IMS时代运营支撑系统建设探讨

1、ims时代运营支撑系统建设探讨     3g发展简介目前业界有三种3g标准：以gsm为基础发展起来的3gpp（thirdgenerationproject）wcdma标准；以cdma为基础发展起来的3gpp2（third generation project2）cdma2000标准以及td-scdma标准。    3g/ims标准发展历程如表达式所示。    表1 3g/ims标准发展历程    本文以wcdma标准为蓝本，探讨ims时代计费系统的建设。    ims概述 

2、  ims（ip multimedias ubsystem，ip多媒体子系统）在3gppr5版本中首次定义，是基于ip技术、sip融合语音、数据、移动、internet的体系，ims的目标是融合internet和移动通信网络。当然，现在国际上对ims需求更迫切的是拥有3g牌照的传统固网运营商（固定移动融合）。    1ims主要特点：    （1）接入无关性    由于ims采用sip（sessioninitiationprotocol）作为最基本的会话信令控制协议，使得ims具有与接入无关性、开放性、统一控制等特点。

3、60;   （2）信令平面和媒体平面进一步分离    图1 ims框架结构示意图     如图1所示，传输服务运行在ims的信令层（cscf等）、承载服务运行在承载层（sgsn和ggsn）。这样做的好处：可最小化各层之间的依赖性；方便新的接入网接入；接入的无关性，一种应用可以通过多种接入类型在ue（用户终端）上运行。    （3）ims对现存网络是融合并存不是替代    可以通过sgw（信令网关）与cs（电路域）网络接入，通过mgw（媒体网关）与wlan、adsl等接入。    2im

4、s的主要实体    ims实体分为六种主要类型（见图2）：会话管理和路由类（cscf、ggsn、sgsn）、数据库（hss、slf）、网间配合元素（bgcf、mgcf、im-mgw、sgw）、服务（应用服务器as、mrf-c、mrf-p）、策略支撑实体（pdf）和计费。    对运营支撑来说这六类实体最需要关注的是数据库实体（hss、slf）、策略支撑实体（pdf）和计费实体。    图2ims的体系结构示意图    3hss-homesubscriberserver，归属用户服务器    （1

5、）由2g的归属位置寄存器（hlr）演化而来，存放用户身份、注册信息、接入参数和服务触发信息    （2）用户身份包含两个部分：私人身份和公共身份    私人身份：由归属域运营商分配，并用于注册、鉴权，相当2gimsi。    公共身份：其他用户用它来和该用户通信，相当于msisdn，手机号。    （3）接入参数：用于建立会话，包括用户鉴权、漫游鉴权、已分配的s-cscf名、和触发服务信息。    （4）ims接入参数用于会话建立（用户认证、漫游授权、分配s-cscf的名字等）  &#

6、160; （5）服务触发信息:sip的服务触发信息。    （6）hss提供各个用户对s-cscf能力方面的特定要求，被i-cscf挑选最合适的s-cscf。    4pdf（policydecisionfunction）    （1）pdf负责实现基于服务的本地策略（sblp）控制，根据从p-cscf处获得的会话和媒体信息来制定策略；    （2）在3gppr5中，pdf是p-cscf的一个逻辑实体，r6中pdf是一个独立的功能，分离后的pdf与p-cscf间为基于diameter协议的gq接口、pdf与ggsn

7、间为基于cops协议的go接口；    （3）存储会话和媒体相关信息（ip地址、端口号、带宽等）；    （4）生产授权令牌用于标识pdf和会话；    （5）在收到一个来自ggsn的承载授权请求时，根据相关信息提供授权决策；    （6）在会话变更过程修改会话及媒体信息时，更新相应的授权决策；    （7）有任何时刻强制废除授权决策的能力；    （8）有启动/禁止已授权的承载的能力；    （9）当承载从0kbit/s上升、或下降到0kbit/s给p-

8、cscf发更改通知；    （10）在go接口进行icid（ims计费标识）、gcid（流计费标识）的关联。    ims对运营支撑系统的影响    1计费关联    计费关联并不是ims时代的产物，在2g和2.5g时代就已经存在。例如，mms（彩信业务）使用计次的事件计费方式，而流量计费（bcf）从ggsn中采集的是客户所发生的所有流量（ggsn并不能分辨是哪类业务发生的流量，这之中已经包含了mms的流量），从精确计费的角度，必须核减去mms流量，否则就会产生重复计费，也就产生了计费关联。   

