IMS域引入RACS架构研究

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本文摘自《移动通信》2011年02期。作者：冯传奋 王少波 李爱娇 付宏志 作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司

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)提出的一种基于策略的QoS架构。本文将对现有RACS架构进行分析。并在此基础上给出在IMS域引入RACS架构的方案。最后给出相关部署应用场景。

2 RACS架构

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。RAGS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人类型，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 Resou rce 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。它从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层--／层三(L2／L3)媒体流策略，完成门控、QoS标记、带宽限制等功能。

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I P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SI P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A—RACF；

(7)A—RACF通过网管在SR和交换机层进行资源的预留。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 lMS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，尽量少地影Ⅱ向现网；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。

(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Rq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问通过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、Ia接口均通
过IP承载网互联，Re接口通过CMNET互联，Rd’接口与R r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 J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

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之间以负荷分担方式工作。

(2)NASS实现方式

◆通过RADIUSB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思；

◆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功能网元互通，支持Diamete协议；

- RACF：新增e4接口，实现与NASS功能网元的互通，支持Diamete协议。

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