用于IMS多业务在线计费中的帐户资源预留和分配方法

摘要

一种用于IMS多业务在线计费中的帐户资源预留和分配方法，操作步骤如下：在IMS的被计费实体装置与OCS之间交互的DCCA协议中，扩展CCR的消息格式，增加业务带宽信息的属性值BI，并由被计费实体装置每次通过更新请求类型的CCR消息报告给OCS；OCS根据接收到的CCR消息的不同类型的请求：初始、终止或更新，分别执行相应操作：根据业务实例运行时的QoS水平，动态修正业务标准资源，即执行业务标准资源更新算法；以标准资源为基础执行资源预留算法和资源回收算法；或执行资源再分配算法，将回收的资源重新分配给新的业务实例和被回收资源的业务实例；最后OCS给被计费实体装置返回CCA消息。该方法可以保证高的账户资源利用率，又不至于引起大的网络和系统资源开销。

权利要求

1.一种用于IMS多业务在线计费中的帐户资源预留和分配方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步骤：(1)在IMS的被计费实体装置与在线计费系统OCS之间进行交互所采用Diameter信用控制应用DCCA协议中，对信用控制应用请求CCR的消息格式进行扩展，增加业务带宽信息的属性值：带宽信息BI，并由IMS中的被计费实体装置每次通过更新请求类型的CCR消息报告给OCS；

(2)OCS等待接收CCR消息，并根据接收到的CCR消息的不同类型分别执行相应的操作：如果该CCR消息是初始请求类型，则跳转执行步骤(4)；

如果该CCR消息是终止请求类型，则跳转执行步骤(7)；

如果该CCR消息是更新请求类型，则执行后续步骤(3)；

(3)OCS根据业务实例运行时的服务质量QoS水平，对业务的标准资源进行动态修正，即OCS执行业务标准资源更新算法；所述业务的标准资源是指一个业务在正常服务质量QoS水平下通过统计测量所获得的该业务的平均资源消耗值；所述业务标准资源更新算法包括下列操作内容：(31)OCS从接收到的更新请求类型的CCR消息中提取出带宽信息BI，该BI值为当前业务的当前带宽Uc；

(32)OCS计算当前业务的当前带宽Uc与该业务的上次带宽Up的比值如果该比值位于该业务的正常范围内，则保持该业务的标准资源Sr不变；否则，对该业务的标准资源Sr按照比值进行调节，使得该业务的标准资源Sr更新为但是更新后的Sr值必须处于该业务标准资源的限制范围内：即大于其下限或低于其上限；如果更新后的Sr值小于其下限，则让该Sr值等于其下限；如果更新后的Sr值大于其上限，则让Sr值等于其上限；

(33)OCS把该业务的上次带宽Up的值更新为当前带宽Uc的值；

(4)以标准资源为基础，OCS执行资源预留算法，如果预留成功，则跳转执行步骤(7)；否则，执行后续步骤(5)；

(5)OCS执行资源回收算法，从已经得到资源的业务中，将还未使用的资源重新回收过来；

(6)OCS执行资源再分配算法，将回收的资源重新分配给新的业务实例和被回收资源的业务实例；

(7)OCS给相应的被计费实体装置返回信用控制应用应答CCA消息，然后返回执行步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述资源预留算法进一步包括下列操作内容：(41)OCS查询用户帐户后，获知该帐户的当前真实余额资源C，再根据其业务类型查询到当前的业务费率R，计算该用户帐户的当前等价余额资源Cr：$\mathrm{Cr}=\frac{C}{R};$(42)OCS判断该当前等价余额资源Cr是否不小于该业务的标准资源Sr，如果是，则OCS直接为该业务预留资源Sr，预留成功；否则，执行后续操作；

