张喜云，左利钦，欧红玉，李文耀

(1.长沙通信职业技术学院 长沙410005；2.武汉邮电科学研究院光纤通信技术和网络国家重点实验室 武汉430074)

1 引言

EPON是基于以太网的光接入网技术，其上、下行线路传输采用统计时分复用（STDM）方式，在这种方式下，具有突发性和流量分布不均衡性的数据业务以及以视频业务为代表的大带宽业务流量，对EPON的网络资源产生较大的冲击，影响话音通信的质量。在现有EPON接入网中，一般通过网络扩容、提升速率以及采用虚拟局域网（VLAN）静态规划的方式应对上述问题，缺乏对业务流量的有效管控，难以及时应对网络流量需求的实时变化，也无法从根本上提升EPON的话音服务质量。

策略与计费控制（policy and charging control，PCC）是一种分组域业务承载控制与管理的架构，是实现智能管道的关键技术。针对上述问题，本文提出了基于PCC架构构建EPON智能管道提升EPON话音服务质量的解决方案，即以现有EPON接入网为基础，结合“光进铜退”部署方案，建立用户终端—EPON接入网—IP核心承载网—业务平台/终端的全程端到端、具有服务质量（QoS）保障的智能通道，实现EPON接入网和IP核心承载网带宽资源的智能调度和按需匹配，提高EPON话音的服务质量。

2 EPON智能管道的基本思想与研究思路

EPON智能管道的基本思想是将不可控制与不可管理的EPON“哑管道”变为可控、可管的智能型管道，实现EPON接入网的智能化。

以软交换/IMS（IP多媒体子系统）为核心的下一代网络（NGN）的核心思想是实现业务与控制的分离、控制与接入/承载的分离。基于这一思想，将PCC定位于EPON接入网的业务控制层和接入/承载层之间，将业务层需求与EPON承载层处理关联起来，通过业务层和EPON承载层的联动，实现EPON资源的接纳控制与管理，依据业务的实际需求，动态地控制EPON底层网络资源的分配，提升EPON的服务质量。

3 基于PCC架构的EPON智能管道解决方案

基于PCC架构的EPON智能管道解决方案如图1所示。该解决方案在现有EPON系统的基础上增加了PCC，其核心是通过统一的控制与管理，完成从业务需求到EPON接入网和IP核心承载网的传递，实现EPON接入网和IP核心承载网带宽资源的统一调度和分配。

PCC架构主要由策略和计费规则功能 （policy and charging rules function，PCRF）、用户属性存储（subscription profile repository，SPR）、策略和计费执行功能 （policy and charging enforcement function，PCEF）、深度报文检测（deep packet inspection，DPI）、业务功能（application function，AF，与自有业务平台合设）以及EPON接入系统和IP核心网的QoS控制功能等几个部分构成。

其中，PCRF和SPR可以独立部署，也可以两者功能合设，位于IP核心承载网和业务平台（AF）之间。PCRF支持EPON系统的策略控制决策和下发，如根据EPON用户的业务类型、累积使用量及签约类型等信息，制定限速或QoS策略；SPR用以实现EPON的用户数据管理。

EPON系统与IP核心网之间的接入网关宽带接入服务器（BRAS）或业务路由器（SR）是 PCC架构中的网络感知点及策略执行点，因此，PCEF及DPI功能模块内置在BRAS或SR上。PCEF用以实现限速与业务控制，或将QoS信息传递到EPON接入侧进行EPON系统的资源调度，EPON接入侧按照下发的QoS参数进行带宽资源的调度和管理；DPI模块的功能是通过DPI技术进行业务的识别和上报，判断用户的类别，提供不同水平的网络服务，其部署在BRAS或SR上，有利于统一进行业务识别种类的扩展和维护。

由于用户签约、业务订购等信息是PCRF基于用户及业务进行策略决策的重要输入信息，因此，需与业务支撑系统进行信息同步。业务支撑系统主要包括电信业务运营支撑系统 （BOSS）、业务平台和网络管理系统（NMS）3部分。上述业务支撑系统需要开通与PCRF/SPR之间的接口。

