CN1829145A - 一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用策略决策功能模块(PDF)控制通信服务质量的方法，该方法是：用户设备(UE)发送服务请求消息给应用功能模块(AF)；应用功能模块产生一个授权标志(AT)，并通过Gq接口发送携带AT的鉴权授权请求消息给PDF；PDF存储AT，并通过Gq接口返回携带AT的鉴权授权响应消息给AF；UE发送一个IP分组消息到网关GPRS支持节点(GGSN)；GGSN产生与上述AT完全相同的AT，通过Go接口发送携带该AT的请求消息给PDF；PDF将收到的两个AT进行比较，如果相同，则通知GGSN该用户鉴权成功，使用该业务所需的服务质量。本发明无需次PDP上下文仍然可以实现用PDF提供的QoS控制。

Description

一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，尤其是在第三代移动通信网络中使用策略决策功能模块控制服务质量的方法。
(二)背景技术
目前，通信环境已经从简单的电报电话通信扩展到包括语音、数据和多媒体通信在内的多元化通信。运营商普遍的解决方案是一个业务对应一个业务网络，因此形成了多个业务网络并存的局面。而网络融合的目的正是为了在一个统一的网络上进行各种信息的通信，有利于实现用户在享受多种通信服务时的“统一体验”。目前业界比较关注的融合包括电信网与互联网的融合、移动网与固定网的融合等。其中，第三代移动通信标准协作项目组织(3rd GenerationPartnership Project；3GPP)在Release5(R5)版本提出的基于IP的多媒体子***(IP MultimediaSubsystem；IMS)技术为基于IP的移动和固定通信融合提供了基础，并被业界认为是网络演进的一个重要阶段。
IMS的核心特点是采用会话初始协议(Session Initiation Protocol；SIP)和与接入的无关性。目前，IMS支持2.5G和3G的通用无线分组业务(General Packet Radio Service；GPRS)移动接入方式，同时IMS融入到下一代网络(Next Generation Network；NGN)中以支持固定接入方式。在网络融合的发展趋势下，3GPP、欧洲电信标准化组织(EuropeanTelecommunications Standards Institute；ETSI)和国际电信联盟电信标准化部门(InternationalTelecommunication Union-Telecommunication；ITU-T)都在研究基于IMS的网络融合方案，目的是使IMS成为基于SIP会话的通用平台，同时支持固定、移动和无线局域网(WirelessLocal Area Network；WLAN)等的多种接入方式，实现固定网和移动网的融合。
第三代移动通信***核心网按垂直方向从上往下依次包括应用层、控制层、传输层和接入层。应用层负责在呼叫建立的基础上提供各种增值业务和管理功能；控制层负责完成各种呼叫控制和相应业务处理信息的传送；传输层负责将用户送来的信息转换为能够在网上传递的格式并将信息选路送至目的地，该层包含各种网关并负责网络边缘和核心的交换/选路；接入层负责将用户连至网络，集中其业务量并将业务传送至目的地，包括各种接入手段和接入节点。
随着移动通信技术和IP技术的结合，移动网从电路交换的全球移动通信***(Global Systemfor Mobile Communications；GSM)网络发展到分组交换的GPRS网络，最终到提供高速实时数据业务的3G通用移动电信***(Universal Mobile Telecommunication System；UMTS)网络。根据业务对时延敏感性的不同，UMTS***定义了四种承载业务类别：会话类、流类、交互类和背景类。如何保证移动网服务质量(Quality of Service；QoS)需求，使移动网根据不同业务特点提供给用户满意的服务，是通信领域越来越关注的问题。IMS充分考虑了运营商实际运营的需求，在QoS方面制定了相关规范。
图1描述了3GPP最新的Release 6(R6)版本中的UMTS分组域和多媒体域的QoS体系架构。该体系架构基于业务的策略控制机制实现，提供QoS动态控制。图1中的体系架构中涉及的功能实体有用户设备(User Equipment；UE)、网关GPRS支持节点(Gateway GPRS Supporting Node；GGSN)、策略决策功能(Policy Decision Function；PDF)、应用功能(Application Function)。其中，GGSN位于传输层，PDF位于控制层，AF位于应用层。
