閆 輝,徐 啟,劉建功,許 琦
(中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司,江蘇 南京 210019)
5G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)階段分別使用了兩種組網(wǎng)技術(shù),分別是獨立組網(wǎng)(Standalone,SA)和非獨立組網(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)上進行5G組網(wǎng),組網(wǎng)的經(jīng)濟性、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)的融合計費方案已經(jīng)成為運營商重點關(guān)注的問題。
4G/NSA在核心網(wǎng)的計費網(wǎng)關(guān)(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(tǒng)計,然后輸出用戶話單。其在線計費采用在線計費系統(tǒng)(Online Charging System,OCS),可以收集用戶端的費用信息[1]。而5G網(wǎng)絡(luò)主要采用的是在線計費功能和離線計費功能相結(jié)合的計費服務(wù)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(wù)化端口Nchf與網(wǎng)元側(cè)建立通信,生成話費單,可以滿足5G計費的多元化需求。
5G網(wǎng)絡(luò)如果采用的是NAS組網(wǎng),除了進行5G計費外,還要進行以上幾代移動通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò),但核心網(wǎng)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(wǎng)關(guān)進行流量的離線計算[2]。采用5G/NSA流量計費方式,沒有實現(xiàn)OCS在線計費與內(nèi)容計費,也就是在計費過程中忽略了計費的內(nèi)容差異,與運營商計費需要不符。基于此,應(yīng)采用5G/SA流量融合計費方案,實現(xiàn)各代移動通信網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一計費。
5G/SA融合計費依托于SA組網(wǎng),將在線計費與離線計費進行了整合,統(tǒng)一了計費接口,可以實現(xiàn)各代移動通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)之間布置了CG與GA接口,在線計費與核心網(wǎng)之間布置了GY接口與OCS,以此構(gòu)建出4G核心網(wǎng)的計費架構(gòu)[3]。5G網(wǎng)絡(luò)直接將以上內(nèi)容整合為融合計費的CHF,接口統(tǒng)一為服務(wù)化接口Nchf,優(yōu)化了4G核心網(wǎng)的計費架構(gòu),但是計費的方式和方法沒有發(fā)生實質(zhì)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(shù)據(jù)進行訪問控制,從而構(gòu)建出5G/SA的融合計費架構(gòu)。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(tài)控制用戶移動通信業(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,兼容在線與離線計費功能。從圖1中5G融合計費系統(tǒng)部署形態(tài)來看,實現(xiàn)了融合計算系統(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]。在融合計費功能上來看,不但繼承了4G/NSA生成計費話單的優(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(tǒng)分離引起的計費偏差。
會話管理網(wǎng)元(Session Management Function,SMF)的主要功能包括:會話建立、修改與發(fā)布,在融合計費中接收CHF的計費參數(shù),同時收集用戶的計費信息,并將信息反饋給CHF;監(jiān)控CHF在線計費參數(shù);維護節(jié)點與用戶端口功能(User Port Function,UPF)之間的鏈路,并向UPF下發(fā)配額與計費參數(shù),同時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)負責用戶訪問選擇與協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Protocol Data Unit,PDU)會話等相關(guān)策略,完成接入與移動性相關(guān)的控制[5]。
融合計費網(wǎng)元CHF在融合計費系統(tǒng)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(fā)計費參數(shù)等工作;二是離線計費,主要用于計費參數(shù)的下發(fā);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(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建立會話,根據(jù)SMF下發(fā)的指令配合開展業(yè)務(wù)處理活動。
根據(jù)融合計費系統(tǒng)的關(guān)鍵網(wǎng)元與功能信息,5G/SA融合計費系統(tǒng)網(wǎng)元業(yè)務(wù)處理流程如圖2所示。
圖2 5G/SA融合計費系統(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之間建立對話,SMF→PCF完成接入控制后,SMF下發(fā)計費規(guī)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(wǎng)元;(3)SMF向CHF發(fā)布配額申請,CHF反饋用戶的配額與計費參數(shù);(4)SMF→UPF,SMF將前期獲取的計費業(yè)務(wù)發(fā)布給UPF;(5)UPF從用戶體驗端(User Experience,UE)獲取用戶訪問業(yè)務(wù),經(jīng)過解析后根據(jù)獲取的計費規(guī)則、事件、參數(shù)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]。
做好CHF主備用服務(wù)器的設(shè)計,當主服務(wù)器出現(xiàn)故障后,備用服務(wù)器立即接替主服務(wù)器運行,盡量縮減核心網(wǎng)業(yè)務(wù)延時,使用戶幾乎感知不到融合計費系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題[7]。當SMF與CHF主服務(wù)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(wù)器建立連接。當主服務(wù)器恢復(fù)運行后,SMF會第一時間感知,切斷與備用服務(wù)器的連接,同時重新建立與主服務(wù)器之間的會話。當CHF主備用服務(wù)器都發(fā)生運行故障時,運營商還需建立應(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:一是停止融合計費系統(tǒng)運行,同時維持移動通信網(wǎng)絡(luò)的正常通信,故障期間不會影響用戶使用體驗,但是會產(chǎn)生費用損失;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),但對于用戶體驗不是十分友好[8]。
5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)需要一定的建設(shè)時間,在4G向著5G網(wǎng)絡(luò)過渡期間,可以并行4G計費與5G計費模式,實現(xiàn)4G計費與5G計費的互切換。具體部署方案是在網(wǎng)絡(luò)中同時設(shè)置PGW-C與SMF,兩者通過N40接口與CHF建立連接,并使用相同的計費規(guī)則、計費事件以及計費參數(shù),保證融合計費的一致性。PGW-C可以進行融合計費,構(gòu)建4G的融合計費模式,為4G計費與5G計費的互切提供技術(shù)支撐,以保障運營商5G/SA網(wǎng)絡(luò)計費的可靠敏捷且經(jīng)濟高效[9]。
融合計費系統(tǒng)進行了5G/SA網(wǎng)絡(luò)計費的整合,間接降低了運營商融合計費系統(tǒng)運維的成本。計費系統(tǒng)實現(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(tǒng)可以壓縮新需求的上線時間,業(yè)務(wù)中斷概率極低,可用性高達100%[10]。現(xiàn)階段5G/SA融合計費系統(tǒng)支持1 000多種計費因子且擁有300多個應(yīng)用程序編程接口,量綱組合靈活,聯(lián)合運用統(tǒng)一運維與自動化運維方案,為運營商5G新業(yè)務(wù)的推廣提供有力的融合計費支撐,加快5G業(yè)務(wù)變現(xiàn)的速度。
在5G/SA網(wǎng)絡(luò)計費中,需要兼容以上幾代移動通信網(wǎng)絡(luò)的計費模式,實現(xiàn)多元計費業(yè)務(wù)的并行,但由于4G/NSA并行了在線與離線兩種計費方案,導(dǎo)致兩種計費方案難以保證結(jié)果的一致性。而基于5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)構(gòu)建融合計費架構(gòu),兼容在線與離線兩種計費模式,同時根據(jù)用戶訪問業(yè)務(wù)的不同進行差異化計費,適用于不同的5G應(yīng)用場景計費,為5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)提供了最佳的計費解決方案。