PCC规则集中化自动配置技术研究

　　为了提升PCC规则的大规模配置能力，避免传统配置问题，在分析PCC规则配置需求以及传统PCC规则配置方法存在问题的基础上，设计PCC规则的信息模型，并提出PCC规则集中化自动配置的技术方案，以大幅提升配置效率，同时减少配置错误。
　　策略与计费控制 策略与计费控制规则 业务数据流 集中化自动配置
　　1 引言
　　PCC（Policy and Charging Control，策略与计费控制）架构是LTE核心网中非常重要的技术架构，也是实现移动网络智能化、业务控制精细化、服务提供差异化的核心架构。它通过基于流的计费控制实现细粒度业务或区分内容的计费，通过面向IP（Internet Protocol，互联网协议）会话、IP承载、IP流等不同层面的策略控制实现细分业务的门控、QoS（Quality of Service，服务质量）控制等，从而实现对移动网络资源的智能调控。
　　PCC规则是PCC架构中最重要的信息，PCC的决策与执行都围绕着PCC规则进行。PCC规则是PCC决策的选择结果，同时也是PCC执行的行动依据。然而如果PCC规则的配置存在问题，如规则数据不准确、规则不完整、规则不一致、规则不同步等，那么PCC策略将无法执行或执行错误，从而会对移动用户的服务体验造成不良影响，同时也会造成网络资源的错配或浪费，因此PCC规则的配置技术值得探讨。本文通过阐述PCC规则的配置需求，并分析传统PCC规则配置存在的问题，设计了PCC规则的信息模型，最后提出了PCC规则集中化自动配置的技术方案。
　　2 PCC规则配置需求
　　PCC规则是用于检测SDF（Service Data Flow，业务数据流）以及对业务数据流进行策略控制与计费控制的规则信息集合。PCC规则的作用包括检测IP包属于哪个业务数据流、标识业务数据流所属业务、为业务数据流提供可用的计费参数、为业务数据流提供策略控制等。PCC规则中的业务数据流模板用于检测业务数据流，激活PCC规则意味着符合业务数据流模板的IP包属于同一个业务数据流，同一个业务数据流的上、下行IP包将被映射到已绑定的承载中，针对该业务数据流的PCC相关策略会被调用，包括QoS策略、门控策略和计费控制策略等。
　　PCC规则的使用贯穿于整个PCC决策与执行过程当中。以移动用户上网访问定向内容（如某影视频道）的流程为例，用户通过LTE接入发起PDN（Packet Data Network，分组数据网）连接请求，PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略与计费执行功能）接收到请求后向PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略与计费规则功能）申请策略控制，PCRF根据用户签约业务信息或业务规则进行PCC决策，生成相关PCC规则并在响应消息中下发给PCEF。会话建立后，用户访问定向内容，PCEF执行相应的PCC规则，PCEF为每个接收到的IP包选择一个PCC规则，将PCC规则中的业务数据流模板与IP包进行匹配，当IP包与一个业务数据流模板相符时，就执行PCC规则相关策略，并在用户话单记录流量、时长、费率组等计费信息，OCS（Online Charging System，在线计费系统）或OFCS（Offline Charging System，离线计费系统）再根据这些计费信息完成对定向内容的批价等计费处理。从上述过程可以看出，PCC规则相关信息需要在多个网元中配置，包括PCRF、PCEF、OCS、OFCS等，具体如图1所示。
　　根据3GPP规范，PCC规则分为以下两大类：
　　（1）动态PCC规则（简称动态规则）。这类规则由PCRF进行PCC决策时动态生成，PCRF激活动态PCC规则时通过Gx接口向PCEF提供PCC规则的完整信息。
　　（2）预定义PCC规则。它又细分为PCRF可引用的预定义PCC规则（简称引用型规则）和PCRF不可见的预定义PCC规则（简称隐藏型规则）。引用型规则是在PCEF中预先定义的PCC规则，它可以被PCRF在任意时间激活、去激活，激活此类PCC规则时，PCRF仅需向PCEF提供PCC规则的引用名称或标识；隐藏型规则是PCEF根据业务需要可自行执行的PCC规则，PCRF不参与此类规则的分配与控制过程。
