閆 輝，徐 啟，劉建功，許 琦

（中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

5G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)階段分別使用了兩種組網(wǎng)技術(shù)，分別是獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）和非獨(dú)立組網(wǎng)（Non-Standalone，NSA）。SA屬于單純的5G網(wǎng)絡(luò)，需重新建設(shè)基站、核心網(wǎng)等，具備在商業(yè)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、科研領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢；而NSA在原有4G網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行5G組網(wǎng)，組網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可行性良好，但是無法完全滿足5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求。SA組網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的重要趨勢，基于5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)的融合計(jì)費(fèi)方案已經(jīng)成為運(yùn)營商重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 4G/NSA計(jì)費(fèi)向5G/SA計(jì)費(fèi)演化過程分析

1.1 4G/NSA計(jì)費(fèi)方案

4G/NSA在核心網(wǎng)的計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)（Charging Gateway，CG）進(jìn)行離線計(jì)費(fèi)，通過獲取的用戶計(jì)費(fèi)信息完成費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，然后輸出用戶話單。其在線計(jì)費(fèi)采用在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)（Online Charging System，OCS），可以收集用戶端的費(fèi)用信息[1]。而5G網(wǎng)絡(luò)主要采用的是在線計(jì)費(fèi)功能和離線計(jì)費(fèi)功能相結(jié)合的計(jì)費(fèi)服務(wù)功能（CHarging Function，CHF），支持離線計(jì)費(fèi)、在線計(jì)費(fèi)以及融合計(jì)費(fèi)場景，通過計(jì)費(fèi)功能的服務(wù)化端口Nchf與網(wǎng)元側(cè)建立通信，生成話費(fèi)單，可以滿足5G計(jì)費(fèi)的多元化需求。

1.2 5G/NSA計(jì)費(fèi)方案

5G網(wǎng)絡(luò)如果采用的是NAS組網(wǎng)，除了進(jìn)行5G計(jì)費(fèi)外，還要進(jìn)行以上幾代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的計(jì)費(fèi)。5G/NSA在流量計(jì)費(fèi)過程中，將4G基站與5G基站同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，但核心網(wǎng)無法分辨4G、5G流量。如果要對(duì)5G流量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，需在5G基站端進(jìn)行計(jì)算，然后借助控制面反饋信息，最后由計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行流量的離線計(jì)算[2]。采用5G/NSA流量計(jì)費(fèi)方式，沒有實(shí)現(xiàn)OCS在線計(jì)費(fèi)與內(nèi)容計(jì)費(fèi)，也就是在計(jì)費(fèi)過程中忽略了計(jì)費(fèi)的內(nèi)容差異，與運(yùn)營商計(jì)費(fèi)需要不符?；诖?，應(yīng)采用5G/SA流量融合計(jì)費(fèi)方案，實(shí)現(xiàn)各代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一計(jì)費(fèi)。

1.3 演 化

5G/SA融合計(jì)費(fèi)依托于SA組網(wǎng)，將在線計(jì)費(fèi)與離線計(jì)費(fèi)進(jìn)行了整合，統(tǒng)一了計(jì)費(fèi)接口，可以實(shí)現(xiàn)各代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)功能的兼容。4G/NSA同時(shí)實(shí)行離線計(jì)費(fèi)與在線計(jì)費(fèi)，離線計(jì)費(fèi)與4G核心網(wǎng)之間布置了CG與GA接口，在線計(jì)費(fèi)與核心網(wǎng)之間布置了GY接口與OCS，以此構(gòu)建出4G核心網(wǎng)的計(jì)費(fèi)架構(gòu)[3]。5G網(wǎng)絡(luò)直接將以上內(nèi)容整合為融合計(jì)費(fèi)的CHF，接口統(tǒng)一為服務(wù)化接口Nchf，優(yōu)化了4G核心網(wǎng)的計(jì)費(fèi)架構(gòu)，但是計(jì)費(fèi)的方式和方法沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變，還是在用戶端進(jìn)行計(jì)費(fèi)信息的收集，并通過收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問控制，從而構(gòu)建出5G/SA的融合計(jì)費(fèi)架構(gòu)。4G計(jì)費(fèi)向5G融合計(jì)費(fèi)具體演化情形如圖1所示。

