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冯传奋:IMS域引入RACS架构研究  

2011-11-28 15:31:47|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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独家供稿:移动Labs

  冯传奋,王少波,李爱娇,付宏志

  中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司

  【摘 要】 本文在对现有RACS架构分析的基础上,研究了如何在IMS域引入基于策略的QoS架构(RACS架构),并给出了分步骤部署方案及相关应用场景。

  1 引言

  IP多媒体子系统(IMS),是3GPP提出的支持IP多媒体业务的子系统,支持固定和移动接入。随着IMS业务的增长,网络上同时存在不同业务和不同用户,如何使用有限的资源给用户带来更好的体验,给运营商带来更大的收益是QoS部署的最主要的意义。

  RACS架构(资源接纳控制子系统)是由TISPAN(电信和互联网融合业务及高级网络协议)提出的一种实现基于策略的QoS架构。本文在对现有RACS架构分析的基础上,给出了在IMS域实现对固定接入的QoS控制的方案,包括:部署原则、网络组织及对现网改造情况,最后给出了相关部署应用场景。

  2 RACS架构

  

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  图1 RACS逻辑架构图

  RACS 子系统是NGN 中的一个重要子系统,目前所定义的RACS主要针对固定接入。RACS负责策略控制、资源预留和接纳控制,向应用层提供基于策略的传送控制功能,使应用层能够请求对传送资源进行预留。RACS根据运营商的策略对应用层的资源请求进行评估并预留相应的资源,使运营商能够执行接纳控制并设置独立的承载媒体流策略。RACS的功能架构如图1所示。

  RACS包含SPDF、A-RACF等主要网元,向业务层提供基于策略的传输控制,主要完成策略控制、资源预留、接纳控制、NAT穿越及门控等功能 。各网元主要功能如下:

  SPDF(Service based Policy Decision Function媒体流策略决策功能):向应用层提供统一的接口,屏蔽底层网络拓扑和具体的接入类型,提供基于业务的策略控制。SPDF根据应用功能的请求选择本地策略,并将请求映射成IP QoS参数,发送给A-RACF和BGF,以控制相应的资源。

  A-RACF(Access Resource and Admission Control Function接入资源和接纳控制功能):位于接入网中,具有接纳控制和网络策略汇聚的功能。从SPDF接收请求,然后基于所保存的策略实现接纳控制,接受或拒绝对传输资源的请求。A-RACF通过e4接口从NASS获得网络附着信息和用户签约信息,从而可以根据网络位置信息(例如接入用户的物理节点的地址)确定可用的网络资源,同时在处理资源分配请求时参考用户签约信息。

  BGF(Border Gateway Function边界网关功能):是一个包到包网关,可位于接入网和核心网之间(实现核心边界网关功能),也可以位于两个核心网之间(实现互联边界网关功能)。BGF在SPDF的控制下完成NAT穿越、门控、QoS标记、带宽限制、使用测量以及资源同步功能。

  RCEF(Resource Control Enforcement Function资源控制执行功能):实施A-RACF通过Re接口传送过来的接入运营商定义的二层/三层(L2/L3)媒体流策略,完成门控、QoS标记、带宽限制等功能。

  

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  图2 QoS流程

  图2给出了通过RACS架构实现QoS的大致流程,具体如下:

  (1)终端发起建立请求,请求分配IP地址。

  (2)接入交换机将请求转发给NASS功能网元,NASS对其进行鉴权、认证,分配IP地址和其他网络配置参数(例如P-CSCF的地址)并存储相关绑定信息。

  (3)NASS向A-RACF推送接入清单信息。

  (4)用户使用SIP终端发起多媒体会话请求,包括语音和视频。P-CSCF检查用户的业务签约信息,是否允许语音业务和视频业务,以及可以使用的编解码方式、带宽等。

  (5)P-CSCF对于业务请求所要求的媒体流,从业务信令消息中提取所请求的业务参数(如带宽、业务类别),然后向SPDF发送资源初始请求消息,其中包含媒体流描述和相关业务QoS参数,以进行QoS资源授权和预留。

  (6)收到业务控制系统的资源初始请求,SPDF将对会话媒体流所请求的QoS资源进行授权和接纳控制,并将资源请求消息发送给相应的接入资源接纳控制功能A-RACF。

  (7)A-RACF通过网管在SR和交换机层次进行资源的预留。此外,SPDF确定最终的QoS资源控制决策,将其发送到边界网关功能实体进行安装执行。

  3 IMS域引入RACS架构方案

  在考虑RACS架构引入部署时,一方面要结合现网情况,尽量少的影响现网;另一方面要考虑充分利用现网网元,节省投资。综合考虑以上两个方面,建议分两个阶段引入部署。

  3.1 阶段一

  在部署初期需要引入SPDF及A-RACF功能网元,改造现网P-CSCF、BRAS、BGW,新增相关接口,并升级支持相关协议(例如Diameter),实现基于用户的QoS控制。图3和图4分别给出了阶段一RACS架构引入后的网络架构及网络组织图。

  

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  图3 RACS架构引入阶段一(架构图)

  

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  图4 RACS架构引入阶段一(网络组织图)

  (1)部署原则

  ? 初期以省为范围进行部署,不提供省际漫游;

  ? 集中部署SPDF、A-RACF功能网元;

  ? 充分利旧现有BRAS/SR及BGW,升级BRAS/SR兼做策略执行功能网元RCEF;升级BGW兼做BGF功能网元

  (2)网络组织

  考虑到网络安全,可以在每个分区各部署一套SPDF,2套SPDF之间采用负荷分担方式工作;考虑到网络安全及对接入网的管控,可以在每个分区内各部署几套A-RACF,每2套A-RACF为一组,负责1个或多个本地网,组内2套A-RACF之间采用负荷分担方式工作。