策略决策功能PDF是一个单独的功能实体，为所有的分组域业务提供基于业务的QoS策略控制。PDF从应用服务器得到应用请求，建立起应用会话，预约所需的各种媒体资源，针对用户和应用制定特定的策略规则。PDF的决策将传送到GGSN的IP承载管理功能，GGSN将该业务的参数直接映射到分组数据协议上下文(Packet Data Protocol context；PDP context)或者映射到IP层参数(例如资源预留协议Resource Reservation Protocol；RSVP)。PDP上下文是一个数据库记录信息，用于管理从UE到GGSN及之间的数据路由信息。PDF与GGSN之间的Go接口采用IETF负责的COPS协议，PDF与AF之间的Gq接口采用Diameter协议，传送QoS的相关信息和策略。
分组包的QoS管理主要由UE和GGSN完成，采用IETF定义的差分服务(Difference Servie；DiffServ)和差分服务编码点(Differentiated Services Code Point；DSCP)功能，对分组包进行分类，在传输中对不同类的包给予不同的优先级别。GGSN可以从PDP上下文中提取或者从RSVP中提取配置参数。终端UE也可以提供DiffServ和DSCP功能，但不是必须的。应用功能AF在会话建立时或者会话中申请或者修改媒体。
3GPP规定了在基于IP的环境中使用终端UE时，该UE需要得到两个IP地址，其中一个IP地址用来传递信令，该IP地址称为主IP(Primary IP)；另一个IP地址用来传递媒体数据(语音、视频)，该IP地址称为次IP(Secondary IP)。对应于主IP有一个主PDP上下文记录主IP路由，对应于次IP有一个次PDP上下文记录次IP路由。3GPP规定的PDF在IMS中提供QoS控制的基本流程如图2所示：
(1)用户设备(UE)通过会话初始协议(SIP)信令向提供语音或视频服务的应用功能模块(AF)发送一个服务请求消息，该请求消息通常是一个INVITE消息。
(2)AF通过Gq接口的鉴权授权请求(Authentication Authorization Request；AAR)消息向PDF发送授权请求，告诉PDF使用上述服务的用户所需要的QoS。
(3)PDF产生一个授权标志(Authorization Token；AT)，并通过Gq接口的鉴权授权响应(Authentication Authorization Answer；AAA)消息将该AT传给AF。AT是一个字符串，标出该PDF的IP地址。
(4)AF将收到的上述含有PDF地址的AT通过SIP信令发送给UE。
(5)UE将次PDP上下文激活，同时在激活次PDP上下文请求消息中将AT传递给GGSN。
其目的是获得UE的次IP地址，以便于UE告诉GGSN所在的传输层为传输媒体数据做准备。
(6)GGSN通过Go接口的请求(Request；REQ)消息向PDF发送一个请求，该请求中带有上述AT。
(7)PDF将其产生并通过Gq接口发送的AT与通过Go接口收到的AT进行比较，即进行鉴权过程。如果上述两个AT相同，则PDF向GGSN发送一个鉴权决策消息，告诉GGSN该用户鉴权成功，可以使用该业务所需的QoS；如果上述两个AT不同，则PDF向GGSN发送一个鉴权决策消息，告诉GGSN该用户鉴权失败，用户设备无法使用该业务。
但是，如果要求UE按照上述3GPP的规定同时支持上述两个IP地址，则要求该UE具有很高的处理能力。而目前的UE只能支持主IP，无法支持次IP，既无法支持上述的次PDP上下文。这样就无法在Release6之前的网络中提供3GPP所规定的QoS控制。
(三)发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，使得无需次PDP上下文仍然可以实现上述PDF在IMS中提供QoS控制的基本流程，既符合目前用户设备无法支持次IP的现状，又可以按照3GPP的规定实现基于IMS的Qos控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，用于第三代移动通信***中采用基于IP的多媒体子***技术的网络服务质量的控制，由一个或多个用户设备、一个或多个网关GPRS支持节点、一个策略决策功能模块、一个或多个应用功能模块组成，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)上述用户设备通过会话初始协议发送服务请求消息给上述应用功能模块；然后
(b)上述应用功能模块产生一个授权标志1，并通过Gq接口发送携带上述授权标志1的鉴权授权请求消息给上述策略决策功能模块；然后
(c)上述策略决策功能模块存储上述授权标志1；并通过Gq接口返回携带上述授权标志1的鉴权授权响应消息给上述应用功能模块；然后
