专利名称：异构网络互连场景下端到端服务质量动态管理的系统和方法
异构网络互连场景下端到端 服务质量动态管理的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种在异构网络互连场景下实现端到端服务质量
(Quality of Service,縮写QoS)动态管理的系统和方法，适用于现有 微波接入互操作性网络(World Interoperability for Microwave Access， 縮写WiMAX)、无线局域网(Wireless Local Access Network,縮写 WLAN)接入移动核心网的异构网络。
一个好的服务质量(QoS)管理系统，首先需要依据用户以及业 务的签约信息和用户业务请求动态地进行服务质量策略判决，满足不 同用户和业务对服务质量的需求，实现差异化服务。另一方面，网络 运营商力求避免向没有过高服务质量需求的用户和业务分配过多的 资源，从而实现网络资源利用率的提升。要真正实现服务质量管理目 标，不仅需要及时准确地做出服务质量策略授权，还需要在端到端的 业务媒体流链路上的各个承载网络执行和实施该服务质量策略。
然而，在一些异构网络互连的场景中，由于接入网的多样化以及 接入网与核心网间的松耦合关系，使得端到端服务质量的动态控制难 以实现。
以WiMAX网络通过I-WLAN方式(Interworkmg-WLAN， 一种 WiMAX与移动网络互连的特定架构)接入移动核心网为例，虽然移 动网络的国际3GPP标准化组织和WiMAX标准化组织已分别提出一 些服务质量(QoS)管理技术的标准，但这些技术尚不能在WiMAX与移动核心网互连的场景下，实现端到端的动态服务质量管理目标。 [发明内容]
为克服上述缺陷，本发明提出一种在异构网络互连场景下不同承 载类型互连的媒体流链路上实现端到端服务质量(QoS)动态管理的 系统和方法。
本发明系统结构的技术方案是 一种异构网络互连场景下端到端 服务质量动态管理的系统，包括一个公共核心网络，其特征在于还 包括构成承载链路的至少二个承载网络，承载链路的一端接用户终 端，另一端连接对端网络或用户终端，公共核心网络中设有策略决策 装置，每个承载网络各设有一个策略执行装置，策略决策装置与各个
策略执行装置以Diameter协议相连。
本发明在上述系统中实现端到端服务质量动态管理的方法是
首先在公共核心网内部署公共策略决策装置，在承载链路上的支 持服务质量管理的节点中，选择需要服务质量管理但却无法通过承载 链路传递获得所需服务质量策略的网络节点部署策略执行装置，各策 略执行装置与公共策略决策装置通过Diameter协议进行相互通信。
其次，通过定义承载建立和承载删除消息流程，实现策略决策装 置与策略执行装置之间交互服务质量信息。
其三，各策略执行装置将授权服务质量信息映射为本地承载的服 务质量参数，执行本地承载的资源预留和门控功能。
承载链路上若有其他非策略执行节点，则该类节点可根据承载链 路间的耦合和映射关系实施服务质量(QoS)管理。
本发明适用于多种异构网络互连的场景，如WiMAX、 WLAN网 络通过I-WLAN或GAN方式(Generic Access Network,通用接入网 络，另一种无线局域网与移动核心网互连的网络架构)接入移动核心网络，或者以SAE架构(System Architecture Evolution, —种演进后 的移动网络架构)方式互连的其他异构网络。
在本发明的基础上，网络根据用户签约信息、用户业务资源请求 做出服务质量(QoS)策略决定之后，可以准确及时地将该策略传送 至各阶段的承载网络，分别实现各段承载链路上的服务质量控制，提 高了用户和网络对服务质量的保障能力。主要优点包括在异构网络 互连场景下实现了端到端的服务质量动态管理目标，提高网络资源利 用率，保障用户和业务的服务质量；核心网中的服务质量策略可以完 整无误地传递到业务的各承载链路段，服务质量管理的精确度高；通 过标准协议实现服务质量管理目标，无需定义新的消息或参数，可行 性高，与现有网络节点的兼容性好，不针对特定的异构网络融合，适 用范围广。 [