其中，BOSS与PCRF/SPR之间的接口可实现BOSS向PCRF下发用户策略相关的签约数据；AF与PCRF/SPR之间的接口用于AF向PCRF传递应用层的会话信息，如用于QoS的媒体/应用带宽需求，可实现AF对用户、业务信息的添加、修改、删除及查询等操作。

4 关键技术、实现难点及思路分析

在基于PCC架构的EPON智能管道解决方案中，关键技术是PCC技术，其技术难点在于如何实现PCC控制层与EPON承载层的联动。由于该解决方案在EPON接入网的基础上增加了PCC架构，基于PCC的策略控制技术实现对EPON承载层的控制和管理，因此，需要将PCC的策略控制过程与EPON的信息承载过程有机地结合起来，实现EPON资源的分配、控制和管理。

图1 基于PCC架构的EPON智能管道解决方案

PCC策略控制过程首先要感知用户、业务和网络状态信息，根据该信息生成控制策略，然后提取用户、业务和网络状态信息的参数，并将这些参数传递到EPON接入网，最后通过上述有关参数对EPON承载层进行控制，依据话音和视频业务的带宽需求及QoS保证、数据业务的峰值信息速率（PIR）及承诺信息速率（CIR）的不同，动态地指配EPON的网络资源等。

5 基于PCC提升EPON话音服务质量的方法

在EPON中影响话音业务服务质量的主要传输性能指标是呼叫接通率、时延和抖动等，EPON系统对这些指标有很高的要求。因此，基于PCC架构提升EPON智能管道话音服务质量，需要一方面在EPON上行信道进行动态带宽分配 （dynamic bandwidth allocation，DBA）时，通过PCC的策略控制能力提高EPON呼叫接通率，减小TDM业务的传送时延和抖动；另一方面，在EPON下行信道的带宽控制策略中，通过PCC的策略控制能力，实现对数据及视频业务的识别和区分、对流量的处理，实施有效管控，提高EPON呼叫接通率，以满足TDM话音业务对时延和抖动等的严格要求。

具体说来，PCC将来自AF的话音、数据及视频等业务的关键参数（如时延、抖动、带宽及QoS等级等）提取出来，并传递到PCC策略控制层的PCRF，PCRF根据这些关键参数以及认证系统的各类信息请求，生成相应的控制策略并下发到网络层的IP核心网和EPON接入网设备，IP核心网和EPON接入网设备感知到这些关键参数后，对特定流量进行动态的控制和处理，包括按需分配网络资源、设定QoS等级、准入控制、灵活计费等，达到提高网络服务质量的目的。

上述方案可以分为策略生成、策略下发及策略执行3个主要阶段，如图2所示。基于该技术方案提升EPON话音服务质量的方法详细描述如下。

（1）策略生成阶段

首先由BOSS向PCRF下发EPON用户签约信息，AF向PCRF下发EPON的话音、数据及视频等业务信息，DPI向PCRF上报EPON用户的状态信息；然后，PCRF根据EPON用户签约信息、业务信息及用户状态信息等输入进行决策，生成控制策略。例如根据用户访问的话音、数据及视频业务的不同，实施不同的QoS策略，根据用户的签约信息，对不同的用户和业务实施不同的计费策略。

（2）策略下发阶段

由PCRF将QoS及计费策略等控制策略通过PCRF与PCEF之间的接口下发给PCEF，动态控制PCEF中的PCC行为，传递PCC决策信令。EPON接入网与IP核心网共同进行端到端的承载资源控制，实现基于业务粒度的带宽管理。

图2 PCC技术的实现方案

（3）策略执行阶段

该阶段是整个技术实现方案的关键阶段，涉及整个控制策略的执行过程。控制策略在该阶段的具体执行过程又可以分为如下4个步骤。

步骤1：PCEF基于EPON用户和业务类型进行限速和门控，制定QoS控制策略

控制策略包含限速、门控和QoS控制。为了保证EPON话音服务质量，PCEF可以对数据业务进行限速，对P2P视频业务进行门控。例如，针对P2P下载的视频业务，PCC根据AF的指示决策对应的门控，如在软交换或IMS应用中会话协商完毕后，AF会通过授权修改消息进行一次开门或关门操作，PCC将指示EPON系统打开或关闭对应的门控，决定是否允许P2P视频业务流通过。这样可以解决由于P2P视频业务流的大带宽冲击带来的EPON话音服务质量下降的问题。

