NGN中资源接纳控制接口及流程的研究_电信_NGN及软交换

NGN中资源接纳控制接口及流程的研究

黄荷仙 2007/08/27

　　摘要资源接纳控制功能的引入，是电信网可控可管理念在NGN中的一个体现。本文介绍了在ITU-T Y.2111提出的资源接纳控制功能的体系架构，并探讨了此架构下资源控制的主要功能在不同层之间接口上的实现以及具体的业务流程。

1、引言

　　ITU-T NGN的功能架构中，在业务控制层和承载传送层之间引入了承载控制层。其中资源接纳控制功能就是位于承载控制层上的一个重要功能：向业务层屏蔽传送网络的具体细节；支持业务控制与传送功能相分离；向下感知传送网络的资源使用情况；通过资源和接纳的控制，确保用户正确合理的使用传送网络资源；保证业务的QoS；防止带宽和业务盗用等。目前各标准组织对资源接纳控制相关的功能进行了不同程度、不同角度的研究，ITU-T中相关功能称为资源接纳控制功能（RACF，Resource and Admission Control Function），Tispan中相关功能称为资源接纳控制子系统（RACS，Resource and Admission Control Sub System）。两个组织R1阶段功能架构的规范都已经发布，正在进行R2阶段的研究。3GPP从移动网络的角度提出的相关功能称为策略和计费控制（PCC，Policy and charging control），已经输出了3GPP R7版本的规范3GPP TS 23.203。

　　本文在ITU-T Y.2111提出的资源接纳控制功能体系架构下，探讨了资源接纳控制功能的具体实现和流程细节。

2、功能体系架构

　　在ITU-T NGN的功能架构中，RACF位于业务控制层和承载传送层之间，根据业务应用层的请求确定传送资源的可用性、执行接纳控制，并对传送资源进行QoS控制、NAPT/防火墙控制以及NAT穿越。

　　ITU-T RACF的功能体系架构如图1所示。

图1　ITU-T RACF的功能架构

　　RACF由策略决策功能实体PD-FE和传送资源控制功能TRC-FE两个功能实体组成。PD-FE基于网络策略规则、业务控制功能SCF提供的业务信息、网络附着控制功能NACF提供的传送层签约信息，以及TRC-FE提供的资源接纳决策结果，做出网络资源接纳控制的最后决策。可以基于每个流对传送层的策略执行功能实体。PE-FE下发资源接纳控制策略。TRC-FE负责收集和维护传送网的拓扑和资源状态信息，基于拓扑、连接性、网络、节点资源的可用性以及接入网中的传送层签约信息等网络信息控制资源的使用，提供传送网络接纳控制的决策。PD-FE通过Rt参考点请求TRC-FE检测或者决定所请求的媒体流路径上的QoS资源。

3、层间接口上传递的信息

　　3.1 业务控制层和RACF之间的Rs接口

　　如图1所示，SCF通过Rs接口和RACF进行交互，传送来自业务层的用于进行QoS资源授权和预留所需要的信息，除维护和管理接口上的会话信息外，主要包括资源控制处理信息、请求提供QoS保证的媒体相关的信息、资源控制动作相关的信息以及计费关联信息。

　　资源控制处理信息提供了Rs接口上的资源控制会话相关的信息，如SCF的标识符及所属的服务提供商、用户的标识符以及地址信息、资源请求优先级、该会话所请求的资源的预留保持时间等。

　　媒体相关的信息是SCF根据用户的业务请求（如业务层的信令）得到的。每个业务层的会话里可能包含多种业务（例如话音、视频等），每个业务又可能包含多个媒体流。相应地，Rs接口上的媒体信息可能包含多种业务类型的多个数据流的描述，每种媒体用一个媒体序号标识，每个媒体流（包括上下行）用流号标识。具体包括如下信息：

