：CRR為網路成本營收比(C ost-Revenue Ratio；CRR)，如下式所示：CRR=網路成本(C Min,T
)/營收(C new
) (1)
其中n u
代表目前參加此IMS seesion的人數，C c,T
代表接取網路的平均成本，C a,T
代表核心網路的平均成本，變數n a
代表接取網路之個數，變數n c
代表核心網路之個數。一個IMS Multicast service使用者使用的平均網路成本，如下式所示：
多重資費演算法(Multi-Tariff Assignment Algorithm；MTA)的目的是訂出人數範圍區間中最大與最小值以及其相對應的資費方案。為了確保營運商的營收不會因為資費降低或是折扣而下降，會讓營運商先定一個網路成本和營收比(C ost-Revenue Ratio,CRR)，CRR的值範圍是從0到1；CRR的值越小，對於營運商是更有利的，此演算法的目標是在營運商所訂下之CRR要求之下依序算出每個人數範圍區間和相對應能給客戶最低的資費方案：假設運營商希望有M種資費方案，各別資費方案以θ(i)代表，1<i<M，而第i個的資費方案的人數範圍低是高是，並且要確保CRR要小於，其中N a
以及N c
各代表接取網路和核心網路結點的最大個數。
本演算法分為五個程序，請參考圖三所示，依序說明如下：輸入相關初始資料31，由營運商設定以下初始值：CRR Min,T
資費個數M、網路總結點個數K(包含接取網路和核心網路)、θ Min
代表最低的資費方案。
接下來設定人數範圍區間之初始值32，設定為1，設定為K＊γ-(M
-i
+1
，γ是一個指數型參數和營收是成反比的關係，接下來算出第i個資費之人數範圍區間程序33如下式所示：設定為K＊γ-(M
-1)
-1，設定為K＊γ-(M
-1)
接下來算出此人數區間的平均網路成本期望值以及資費34：平均網路成本的期望值為接取網的成本和核心網路的成本期望值的總合除以使用人數如
下式所示：
採用機率和分配的理論個別算出接取網路結點個數的期望值E[n a
]以及核心網路結點個數的期望值E[n c
如下式所示：
由式(3)、(4)、(5)可以算出每位使用者使用的平均網路成本期望值如下式所示：
接著算出資費，算出之資費方案θ^不能小於θMin
所以最後挑選出第i個區間的資費方案35如下式所示θ
(i)=max(θ Min
,θ ^
) (7)
θ(i)就是在這個第i個區間中可以提供最低的資費了。
當使用人數到達某個區間門檻時，多媒體廣播群播伺服器(IMS Multicast Server)便將此區間的最低資費和人數資訊告訴PCRF，利用的是圖二所示之訊息28和訊息29。
本發明所提供之動態計費方法，與其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：
1.本專利提出的用3GPP Diameter信令和程序來傳送人數和資費的資訊，是一個創新的作法，除了可以讓IMS Multicast Server攜帶同時使用此服務人數的參數給PCRF以方便PCRF作出新的計費規則，在未來還可以攜帶其它有用的資訊如使用者的歷史資料、應用程式的狀態等即時的資訊給PCRF以實現在全IP-based網路上更靈活多元計費方法和商業模式。
2.同時使用同一個IMS Multicast服務的人數越多，因為分攤網路成本，資費可以更便宜是比較合理的計費方法，所以這是一個創新的發明，而且根據我們的研究，越便宜的資費可以吸引更多客戶加入，增加公司營收，可以說是雙贏的局面。由我們的模擬測試結果如果用多重資費方法和傳統的計費方法作比
較的時候可以得到的結果是：當選用的CRR=0.7的時候營收可以增加25.7%，當選用的CRR=0.8的時候營收可以增加10.02%。
3.本發明並不侷限於多IMS Multicast Service的計費方法，類似越多人使用越便宜的動態資費之概念也可以提供給營運商應用於未來各種不同的網路架構和服務上。
上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
21‧‧‧使用者發送INVITE訊息
22‧‧‧CSCF發出INVITE訊息給IMS Multicast Server
23‧‧‧IMS Multicast Server回應Session Progress訊息給CSCF
24‧‧‧CSCF發出AAR訊息以告知PCRF連線請求
25‧‧‧PCRF回覆AAA訊息給CSCF
26‧‧‧CSCF轉送183 Session Progress訊息給使用者
27‧‧‧IMS Multicast Server啟動多重資費演算法模組
28‧‧‧IMS Multicast Server傳送AAR訊息向PCRF更新目前線上使用者人數和最新資費
29‧‧‧PCRF回覆相對應的AAA訊息給IMS Multicast Server
211‧‧‧PCRF發送RAR訊息給PDNGW