QoS控制策略包括业务流级别的QoS控制和IP承载网承载级别的QoS控制。业务流级别的QoS控制指针对单个业务流向PCEF下发授权QoS信息，这些授权QoS信息由QoS签约信息以及已定义的策略规则综合得出，其中的规则可基于业务定义、签约信息定义或者在PCRF上进行预定义；IP承载网承载级别的QoS控制，即以PDP上下文级别进行控制。

步骤2：PCEF将控制策略映射到QoS参数中

PCEF分别对话音、数据和视频等不同类型业务设定不同等级的QoS，业务类型可按端口、VLAN ID或MAC地址划分。以64 kbit/s为颗粒，设置CIR和PIR，然后将QoS控制策略分别映射到相应等级的QoS参数中。

步骤3：PCEF将QoS参数传递到EPON接入网

PCEF将 CIR、PIR、WRED等 QoS参数传递给 EPON系统的OLT及ONU设备。

步骤4：EPON将QoS参数映射到资源调度优先级，保证话音业务带宽

EPON将QoS参数映射到资源调度优先级，将不同优先级的EPON业务封装到不同VLAN中，基于VLAN ID或VLAN PRI识别业务，通过业务流分类和业务优先级标记，实现EPON接入速率控制，确保话音业务带宽。

对于时延要求较高的话音业务，采用EF（快速转发）策略，在配置CIR、PIR时设置成相等，即CIR=PIR=2 Mbit/s；在队列调度方面，采用PQ（严格优先级）或者较高的WRQ（加权公平算法）保证话音业务的服务质量。

6 方案可行性验证

为了验证本文方案的可行性，本文对图2所示的PCC技术实现方案进行了实验验证。

为了验证该解决方案的管控效果，实验中对IPTV视频业务进行了限速控制，IPTV视频速率由2 Mbit/s分别限速为 128 kbit/s、256 kbit/s及 384 kbit/s。当管控速率为128 kbit/s时，视频播放出现缓存现象；当管控速率为256kbit/s时，视频播放出现断续现象；当管控速率达到384 kbit/s时，可以流畅地观看IPTV视频，如图3所示。实验结果表明，该解决方案的管控效果比较明显。

图3 PCC技术实现方案的管控效果

为了验证该解决方案能提升EPON话音服务质量，对P2P下载视频业务的大带宽冲击下的话音呼叫接通率、端到端时延、分组丢失率等进行了实验测试。其中，话音呼叫接通率测试结果如图4所示。实验结果表明，话音呼叫接通率为100%，呼叫完成后不影响下次呼叫；任何流量条件下的时延都基本固定，维持在1 ms以下；无论负载多大，均能保证话音业务的分组丢失率为0。

综上所述，基于PCC架构构建的EPON智能管道，可以提升EPON话音服务质量，是切实可行的解决方案。

图4 P2P下载视频业务的大带宽冲击下的话音呼叫接通率

7 结束语

PCC是国际标准组织3GPP从R7版本开始定义的动态策略和计费控制标准架构。目前，该标准架构主要应用于2G/3G、LTE/SAE与WLAN等无线接入网解决无线网络资源的动态指配问题，实现移动数据业务的差异化与精细化管控，为市场营销及运营策略提供网络技术支持。本文将该标准架构应用于EPON接入网，全面提升基于EPON技术的FTTx的智能化水平，较好地解决了EPON话音的服务质量问题。后续将在此基础上，进一步研究固网与移动接入网融合的控制策略，实现EPON/GPON、NG-PON、LAN、2G/3G、LTE/SAE 与 WLAN 等有线与无线接入的统一策略控制，探索多网协同融合的智能管道解决方案。

1 3GPP TS 23.203.Policy and Charging Control Architecture，2009

2 3GPP TS 29.213.Policy and Charging Control Signalling Flows and QoS Parameter Mapping，2009

3 ETSI ES 282.003 V3.4.1.Resource and Admission Control Sub-sytem(RACS):Functional Architecture,2009