EPC網(wǎng)絡(luò)中IMS業(yè)務(wù)的本地疏導(dǎo)實現(xiàn)方式探討

未來的移動通信核心網(wǎng)絡(luò)將采用EPC作為承載，IMS作為業(yè)務(wù)控制層架構(gòu)在EPC網(wǎng)絡(luò)上為用戶提供多媒體應(yīng)用。漫游的情況下可以使用本地疏導(dǎo)的方式對用戶的媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行路由。本文討論了支持本地疏導(dǎo)的EPC漫游架構(gòu)；分析了用戶接入網(wǎng)絡(luò)漫游時接入實體的選擇；研究了漫游用戶接入業(yè)務(wù)控制層的實現(xiàn)方式，比較了兩種實現(xiàn)方式的異同點；對采用本地疏導(dǎo)可能會遇到的問題進(jìn)行了探討，并給出一種相對可行的解決方案建議。

1  引言

在下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)向LTE/EPC演進(jìn)的過程中，移動核心網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)路線比較明朗，未來的移動通信核心網(wǎng)絡(luò)承載將采用EPC網(wǎng)絡(luò)，IMS作為業(yè)務(wù)控制層架構(gòu)在EPC網(wǎng)絡(luò)上為用戶提供多媒體應(yīng)用。在這種架構(gòu)下，用戶在漫游時如何實現(xiàn)業(yè)務(wù)路由的選擇，成為運營商需要考慮的一個重要問題。

為了向漫游用戶提供高速率的業(yè)務(wù)，同時保證業(yè)務(wù)的實時性，漫游用戶的數(shù)據(jù)和媒體流量可以通過本地疏導(dǎo)的方式進(jìn)行路由。

本地疏導(dǎo)是指用戶在漫游情況下使用的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)直接經(jīng)拜訪網(wǎng)絡(luò)傳送給目的地，而無需從拜訪網(wǎng)絡(luò)路由回歸屬網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)由歸屬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)傳送給目的地。本地疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)由拜訪地直接處理，不需要使用歸屬網(wǎng)絡(luò)和拜訪網(wǎng)絡(luò)之間的路由。這種方式不但可以保證用戶良好的體驗，而且通過節(jié)約不同運營商網(wǎng)間的帶寬，能夠降低運營成本。

目前，3GPP在EPC系統(tǒng)的規(guī)范中明確要求支持本地疏導(dǎo)。一般情況下，本地疏導(dǎo)優(yōu)化的是用戶平面的數(shù)據(jù)。對于一些業(yè)務(wù)（例如緊急業(yè)務(wù)），控制平面的信令流量也需要通過本地疏導(dǎo)的方式處理。對于同一個漫游用戶，還應(yīng)該允許該用戶的某些業(yè)務(wù)通過本地疏導(dǎo)的方式實現(xiàn)，而有些業(yè)務(wù)則不能通過本地疏導(dǎo)實現(xiàn)。

本文以EPC網(wǎng)絡(luò)承載的IMS業(yè)務(wù)為例，通過分析漫游網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、漫游接入設(shè)備以及業(yè)務(wù)接入方式等問題，探討本地疏導(dǎo)的實現(xiàn)方式。

2  支持本地疏導(dǎo)的EPC網(wǎng)絡(luò)漫游架構(gòu)

EPC網(wǎng)絡(luò)的漫游架構(gòu)包括歸屬地路由方式和本地疏導(dǎo)方式。歸屬地路由方式是指由拜訪網(wǎng)絡(luò)的S-GW接入到歸屬網(wǎng)絡(luò)的P-GW，類似于現(xiàn)在的GPRS國際漫游處理方式，即在承載層將數(shù)據(jù)路由回歸屬網(wǎng)絡(luò)，由歸屬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行后續(xù)的業(yè)務(wù)處理。本地疏導(dǎo)的路由方式是指拜訪網(wǎng)絡(luò)的P-GW直接接入到業(yè)務(wù)控制層，而不會通過歸屬網(wǎng)絡(luò)的P-GW接入業(yè)務(wù)控制層。以IMS業(yè)務(wù)為例（見圖1），漫游用戶的媒體信息不需要經(jīng)過歸屬網(wǎng)絡(luò)的P-GW，直接由拜訪網(wǎng)絡(luò)的PDN-GW接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，在IMS層面接回到歸屬網(wǎng)絡(luò)。