(43)OCS将标准资源Sr按照递减比例因子γ逐次进行递减计算，即让Sr递减为Sr×γk，式中，自然数k为递减的次数，γ为大于零小于1的小数；直到递减后的Sr值不大于Cr，并且递减次数k未超过系统设定的上限次数，则OCS为该业务预留资源为当前Sr的值，且OCS返回预留成功消息；如果递减次数超过系统设定的上限次数，则OCS返回预留失败消息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述资源回收算法进一步包括下列操作内容：(51)先对每一个业务实例i按照下述公式计算其回收资源的比重值W(i)：式中，自然数i是每个业务实例的顺序号，其取值范围的最大值为S，即S是当前已经得到资源的业务实例的总数目，A(i)是当前已经分配给业务实例i的资源数量，Sr(i)是业务实例i当前的标准资源大小；

(52)将W(i)按照其数值从大到小进行排序，选取排列在前的一个或多个业务实例进行资源回收，即把已经分给前面一个或多个业务实例的、尚未使用的资源全部回收回来。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述资源再分配算法对资源进行再分配的原则是：按照业务实例在正常服务质量QoS水平下的标准资源越多和当前对应的标准资源越大，则该业务实例被重新分配后得到的资源越多。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述资源再分配算法进一步包括下列操作内容：(61)按照下述公式把从第i个业务实例回收的等价资源E(i)转化成真实资源T(i)：T(i)＝E(i)×R(i)；式中，自然数i是每个业务实例的顺序号，R(i)是当前第i个业务实例的费率；

(62)按照下述公式计算资源回收后当前帐户中的真实资源CN为：式中，CO为资源回收前帐户的真实资源，M是被回收资源的业务实例的总数目；

(63)按照下述公式把帐户的当前真实资源CN分配给新业务实例和被回收资源的共M个业务实例：式中，序号l是每个业务实例的顺序号，其最大值是M，l为0表示新业务实例，Ca(l)是业务实例l被分配的真实资源，Sr*(l)是业务实例l在正常服务质量QoS水平下的标准资源大小，Sr(l)是业务实例l当前的标准资源大小；

(64)把业务实例l被分配的真实资源Ca(l)按照下述公式转化成等价资源Ea(l)：Ea(l)＝Ca(l)/R(l)；式中，R(l)是业务实例l当前的费率；

(65)对于新业务实例和被回收资源的共M个业务实例分别进行下述判断：每个业务实例l的等价资源Ea(l)是否大于或等于该业务实例l的基本资源Br(l)，即Ea(l)≥Br(l)；如果上述每个业务实例都能满足该条件，则分别将各个等价资源Ea(l)分配给其所对应的业务实例l，结束该算法；否则，将回收的共M个业务实例的资源重新原额返还给其所对应的业务实例，并拒绝对新业务实例服务，结束该算法。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述业务实例的基本资源是保证该业务能够有实际意义地被执行一次所需要的最小资源值，所述有实际意义是对于用户使用该业务具有实际应用的价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于IMS多业务在线计费中的帐户资源预留和分配方法，属于通信技术中的IMS多业务在线计费技术领域。

