IMS网络计费方案的研究

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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《广播与电视技术》2012年02期。

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【作者】 李婷婷; 白鹤; 李培琳; 崔竞飞;

【作者单位】 国家广电总局广播科学研究院;

【关键词】 IMS; IP多媒体子系统; 计费; 广播电视网络;

【摘要】 本文介绍了3GPP国际标准定义中IMS(IP Multimedia Subsystem)计费系统的基本体系架构和原理,最后基于广播电视网络的融合趋势,结合IMS计费系统的结构,讨论未来广电系统适用的一种融合的计费系统体系架构。

0 引言

IMS（IP Multimedia Subsystem）是由国际移动通信标准化组织3GPP（3rd Generation Partnership Projection）在3G R5标准后新定义的一个基于IP传输的核心网子系统。

IMS网络采用的系统架构具有业务、承载、控制、接入相互分离的特点，并可以提供一个通用平台用于同时支持多种固定和移动的终端接入方式，从而完全实现固定宽带网络和移动网络相互融合的目的。目前正处于在固定网络与移动网络融合的发展趋势下，许多运营商将IMS网络确定为未来通信系统的重要组成部分。

3GPP在TS 32.240中定义了网络核心系统的计费架构和原理，将计费方式划分为离线计费和在线计费两种，可以根据运营商计费策略、业务种类等选择不同的计费方式。本文将根据IMS网络整体架构、计费方式和广播电视网络计费现况和发展趋势，对未来融合的广电系统中的计费结构进行讨论。

1 IMS计费系统结构

对于任何网络运营商和内容提供商来说，一个可运营的商用网络需要具备对用户提供服务的能力，同时必须具备对用户计费的能力。根据3GPP在3GR5标准中对IMS的定义，将IMS网络计费系统划分为离线计费和在线计费两种计费方式，并在3GPP TS 32.240中对IMS网络离线计费、在线计费分别做出具体说明和描述。

根据标准，离线计费方式是在用户发生消费事件后，根据用户的计费数据记录（CDR，ChargingDataRecord）进行计费，采用“先服务、再计费”的方式，因此离线计费不会实时的影响对用户服务的提供。在线计费方式是根据用户目前所发生的计费事件进行实时计费，在线计费通过与会话和服务控制服务器相互配合，可以达到对用户服务提供的实时控制。

1. 离线计费系统结构

IMS网络中离线计费系统包括IMS网元中AS（应用服务器）、MRFC（媒体资源功能控制器）、I-CSCF（问询会话控制功能）、S-CSCF（服务会话控制功能）、P-CSCF（代理会话控制功能）、BGCF（出域网关控制功能）、MGCF（媒体网关控制功能）所嵌入的计费触发功能（CTF，Charging Trigger Function）模块，计费数据功能（CDF，Charging Data Function），计费网关功能（CGF，Charging Gateway Function），以及数据域（PS域）中GGSN、SGSN四个部分组成。IMS离线计费系统的计费结构如图1所示。

IMS网络采用离线计费的计费方法时，若系统对用户提供服务，IMS网络中的AS、MRFC、I-CSCF、S-CSCF、P-CSCF \BGCF、MGCF网元将会收到不同的消息；如收到的各消息中有含有满足触发条件的消息，通过各网元中所嵌入的计费触发（CTF）功能模块可以生成记账请求（ACR Accounting-Request），通过Rf接口发送到数据采集功能（CDF）中；收到ACR的CDF打开一个属于该网元的计费数据记录（CDR），再将这些网元的CDR发送到CGF中，经过整理得到用户最终的CDR，并发送到记账系统（BS，Billing System）。同时，数据域（PS域）中的SGSN和GGSN存有来自分组交互的ACR信息，和IMS网元与CDF交互的过程相同，将PS域中的ACR发送到CDF中得到CDR信息。记账系统（BS）通过采集IMS子系统和数据域（PS域）交互部分的CDR，最终可以完成对该用户的计费过程（图2）。

2. 在线计费系统结构

IMS网络中在线计费系统包括IMS网元中AS（应用服务器）、MRFC（媒体资源功能控制器）、S-CSCF（服务会话控制功能），所嵌入的计费触发功能（CTF，Charging Trigger Function））模块，IMS网关功能（IMS-GWF，IMS Gateway Function），在线计费系统（OSC，Online Charging System），以及数据域（PS域）中SGSN四个部分组成。由于S-CSCF不支持在线计费的触发功能因此必须通过另一个网络实体IMS网关功能（IMS-GWF）进行消息的计费触发，因此相对于计费系统（OSC）来说可以将IMS-GWF作为S-CSCF的计费触发功能（CTF）模块。IMS在线计费系统的计构如图3所示。