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图1是本发明在一般异构网络互连场景下服务质量系统结构图。 图2是在一般异构网络互连场景下承载建立消息流程示意图。 图3是在一般异构网络互连场景下承载删除消息流程示意图。 图4是在WiMAX I-WLAN互连场景下服务质量(QoS)系统结 构图。
图5是在WiMAX I-WLAN互连场景下承载建立消息流程示意图。
图6是在WiMAX I-WLAN互连场景下承载删除消息流程示意图。
下面结合本发明实施例和附图作进一步详细说明。 本发明在基于3GPP策略和计费控制的基本原理，同时设置多个
8策略执行装置，在异构网络互连场景下，逐段实现不同类型承载链路 的服务质量策略管理，最终实现端到端服务质量动态管理。
见图1所示的一般异构网络互连结构，有一个公共核心网10和
至少二个异构互连的承载网络12，如图1中所示的承载网络1、承载 网络2……，直至承载网络n。
在其公共核心网IO内部署l)策略决策装置lOl，用于依据用 户应用服务器发送的业务服务质量请求、用户数据库的签约服务质量 能力和/或其他运营需求决定服务质量(QoS)策略；2)应用服务装
置102:用于根据业务要求提供服务质量业务请求；3)用户数据库 装置103:用于依据用户签约数据提供签约服务质量(QoS)信息；
应用服务器装置102、用户数据库装置103与策略决策装置101连接。 在各承载网络12中选取适当的边缘节点，并在这些边缘节点上
分别部署策略执行装置121，用于按照策略决策信息在策略执行装置
121所属的承载网络12内进行媒体流的分配和监控。
各承载网络12的策略执行装置121通过Diameter协议与公共核
心网10的策略决策装置101连接通信。
用户终端ll (图中示出一个)连接承载网络12。
策略执行装置121和策略决策装置101之间交互服务质量(QoS)
管理信息。交互可通过承载建立消息流程和承载删除消息流程实现。 图2示意了承载建立的消息流程，步骤如下 步骤501 504:由用户终端11发起，在所有承载网络12中发
送承载建立请求；
步骤505 507:各承载网络12中策略执行装置121以DiameterCCR消息向策略决策装置101请求服务质量(QoS)策略授 权；(505 507之间没有时间上的先后次序关系)
步骤508:策略决策装置101存贮请求信息，生成授权服务质量 (QoS)策略；
步骤509 511:策略决策装置101以DiameterCCA消息将授权 服务质量(QoS)策略发送给各策略执行装置121 (509 511之间没 有时间上的先后次序关系)；
步骤512 514:各策略执行装置121执行授权服务质量(QoS) 策略(512 514之间没有时间上的先后次序关系)；
步骤515-518:各承载网络12节点返回承载建立响应。
在上述承载建立流程中，各策略执行装置121将授权服务质量 (QoS)信息映射为本地承载的服务质量(QoS)参数，执行本地承 载的资源预留和门控功能。完成承载链路建立后，媒体流即可进行端 到端的传递。承载链路上若有其他非策略执行节点，则该类节点可根 据承载链路间的耦合和映射关系实施服务质量(QoS)管理。
媒体流传递结束，实施承载删除。
图3示意了承载删除的消息流程，步骤如下
步骤601 604:由用户终端11发起，在所有承载网络12中发送 承载删除请求；
步骤605 607:各承载网络12中策略执行装置121以 DiameterCCR消息向策略决策装置101请求服务质量(QoS)策略授 权(605 607之间没有时间上的先后次序关系)；
步骤608:策略决策装置101核对确认与被删除承载相关的业务 会话；
步骤609:策略决策装置101与相应的应用服务装置102交互；步骤610 612:策略决策装置101以DiameterCCA消息向各策 略执行装置121发送承载删除响应；
步骤613 615:各策略执行装置121删除已存的服务质量(QoS) 策略；(610 612、 613 615之间没有时间上的先后次序关系)
