EPC网络中IMS业务的本地疏导实现方式探讨

未来的移动通信核心网络将采用EPC作为承载，IMS作为业务控制层架构在EPC网络上为用户提供多媒体应用。漫游的情况下可以使用本地疏导的方式对用户的媒体数据进行路由。本文讨论了支持本地疏导的EPC漫游架构；分析了用户接入网络漫游时接入实体的选择；研究了漫游用户接入业务控制层的实现方式，比较了两种实现方式的异同点；对采用本地疏导可能会遇到的问题进行了探讨，并给出一种相对可行的解决方案建议。

1  引言

在下一代无线通信网络向LTE/EPC演进的过程中，移动核心网络的演进路线比较明朗，未来的移动通信核心网络承载将采用EPC网络，IMS作为业务控制层架构在EPC网络上为用户提供多媒体应用。在这种架构下，用户在漫游时如何实现业务路由的选择，成为运营商需要考虑的一个重要问题。

为了向漫游用户提供高速率的业务，同时保证业务的实时性，漫游用户的数据和媒体流量可以通过本地疏导的方式进行路由。

本地疏导是指用户在漫游情况下使用的业务数据直接经拜访网络传送给目的地，而无需从拜访网络路由回归属网络，再经由归属网络的网关传送给目的地。本地疏导的业务由拜访地直接处理，不需要使用归属网络和拜访网络之间的路由。这种方式不但可以保证用户良好的体验，而且通过节约不同运营商网间的带宽，能够降低运营成本。

目前，3GPP在EPC系统的规范中明确要求支持本地疏导。一般情况下，本地疏导优化的是用户平面的数据。对于一些业务（例如紧急业务），控制平面的信令流量也需要通过本地疏导的方式处理。对于同一个漫游用户，还应该允许该用户的某些业务通过本地疏导的方式实现，而有些业务则不能通过本地疏导实现。

本文以EPC网络承载的IMS业务为例，通过分析漫游网络架构、漫游接入设备以及业务接入方式等问题，探讨本地疏导的实现方式。

2  支持本地疏导的EPC网络漫游架构

EPC网络的漫游架构包括归属地路由方式和本地疏导方式。归属地路由方式是指由拜访网络的S-GW接入到归属网络的P-GW，类似于现在的GPRS国际漫游处理方式，即在承载层将数据路由回归属网络，由归属网络进行后续的业务处理。本地疏导的路由方式是指拜访网络的P-GW直接接入到业务控制层，而不会通过归属网络的P-GW接入业务控制层。以IMS业务为例（见图1），漫游用户的媒体信息不需要经过归属网络的P-GW，直接由拜访网络的PDN-GW接入到IMS网络，在IMS层面接回到归属网络。

图1  EPC网络漫游架构——本地疏导方式

EPC网络支持IP流量在拜访网络的本地疏导。要实现本地疏导，拜访网络首先得知道是否可以对用户的业务进行本地疏导。使用本地疏导有两个条件限制，一个是用户允许使用本地疏导，另一个是归属网络允许使用本地疏导。如果用户和归属网络都同意使用本地疏导，则拜访网络可以将用户的媒体流量直接路由到业务控制层。用户的意愿通过用户的签约信息传递到拜访网络，归属网络的意愿通过归属网络的策略传递到拜访网络。

用户发生漫游时，首先完成一个到拜访网络附着的过程，然后通过拜访网络的MME和归属网络HSS之间的S6接口完成鉴权和位置更新过程。鉴权成功后，用户的签约信息在位置更新的过程中从归属网络的HSS发送到拜访网络的MME。位置更新过程结束后，MME中存储了用户关于是否可以进行本地疏导的相关信息；如果允许，则表示可以进行本地疏导。

归属网络的策略通过归属网络的H-PCRF和漫游网络的V-PCRF之间的S9接口进行传送，这个传送发生在会话建立的过程中。

漫游用户附着到拜访网络后，对于同一个用户的不同业务，目前可以做到的是按照不同的APN来区分是否允许本地疏导，即对用户接入到APN1的业务允许使用本地疏导，对用户接入到APN2的业务不能使用本地疏导。