9、; 在ims时代计费关联既普遍又复杂。ims核心网的特点是控制层和用户层的分离，ims会话管理实体（cscf）并不了解ip连接实体（ggsn等）的业务流量，而ip连接实体也不了解ims的会话状态。这就需要pdf和pep（policyenforcementpoint）来实现计费信息的交互。    使用ims的计费标志符（icid）和gprs的计费标志符（gcid）的交换可以实现ims和gprs之间的计费关联。    图3 ims（r5版本）计费关联过程示意图    ims（r5版本）计费关联过程如图3所示。    （

10、1）ue（用户终端）向p-cscf发送sip信令。    （2）p-cscf接受初始invite，通过hash计算得到全球惟一的icid（ims计费标识），向pdf转发相关的sdp（会话描述协议）信息，并指出会话的发起者。p-cscf从pdf获得授权令牌（token）。    （3）pdf对ip流进行记录（包括流标识符（gcid）、数据速率、qos类别等）并授权。通过sdp参数映射到所授权的ipqos参数而实现，并通过go接口（cops协议）传送到ggsn。    （4）ue为承载资源进行pdp上下报文的激活或更改时，必须执行将sdp

11、参数映射到umtsqos参数，作为pdp上下报文context中的qosprofile的内容。pdp的激活或更改还包括：pdf分配的授权令牌和流标识符（gcid用作绑定信息）。    （5）收到ue的pdp上下报文激活或更改请求，ggsn向pdf申请授权信息。pdf比较收到的绑定信息和分配的授权信息，并返回授权决策。如果绑定信息被验证是正确的，pdf将承载授权的信息告知ggsn，包括：与pdp上下报文相关的ipqos和分组分类器。    （6）ggsn将授权的ipqos映射为umtsqos，ggsn将此umtsqos与uepdp上下报文激活或更改所请求的

12、qos进行比较，如果在pdf的授权范围内则pdp上下报文激活或更改被接受。    （7）ims允许所建立的会话包含不同的媒体成分（例如：音频和视频），为了计费的目的所有媒体成分必须是唯一标识的，并且对于会话中的每个媒体成分进行单独计费。然而r5中的ggsn只能为pdp上下报文产生一个g-cdr，在一个pdp上下报文下不能区分不同媒体成分的业务流。    （8）在授权期间，pdf将icid（imschargingid）传给ggsn，ggsn将gcid（gprschargingid）传给pdf，通过go接口交换icic和gcid计费标识符，实现计费关联功能（

13、chargingcorrelation）。把ims会话层的计费信息和承载使用的计费信息绑定在一起。    上面的承载控制和计费控制是针对于gprs/umts分组域特有的pdp上下报文context，这种机制不适用于其它的接入网络。    2ims的计费模式    ims体系既支持在线计费（ocs）、也支持离线计费（offline），ocs是指ims实体（应用服务器（as）、cscf和ggsn等）与在线计费系统实时交互的过程，在此过程中ocs与用户账户实时交互，并控制或监控与服务有关的费用。离线计费主要在会话完成后收集计费信息，系统不能

14、实时影响所使用服务的过程。针对不同的业务和客户群这两种计费模式将长期存在。    图4左边为离线计费系统、右边为在线计费系统。    图4 ims的计费模式示意图    （1）离线计费    离线计费体系的核心是计费采集功能（ccf）和计费网关功能（cgf）。    计费采集功能（ccf）    ccf通过diameter协议接收来自ims实体的计费信息，并对这些信息进行预处理（关联、合并和过滤不必要的话单，并将运营商的专有信息加到接收到的计费信息之中），构建实际的cdr并编

15、排格式，将cdr通过文本的形式传递给计费系统，ccf具备cdr缓存功能。    计费网关功能（cgf）    cgf与ccf的功能相同，只是cgf仅从sgsn和ggsn接收有效的cdr。    billing系统    负责话单批价、账务处理和账务管理，在ims时代最复杂的就是计费关联和核减计费。由于ims的计费既支持事件计费，又支持会话计费和流量承载计费，在业务众多的情况下，核减计费的工作量特别大。    在ims时代实现精确计费的代价非常大。由于不同的实体（如ggsn与sgsn）pdp（pa