　　根据网络的运营支持和就绪（Operations Support and Readiness）要求，上述不同类型的PCC规则需要预先在各个网元中完成配置。对于动态规则，为了加快PCC决策效率，PCRF可预先配置多个候选规则，决策时动态选择规则或者仅修改规则的个别参数，所以动态规则的完整信息可在PCRF中预先配置，但不需要在PCEF上配置；引用型规则的完整信息需要在PCEF中配置，同时需要在PCRF中进行PCC规则基本信息的配置，以便PCRF引用相关规则，双方配置必须一致；隐藏型规则的完整信息需要在PCEF中配置，但不需要在PCRF上配置。所有类型的PCC规则中的计费控制信息都需要同时在OCS、OFCS中进行配置，如RG的配置等。
　　3 PCC规则传统配置问题
　　PCC规则由运营商根据业务需求定义，3GPP并没有就PCC规则的提供过程进行规范，需要由运营商自行决定。PCC规则配置相关信息需要在多种类型的网元（PCEF、PCRF、OCS、OFCS等）上配置，传统的PCC规则配置主要采用分散配置和线下确认的方式进行，即配置人员分别在各自的网元上进行PCC规则配置，然后通过线下方式确认多方配置是否匹配，如确认PCRF上的PCC规则引用名称或标识是否与PCEF上的配置一致。传统PCC规则配置的基本流程如图2所示。
　　具体如下：
　　（1）业务部门提出PCC需求，提供相关需求描述文档。   （2）各网元配置人员根据需求文档在自己的网元进行配置。
　　（3）各方通过线下沟通确认多方配置是否匹配。
　　（4）进行多方参与的联调测试。
　　这种传统的PCC规则配置方式存在多个问题，主要包括配置效率低、配置难度大、配置易出错等。具体如下：
　　（1）配置效率低。PCC规则要在多种网元上手工配置一次，重复配置工作量巨大，整个配置过程漫长。在流量经营的大趋势下，基于业务数据流的流量销售与服务管理越来越普遍，PCC规则的配置量日益增大。另外，网元很可能采用集群技术，同种网元部署多套设备（多个实例），而PCC规则要在每个网元实例上配置。这些都会让传统方式的PCC重复配置问题进一步放大。
　　（2）配置难度大。PCC规则配置不但要在同种网元的多个实例之间保持一致，还要在不同类型的网元之间保持一致，如在PCRF与PCEF之间保持一致。由于网元类型、网元实例众多，网络结构也越来越复杂，要通过线下确认方式保持多方配置一致的难度非常大。
　　（3）配置易出错。由于是分散配置，不同网元配置人员对配置需求的理解容易出现偏差，且不同网元产品的实现方式不同，配置参数差异大，所以很容易出现一些非预期的配置错误。传统配置方法对配置人员的要求也很高，不仅需要掌握大量的配置命令，还需要注意网元间配置的依赖关系，在面临巨大配置工作量时，出错的概率会更大。
　　PCC配置效率低会直接拖慢相关业务上线的进度，配置难度大导致不得不增加配置人员和成本，而PCC配置错误可能会直接影响用户的使用体验，如不能提供用户预期的QoS、无法正确标识业务数据流导致计费出错等，同时还会导致网络资源管理混乱，如本来网络拥塞时需要对某些业务（如大量占用带宽的P2P业务）做门控，但由于配置错误没有正确执行，导致其它大量用户的正常业务难以使用网络。
　　4 PCC规则信息模型
　　由于PCC规则配置涉及多种类型的网元，不同网元的规则表达可能不一致，为了实现PCC规则的集中化自动配置，需要有一个统一的PCC规则信息模型，使各网元使用统一的标准接收配置信息，并自动转化为网元自身的规则实现指令。
　　PCC规则包括五个部分的信息：第一部分是PCC规则基本信息；第二部分是业务流量模板信息；第三部分是策略控制规则信息；第四部分是计费控制规则信息；第五部分是PCC条件信息。一个PCC规则对应一个策略控制规则、一个计费控制规则和一个业务流量模板，而一个PCC规则可以有多个PCC条件。PCC规则信息模型如图3所示。
　　具体如下：
　　（1）PCC规则基本信息主要包括规则标识、规则名称、优先级等。多个PCC规则可以组成一个PCC规则组，PCC规则组用于PCC规则的组合管理。
　　（2）业务流量模板信息主要包括一个或多个业务数据流过滤器（Service Data Flow Filter），即包过滤器（Packet Filter），它用于选择应用PCC规则的流量。每个包过滤器包括包过滤器标识、业务类型、流标签、安全参数标识、流方向等信息，包过滤的具体内容由包过滤器内容限定，包过滤器内容信息包括源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口、网络协议等信息。