IMS网络采用在线计费的计费方法时，若用户请求一个服务，并且在网络资源被允许使用之前系统进行计费。IMS子系统中的AS、MRFC、S-CSCF网元将会收到不同的消息；如收到的各消息中含有满足触发条件的消息，AS、MRFC通过所嵌入的计费触发（CTF）功能模块、S-CSCF通过IMS网关功能（IMS-GWF）可以直接向OSC发起单元预留请求；如用户账户中余额足够，那么OSC将预留申请的单元；预留成功后OSC向CTF和IMS-GWF发送信用控制应答（CCA，Credit-Control-Answer）消息对申请业务进行授权；CTF和IMS-GWF实时更新用户预留付费的使用情况，服务期间如需要重新预留付费或者进行后续付费则重复上述步骤；如果最终余额不足或者服务结束，CTF，和IMS-GWF发送信用控制请求（CCR，Credit-Control-Request）：消息结束信用控制，并报告费用使用情况；OSC最后扣除用户账户中应付的预留费用并返回没有用完的预留费用；OSC最终发送CCA来信用控制确认结束（图4）。

2 未来融合网络计费方案探讨

现阶段，由于技术上和业务发展的限制，导致了很多运营商仅将用户简单地划分为预付费用户和后付费用户，并分别由两套独立系统进行管理。目前广电部门进行业务计费主要采用固定价格包月（包年）制，该计费方式广泛应用于广播电视类和宽带数据接入类业务。包月（包年）制是在每月（每年）的计费日从用户的账户中扣除下一月（下一年）所需费用，如果账户余额足够支付当次费用，在扣除费用后计费系统对该名用户进行下一月（下一年）业务授权，授权后用户可在下一个计费段内享受该项业务；如果账户余额不足以支付当次需扣除费用，那么系统不对该用户进行业务授权，在下一个计费段内不可以享受该项业务。该计费方案计算简单、业务部署方便、统计便捷，在目前不需要强调资源调度以及内容和流量差异的广播类业务类型中相对比较适用。但在三网融合的背景下，网络融合催生了新型业务的不断涌现，市场竞争日益激烈，广电行业现有的单一计费方式和计费系统不能很好的满足业务运营和用户需求多方面的需要。

IMS体系结构在广电网络中，须针对网络情况对其主要结构进行一定程度上的调整。下面对广电网络进行分析。首先从网络结构上，广电网络由国家级、省级干线网、市一级骨干网、分配网和接入网络组成，是天然的高安全性、高带宽的有线网络；从业务类型上看，广电行业媒体资源丰富，因此未来的新增业务围绕媒体资源优势展开，同时开展其他增值业务。经过对广电网络结构、业务和今后发展趋势的分析，在整体采用IMS体系的前提下，结合IMS网络计费策略和构架，对不适用于广电网络的计费信息或重复计费的部分进行一定的简化，提出一种符合今后广电网络发展趋势的计费系统模型，如图5所示。

本计费结构与IMS计费结构相比同样支持离线计费和在线计费两种计费方式。其中通过AS触发生成的ACR消息包含系统对用户进行服务的业务信息，因此可以对用户业务的使用进行计费；P-CSCF是用户接入IMS网络的第一站，通过其生成的ACR消息中包含用户接入IMS网络的用户信息，因此可以对用户的漫游进行计费；MGCF完成IMS与电路交换域（CS域）、PSTN通信中的信令转换功能，通过其生成的ACR消息包含IMS与CS域、PSTN进行通信的消息；GGSN和SGSN生成的ACR消息包含用户在PS域中的计费信息。因此离线计费保留AS、P-CSCF、MGCF，以及PS域中的GGSN、SGSN，在线计费保留AS、P-CSCF，以及数据域（PS域）中的SGSN。此计费结构对计费消息中重复的部分进行了简化，同时保留了不同业务所需的计费信息.用该方式进行计费系统的简化即可以降低系统的复杂度，又可以降低设备和今后运营维护的成本。

3 总结

广播电视网络正逐渐向跨平台、跨终端、固定宽带网与移动网络相融合的新型网络结构进行转变。同时，不断发展的交易类业务和第三方SP提供的增值类业务更加强调资源的合理配置、内容以及流量的差异，因此对运营商的计费系统提出了更高的计费需求。在采用IMS网络结构的设想下，根据IMS网络计费方式的整体结构，综合广电网络开展新型业务的需求，对计费信息重复或不适用于广电网络的结构进行简化，提出适用于广电网络发展趋势的计费系统模型，达到提高收费灵活度、科学管理、提高市场竞争力的目的。