圖1  EPC網(wǎng)絡(luò)漫游架構(gòu)——本地疏導(dǎo)方式

EPC網(wǎng)絡(luò)支持IP流量在拜訪網(wǎng)絡(luò)的本地疏導(dǎo)。要實現(xiàn)本地疏導(dǎo)，拜訪網(wǎng)絡(luò)首先得知道是否可以對用戶的業(yè)務(wù)進(jìn)行本地疏導(dǎo)。使用本地疏導(dǎo)有兩個條件限制，一個是用戶允許使用本地疏導(dǎo)，另一個是歸屬網(wǎng)絡(luò)允許使用本地疏導(dǎo)。如果用戶和歸屬網(wǎng)絡(luò)都同意使用本地疏導(dǎo)，則拜訪網(wǎng)絡(luò)可以將用戶的媒體流量直接路由到業(yè)務(wù)控制層。用戶的意愿通過用戶的簽約信息傳遞到拜訪網(wǎng)絡(luò)，歸屬網(wǎng)絡(luò)的意愿通過歸屬網(wǎng)絡(luò)的策略傳遞到拜訪網(wǎng)絡(luò)。

用戶發(fā)生漫游時，首先完成一個到拜訪網(wǎng)絡(luò)附著的過程，然后通過拜訪網(wǎng)絡(luò)的MME和歸屬網(wǎng)絡(luò)HSS之間的S6接口完成鑒權(quán)和位置更新過程。鑒權(quán)成功后，用戶的簽約信息在位置更新的過程中從歸屬網(wǎng)絡(luò)的HSS發(fā)送到拜訪網(wǎng)絡(luò)的MME。位置更新過程結(jié)束后，MME中存儲了用戶關(guān)于是否可以進(jìn)行本地疏導(dǎo)的相關(guān)信息；如果允許，則表示可以進(jìn)行本地疏導(dǎo)。

歸屬網(wǎng)絡(luò)的策略通過歸屬網(wǎng)絡(luò)的H-PCRF和漫游網(wǎng)絡(luò)的V-PCRF之間的S9接口進(jìn)行傳送，這個傳送發(fā)生在會話建立的過程中。

漫游用戶附著到拜訪網(wǎng)絡(luò)后，對于同一個用戶的不同業(yè)務(wù)，目前可以做到的是按照不同的APN來區(qū)分是否允許本地疏導(dǎo)，即對用戶接入到APN1的業(yè)務(wù)允許使用本地疏導(dǎo)，對用戶接入到APN2的業(yè)務(wù)不能使用本地疏導(dǎo)。

3  本地疏導(dǎo)時漫游網(wǎng)絡(luò)中S-GW和P-GW的選擇

用戶發(fā)生漫游時，由拜訪網(wǎng)絡(luò)為用戶提供接入服務(wù)。為了支持本地疏導(dǎo)，技術(shù)方案中對拜訪網(wǎng)絡(luò)中P-GW和S-GW的選擇會有不同的處理。

3.1  P-GW的選擇

用戶附著到拜訪網(wǎng)絡(luò)后，P-GW的選擇在MME中實現(xiàn)。MME根據(jù)位置更新過程中從HSS中獲得的信息來為UE選擇P-GW。對一個簽約的UE，在HSS中會保存一個APN和對該APN的指示，這個指示說明是否允許由拜訪網(wǎng)絡(luò)分配P-GW。拜訪網(wǎng)絡(luò)還需要判斷UE希望接入的APN是否允許通過拜訪網(wǎng)絡(luò)訪問。如果該APN允許通過拜訪網(wǎng)絡(luò)訪問，同時HSS中的指示允許拜訪網(wǎng)絡(luò)分配P-GW，則拜訪網(wǎng)絡(luò)可分配P-GW。

拜訪網(wǎng)絡(luò)為用戶分配P-GW時需要考慮P-GW支持的協(xié)議能力。如果用戶從一個只支持GTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)漫游到一個只支持PMIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，選擇的P-GW對本地疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)需要支持PMIP協(xié)議，而接入歸屬地業(yè)務(wù)時要使用GTP協(xié)議；同樣的，如果用戶從一個只支持PMIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)漫游到一個只支持GTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，選擇的P-GW對本地疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)需要支持GTP協(xié)議，而接入歸屬地業(yè)務(wù)時需要使用PMIP協(xié)議。

3.2  S-GW的選擇

S-GW的選擇也在MME中實現(xiàn)。對S-GW的選擇，主要的考慮因素是對不同協(xié)議的支持能力。如果用戶從一個只支持GTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)漫游到只支持PMIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，或者從一個只支持PMIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)漫游到只支持GTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，為這個UE選擇的S-GW需要同時支持GTP和PMIP，以便為這個UE同時建立本地疏導(dǎo)和歸屬地會話業(yè)務(wù)。