背景技术

在2G移动通信系统中，通过引入智能网实现了对语音业务的在线计费，同一时刻，每一个预付费用户的账户只允许接入一个预付费呼叫业务，本质上相当于账户上的所有余额在通话期间都由这一个业务所使用，这种单业务独享账户的计费过程相对比较简单。而在3G移动通信系统中，通过引入IP多媒体子系统IMS(IP Multimedia Subsystem)实现了对语音、数据、视频等多种差异化业务的融合，IMS的在线计费机制允许每一个预付费用户能够同时进行多项业务。比如，一个用户既可以上网浏览新闻，又可以在线收看视频，同时还可以参与即时聊天，所有这些业务都是在同一时间由同一个预付费用户的账户进行计费支持。由于账户余额有限，如何合理地为多项并发的业务分配资源是IMS在线计费机制中值得研究的问题。
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)等3G网络通过引入新的计费实体在线计费系统OCS(Online Charging System)，实现对IMS网络的在线计费支持。IMS被计费的实体包括IMS的各类呼叫会话控制功能实体CSCF(Call Session Control Function)、IMS的应用服务器AS(ApplicationServer)以及IMS的媒体资源功能控制器MRFC(Media Resource FunctionController)等，它们都向OCS发起计费请求，并在计费过程中搜集各类计费信息报告给OCS，OCS主要完成账户余额管理，为各类业务预留资源，以及产生计费详单记录等功能。IMS被计费实体与OCS之间采用Diameter信用控制应用DCCA(Diameter Credit-Control Application)协议进行交互，该协议主要由两个命令消息组成：信用控制请求消息CCR(Credit Control Request)：由IMS被计费实体发给OCS，实现各类计费请求；以及信用控制应答消息CCA(CreditControl Answer)：由OCS返回给IMS被计费实体，完成对CCR的请求回应。
但是，在相关的国际规范或标准中，没有对OCS的资源预留策略给出一个明确的规定。前面已经提到，IMS的在线计费机制允许一个用户的账户同时支持多项并发业务的计费。由于账户余额是有限的，如果OCS每次预留的资源数量过大，则得到资源分配的业务最后可能剩余较多的未使用资源，这样，在业务结束后，这些剩余资源将会被释放；但是在释放之前，账户余额可能将不再有足够的资源支持用户接入新的业务，造成业务接入的拒绝或等待，使得账户资源利用率不高。如果每次预留的资源过少，则分配的资源就会很快消耗完，这样，IMS被计费实体就频繁地向OCS发起单位预留RU操作和借记DU操作，从而增加了网络的信令负荷以及系统的处理开销。
因此，面向IMS的多业务的在线计费需求，如何为OCS设计一个有效的帐户资源预留和分配方法已经成为一个急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了实现IMS中多业务的在线计费需要，提供一个用于OCS的帐户资源预留和分配方法，该方法既可以保证高的账户资源利用率，又不至于引起过大的网络和系统资源开销。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于IMS多业务在线计费中的帐户资源预留和分配方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步骤：
(1)在IMS的被计费实体装置与在线计费系统OCS之间进行交互所采用Diameter信用控制应用DCCA(Diameter Credit-Control Application)协议中，对信用控制应用请求CCR的消息格式进行扩展，增加业务带宽信息的属性值：带宽信息BI(Bandwidth Informaition)，并由IMS中的被计费实体装置每次通过更新请求(UPDATE_REQUEST)类型的CCR消息报告给OCS；
(2)OCS等待接收CCR消息，并根据接收到的CCR消息的不同类型分别执行相应的操作：