  SPDF与P-CSCF之间通过Gq接口相连,接口通过Diameter协议互通;SPDF与A-RACS之间通过Rq接口相连,接口通过Diameter协议互通;SPDF与BGW之间通过la接口相连,接口通过H.248协议互通;A-RACS与BRAS/SR之间通过Re接口相连,接口通过Diameter协议互通。

  SPDF间通过Rd’接口相连,接口通过Diameter协议互通;A-RACF间通过Rr接口相连,接口通过Diameter协议互通。

  SPDF与P-CSCF、SPDF与A-RACS、SPDF与BGW、A-RACS与BRAS/SR之间尽量选择部署在同局房,通过局房内局域网互联。在无法实现同局房时,Gq接口、Rq接口、la接口均通过IP承载网互联,Re接口通过CMNET互联。Rd’接口与Rr接口通过IP承载网互联。

  此外,为了实现异厂家的互通,SPDF需开放Rd’接口,A-RACS需开放Rr接口。

  (3)现网网元改造

  ? P-CSCF:新增Gq接口,实现与SPDF的互通;支持Diameter协议

  ? BRAS:新增Re接口,实现与A-RACF的互通;支持Diameter协议

  ? BGW:新增la接口,实现与SPDF的互通;支持H.248协议

  3.2 阶段二

  

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  图5 RACS架构引入阶段二(架构图)

  

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  图6 RACS架构引入阶段二(网络组织图)

  在部署中、后期需引入NASS功能网元,改造现网P-CSCF、A-RACF,新增相关接口,实现基于用户、基于业务、基于签约信息等更灵活的QoS控制。图5和图6分别给出了阶段二RACS架构引入后的网络架构及网络组织图。

  网元部署及改造具体如下:

  (1)新增功能网元部署

  ? 新增NASS功能网元,考虑到网络安全及对接入网的管控,在每个分区内各部署几套NASS,每2套NASS为一组,负责1个或多个本地网,组内2套NASS之间采用负荷分担方式工作;

  (2)NASS实现方式

  ? 通过RADIUS服务器,实现鉴权、授权、分配IP地址以及其他网络配置信息;

  ? 通过RADIUS 服务器和DHCP服务器实现,RADIUS服务器实现鉴权、授权、分配IP地址,DHCP服务器负责分配其他网络配置信息;

  ? 通过AAA 服务器和DHCP服务器实现,AAA服务器实现鉴权、授权,DHCP服务器负责分配IP地址及其他网络配置信息

  (3)现网网元改造

  ? P-CSCF:新增e2接口,实现与NASS功能网元的互通;支持Diameter协议

  ? A-RACF:新增e4接口,实现与NASS功能网元的互通;支持Diameter协议

  

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  图7 端到端QoS流程

  根据实现QoS流程的描述并结合本阶段网络组织图,我们给出了实现端到端QoS的示例,如图7所示。具体流程如下:

  (1)主叫UE1发起INVITE请求。

  (2)主叫P-CSCF1分析INVITE中的SDP消息,获知该消息可导致建立的媒体流最大带宽,向SPDF1发送QoS资源预留请求。SPDF1分别与A-RACF1、BGW1交互,确定可以接纳该QoS预留请求。

  (3)主叫P-CSCF1继续转发该INVITE请求。

  (4)被叫P-CSCF2在收到INVITE请求时,针对被叫用户终端可能建立的最大带宽的媒体流向SPDF2发送请求进行QoS预留。

  (5)被叫UE2接受INVITE请求。

  (6)被叫UE2返回200响应并携带SDP Answer。

  (7)被叫P-CSCF2收到200响应,依据SDP Offer/Answer的协商结果,向SPDF2发送请求,进行QoS资源预留和执行。 QoS资源预留流程和前面资源预留申请流程相似,只是当Offer/Answer交互完成,P-CSCF2进行资源预留修改,指明了媒体流的IP五元组,媒体流状态、方向,以及新的带宽信息(比依据Offer确定的媒体流带宽小或者相同)。

  (8)被叫P-CSCF2前传200响应。

  (9)主叫P-CSCF1收到200响应后,依据SDP Offer/Answer的协商结果,向SPDF1发送请求,进行QoS资源预留和执行。

  (10)主叫P-CSCF1前传200响应给主叫UE1。

  (11)主叫UE1向被叫UE发送ACK。

  (12)主叫P-CSCF1前传ACK。

  (13)被叫P-CSCF2向被叫前传ACK。

  4 部署应用场景

  表1给出了基于策略的QoS相关的应用场景举例,QoS策略可以分为以下几类:基于业务、基于用户、基于时间及基于累积使用量等等。此外,为了实现更加灵活的策略,还可以将上述各种策略进行组合,制定不同的应用场景和策略控制从而达到精细化运营的目的。

  表1 QoS策略应用场景

 

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  5 结束语

  本文首先对现有RACS架构进行了分析,在此基础上给出了IMS域引入RACS架构的方案,并结合现网给出了分阶段部署建议及相关部署应用场景。此外,随着IMS网络走向成熟,用户在所有网络中都能实现丰富业务,且用户可以在不同网络间自由切换。当用户在固定接入与移动接入之间切换时,为实现连续性,需要考虑与实现移动接入QoS控制的PCC架构的融合。


本博文作者发表在移动Labs的原文链接是:http://labs.chinamobile.com/mblog/759678_157133

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