3  本地疏导时漫游网络中S-GW和P-GW的选择

用户发生漫游时，由拜访网络为用户提供接入服务。为了支持本地疏导，技术方案中对拜访网络中P-GW和S-GW的选择会有不同的处理。

3.1  P-GW的选择

用户附着到拜访网络后，P-GW的选择在MME中实现。MME根据位置更新过程中从HSS中获得的信息来为UE选择P-GW。对一个签约的UE，在HSS中会保存一个APN和对该APN的指示，这个指示说明是否允许由拜访网络分配P-GW。拜访网络还需要判断UE希望接入的APN是否允许通过拜访网络访问。如果该APN允许通过拜访网络访问，同时HSS中的指示允许拜访网络分配P-GW，则拜访网络可分配P-GW。

拜访网络为用户分配P-GW时需要考虑P-GW支持的协议能力。如果用户从一个只支持GTP协议的网络漫游到一个只支持PMIP协议的网络，选择的P-GW对本地疏导的业务需要支持PMIP协议，而接入归属地业务时要使用GTP协议；同样的，如果用户从一个只支持PMIP协议的网络漫游到一个只支持GTP协议的网络，选择的P-GW对本地疏导的业务需要支持GTP协议，而接入归属地业务时需要使用PMIP协议。

3.2  S-GW的选择

S-GW的选择也在MME中实现。对S-GW的选择，主要的考虑因素是对不同协议的支持能力。如果用户从一个只支持GTP协议的网络漫游到只支持PMIP协议的网络，或者从一个只支持PMIP协议的网络漫游到只支持GTP协议的网络，为这个UE选择的S-GW需要同时支持GTP和PMIP，以便为这个UE同时建立本地疏导和归属地会话业务。

4  本地疏导时用户接入业务控制层的方案

拜访网络从归属网络获得了允许用户本地疏导的信息，网络选择了为用户服务的S-GW和P-GW，用户可以附着到拜访网络；附着到网络后，用户会接入业务控制层。以IMS业务为例，接入到业务控制层首先要找到IMS网络的入口点P-CSCF；根据P-CSCF所属网络的不同，漫游用户在本地疏导的情况下接入业务控制层的方式可以分为P-CSCF在拜访网络和P-CSCF在归属网络两种。

4.1  方案一：P-CSCF在拜访网络

这种解决方案中，承载网络的P-GW和IMS网络的入口点P-CSCF都属于拜访网络。

图2  本地疏导——P-CSCF在拜访网络

如图2所示，UE接入拜访网络，拜访网络的S-GW和P-GW为用户提供接入服务。UE从为它服务的P-GW获得一个IP地址。UE接入拜访网络之后，P-GW找到位于拜访网络的IMS入口点P-CSCF。UE随后完成IMS的注册。

图3  本地疏导——P-CSCF在归属网络

当UE发起一个SIP会话时，INVITE请求会通过P-CSCF路由到归属网络的S-CSCF，该用户的IP地址信息会在SDP信息中传给对方，作为接收媒体的地址。另一端用户接收到请求之后会将自己的IP地址回传，作为收发媒体的地址。在会话建立的过程中，归属网络的H-PCRF会向漫游网络的V-PCRF提供策略信息，其中包括是否允许本地疏导的策略以及对哪些业务允许本地疏导的策略，V-PCRF将这些动态的策略信息配置到P-GW中。会话建立后，媒体信息将通过拜访网络的P-GW进行传送，而不再通过归属网络传递。

4.2  方案二：P-CSCF在归属网络

这种解决方案中，UE使用承载网络的P-GW接入到归属IMS网络；P-CSCF作为IMS网络的入口点位于归属网络。

如图3所示，UE接入拜访网络，拜访网络中的S-GW和P-GW为用户提供接入服务。UE从为它服务的P-GW获得一个IP地址。UE接入拜访网络之后，P-GW找到位于归属网络的IMS入口点P-CSCF。UE随后完成IMS的注册。