如果该CCR消息是初始请求(INITIAL_REQUEST)类型，则跳转执行步骤(4)；
如果该CCR消息是终止请求(TERMINATION_REQUEST)类型，则跳转执行步骤(7)；
如果该CCR消息是更新请求(UPDATE_REQUEST)类型，则执行后续步骤(3)；
(3)OCS根据业务实例运行时的服务质量QoS水平，对业务的标准资源进行动态修正，即OCS执行业务标准资源更新算法；所述业务的标准资源是指一个业务在正常服务质量QoS水平下通过统计测量所获得的该业务的平均资源消耗值；所述业务标准资源更新算法包括下列操作内容：
(31)OCS从接收到的更新请求类型的CCR消息中提取出带宽信息BI，该BI值为当前业务的当前带宽Uc；
(32)OCS计算当前业务的当前带宽Uc与该业务的上次带宽Up的比值如果该比值位于该业务的正常范围内，则保持该业务的标准资源Sr不变；否则，对该业务的标准资源Sr按照比值进行调节，使得该业务的标准资源Sr更新为但是更新后的Sr值必须处于该业务标准资源的限制范围内即大于其下限或低于其上限；如果更新后的Sr值小于其下限，则让该Sr值等于其下限；如果更新后的Sr值大于其上限，则让Sr值等于其上限；
(33)OCS把该业务的上次带宽Up的值更新为当前带宽Uc的值；
(4)以标准资源为基础，OCS执行资源预留算法，如果预留成功，则跳转执行步骤(7)；否则，执行后续步骤(5)；
(5)OCS执行资源回收算法，从已经得到资源的业务中，将还未使用的资源重新回收过来；
(6)OCS执行资源再分配算法，将回收的资源重新分配给新的业务实例和被回收资源的业务实例；
(7)OCS给相应的被计费实体装置返回信用控制应用应答CCA消息，然后返回执行步骤(2)。
所述步骤(4)中，所述资源预留算法进一步包括下列操作内容：
(41)OCS查询用户帐户后，获知该帐户的当前真实余额资源C，再根据其业务类型查询到当前的业务费率R，计算该用户帐户的当前等价余额资源Cr：$\mathrm{Cr}=\frac{C}{R};$
(42)OCS判断该当前等价余额资源Cr是否不小于该业务的标准资源Sr，如果是，则OCS直接为该业务预留资源Sr，预留成功；否则，执行后续操作；
(43)OCS将标准资源Sr按照递减比例因子y逐次进行递减计算，即让Sr递减为Sr×γk，式中，自然数k为递减的次数，γ为大于零小于1的小数；直到递减后的Sr值不大于Cr，并且递减次数k未超过系统设定的上限次数，则OCS为该业务预留资源为当前Sr的值，且OCS返回预留成功消息；如果递减次数超过系统设定的上限次数，则OCS返回预留失败消息。
所述步骤(5)中，所述资源回收算法进一步包括下列操作内容：
(51)先对每一个业务实例i按照下述公式计算其回收资源的比重值W(i)：式中，自然数i是每个业务实例的顺序号，其取值范围的最大值为S，即S是当前已经得到资源的业务实例的总数目，A(i)是当前已经分配给业务实例i的资源数量，Sr(i)是业务实例i当前的标准资源大小；
(52)将W(i)按照其数值从大到小进行排序，选取排列在前的一个或多个业务实例进行资源回收，即把已经分给前面一个或多个业务实例的、尚未使用的资源全部回收回来。
所述步骤(6)中，所述资源再分配算法对资源进行再分配的原则是：按照业务实例在正常服务质量QoS水平下的标准资源越多和当前对应的标准资源越大，则该业务实例被重新分配后得到的资源越多。
所述步骤(6)中，所述资源再分配算法进一步包括下列操作内容：
(61)按照下述公式把从第i个业务实例回收的等价资源E(i)转化成真实资源T(i)：T(i)＝E(i)×R(i)；式中，自然数i是每个业务实例的顺序号，R(i)是当前第i个业务实例的费率；
(62)按照下述公式计算资源回收后当前帐户中的真实资源CN为：式中，CO为资源回收前帐户的真实资源，M是被回收资源的业务实例的总数目；
(63)按照下述公式把帐户的当前真实资源CN分配给新业务实例和被回收资源的共M个业务实例：式中，序号l是每个业务实例的顺序号，其最大值是M，l为0表示新业务实例，Ca(l)是业务实例l被分配的真实资源，Sr*(l)是业务实例l在正常服务质量QoS水平下的标准资源大小，Sr(l)是业务实例l当前的标准资源大小；
