5G網絡獨立組網中融合計費方案的研究

閆 輝，徐 啟，劉建功，許 琦

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

5G網絡現階段分別使用了兩種組網技術，分別是獨立組網（Standalone，SA）和非獨立組網（Non-Standalone，NSA）。SA屬于單純的5G網絡，需重新建設基站、核心網等，具備在商業領域、工業領域、科研領域應用的優勢；而NSA在原有4G網絡資源的基礎上進行5G組網，組網的經濟性、可行性良好，但是無法完全滿足5G網絡業務的需求。SA組網是5G網絡未來發展的重要趨勢，基于5G網絡SA組網的融合計費方案已經成為運營商重點關注的問題。

1 4G/NSA計費向5G/SA計費演化過程分析

1.1 4G/NSA計費方案

4G/NSA在核心網的計費網關（Charging Gateway，CG）進行離線計費，通過獲取的用戶計費信息完成費用統計，然后輸出用戶話單。其在線計費采用在線計費系統（Online Charging System，OCS），可以收集用戶端的費用信息[1]。而5G網絡主要采用的是在線計費功能和離線計費功能相結合的計費服務功能（CHarging Function，CHF），支持離線計費、在線計費以及融合計費場景，通過計費功能的服務化端口Nchf與網元側建立通信，生成話費單，可以滿足5G計費的多元化需求。

1.2 5G/NSA計費方案

5G網絡如果采用的是NAS組網，除了進行5G計費外，還要進行以上幾代移動通信網絡的計費。5G/NSA在流量計費過程中，將4G基站與5G基站同時接入網絡，但核心網無法分辨4G、5G流量。如果要對5G流量進行單獨計算，需在5G基站端進行計算，然后借助控制面反饋信息，最后由計費網關進行流量的離線計算[2]。采用5G/NSA流量計費方式，沒有實現OCS在線計費與內容計費，也就是在計費過程中忽略了計費的內容差異，與運營商計費需要不符?；诖?，應采用5G/SA流量融合計費方案，實現各代移動通信網絡的統一計費。

1.3 演 化

5G/SA融合計費依托于SA組網，將在線計費與離線計費進行了整合，統一了計費接口，可以實現各代移動通信網絡計費功能的兼容。4G/NSA同時實行離線計費與在線計費，離線計費與4G核心網之間布置了CG與GA接口，在線計費與核心網之間布置了GY接口與OCS，以此構建出4G核心網的計費架構[3]。5G網絡直接將以上內容整合為融合計費的CHF，接口統一為服務化接口Nchf，優化了4G核心網的計費架構，但是計費的方式和方法沒有發生實質性的改變，還是在用戶端進行計費信息的收集，并通過收集的數據進行訪問控制，從而構建出5G/SA的融合計費架構。4G計費向5G融合計費具體演化情形如圖1所示。

圖1 4G計費向5G融合計費演化形式

CHF整合了4G的在線計費功能與離線計費功能，同時支持兩種計費模式，生成計費話單，同時進行配額管理，動態控制用戶移動通信業務的可用量，并配置了統一服務接口Nchf，建立了用戶端與CHF之間的連接，兼容在線與離線計費功能。從圖1中5G融合計費系統部署形態來看，實現了融合計算系統的集成，在5G/SA組網中部署更加的靈活，為IT系統云化提供了技術支撐[4]。在融合計費功能上來看，不但繼承了4G/NSA生成計費話單的優勢，還增加了配額管理的功能，確保了5G網絡核心網與計費功能的高準確性與高可靠性，解決了4G/NSA在線與離線計費系統分離引起的計費偏差。

2 5G網絡SA組網中融合計費方案分析

2.1 融合計費關鍵網元與功能

會話管理網元（Session Management Function，SMF）的主要功能包括：會話建立、修改與發布，在融合計費中接收CHF的計費參數，同時收集用戶的計費信息，并將信息反饋給CHF；監控CHF在線計費參數；維護節點與用戶端口功能（User Port Function，UPF）之間的鏈路，并向UPF下發配額與計費參數，同時將其配額用量反饋給SMF。

5G核心網網元集中式協調功能（Point Coordination Function，PCF）負責用戶訪問選擇與協議數據單元（Protocol Data Unit，PDU）會話等相關策略，完成接入與移動性相關的控制[5]。