　　（1）媒体序号和业务类型。

　　（2）应用业务类别。

　　（3）媒体优先级。

　　（4）具体媒体流的描述　

流的方向（上行、下行、双向）；

流号；

流的状态（上下行门控开关状态）；

流的五元组（源和目的地址、端口号、四层协议号）；

请求的最大带宽（上下行带宽分别描述）。

　　另外，SCF还可能根据需要提供以下的控制信息，如资源预留模式、动态防火墙工作模式、事件通知指示、NAT穿越指示等信息。

　　目前ITU-T的RACF架构中，在计费方面，支持简单的计费关联功能。Rs接口上提供了传送来自业务层计费关联信息和承载层的计费关联信息的能力。

　　PD-FE也需要通过Rs接口返回资源请求的结果以及原因、承载层的计费关联信息、承载层的事件通知，以及NAT/NAPT时的修改应用层信令消息的命令及地址绑定信息。

　　3.2　承载传送层和RACF之间的接口

　　如图1所示，承载传送层和RACF之间的接口有三个——Rw，Rc和Rn。PD-FE通过Rw接口在PE-FE上安装最终的接纳决策，请求进行NAT/NAPT的控制及地址绑定信息，当采用Pull方式时也通过Rw接口接受来自传送层的QoS资源请求。PE-FE是Packet-to-Packet网关，在实际的网络中可以位于用户终端设备CPE和接入网络之间、接入网和核心网之间，或者不同运营商网络之间。TRC-FE通过Rc接口收集接入网或核心网的网络拓扑和资源状态信息，TRC-FE可以和网络边界或网络中的传送功能实体进行交互，包括PE-FE、TRE-FE和其他的位于传送平面的功能实体来获取相关的信息。Rn接口是TRC-FE和TRE-FE之间的接口，具体的功能有待进一步的研究。

　　Rw接口上传递的信息主要包括资源控制处理信息、所接纳的提供QoS保证的媒体相关的信息、资源控制动作相关的信息以及计费关联信息等。

　　资源控制处理信息主要包括资源请求优先级信息，当同时有多个请求存在时，PE-FE可以使用该信息处理，该信息来源于从Rs接口上收到的指示。

　　所接纳的提供QoS保证的媒体相关信息，除了在Rs接口上收到的媒体流描述和媒体优先级信息外，还包括其他QoS参数，如CPE定制的网络业务类别、IP QoS处理类别、流量的描述（如峰值速率、可保证提供速率和最大突发量）、核心网中的路径选择信息等。PD-FE根据这些信息进行基于流的QoS控制。

　　根据Rs接口收到的资源控制动作信息，PD-FE将需要PE-FE进行处理的相关信息通过Rw接口进行透穿，如动态防火墙工作模式、事件通知指示、NAT穿越等指示信息。另外，PD-FE根据配置的策略规则确定是否需要执行近端NAPT控制，如需要，将通过Rw接口传递NAPT控制指示。

　　PD-FE通过Rw接口将来自业务层的计费关联信息传递给PE-FE。

　　PE-FE通过Rw接口返回策略执行的结果以及原因、承载层的计费关联信息、承载层的事件通知，以及NAT/NAPT的地址绑定信息。

　　当资源控制模式采用pull方式时，PE-FE通过Rw接口传递资源决策请求信息，提供如会话绑定信息或者请求QoS保证的媒体流描述。

　　Rc接口上传递的信息主要包括网络拓扑信息、资源状态信息以及传送实体上事件通知的指示。

4、控制流程

　　根据以上接口上实现的功能的分析可知，RACF的功能可以分为QoS控制和NAPT控制两个类。相应地，流程上也分为QoS控制流程和NAPT控制流程。

　　4.1　QoS控制流程

　　根据资源控制应用场景的不同，QoS控制流程可以分为SCF发起资源请求和用户驻地设备CPE发起资源请求两种情况。另外QoS资源控制涉及以下三种逻辑状态：授权、预留和接纳。在SCF发起QoS资源请求的场景下，通常采用一阶段（授权+预留+接纳）或者二阶段（授权+预留、接纳）方式进行策略的控制。在CPE发起资源请求的场景下，通常采用二阶段（授权、预留+接纳）或者三阶段（授权、预留、接纳）方式进行策略的控制。

　　（1）SCF发起的授权、预留和接纳流程

　　SCF发起QoS资源控制的授权、预留和接纳的基本流程可以描述如下。　　

触发请求

　　在业务建立过程中或由于内部操作使得SCF触发Rs接口上的资源初始请求，例如SCF收到或产生业务信令消息。　　

发送请求

　　SCF确定或从业务的媒体流信息中导出所请求的QoS参数（如带宽和业务类别），然后通过Rs接口向PD-FE发送资源初始请求消息，其中包含媒体流描述和相关QoS参数，以便进行QoS资源授权和预留。　

授权

　　PD-FE将对请求的QoS资源进行授权，PD-FE将检查请求消息中的媒体流描述、请求的QoS资源和PD-FE中的网络策略规则、从NASF获得的传送清单信息（如定制的上下行带宽、最大优先级等）是否一致。当授权和预留分开执行时，PD-FE向SCF返回授权结果。否则将继续下面的步骤。　

可用性检查

　　PD-FE确定媒体通路涉及的接入网和核心网。如果在所涉及的网络中有TRC-FE，PD-FE将向已经在PD-FE中进行注册的TRC-FE发送请求消息检查相关网络中的资源可用性。如果在所涉及的网络中有多个TRC-FE，TRC-FE之间还需要进行信息交互以便确定从网络入口边界到出口边界之间相关QoS资源的可用性，收到资源初始请求消息的TRC-FE将向PD-FE回送资源初始响应消息。　