步骤616 619:各承载网络12发送承载删除响应。全过程结束。
把上述的公共核心网络选定为移动核心网，上述承载网络选定为 WiMAX无线接入网(简称WiMAX网)和I-WLAN互连系统(简称 互连系统)则形成上述一般异构网络互连结构的具体应用，上述的实 施过程可以进一步具体化。
见图4所示的WiMAX与移动网络互连结构，有一个移动核心网 20， 一个承载网络为WiMAX网22， WiMAX网22内部接入服务网 络网关221 (ASN-GW)与连接服务网络222 (CSN)以R3接口连接； 另一个承载网络为互连系统23，连接对端网络24或者另一用户终端 (图中未示)。媒体流通过WiMAX网络22和互连系统23传递，共 包括四种承载类型用户终端21与WiMAX网22间的Rl (空中接 口)承载、WiMAX网22到互连系统23之间的Wn (IP)承载、互 连系统23内部无线接入网关231 (WAG)与数据业务网关232(PDG) 的Wp (隧道)承载和互连系统23到对端网络24的Wi (IP)承载。
在移动核心网20内部署1)策略决策装置201，用于依据用户
应用服务器发送的业务服务质量请求、用户数据库的签约服务质量能
力和/或其他运营需求决定服务质量(QoS)策略；2)应用服务器装
置202:用于根据业务要求提供服务质量业务请求；3)用户数据库
装置203:用于依据用户签约数据提供签约服务质量(QoS)信息；
应用服务器装置202、用户数据库装置203与策略决策装置101连接。 互连系统23的数据业务网关232是上述承载中最靠近对端网络24的QoS管理节点，可首选选择该节点部署策略执行装置232。数 据业务网关232可以将策略和计费规则功能(PCRF)的授权QoS策 略映射到无线接入网关231与数据业务网关232之间承载隧道Wp的 QoS属性，无线接入网关231可以实现隧道服务质量(QoS)到无线 接入网关231与WiMAX网22连接服务网络222之间的IP QoS属性 的映射，由于WiMAX网22与互连系统23之间采用松耦合机制，仅 通过IP承载服务质量(QoS)无法传递WiMAX网22空口服务质量 (QoS)管理所需策略信息，因此，需要为空中接口承载即接入服务 网络网关221配置策略执行装置221。
互连系统23的策略执行装置232和WiMAX网22的策略执行装 置221通过Diameter协议与移动核心网20的策略决策装置201连接 通信。
策略执行装置221、 232和策略决策装置201之间交互服务质量 (QoS)管理信息。交互可通过承载建立消息流程和承载删除消息流 程实现。
图5示意了承载建立的消息流程，步骤如下 步骤801: WiMAX网22的策略执行装置221 (ASN-GW)收到 用户终端21发起的承载建立请求；
步骤802:互连系统23的策略执行装置232 (PDG)收到承载建
立请求；
步骤803:策略执行装置221通过Diameter CCR消息向策略决策 装置201请求服务质量(QoS)策略；
804:策略执行装置232通过Diameter CCR消息向策略决策装置 201请求服务质量(QoS)策略(803、 804之间没有时间上的先后次 序关系)；
12步骤805:策略决策装置201存贮请求信息，决定服务质量(QoS) 策略；
步骤806:策略决策装置201将服务质量(QoS)策略通过Diameter CCA消息发送给策略执行装置221;
步骤807:策略决策装置将服务质量(QoS)策略通过Diameter CCA消息发送给策略执行装置232 (806、 807之间没有时间上的先 后次序关系)；
步骤808:策略执行装置221装载并执行服务质量(QoS)策略； 步骤809:策略执行装置232装载并执行服务质量(QoS)策略 (808、 809之间没有时间上的先后次序关系)；
步骤810:策略执行装置232返回承载建立响应；
步骤811:策略执行装置221返回承载建立响应；
在承载建立过程的808步骤中，策略执行装置221将授权的服务 质量(QoS)参数映射为WiMAX承载的服务质量(QoS)参数；在 承载建立过程的809步骤中，策略执行装置232将服务质量(QoS) 策略中的授权服务质量(QoS)参数映射为互连系统的承载服务质量 (QoS)参数。