圖1 4G計(jì)費(fèi)向5G融合計(jì)費(fèi)演化形式

CHF整合了4G的在線計(jì)費(fèi)功能與離線計(jì)費(fèi)功能，同時(shí)支持兩種計(jì)費(fèi)模式，生成計(jì)費(fèi)話單，同時(shí)進(jìn)行配額管理，動(dòng)態(tài)控制用戶移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的可用量，并配置了統(tǒng)一服務(wù)接口Nchf，建立了用戶端與CHF之間的連接，兼容在線與離線計(jì)費(fèi)功能。從圖1中5G融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)部署形態(tài)來看，實(shí)現(xiàn)了融合計(jì)算系統(tǒng)的集成，在5G/SA組網(wǎng)中部署更加的靈活，為IT系統(tǒng)云化提供了技術(shù)支撐[4]。在融合計(jì)費(fèi)功能上來看，不但繼承了4G/NSA生成計(jì)費(fèi)話單的優(yōu)勢，還增加了配額管理的功能，確保了5G網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)與計(jì)費(fèi)功能的高準(zhǔn)確性與高可靠性，解決了4G/NSA在線與離線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)分離引起的計(jì)費(fèi)偏差。

2 5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)中融合計(jì)費(fèi)方案分析

2.1 融合計(jì)費(fèi)關(guān)鍵網(wǎng)元與功能

會(huì)話管理網(wǎng)元（Session Management Function，SMF）的主要功能包括：會(huì)話建立、修改與發(fā)布，在融合計(jì)費(fèi)中接收CHF的計(jì)費(fèi)參數(shù)，同時(shí)收集用戶的計(jì)費(fèi)信息，并將信息反饋給CHF；監(jiān)控CHF在線計(jì)費(fèi)參數(shù)；維護(hù)節(jié)點(diǎn)與用戶端口功能（User Port Function，UPF）之間的鏈路，并向UPF下發(fā)配額與計(jì)費(fèi)參數(shù)，同時(shí)將其配額用量反饋給SMF。

5G核心網(wǎng)網(wǎng)元集中式協(xié)調(diào)功能（Point Coordination Function，PCF）負(fù)責(zé)用戶訪問選擇與協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）會(huì)話等相關(guān)策略，完成接入與移動(dòng)性相關(guān)的控制[5]。

融合計(jì)費(fèi)網(wǎng)元CHF在融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中的主要功能有以下3種：一是在線計(jì)費(fèi)，負(fù)責(zé)批價(jià)、扣費(fèi)、配額、下發(fā)計(jì)費(fèi)參數(shù)等工作；二是離線計(jì)費(fèi)，主要用于計(jì)費(fèi)參數(shù)的下發(fā)；三是配額用量處理，同步生成計(jì)費(fèi)話單。

UPF負(fù)責(zé)處理5G核心網(wǎng)用戶平面數(shù)據(jù)包的路由與轉(zhuǎn)發(fā)功能，連接了5G網(wǎng)絡(luò)與多接入邊緣計(jì)算，是5G核心網(wǎng)中非常重要的網(wǎng)元。其通過N4接口與SMF建立會(huì)話，根據(jù)SMF下發(fā)的指令配合開展業(yè)務(wù)處理活動(dòng)。

2.2 融合計(jì)費(fèi)流程

根據(jù)融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵網(wǎng)元與功能信息，5G/SA融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)網(wǎng)元業(yè)務(wù)處理流程如圖2所示。

圖2 5G/SA融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)網(wǎng)元業(yè)務(wù)處理流程

根據(jù)圖2，具體流程分析如下。（1）PCF與SMF之間建立對(duì)話，SMF→PCF完成接入控制后，SMF下發(fā)計(jì)費(fèi)規(guī)則需求，PCF反饋計(jì)費(fèi)粒度與計(jì)費(fèi)方式；（2）SMF→CHF，直接選擇融合計(jì)費(fèi)網(wǎng)元；（3）SMF向CHF發(fā)布配額申請，CHF反饋用戶的配額與計(jì)費(fèi)參數(shù)；（4）SMF→UPF，SMF將前期獲取的計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)發(fā)布給UPF；（5）UPF從用戶體驗(yàn)端（User Experience，UE）獲取用戶訪問業(yè)務(wù)，經(jīng)過解析后根據(jù)獲取的計(jì)費(fèi)規(guī)則、事件、參數(shù)等進(jìn)行計(jì)量，形成計(jì)費(fèi)信息并向SMF上報(bào)；（6）SMF接收到UPF上報(bào)的計(jì)費(fèi)信息后，將信息上報(bào)給CHF，同時(shí)申請新的配額，至此完成整個(gè)5G/SA融合計(jì)費(fèi)流程[6]。