　　（3）策略控制规则信息主要包括QoS控制规则、分配保留优先级、门控规则等。其中，QoS控制规则包括QoS级别标识、上行最大请求速率、下行最大请求速率、上行保证速率、下行保证速率等；分配保留优先级包括优先级水平、先占能力标记、允许先占标记等信息；门控规则信息主要是流状态，规定对流量是否放通，主要状态包括上行放通、下行放通、上下行放通、上下行禁止。
　　（4）计费控制规则信息主要包括费率组、在线计费标记、离线计费标记、计量方法等。其中，费率组用于标记流量应采用的计费费率；在线/离线计费标记的禁用与启用表示是否要对流量进行在线/离线计费；计费方法包括按时长计费、按流量计费等方式。
　　（5）PCC条件信息包括一个或多个PCC规则执行的前提条件信息，在满足PCC条件时，PCC的相关规则才被执行，PCC条件分为位置条件、时间条件、用户条件、业务条件等，也可以扩展其它条件。
　　5 PCC规则集中配置方案
　　为避免分散配置和线下确认的传统配置方式带来的种种弊端，PCC规则可以采用集中化管理方式，将PCC规则的配置功能集中在一个功能模块中，在现有PCC架构中引入PCC规则集中配置功能模块，负责统一的配置PCC规则，并将PCC规则自动同步给各种类型的网元实体。PCC规则集中化自动配置方案如图4所示。
　　PCC规则集中配置模块具有规则配置、自动同步、规则稽核、模拟验证、网元配置和流程控制等核心功能。具体如下：
　　（1）规则配置是指集中配置PCC规则的功能，在统一的入口录入所有PCC规则的完整信息，包括PCC规则基本信息、业务流量模板信息、策略控制规则信息、计费控制规则信息、PCC条件信息等。同时，负责完成PCC规则组的配置，建立规则组与规则的群组关系。由业务需求变化导致的PCC规则变更、删除等操作都由此功能完成。
　　（2）自动同步是指将PCC规则自动同步给各种网元的功能，涉及的网元包括PCEF、PCRF、OCS、OFCS等，它根据不同类型的网元以及不同类型的PCC规则，向不同网元同步所需的信息集，如对于引用型规则，向PCRF同步PCC规则的基本信息，而向PCEF同步PCC规则的完整信息。
　　（3）规则稽核是指定期对已同步给各网元的PCC规则信息进行稽核比对的功能，包括增量稽核和全量稽核，集中配置模块定期从各网元中获取PCC规则稽核文件，对当中的PCC规则信息进行比对，发现不一致的情况应即时更正，确保各网元配置一致。
　　（4）模拟验证是指通过触发模拟LTE用户上网行为对PCC规则的执行进行验证测试，LTE用户访问相应的定向内容后，集中配置模块分别从各网元获取该用户的PCC规则执行日志，通过核对PCC规则日志的匹配情况，验证PCC规则配置的一致性。   （5）网元配置是指维护需要同步PCC规则信息的各类网元实例配置信息的功能，如网元的类型、网元的IP地址、交互认证信息等，以便当网元集群部署发生变化时，PCC规则亦能准确同步，没有遗漏。
　　（6）流程控制是指对PCC规则配置的全流程进行监控管理的功能，统一监控PCC规则录入、审核、同步、验证等各个环节，一旦出现异常能够及时告警，如同步环节异常告警等。
　　PCC规则集中化自动配置方案能够有效解决传统配置的问题。在配置效率方面，集中配置方案采用统一配置自动同步方式，避免了传统方式下在多个网元重复配置的问题，使配置工作量大幅下降，提升配置效率；在配置难度方面，不同网元配置信息得到统一维护，通过同步接口自动向各网元发布所需PCC配置信息，避免了漫长的分散配置和线下确认过程，从而降低配置难度；在配置准确性方面，集中配置方案通过统一录入、统一维护的方式避免了分散配置带来的不同理解及配置不一致的问题，并通过多种措施进一步保障规则数据的一致性，包括规则稽核、模拟验证等，可使配置出错的机会大幅下降。
　　6 结束语
　　随着LTE流量经营的不断深入，基于智能管道的产品或服务日益增多，PCC规则的配置量会大幅提升，而PCC规则配置的效率问题和准确性问题将受到关注。如果问题不能很好地解决，不但影响LTE用户体验和网络资源的合理分配，还会影响相关业务的发展进度。基于此，本文首先分析了PCC规则的配置需求以及传统PCC规则配置方法存在的问题，然后设计了PCC规则的信息模型，最后提出了PCC规则集中化自动配置的技术方案。该方案是解决现存配置问题的有效途径之一，并有助于提升PCC规则的大规模配置能力。
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