完成承载链路建立后，媒体流即可进行端到端的传递。媒体流传
递结束，实施承载删除。
图6示意了承载删除的消息流程，步骤如下
步骤90h策略执行装置221收到用户终端发起的承载删除请求；
步骤902:策略执行装置232收到承载删除请求；
步骤903:策略执行装置232发送Diameter CCR消息，告知策略
决策装置201其承载已经删除；
步骤904:策略执行装置221发送Diameter CCR消息，告知策略决策装置201其承载已经删除(903、 904之间没有时间上的先后次 序关系)；
步骤905:策略决策装置201核对确认与被删除承载相关的应用 会话；
步骤906:策略决策装置201与相应的应用服务装置交互；
步骤907:策略决策装置201通过Diameter CCA消息向策略执 行装置232发送承载删除响应；
步骤908:策略执行装置232删除已存的服务质量(QoS)策略;
步骤909:策略决策装置201通过Diameter CCA消息向策略执 行装置221发送承载删除响应；
步骤910:策略执行装置221删除己存的服务质量(QoS)策略 (907/908与909/910之间没有时间上的先后次序关系)；
步骤911:策略执行装置232发送删除承载响应；
步骤912:策略执行装置221发送删除承载响应。
全过程结束。
权利要求
1、一种异构网络互连场景下端到端服务质量动态管理的系统，包括一个公共核心网络，其特征在于还包括构成承载链路的至少二个承载网络，承载链路的一端接用户终端，另一端连接对端网络或用户终端，公共核心网络中设有策略决策装置，每个承载网络各设有一个策略执行装置，策略决策装置与各个策略执行装置以Diameter协议相连。
2、 根据权利要求1所述的异构网络互连场景下端到端服务质量 动态管理的系统，其特征在于所述公共核心网络中设有与策略决策装 置相连的应用服务装置和用户数据库装置。
3、 根据权利要求1所述的异构网络互连场景下端到端服务质量 动态管理的系统，其特征在于所述的策略执行装置被安装在各承载网 络的边缘节点上。
4、 根据权利要求1所述的异构网络互连场景下端到端服务质量 动态管理的系统，其特征在于所述公共核心网络为移动核心网，所 述承载网络为WiMAX无线接入网和互连系统；WiMAX无线接入网 中的接入服务网络网关作为策略执行装置；互连系统中的分组数据网 关作为策略执行装置。
5、 一种异构网络互连场景下端到端服务质量动态管理的方法， 其步骤为5.1) 部署如权利要求l所述的网络系统；5.2) 用户终端发起，在系统内进行服务质量信息交互，建立媒 体流承载链路，包括5.2.1) 在所有承载网络中发送承载建立请求；5.2.2) 各承载网络中策略执行装置向策略决策装置请求服务质量策略授权；[5.2.3) 策略决策装置存贮请求信息，生成授权服务质量策略；[5.2.4) 策略决策装置将授权服务质量策略发送给各策略执行装置；[5.2.5) 各策略执行装置实施授权服务质量策略；[5.2.6) 各承载网络节点返回承载建立响应，建立媒体流承载链路；[5.3) 各策略执行装置将授权服务质量信息映射为本地承载的服 务质量参数，执行本地承载的资源预留和门控功能；[5.4) 用户终端发起，在系统内进行服务质量信息交互，删除媒 体流承载链路，包括[5.4.1) 在所有承载网络中发送承载删除请求；[5.4.2) 各承载网络中策略执行装置向策略决策装置请求服务质量 策略授权；[5.4.3) 策略决策装置核对确认与被删除承载相关的业务会话；[5.4.4) 策略决策装置与相应的应用服务装置交互；[5.4.5) 策略决策装置向各策略执行装置发送承载删除响应；[5.4.6) 各策略执行装置删除已存的服务质量策略；[5.4.7) 各承载网发送承载删除响应，删賒媒体流承载链路。
6、 根据权利要求5所述的异构网络互连场景下端到端服务质量 动态管理的方法，其特征在于承载链路上若有其他非策略执行节点， 该类节点根据承载链路间的耦合和映射关系实施服务质量管理。