3 5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)融合計(jì)費(fèi)方案的實(shí)現(xiàn)

做好CHF主備用服務(wù)器的設(shè)計(jì)，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障后，備用服務(wù)器立即接替主服務(wù)器運(yùn)行，盡量縮減核心網(wǎng)業(yè)務(wù)延時(shí)，使用戶幾乎感知不到融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題[7]。當(dāng)SMF與CHF主服務(wù)器建立會(huì)話后，鏈路反饋回故障信息，SMF則直接與CHF備用服務(wù)器建立連接。當(dāng)主服務(wù)器恢復(fù)運(yùn)行后，SMF會(huì)第一時(shí)間感知，切斷與備用服務(wù)器的連接，同時(shí)重新建立與主服務(wù)器之間的會(huì)話。當(dāng)CHF主備用服務(wù)器都發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，運(yùn)營商還需建立應(yīng)急處理方案，這種情況發(fā)生的概率非常小，一般發(fā)生在5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)初期。具體應(yīng)急處理方案有以下兩種：一是停止融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)維持移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的正常通信，故障期間不會(huì)影響用戶使用體驗(yàn)，但是會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用損失；二是停止用戶訪問業(yè)務(wù)，故障期間暫停5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，但對(duì)于用戶體驗(yàn)不是十分友好[8]。

5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)需要一定的建設(shè)時(shí)間，在4G向著5G網(wǎng)絡(luò)過渡期間，可以并行4G計(jì)費(fèi)與5G計(jì)費(fèi)模式，實(shí)現(xiàn)4G計(jì)費(fèi)與5G計(jì)費(fèi)的互切換。具體部署方案是在網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)設(shè)置PGW-C與SMF，兩者通過N40接口與CHF建立連接，并使用相同的計(jì)費(fèi)規(guī)則、計(jì)費(fèi)事件以及計(jì)費(fèi)參數(shù)，保證融合計(jì)費(fèi)的一致性。PGW-C可以進(jìn)行融合計(jì)費(fèi)，構(gòu)建4G的融合計(jì)費(fèi)模式，為4G計(jì)費(fèi)與5G計(jì)費(fèi)的互切提供技術(shù)支撐，以保障運(yùn)營商5G/SA網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)的可靠敏捷且經(jīng)濟(jì)高效[9]。

融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行了5G/SA網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)的整合，間接降低了運(yùn)營商融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)維的成本。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶與核心網(wǎng)之間端到端的服務(wù)，通過與核心網(wǎng)無縫銜接，支持持續(xù)交付，為運(yùn)營商提供了降本增效的最佳解決方案。此外，運(yùn)用融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可以壓縮新需求的上線時(shí)間，業(yè)務(wù)中斷概率極低，可用性高達(dá)100%[10]?，F(xiàn)階段5G/SA融合計(jì)費(fèi)系統(tǒng)支持1 000多種計(jì)費(fèi)因子且擁有300多個(gè)應(yīng)用程序編程接口，量綱組合靈活，聯(lián)合運(yùn)用統(tǒng)一運(yùn)維與自動(dòng)化運(yùn)維方案，為運(yùn)營商5G新業(yè)務(wù)的推廣提供有力的融合計(jì)費(fèi)支撐，加快5G業(yè)務(wù)變現(xiàn)的速度。

4 結(jié) 論

在5G/SA網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)中，需要兼容以上幾代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的計(jì)費(fèi)模式，實(shí)現(xiàn)多元計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)的并行，但由于4G/NSA并行了在線與離線兩種計(jì)費(fèi)方案，導(dǎo)致兩種計(jì)費(fèi)方案難以保證結(jié)果的一致性。而基于5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)構(gòu)建融合計(jì)費(fèi)架構(gòu)，兼容在線與離線兩種計(jì)費(fèi)模式，同時(shí)根據(jù)用戶訪問業(yè)務(wù)的不同進(jìn)行差異化計(jì)費(fèi)，適用于不同的5G應(yīng)用場景計(jì)費(fèi)，為5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)提供了最佳的計(jì)費(fèi)解決方案。