4  本地疏導(dǎo)時用戶接入業(yè)務(wù)控制層的方案

拜訪網(wǎng)絡(luò)從歸屬網(wǎng)絡(luò)獲得了允許用戶本地疏導(dǎo)的信息，網(wǎng)絡(luò)選擇了為用戶服務(wù)的S-GW和P-GW，用戶可以附著到拜訪網(wǎng)絡(luò)；附著到網(wǎng)絡(luò)后，用戶會接入業(yè)務(wù)控制層。以IMS業(yè)務(wù)為例，接入到業(yè)務(wù)控制層首先要找到IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點P-CSCF；根據(jù)P-CSCF所屬網(wǎng)絡(luò)的不同，漫游用戶在本地疏導(dǎo)的情況下接入業(yè)務(wù)控制層的方式可以分為P-CSCF在拜訪網(wǎng)絡(luò)和P-CSCF在歸屬網(wǎng)絡(luò)兩種。

4.1  方案一：P-CSCF在拜訪網(wǎng)絡(luò)

這種解決方案中，承載網(wǎng)絡(luò)的P-GW和IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點P-CSCF都屬于拜訪網(wǎng)絡(luò)。

圖2  本地疏導(dǎo)——P-CSCF在拜訪網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，UE接入拜訪網(wǎng)絡(luò)，拜訪網(wǎng)絡(luò)的S-GW和P-GW為用戶提供接入服務(wù)。UE從為它服務(wù)的P-GW獲得一個IP地址。UE接入拜訪網(wǎng)絡(luò)之后，P-GW找到位于拜訪網(wǎng)絡(luò)的IMS入口點P-CSCF。UE隨后完成IMS的注冊。

圖3  本地疏導(dǎo)——P-CSCF在歸屬網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)UE發(fā)起一個SIP會話時，INVITE請求會通過P-CSCF路由到歸屬網(wǎng)絡(luò)的S-CSCF，該用戶的IP地址信息會在SDP信息中傳給對方，作為接收媒體的地址。另一端用戶接收到請求之后會將自己的IP地址回傳，作為收發(fā)媒體的地址。在會話建立的過程中，歸屬網(wǎng)絡(luò)的H-PCRF會向漫游網(wǎng)絡(luò)的V-PCRF提供策略信息，其中包括是否允許本地疏導(dǎo)的策略以及對哪些業(yè)務(wù)允許本地疏導(dǎo)的策略，V-PCRF將這些動態(tài)的策略信息配置到P-GW中。會話建立后，媒體信息將通過拜訪網(wǎng)絡(luò)的P-GW進(jìn)行傳送，而不再通過歸屬網(wǎng)絡(luò)傳遞。

4.2  方案二：P-CSCF在歸屬網(wǎng)絡(luò)

這種解決方案中，UE使用承載網(wǎng)絡(luò)的P-GW接入到歸屬IMS網(wǎng)絡(luò)；P-CSCF作為IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點位于歸屬網(wǎng)絡(luò)。

如圖3所示，UE接入拜訪網(wǎng)絡(luò)，拜訪網(wǎng)絡(luò)中的S-GW和P-GW為用戶提供接入服務(wù)。UE從為它服務(wù)的P-GW獲得一個IP地址。UE接入拜訪網(wǎng)絡(luò)之后，P-GW找到位于歸屬網(wǎng)絡(luò)的IMS入口點P-CSCF。UE隨后完成IMS的注冊。

當(dāng)UE發(fā)起一個SIP會話時，INVITE請求會通過拜訪網(wǎng)絡(luò)的P-GW路由到歸屬網(wǎng)絡(luò)的P-CSCF；P-CSCF進(jìn)一步將路由接續(xù)到歸屬網(wǎng)絡(luò)的S-CSCF，該用戶的IP地址信息會在SDP信息中傳給對方，作為接收媒體的地址。另一端用戶接收到請求之后會將自己的IP地址回傳，作為收發(fā)媒體的地址�；�于會話發(fā)起過程中獲得的IP地址信息，H-PCRF通過S9接口向V-PCRF提供歸屬網(wǎng)絡(luò)的策略，其中包括是否允許本地疏導(dǎo)的策略以及對哪些業(yè)務(wù)允許本地策略。V-PCRF將這些策略進(jìn)一步提供給漫游網(wǎng)絡(luò)的P-GW。會話建立后，媒體信息將通過拜訪網(wǎng)絡(luò)的P-GW進(jìn)行傳送，而不再通過歸屬網(wǎng)絡(luò)的P-GW傳遞。

4.3  兩種方案的比較

兩種方案的共同點在于都采用拜訪網(wǎng)絡(luò)的承載接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，都是由拜訪網(wǎng)絡(luò)為終端分配一個IP地址，這種情況下承載可以采用最優(yōu)化的路由進(jìn)行傳送。