(64)把业务实例l被分配的真实资源Ca(l)按照下述公式转化成等价资源Ea(l)：Ea(l)＝Ca(l)/R(l)；式中，R(l)是业务实例l当前的费率；
(65)对于新业务实例和被回收资源的共M个业务实例分别进行下述判断：每个业务实例l的等价资源Ea(l)是否大于或等于该业务实例l的基本资源Br(l)，即Ea(l)≥Br(l)；如果上述每个业务实例都能满足该条件，则分别将各个等价资源Ea(l)分配给其所对应的业务实例l，结束该算法；否则，将回收的共M个业务实例的资源重新原额返还给其所对应的业务实例，并拒绝对新业务实例服务，结束该算法。
所述业务实例的基本资源是保证该业务能够有实际意义地被执行一次所需要的最小资源值，所述有实际意义是对于用户使用该业务具有实际应用的价值。
本发明方法的优点和效果是：通过引入对资源执行回收和再分配的机制，增强了OCS系统对业务的服务质量QoS变化的动态适应能力，当业务的QoS降低时，本发明方法的功效尤其明显。而且，该方法的操作步骤简单，容易实现，能够简化各个计费请求之间的关联特性和事务特性，使得系统的性能得到明显提高，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明IMS多业务在线计费的帐户资源预留和分配方法的流程图。
图2是本发明方法的仿真实施例的实验模型架构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，介绍本发明用于IMS多业务在线计费中的帐户资源预留和分配方法的具体操作步骤：
步骤1：在IMS的被计费实体装置与在线计费系统OCS之间进行交互所采用Diameter信用控制应用DCCA(Diameter Credit-Control Application)协议中，对信用控制应用请求CCR的消息格式进行扩展，增加业务带宽信息的属性值：带宽信息BI(Bandwidth Informaition)，并由IMS中的被计费实体装置每次通过更新请求(UPDATE_REQUEST)类型的CCR消息报告给OCS。
步骤2：OCS等待接收CCR消息，并根据接收到的CCR消息的不同类型分别执行相应的操作：
如果该CCR消息是初始请求(INITIAL_REQUEST)类型，则跳转执行步骤(4)；
如果该CCR消息是终止请求(TERMINATION_REQUEST)类型，则跳转执行步骤(7)；
如果该CCR消息是更新请求(UPDATE_REQUEST)类型，则执行后续步骤(3)。
步骤3：OCS根据业务实例运行时的QoS水平，对业务标准资源进行动态修正，即OCS执行业务标准资源更新算法。在该标准资源更新算法中，业务的标准资源是指一个业务在正常QoS水平下通过统计测量所获得的该业务的平均资源消耗值。
业务标准资源更新算法包括下列操作内容：OCS从接收到的更新请求(UPDATE_REQUEST)类型的CCR消息中提取出带宽信息BI，该BI值为当前业务的当前带宽Uc。然后，OCS计算当前业务的当前带宽Uc与该业务的上次带宽Up的比值如果该比值位于该业务的正常范围内，则保持该业务的标准资源Sr不变；否则，对该业务的标准资源Sr按照比值进行调节，使得该业务的标准资源Sr更新为但是更新后的Sr值必须处于该业务标准资源的限制范围内：即使得Sr值大于其下限或低于其上限；如果更新后的Sr值小于其下限，则让该Sr值等于其下限；如果更新后的Sr值大于其上限，则让Sr值等于其上限。最后，把该业务的上次带宽Up的值更新为当前带宽Uc的值，算法结束。
步骤4：以标准资源为基础，OCS执行资源预留算法，如果预留成功，则跳转执行步骤(7)；如果预留不成功，则执行后续步骤(5)。
资源预留算法包括下列操作内容：OCS查询用户帐户后，获知该帐户的当前真实余额资源C，再根据其业务类型查询到当前的业务费率R，计算该用户帐户的当前等价余额资源Cr：接着，OCS判断该当前等价余额资源Cr是否不小于该业务的标准资源Sr，如果是，则OCS直接为该业务预留资源Sr，预留成功；否则，OCS将标准资源Sr按照递减比例因子γ(γ为大于零小于1的小数)逐次进行递减计算，即让Sr递减为Sr×γk，式中，自然数k为递减的次数；直到递减后的Sr值不大于Cr，并且递减次数k未超过系统设定的上限次数，则OCS为该业务预留资源为当前Sr的值，并返回预留成功消息；如果递减次数超过系统设定的上限次数，则返回预留失败消息。