最终决策

　　PD-FE根据和PE-FE，TRC-FE的交互结果确定最终的接纳决策，如果不接纳，PD-FE应向SCF回送资源初始响应消息，其中包含拒绝原因。　　

安装接纳决策

　　PD-FE将最终的接纳决策发送给PE-FE进行策略的安装。当预留和接纳分开时，PD-FE只请求安装接纳决策，并在收到SCF资源接纳激活请求时才发送另一个资源初始请求，控制PE-FE开门并激活之前已经设置在PE-FE中的接纳决策。当预留和接纳一起执行时，PD-FE请求PE-FE立即执行资源接纳决策。　

PE-FE安装和/或执行PD-FE发送的最终接纳决策，并向PD-FE报告执行结果。

PD-FE向SCF发送资源初始响应。

　　具体流程如图2所示。

图2　SCF发起QoS控制的授权、预留和接纳流程

　　（2）CPE发起的授权、预留和接纳流程

　　在CPE发起资源请求的场景下，经过上面第3步授权后（见图2），PD-FE将向SCF返回授权结果。随后的流程可以描述如下。　

触发请求

　　PE-FE收到来自CPE的Path-Coupled信令的触发，进行资源决策请求。　

发送请求

　　根据CPE的QoS请求，PE-FE通过Rw接口向PD-FE发送资源决策请求消息，其中携带媒体流描述和相应的QoS参数。　

通知SCF获取业务信息

　　当收到资源决策请求消息时，如果SCF之前收到过针对该流的QoS初始授权，PD-FE应向SCF发送资源操作请求消息以便获取和该流相关的业务信息。

　　之后将进行授权、可用性检查、最终决策、安装接纳决策以及回送执行结果，其操作和SCF发起资源请求的场景中3～8步一致（见图2）。

　　具体流程如图3所示。

图3　CPE发起QoS控制的授权、预留和接纳流程

　　4.2　NAPT控制和NAT穿越相关流程

　　根据NAT/NAPT功能在承载网上部署位置的不同，RACF支持近端NAPT控制和远端NAT穿越两种场景。

　　近端和远端是从运营商的角度来看的一种称呼。

　　近端NAPT设备一般设置在接入网和核心传送网的边界上和/或核心传送网与核心传送网的边界，实现不同子网和/或管理域之间隐藏网络地址传送，或者解决公共地址紧缺的问题。近端NAPT控制主要包含两方面：在实现NAPT功能的设备（即PE-FE）上进行地址绑定：根据绑定信息修改应用信令消息。

　　远端NAPT设备一般设置在企业网和用户驻地网中，用于保护其内部网络，这些NAT设备不在运营商的控制范围内，CPE位于这些NAT设备后面。从CPE发起的信令消息中关于媒体流的地址描述可能为私有地址，网络需要提供NAT穿越机制。NAT穿越主要完成：获取媒体中继的地址，分别修改到主被叫的应用信令消息，使得CPE之间的媒体流变成主被叫CPE分别和媒体中继设备之间的流。

　　NAPT控制和媒体NAT穿越的流程基本上相同，具体如下。

　　（1）触发请求

　　SCF从主叫/被叫方发送的信令消息体中提取源/目的地址和端口号信息，并将相应信息发送给PD-FE。当确定需要支持远端NAT穿越，SCF通过Rs接口请求地址绑定信息。

　　当从SCF收到源/目的地址和端口号以及其他相关信息时，PD-FE检查NAPT策略规则，确定是否调用NAPT控制程序，例如，是否需要对网络地址进行隐藏（如在接入网和核心网之间）。若需要，通过Rw接口请求NAPT绑定信息。

　　（2）如果在接入网和核心网边界或者核心网之间需要NAPT控制功能，PD-FE将根据从SCF收到的地址信息确定PE-FE，并请求PE-FE上的本地地址/端口和公网地址/端口信息。如果SCF要求支持NAT穿越，PE-FE将请求提供媒体中继的地址/端口信息。

　　（3）PE-FE产生地址绑定信息并发送给PD-FE。

　　（4）PD-FE向SCF返回该地址绑定信息，如果执行了NAPT控制，PD-FE应指示SCF进行应用层信令消息体的修改。

　　（5）SCF根据收到的绑定信息和PD-FE提供的NAPT策略决策修改业务信令消息体中的媒体地址和/或端口号信息，包括发送给被叫和主叫的信令流。

5、结束语

　　资源接纳控制功能的引入，是电信网可控可管理念在NGN中的一个体现。目前这方面还有很多问题有待进一步的研究，如各个不同组织（ITU-T，Tispan，3GPP以及3GPP2等）之间提出的功能架构的一致性、对IPTV等新业务的支持、不同运营商之间接口上传送的网络QoS信息、端到端的业务流程、功能架构中各接口功能和协议的研究等。

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