兩種方案的差別主要體現(xiàn)在IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點在拜訪網(wǎng)絡(luò)還是在歸屬網(wǎng)絡(luò)，以及策略和計費的實現(xiàn)差異方面。

通過拜訪網(wǎng)絡(luò)的P-CSCF接入IMS網(wǎng)絡(luò)必然要求拜訪網(wǎng)絡(luò)支持IMS功能。這種方案中，V-PCRF，P-GW（PCC系統(tǒng)的PCEF）以及IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點P-CSCF（PCC系統(tǒng)的AF）都在拜訪網(wǎng)絡(luò)。一般情況下，H-PCRF主要完成對用戶PCC接入的授權(quán)以及將歸屬網(wǎng)絡(luò)的策略信息傳送給V-PCRF。除非歸屬網(wǎng)絡(luò)和漫游網(wǎng)絡(luò)在漫游協(xié)議中明確要求V-PCRF將承載層的會話建立信息上傳到H-PCRF，否則一般情況下用戶在會話建立過程中的策略控制和QoS映射以及會話建立之后承載事件的上報等處理都由V-PCRF來完成。因此，當(dāng)P-CSCF在拜訪網(wǎng)絡(luò)時，對用戶的策略控制和基于流的計費主要在拜訪網(wǎng)絡(luò)完成。當(dāng)然，在歸屬網(wǎng)絡(luò)明確要求的情況下，也可以通過S9接口將整個過程回傳，由歸屬網(wǎng)絡(luò)完成控制，雖然這種方式不是技術(shù)最優(yōu)，但也不失為一種可以考慮的方式。

通過歸屬網(wǎng)絡(luò)的P-CSCF接入IMS網(wǎng)絡(luò)的情況下，對拜訪網(wǎng)絡(luò)沒有支持IMS能力的要求。這種方案中，IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點P-CSCF和H-PCRF位于歸屬網(wǎng)絡(luò)，V-PCRF和P-GW位于拜訪網(wǎng)絡(luò)。用戶建立會話的過程會由V-PCRF通過S9接口傳送到H-PCRF，用戶業(yè)務(wù)控制層的信息則由AF在歸屬網(wǎng)絡(luò)傳送給H-PCRF。用戶在業(yè)務(wù)使用過程中，業(yè)務(wù)控制層的QoS變化由H-PCRF經(jīng)過V-PCRF通知到P-GW，承載的狀態(tài)變化由H-CSCF上報給AF。H-PCRF接受來自V-PCRF的承載狀態(tài)變化信息、接受來自AF的完成策略的生成和QoS的映射，并將結(jié)果經(jīng)過V-PCRF通知到P-GW。策略和計費的控制主要由歸屬網(wǎng)絡(luò)的H-PCRF完成。

5  結(jié)束語

3GPP在定義EPC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范以及PCC系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范中考慮了本地疏導(dǎo)的場景。本地疏導(dǎo)的情況下，用戶的媒體數(shù)據(jù)可以通過優(yōu)化的路由進(jìn)行傳遞，但是優(yōu)化的路由一定程度上會增加管理和計費的復(fù)雜度。這是需要進(jìn)一步研究的問題。

不同運營商國際漫游的協(xié)議包括計費和結(jié)算的內(nèi)容。目前的模式是基于一種假設(shè)：媒體流和信令流的路由相同，都接回到歸屬網(wǎng)絡(luò)；依據(jù)雙方網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的CDR來進(jìn)行計費和結(jié)算。實現(xiàn)本地疏導(dǎo)后，對于信令通過接回到歸屬網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，數(shù)據(jù)流通過拜訪網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，這種情況下計費和結(jié)算的關(guān)聯(lián)是需要考慮的問題。

本地疏導(dǎo)的情況下還需要考慮在線和離線計費系統(tǒng)的部署問題，需要明確計費系統(tǒng)在拜訪網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)還是在歸屬網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的問題。

一種可行的方式是，對于運營商內(nèi)部省間的漫游可以采用P-CSCF在拜訪網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行處理，這種情況下策略控制在拜訪網(wǎng)絡(luò)完成，計費可以由拜訪網(wǎng)絡(luò)和歸屬網(wǎng)絡(luò)共同參與完成；對于運營商之間的漫游可以采用P-CSCF在歸屬網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行處理，這種情況下計費和策略控制在歸屬網(wǎng)絡(luò)完成。

漫游的計費和策略控制在實施過程中是一個相對復(fù)雜的問題，是一個值得深入研究和探討的課題。作為一種折中的方式，可以采用相對優(yōu)化的路由方式，一方面降低管理的復(fù)雜度，同時也可以做到承載資源的節(jié)省。