(d)上述应用功能模块AF通过会话初始协议消息发送响应消息给上述用户设备；然后
(e)上述用户设备发送IP分组消息到上述网关GPRS支持节点；然后
(f)上述网关GPRS支持节点产生同上述授权标志完全相同的授权标志2，并通过Go接口发送携带该授权标志2的请求消息给上述策略决策功能模块；然后
(g)上述策略决策功能模块将其收到的来自应用功能模块的授权标志1和来自网关GPRS支持节点的授权标志2进行比较，如果上述两个授权标志相同，则上述策略决策功能模块通过Go接口发送鉴权决策消息给上述网关GPRS支持节点，告诉上述网关GPRS支持节点该用户鉴权成功，使用该业务所需的服务质量；如果上述两个授权标志不同，则上述策略决策功能模块通过Go接口发送鉴权决策消息给上述网关GPRS支持节点，告诉上述网关GPRS支持节点该用户鉴权不成功，用户设备无法使用该业务。
根据本发明的一个方面，上述授权标志的格式中包含上述用户设备的国际身份号码、上述策略决策功能模块的IP地址、上述用户设备的IP地址。
根据本发明的另一个方面，在Diameter协议中增加一个用于传送上述授权标志的属性值对。
根据本发明的再一个方面，上述IP分组消息为激活次分组数据协议上下文消息。
根据本发明的又一个方面，上述IP分组消息由上述用户设备的应用软件或者上述用户设备的硬件模块产生。
根据本发明的另一个方面，上述服务请求消息为基于会话初始协议的邀请消息。
由上述方案可以看出，本发明的关键在于：应用功能模块产生一个授权标志，并通过Gq接口将该授权标志传递给上述策略决策功能模块。
可见，本发明所提供的使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，具有以下的优点和特点：
(1)本发明无需次PDP上下文仍然可以实现PDF在IMS中提供QoS控制的基本流程，既符合目前用户设备无法支持次IP的现状，又可以按照3GPP的规定实现基于IMS的Qos控制，由于利用一个用户设备的IP地址就可以完成对业务服务质量的控制，因此可以在3G之前的网络中进行部署。
(2)本发明在使用Diameter协议中增加一个用于传送授权标志的属性值对，修改了Gq接口，该修改简单有效；而对基于COPS协议的、比较复杂的Go接口则无需改动。
(3)本发明中对策略决策功能模块PDF无需做大的变动，因此节省了制造成本和运行成本。
(四)附图说明
图1是现有技术中UMTS分组域和多媒体域端到端的QoS体系架构。
图2是现有技术中在基于IP的多媒体子***中为策略决策功能模块提供服务质量的基本流程图。
图3是本发明中在基于IP的多媒体子***中为策略决策功能模块提供服务质量的基本流程图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明实现的前提为：在基于IMS技术、使用策略决策功能进行服务质量QoS控制的3G网络到来之前，现有的用户设备能够使用该服务质量控制功能。
基于上述前提，本发明提出了一种基于IMS技术在3G网络中使用策略决策功能PDF模块控制通信服务质量QoS的方法，如图3所示。使用该方法的3G网络***至少包括：一个或多个用户设备、一个或多个网关GPRS支持节点、一个策略决策功能模块、一个或多个应用功能模块组成。用户设备通知网关GPRS支持节点GGSN该用户所需的服务，而该服务所需的OoS是由应用功能模块AF来决定。该方法的具体实现过程至少包括以下步骤：
(1)当一个用户设备UE发起呼叫时，该用户设备通过会话初始协议SIP发送服务请求消息(通常为基于SIP的INVITE消息)给应用功能模块AF。
(2)应用功能模块AF产生一个授权标志AT1，并通过Gq接口发送携带该授权标志AT1的鉴权授权请求消息AAR给策略决策功能模块PDF。
与3GPP协议中规定产生的具有保密性质的AT不同，该授权标志AT1是一个***息，其格式为国际身份号码(MSISDN)+PDF的IP地址+UE的IP地址。
用户设备的国际身份号码ISDN(MSISDN)是在公用交换电话网编号计划中唯一地识别用户设备的鉴约号码，其结构为：MSISDN＝CC+NDC+SN，其中CC为国家码即在国际长途电话通信网中的号码，NDC为国内目的地码，SN为用户号码。
由于Gq接口是基于Diameter协议，由于与3GPP协议相比，本发明在AAR消息中增加了用于传递授权标志AT1的内容，因此在Diameter协议需要增加一个属性值对{属性，值}。
(3)策略决策功能模块PDF存储上述授权标志AT1；并通过Gq接口返回携带上述授权标志AT1的鉴权授权响应消息AAA给应用功能模块AF。
(4)应用功能模块AF返回给用户设备一个SIP响应消息，通常为200 OK。