16、cketdataprotocol）激活开始时间不尽相同（差距能达到毫秒级，甚至1秒），在收发流量时不同的实体会存在流量差异（最大可达数百字节）。另外终端加密、重复收费等都给精确计费带来了极大的难度。    在线计费系统（ocs）    在线收费的类型有两种：立即收费（iec）和单元预留收费（ecur）。    对于事件计费中能定义清楚每次事件费率（如点一首歌，收费2元）的计费场景，通常采用iec类型，从用户账号中扣减存款单元，然后授权mrfc（媒体资源功能控制器）、as向用户提供业务。    对会话、流量等计费通常

17、采用单元预留收费（ecur），一次从用户账户中预扣一定的金额，授权mrfc（媒体资源功能控制器）、as向用户提供业务，本次金额用完，通话还在继续，将再预扣一次。通话结束后，预留但没有使用完的金额实时返回客户账户。    ocs包括：ecf（事件计费）、scf（会话计费）、bcf（承载计费）等计费类型。as与mgfc通过ro（diameter协议）接口向ecf发计费请求（acr），ecf从用户账户扣除相应的费用，然后批准acr,发出计费应答（aca）。    scf通过isc（sip协议）接口从s-cscf接收到的请求进行计费，首先检查用户账户，预留一定的

18、费用后，发计费应答（aca）来控制会话的建立    在bcf过程中sgsn、ggsn使用cap（注：r7版本已经改为diameter协议）向bcf发出请求，bcf首先检查用户账户，预留一定的费用后，发计费应答（aca）来控制ipflow的建立。    在ocs中最复杂的也是计费关联和核减计费。    ims计费的发展    ims版本在不断的演进（最近已经推出r7版本），ims的计费等应用系统也要与时俱进，不断发展。    1imsr5版本的局限性：    imsr5版本发布

19、后，其局限性逐渐凸现出来，主要表现在如下几方面：    （1）cscf与scf（会话计费）之间通过isc（sip）直接相联，这里面需要添加部件    （2）r5承载计费是基于pdpcontext，适用于一次pdp承载业务（如：消息、游戏、下载等），因目前二次pdp承载业务因终端数量有限，并占用手机终端的处理和存储资源，缩短终端电池寿命，因此不适用于二次pdp承载业务。    （3）由于pdp不能区别不同类型的ipflow，因此r5计费不适用于wlan、xdsl、cable等业务接入。    （4）pdpcontex

20、t的激活和去激活，会大量增加gprs/umts系统中的信令开销，并增加了业务建立的时延。    （5）只支持ipv6    2imsr6的改进：    针对r5计费方面的局限性，r6引入了fbc（flowbasedcharging），其优点：    （1）支持更灵活的业务模式    （2）使用基于primarypdpcontext的承载业务，不再依靠二次pdpcontext    （3）比r5中go+sblp（service-basedlocalpolicy）具有更好的业务适

21、应性    （4）适用于其它的网络接入技术，如wlan、xdsl、cable等    （5）pdpcontext仅针对umts/gprs，ipflow的概念具有通用性    fbc结构解决了承载层而不是应用层的计费问题，应用层cdr将在cscf、applicationserver上产生。ro/rf用于向离线计费系统或在线计费系统传送应用层计费数据，包括：会话类型、会话的起始时间和终止时间、业务流使用信息。    3imsr7的演进：    在r7版本，fbc的进一步发展成pcc（policyan

22、dchargingcontrol）。    pcc基于fbc的架构来演进的，将r6中策略控制功能（pdf）和基于流的计费功能（fbc）合并成一个功能实体pcc（policyandchargingcontrol），并把r6中两个功能的相关接口融合。这样做既可以通过接口的融合提高通信效率，降低业务建立时延，还可以保证对ggsn/tpf（trafficplanefunction）控制的一致性。    引入新的解决方案来解决承载与业务的绑定问题，不同于现有的sblp使用授权令牌（token）的机制。而是基于流的策略控制，使用数据流模板tft（tft包含在pdpc

23、ontext内）通过ip地址和端口号识别数据流，其方法与pdf识别ip流的方法类似。    运营支撑系统的发展趋势    1ims计费面临的挑战    ims计费面临的挑战有如下几个方面：    （1）计费信息的关联、合并    ims计费存在大量的计费关联，包括：ims实体结点之间关联、ims与ipcan（ip接入网）之间关联、媒体成分级关联等。实现这些关联计费的成本很高。    （2）内容计费成为ims计费中一个重要方面，基于内容价值的计费，业界还在探讨之中。    （3）实现承载流的字节级精确计费难度较高。    （4）与现场网络的融合难度较大，如：fmc（移动固定融合）、sp/cp等的融合难度都不小。    2计费网络化（组件化、部件化）  &