步骤5：OCS执行资源回收算法，从已经得到资源的业务中，将还未使用的资源重新回收过来。
资源回收算法包括下列操作内容：假设当前已经得到资源的业务实例数量共S个，OCS先对每一个业务实例i按照下述公式计算其回收资源的比重值式中，自然数i是每个业务实例的顺序号，其取值范围的最大值为S，即S是当前已经得到资源的业务实例的总数目，A(i)是当前已经分配给业务实例i的资源数量，Sr(i)是业务实例i当前的标准资源大小。然后，将W(i)按照其数值从大到小进行排序，选取排列在前的一个或多个业务实例进行资源回收，即把已经分给前面一个或多个业务实例的、尚未使用的资源全部回收回来。如果业务实例当前被分配的资源数量越多，其对应的当前标准资源值越小，则该业务实例被回收的可能性越高。
步骤6：OCS执行资源再分配算法，将回收的资源重新分配给新的业务实例和被回收资源的业务实例。
该步骤中的资源再分配算法对资源进行再分配的原则是：按照业务实例在正常QoS水平下的标准资源越多和当前对应的标准资源越大，则该业务实例被重新分配后得到的资源越多。资源再分配算法进一步包括下列操作内容：
(61)先按照下述公式把从第i个业务实例回收的等价资源E(i)转化成真实资源T(i)：T(i)＝E(i)×R(i)；式中，自然数i是每个业务实例的顺序号，R(i)是当前第i个业务实例的费率；
(62)按照下述公式计算资源回收后当前帐户中的真实资源CN为：式中，CO为资源回收前帐户的真实资源，M是被回收资源的业务实例的总数目；
(63)按照下述公式把帐户的当前真实资源CN分配给新业务实例和被回收资源的共M个业务实例：式中，序号l是每个业务实例的顺序号，其最大值是M，l为0表示新业务实例，Ca(l)是业务实例l被分配的真实资源，Sr*(l)是业务实例l在正常服务质量QoS水平下的标准资源大小，Sr(l)是业务实例l当前的标准资源大小；
(64)把业务实例l被分配的真实资源Ca(l)按照下述公式转化成等价资源Ea(l)：Ea(l)＝Ca(l)/R(l)；式中，R(l)是业务实例l当前的费率；
(65)对于新业务实例和被回收资源的共M个业务实例分别进行下述判断：每个业务实例l的等价资源Ea(l)是否大于或等于该业务实例l的基本资源Br(l)，即Ea(l)≥Br(l)；如果上述每个业务实例都能满足该条件，则分别将各个等价资源Ea(l)分配给其所对应的业务实例l，结束该算法；否则，将回收的共M个业务实例的资源重新原额返还给其所对应的业务实例，并拒绝对新业务实例服务，结束该算法。
本发明业务实例的基本资源是保证该业务能够有实际意义地被执行一次所需要的最小资源值，这里的“有实际意义”是指对于用户使用该业务具有实际应用的价值；例如，一次WAP浏览业务，如果所剩余额只有几十个字节的资源，那么对于用户浏览而言，没有任何实际意义；同样，一次流媒体播放业务，如果所剩余额只有不到1秒钟的播放时间，对于用户来说也没有实际应用价值。
步骤7：OCS给相应的被计费实体装置返回信用控制应用应答消息，然后执行步骤2。
参见图2，介绍本发明方法的仿真实施例的试验情况。申请人采用仿真软件SIMPROCESS对本发明方法进行了仿真实施试验，仿真实验的模型如图2所示。实验中设置的用户可同时发起两类业务会话：流媒体业务和Internet交互业务，每个业务会话触发一个业务计费请求。
实验结果表明：在正常QoS情况下，本发明方法对标准资源的参数不但能够进行正常调节，而且能及时发现业务带宽骤减等短时现象，及时地调整相应的标准资源值，以提高系统的效率，因此提高了系统的工作性能。当QoS水平降低时，本发明方法能够在线地监测业务的带宽水平，并根据QoS的变化动态调节标准资源值，使得在资源预留、回收和再分配的各个环节都能按照业务实际消耗的资源水平进行预留、回收和再分配，因此确保了当QoS降低时系统的性能仍能发挥良好。