(5)用户设备UE发送一个IP分组消息到上述网关GPRS支持节点，其作用是通知GGSN准备向PDF请求鉴权。目前可行的方案是用户设备UE发送次PDP激活请求，但用户设备UE并不能获得次IP地址。
上述UE与GGSN可能要经过多次消息交互，才能最终完成IP分组消息的传送。
与3GPP协议中规定的次PDP上下文是由用户设备的特定模块完成，而上述的IP分组消息除了可由这种特定模块完成外，还可由用户设备的应用软件来完成。
(6)网关GPRS支持节点GGSN产生同上述授权标志完全相同的授权标志AT2，并通过Go接口发送携带该授权标志AT2的请求消息REQ给策略决策功能模块PDF。
(7)策略决策功能模块PDF将其收到的来自应用功能模块AF的授权标志AT1和来自网关GPRS支持节点的授权标志AT2进行比较，如果上述两个授权标志相同，则上述策略决策功能模块通过Go接口发送鉴权决策消息给上述网关GPRS支持节点，告诉上述网关GPRS支持节点该用户鉴权成功，使用该业务所需的服务质量；如果上述两个授权标志不同，则上述策略决策功能模块通过Go接口发送鉴权决策消息给上述网关GPRS支持节点，告诉上述网关GPRS支持节点该用户鉴权不成功，用户设备无法使用该业务。
本发明无需次PDP上下文仍然可以实现PDF在IMS中提供QoS控制的基本流程，既符合目前用户设备无法支持次IP的现状，又可以按照3GPP的规定实现基于IMS的Qos控制，由于利用一个用户设备的IP地址就可以完成对业务服务质量的控制，因此可以在3G之前的网络中进行部署。

Claims (7)

1.一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，用于第三代移动通信***中采用基于IP的多媒体子***技术的网络服务质量的控制，由一个或多个用户设备、一个或多个网关GPRS支持节点、一个策略决策功能模块、一个或多个应用功能模块组成，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)上述用户设备通过会话初始协议发送服务请求消息给上述应用功能模块；然后
(b)上述应用功能模块产生一个授权标志1，并通过Gq接口发送携带上述授权标志1的鉴权授权请求消息给上述策略决策功能模块；然后
(c)上述策略决策功能模块存储上述授权标志1；并通过Gq接口返回携带上述授权标志1的鉴权授权响应消息给上述应用功能模块；然后
(d)上述应用功能模块AF通过会话初始协议消息发送响应消息给上述用户设备；然后
(e)上述用户设备发送IP分组消息到上述网关GPRS支持节点；然后
(f)上述网关GPRS支持节点产生同上述授权标志完全相同的授权标志2，并通过Go接口发送携带该授权标志2的请求消息给上述策略决策功能模块；然后
(g)上述策略决策功能模块将其收到的来自应用功能模块的授权标志1和来自网关GPRS支持节点的授权标志2进行比较，如果上述两个授权标志相同，则上述策略决策功能模块通过Go接口发送鉴权决策消息给上述网关GPRS支持节点，告诉上述网关GPRS支持节点该用户鉴权成功，使用该业务所需的服务质量；如果上述两个授权标志不同，则上述策略决策功能模块通过Go接口发送鉴权决策消息给上述网关GPRS支持节点，告诉上述网关GPRS支持节点该用户鉴权不成功，用户设备无法使用该业务。
2.如权利要求1所述的一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，其特征在于：上述授权标志的格式中包含上述用户设备的国际身份号码、上述策略决策功能模块的IP地址、上述用户设备的IP地址。
3.如权利要求1或2所述的一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，其特征在于：在Diameter协议中增加一个用于传送上述授权标志的属性值对。
4.如权利要求1或2所述的一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，其特征在于：上述IP分组消息为激活次分组数据协议上下文消息。
5.如权利要求3所述的一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，其特征在于：上述IP分组消息为激活次分组数据协议上下文消息。
6.如权利要求1至3任一所述的一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，其特征在于：上述IP分组消息由上述用户设备的应用软件或者上述用户设备的硬件模块产生。
7.如权利要求1所述的一种使用策略决策功能模块控制通信服务质量的方法，其特征在于：上述服务请求消息为基于会话初始协议的邀请消息。
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