212‧‧‧PDNGW回覆AAA訊息給PCRF
213‧‧‧多媒體廣播群播伺服器(IMS Multicast Server)
214‧‧‧通話控制元件(CSCF)
215‧‧‧封包數據閘道器(PDNGW)
216‧‧‧策略與計費規則控制器(PCRF)
217‧‧‧用戶設定檔儲存器(Subscribe profile Repository,SPR)
31‧‧‧輸入相關初始資料
32‧‧‧設定人數範圍區間之初始值
33‧‧‧算出第i個資費之人數範圍區間
34‧‧‧算出網路成本期望值以及資費
35‧‧‧挑選出第i個區間的資費
請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖一IMS Multicast Service網路架構；
圖二策略與計費規則(Policy Charging Control)平台上IMS通話之控制流程圖；圖三多重資費演算法(Multi-Tariff Assignment Algorithm；MTA)之方法流程圖；
21．．．使用者發送INVITE訊息
22．．．CSCF發出INVITE訊息給IMS Multicast Server
23．．．IMS Multicast Server回應Session Progress訊息給CSCF
24．．．CSCF發出AAR訊息以告知PCRF連線請求
25．．．PCRF回覆AAA訊息給CSCF
26．．．CSCF轉送183 Session Progress訊息給使用者
27．．．IMS Multicast Server啟動多重資費演算法模組
28．．．IMS Multicast Server傳送AAR訊息向PCRF更新目前線上使用者人數和最新資費
29．．．PCRF回覆相對應的AAA訊息給IMS Multicast Server
211．．．PCRF發送RAR訊息給PDNGW
212．．．PDNGW回覆AAA訊息給PCRF
213．．．多媒體廣播群播伺服器(IMS Multicast Server)
214．．．通話控制元件(CSCF)
215．．．封包數據閘道器(PDNGW)
216．．．策略與計費規則控制器(PCRF)
217．．．用戶設定檔儲存器(Subscribe profile Repository,SPR)
Claims (5)
- 一種IMS Multicast服務之動態計費方法，應用多重資費演算法，其步驟至少包含：a.於多重資費演算法(Multi-Tariff Assignment Algorithm,MTA)模組中輸入由營運商所提供之初始值；b.設定人數範圍區間之初始值，需要設定的有第一個資費方案中最多人數門檻值和最少人數門檻值；c.依序算出第i個資費之人數範圍區間，最多人數門檻值和最少人數門檻值，i的值從2開始到M為止；d.算出第i個區間之網路成本期望值；以及e.算出第i個區間的最低資費。
- 如申請專利範圍第1項所述之IMS Multicast服務之動態計費方法，其中該設定人數範圍區間之初始值，γ是一個指數型參數，和營收成反比。
- 如申請專利範圍第1項所述之IMS Multicast服務之動態計費方法，其中推算出第i個資費之人數區間範圍和此區間的最低資費。
- 如申請專利範圍第1項所述之IMS Multicast服務之動態計費方法，其中IMS Multicast Server和策略與計費規則控制器(Policy Control and Charging Rules Function,PCRF)作PCC Diameter的訊息交換，一個是 AF-Application-ID(多重計費服務識別碼)用來指出新的資費方案，另一個是Service-Info-Status(線上使用者人數)用來指出線上使用者人數。
- 如申請專利範圍第1項所述之IMS Multicast服務之動態計費方法，其中該動態計費信令流程，其步驟至少包括：當使用人數到達某個區間門檻時，多媒體廣播群播伺服器(IMS Multicast Server)便將最新資費方案和人數資訊告訴PCRF所利用的是PCC Diameter模組中Rx介面的訊息授權認證要求/授權認證回應(Authorize Authenticate-Request/Authorize Authenticate-Answer,AA-Request/AA-Answer)，在所送出之AA-Request訊息中會夾帶兩個屬性值去向策略與計費規則控制器(Policy Control and Charging Rules Function,PCRF)做更新，一個是AF-Application-ID(多重計費服務識別碼)用來指出新的計費方案，另一個是Service-Info-Status(線上使用者人數)用來指出線上使用者人數。
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