当UE发起一个SIP会话时，INVITE请求会通过拜访网络的P-GW路由到归属网络的P-CSCF；P-CSCF进一步将路由接续到归属网络的S-CSCF，该用户的IP地址信息会在SDP信息中传给对方，作为接收媒体的地址。另一端用户接收到请求之后会将自己的IP地址回传，作为收发媒体的地址。基于会话发起过程中获得的IP地址信息，H-PCRF通过S9接口向V-PCRF提供归属网络的策略，其中包括是否允许本地疏导的策略以及对哪些业务允许本地策略。V-PCRF将这些策略进一步提供给漫游网络的P-GW。会话建立后，媒体信息将通过拜访网络的P-GW进行传送，而不再通过归属网络的P-GW传递。

4.3  两种方案的比较

两种方案的共同点在于都采用拜访网络的承载接入到IMS网络，都是由拜访网络为终端分配一个IP地址，这种情况下承载可以采用最优化的路由进行传送。

两种方案的差别主要体现在IMS网络的入口点在拜访网络还是在归属网络，以及策略和计费的实现差异方面。

通过拜访网络的P-CSCF接入IMS网络必然要求拜访网络支持IMS功能。这种方案中，V-PCRF，P-GW（PCC系统的PCEF）以及IMS网络的入口点P-CSCF（PCC系统的AF）都在拜访网络。一般情况下，H-PCRF主要完成对用户PCC接入的授权以及将归属网络的策略信息传送给V-PCRF。除非归属网络和漫游网络在漫游协议中明确要求V-PCRF将承载层的会话建立信息上传到H-PCRF，否则一般情况下用户在会话建立过程中的策略控制和QoS映射以及会话建立之后承载事件的上报等处理都由V-PCRF来完成。因此，当P-CSCF在拜访网络时，对用户的策略控制和基于流的计费主要在拜访网络完成。当然，在归属网络明确要求的情况下，也可以通过S9接口将整个过程回传，由归属网络完成控制，虽然这种方式不是技术最优，但也不失为一种可以考虑的方式。

通过归属网络的P-CSCF接入IMS网络的情况下，对拜访网络没有支持IMS能力的要求。这种方案中，IMS网络的入口点P-CSCF和H-PCRF位于归属网络，V-PCRF和P-GW位于拜访网络。用户建立会话的过程会由V-PCRF通过S9接口传送到H-PCRF，用户业务控制层的信息则由AF在归属网络传送给H-PCRF。用户在业务使用过程中，业务控制层的QoS变化由H-PCRF经过V-PCRF通知到P-GW，承载的状态变化由H-CSCF上报给AF。H-PCRF接受来自V-PCRF的承载状态变化信息、接受来自AF的完成策略的生成和QoS的映射，并将结果经过V-PCRF通知到P-GW。策略和计费的控制主要由归属网络的H-PCRF完成。

5  结束语

3GPP在定义EPC网络技术规范以及PCC系统的技术规范中考虑了本地疏导的场景。本地疏导的情况下，用户的媒体数据可以通过优化的路由进行传递，但是优化的路由一定程度上会增加管理和计费的复杂度。这是需要进一步研究的问题。

不同运营商国际漫游的协议包括计费和结算的内容。目前的模式是基于一种假设：媒体流和信令流的路由相同，都接回到归属网络；依据双方网络产生的CDR来进行计费和结算。实现本地疏导后，对于信令通过接回到归属网络实现，数据流通过拜访网络实现，这种情况下计费和结算的关联是需要考虑的问题。

本地疏导的情况下还需要考虑在线和离线计费系统的部署问题，需要明确计费系统在拜访网络实现还是在归属网络实现的问题。

一种可行的方式是，对于运营商内部省间的漫游可以采用P-CSCF在拜访网络的方式进行处理，这种情况下策略控制在拜访网络完成，计费可以由拜访网络和归属网络共同参与完成；对于运营商之间的漫游可以采用P-CSCF在归属网络的方式进行处理，这种情况下计费和策略控制在归属网络完成。

漫游的计费和策略控制在实施过程中是一个相对复杂的问题，是一个值得深入研究和探讨的课题。作为一种折中的方式，可以采用相对优化的路由方式，一方面降低管理的复杂度，同时也可以做到承载资源的节省。