7、 一种异构网络互连场景下端到端服务质量动态管理的方法， 其步骤为[7.1)部署如权利要求4所述的网络系统，其中，用户终端以R1 接口接入WiMAX网，WiMAX网与互连系统以Wn接口连接，互连系统与对端网络以Wi接口连接；7.2) 用户终端发起，在系统内进行服务质量信息交互，建立媒 体流承载链路，包括7.2.1) WiMAX网策略执行装置收到用户终端发起的承载建立请求；7.2.2) 互连系统策略执行装置分组数据网关收到承载建立请求；7.2.3) WiMAX网策略执行装置通过Diameter CCR消息向策略 决策装置请求服务质量策略授权；7.2.4) 互连系统策略执行装置通过Diameter CCR消息向策略决策装置请求服务质量策略授权；7.2.5) 策略决策装置存贮请求信息，决定服务质量策略；7.2.6) 策略决策装置将服务质量策略通过Diameter CCA消息发 送给WiMAX网策略执行装置；7.2.7) 策略决策装置将服务质量策略通过Diameter CCA消息发 送给互连系统策略执行装置；7.2.8) WiMAX网策略执行装置装载并执行服务质量策略；7.2.9) 互连系统策略执行装置装载并执行服务质量策略；7.2.10) 互连系统策略执行装置返回承载建立响应；7.2.11) WiMAX网策略执行装置返回承载建立响应；7.3) 参数映射，包括7.3.1) WiMAX网策略执行装置接收策略决策装置的授权服务质 量信息，并将授权服务质量映射为WiMAX服务质量，用于WiMAX 空口的业务传输；将授权服务质量映射为IP服务质量，用于移动核 心网侧的业务传输；执行WiMAX内的资源预留和门控功能；7.3.2) 互连系统策略执行装置接收策略决策装置的授权服务质量信息，完成授权服务质量互连系统承载隧道的服务质量参数映射，执 行互连系统内的资源预留和门控功能；7.4)用户终端发起，在系统内进行服务质量信息交互，删除媒 体流承载链路7.4.1) WiMAX网策略执行装置收到用户终端发起的承载删除请求；7.4.2) 互连系统策略执行装置收到承载删除请求；7.4.3) 互连系统策略执行装置发送Diameter CCR消息，告知策 略决策装置其承载己经删除；7.4.4) WiMAX网策略执行装置发送Diameter CCR消息，告知 策略决策装置其承载己经删除；7.4.5) 策略决策装置核对确认与被删除承载相关的应用会话；7.4.6) 策略决策装置与相应的应用服务装置交互；7.4.7) 策略决策装置通过Diameter CCA消息向互连系统策略执 行装置发送承载删除响应；7.4.8) 互连系统策略执行装置删除已存的服务质量(QoS)策略；7.4.9) 策略决策装置通过Diameter CCA消息向WiMAX网策略 执行装置发送承载删除响应；7.4.10) WiMAX网策略执行装置删除已存的服务质量(QoS)策略；7.4.11) 互连系统策略执行装置发送删除承载响应；7.4.12) WiMAX网策略执行装置发送删除承载响应。
全文摘要
一种异构网络互连场景下端到端服务质量动态管理的系统和方法，包括一个公共核心网络和至少二个承载网络，公共核心网络中设有策略决策装置，承载网络各设有一个策略执行装置，策略决策装置与各个策略执行装置以Diameter协议相连；通过定义承载建立和承载删除消息流程，实现策略决策装置与策略执行装置之间交互服务质量信息；各策略执行装置将授权服务质量(QoS)信息映射为本地承载的服务质量参数，执行本地承载的资源预留和门控功能。核心网根据用户签约信息、用户业务资源请求做出服务质量策略决定之后，可以准确及时地传送至各阶段的承载网络媒体流构成链路，分别实现各段承载链路上的服务质量控制，提高了用户和网络对服务质量的保障能力。
文档编号H04L12/46GK101478470SQ20081003220
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月2日 优先权日2008年1月2日
发明者杜艳艳, 汪海燕, 王勇强, 王晓鸣 申请人:中国移动通信集团上海有限公司