融合計費網元CHF在融合計費系統中的主要功能有以下3種：一是在線計費，負責批價、扣費、配額、下發計費參數等工作；二是離線計費，主要用于計費參數的下發；三是配額用量處理，同步生成計費話單。

UPF負責處理5G核心網用戶平面數據包的路由與轉發功能，連接了5G網絡與多接入邊緣計算，是5G核心網中非常重要的網元。其通過N4接口與SMF建立會話，根據SMF下發的指令配合開展業務處理活動。

2.2 融合計費流程

根據融合計費系統的關鍵網元與功能信息，5G/SA融合計費系統網元業務處理流程如圖2所示。

圖2 5G/SA融合計費系統網元業務處理流程

根據圖2，具體流程分析如下。（1）PCF與SMF之間建立對話，SMF→PCF完成接入控制后，SMF下發計費規則需求，PCF反饋計費粒度與計費方式；（2）SMF→CHF，直接選擇融合計費網元；（3）SMF向CHF發布配額申請，CHF反饋用戶的配額與計費參數；（4）SMF→UPF，SMF將前期獲取的計費業務發布給UPF；（5）UPF從用戶體驗端（User Experience，UE）獲取用戶訪問業務，經過解析后根據獲取的計費規則、事件、參數等進行計量，形成計費信息并向SMF上報；（6）SMF接收到UPF上報的計費信息后，將信息上報給CHF，同時申請新的配額，至此完成整個5G/SA融合計費流程[6]。

3 5G網絡SA組網融合計費方案的實現

做好CHF主備用服務器的設計，當主服務器出現故障后，備用服務器立即接替主服務器運行，盡量縮減核心網業務延時，使用戶幾乎感知不到融合計費系統出現故障問題[7]。當SMF與CHF主服務器建立會話后，鏈路反饋回故障信息，SMF則直接與CHF備用服務器建立連接。當主服務器恢復運行后，SMF會第一時間感知，切斷與備用服務器的連接，同時重新建立與主服務器之間的會話。當CHF主備用服務器都發生運行故障時，運營商還需建立應急處理方案，這種情況發生的概率非常小，一般發生在5G網絡SA組網初期。具體應急處理方案有以下兩種：一是停止融合計費系統運行，同時維持移動通信網絡的正常通信，故障期間不會影響用戶使用體驗，但是會產生費用損失；二是停止用戶訪問業務，故障期間暫停5G網絡服務，但對于用戶體驗不是十分友好[8]。

5G網絡SA組網需要一定的建設時間，在4G向著5G網絡過渡期間，可以并行4G計費與5G計費模式，實現4G計費與5G計費的互切換。具體部署方案是在網絡中同時設置PGW-C與SMF，兩者通過N40接口與CHF建立連接，并使用相同的計費規則、計費事件以及計費參數，保證融合計費的一致性。PGW-C可以進行融合計費，構建4G的融合計費模式，為4G計費與5G計費的互切提供技術支撐，以保障運營商5G/SA網絡計費的可靠敏捷且經濟高效[9]。

融合計費系統進行了5G/SA網絡計費的整合，間接降低了運營商融合計費系統運維的成本。計費系統實現了用戶與核心網之間端到端的服務，通過與核心網無縫銜接，支持持續交付，為運營商提供了降本增效的最佳解決方案。此外，運用融合計費系統可以壓縮新需求的上線時間，業務中斷概率極低，可用性高達100%[10]?，F階段5G/SA融合計費系統支持1 000多種計費因子且擁有300多個應用程序編程接口，量綱組合靈活，聯合運用統一運維與自動化運維方案，為運營商5G新業務的推廣提供有力的融合計費支撐，加快5G業務變現的速度。

4 結 論

在5G/SA網絡計費中，需要兼容以上幾代移動通信網絡的計費模式，實現多元計費業務的并行，但由于4G/NSA并行了在線與離線兩種計費方案，導致兩種計費方案難以保證結果的一致性。而基于5G網絡SA組網構建融合計費架構，兼容在線與離線兩種計費模式，同時根據用戶訪問業務的不同進行差異化計費，適用于不同的5G應用場景計費，為5G網絡SA組網提供了最佳的計費解決方案。