基于Gy接口的分组域实时计费系统

王一新，冯征

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

移动运营商现有的分组域离线计费方式越来越显现出与移动数据业务发展的不适应性，而引入分组域实时计费，能够有效地支撑移动运营商在移动数据业务方面的运营。

1 离线计费在运营中的局限

目前，移动运营商对于分组域业务通常采用离线计费（offline charging）方式，如图1所示。

如图1所示，采用离线计费方式的计费流程如下：

图1 离线计费（offline charging）方式示意图

① 移动用户使用数据业务，激活PDP后，GGSN开始收集用户的计费信息，生成用户的计费记录G-CDR。不同于话音业务的在通话后生成计费话单，由于通常用户的数据业务的占线时间长、突发数据业务量大，GGSN通常是在用户数据业务量达到一定门限（如1MB）或达到一定时长（如30min），即产生一张G-CDR计费记录（通常称为：部分话单）。

② GGSN将生成的G-CDR传送给CG。

③ CG完成对G-CDR的处理以及格式的标准化，定期生成计费记录文件；一个计费记录文件中会包含多个用户的计费记录，也可能会包含一个用户短时间内多次使用数据业务的计费记录。

④ 计费系统定时（如每隔15min）以FTP方式从CG获取计费记录文件。

⑤ 计费系统对从CG获得的计费记录文件进行计费处理，生成用户的计费账单。

⑥ 当计费系统发现用户的预存款为0，或者判断用户为数据业务的高风险欠费用户，则修改HLR中的用户签约数据，使此用户不再能够使用移动数据业务，从而避免业务收入损失。

如上所述：移动用户数据业务的计费时延=①原始计费话单滞后关闭造成的时延 + ②话单传递到CG造成的时延+③CG预处理话单产生的时延+④话单传递到计费系统产生的时延+⑤后付费计费系统进行批价处理造成的时延；其中：①、③、⑤产生的时延较大，对于欠费用户还需执行⑥， 除了引入⑥产生的时延外，在HLR修改用户签约数据后，还需HLR将用户签约数据插入到SGSN，由SGSN停止用户数据业务，也会产生一定的时延。

因此，采用上述的离线计费方式，为移动网分组域数据业务运营带来了如下问题：

(1) 不利于为预付费用户开展数据业务，在预付费用户余额已经为0的情况下，用户仍旧能够在一段时间内使用数据业务，尤其是在带宽较为充裕的情况下，将产生大量的数据业务量，而这部分业务量无法对用户收费，从而为业务运营带来收入损失。

（2）不利于为“数据业务套餐”用户的提供“流量提醒”，例如：用户申请了100MB的数据业务套餐业务，当用户已经使用了99MB业务量时，移动运营商通过短信提醒用户“当前套餐仅剩余1MB”时，此时用户实际已经使用了101MB的业务量；即“流量提醒不及时”，会引起用户投诉。

（3）后付费用户在退网前，恶意使用数据业务，产生大量的数据业务量，且不向运营商缴费，产生恶意欠费，给移动运营商带来业务收入损失。

（4）用户终端软件在用户不知情的情况下，自动更新版本、下载内容，产生大量的数据业务量，却未及时得到移动运营商的“提醒”，从而产生超高业务量计费话单，会导致用户与运营商之间产生计费纠纷。

2 在线计费基本原理

图2 在线计费（online charging）方式原理图

基于离线计费存在的问题，3GPP规范了分组域在线计费(online charging)的解决方案，在GGSN与在线计费系统之间增加了基于Diameter协议的Gy接口。基本原理如图2所示。

如图2所示，采用在线计费方式的计费流程如下：

① 移动用户使用数据业务，发起PDP激活请求。

② GGSN启动在线计费流程，向在线计费系统发送CCR初始请求，消息中携带用户的MSISDN号。

③ 在线计费系统根据在CCR初始请求消息中收到的MSISDN号码，检查用户的相关信息，并根据预先配置的策略向GGSN返回CCA应答消息，通知GGSN拒绝用户使用业务或者允许用户使用业务，若允许用户使用业务， 则还需同时向GGSN下发“计费配额”。例如：此用户为数据业务套餐用户，套餐中包含100MB/月的业务量，而本月用户已经累计使用了85MB的业务量，则可以在CCA应答消息中通知GGSN：“用户鉴权成功可以使用业务，本次计费配额为 5MB”。

④ GGSN根据在线计费系统CCA应答，返回PDP激活请求。

⑤ 用户激活PDP成功，使用数据业务。

⑥ GGSN为用户疏通数据业务，并监视用户的数据业务量是否达到了本次计费配额。

⑦ 当GGSN监视到用户的数据业务量即将达到本次的计费配额，则向在线计费系统发送CCR更新请求，以获得用户新的计费配额。续③例，GGSN监测到此用户本次的数据业务量即将达到5MB，则向在线计费系统发送CCR更新请求，通知此用户（MSISDN号）本次业务量即将使用完毕。

⑧ 在线计费系统检查用户的相关信息，并根据预先配置的策略向GGSN返回CCA更新应答消息。若用户账户余额为0，则可在CCA更新应答消息中通知GGSN立即停止此用户的数据业务；若用户账户仍有余额，则可生成新的计费配额通过CCA更新应答消息发送给GGSN。续⑦例，在线计费系统可以在CCA更新应答消息中通知GGSN：“用户可以继续使用业务，本次计费配额为2MB”。在线计费系统可以选择在此时向用户发送“流量提醒”短信，告知用户“本月套餐已经使用了90MB，还剩余10MB，欢迎继续使用”。

⑨ GGSN根据在线计费系统CCA更新应答，继续为用户疏通数据业务，并继续监视用户的数据业务量，直至即将达到本次计费配额再向在线计费系统发送CCR更新请求，索取新的计费配额。续⑧例，GGSN监测到此用户本次的数据业务量即将达到2MB，则向在线计费系统发送CCR更新请求，通知此用户（MSISDN号）本次业务量即将使用完毕，后续略。

3 分组域实时计费系统

3.1 系统架构

如上所述，采用在线计费系统相比离线计费系统，极大的缩短了分组域数据业务的计费时延，基本能够满足运营商的实时计费需求。但是由于在线计费方式需要GGSN与在线计费系统之间频繁的交互Gy接口Diameter信令，因此若对全部分组域用户均开启实时计费方式，将导致GGSN容量有较大幅度的下降，因此，在实际部署中通常建议采用如图3所示方案。

图3 分组域实时计费系统架构示意图

① HLR中存储每个移动的签约数据信息，3GPP在规范中定义了ChargingCharacteristics字段（简称CC字段），CC字段由16bit (B0 B15)组成，可以用于标识用户的计费属性，例如：将B2比特置“1”标识为需要对用户“实时计费”，将B3比特置“1” 标识为需要对用户“离线计费”。运营商需要在HLR中预先为每个用户配置CC字段的值。

②、③ 移动用户接入分组域网络，SGSN与HLR交互MAP信令，完成用户的位置更新，HLR将用户的签约信息插入到SGSN，SGSN保存用户的签约信息，包括CC字段的内容。

④ 用户使用数据业务，发起激活PDP请求，SGSN在向GGSN发送的PDP激活请求中包含用户的CC字段信息。

⑤ GGSN根据PDP激活请求中，用户CC字段来判断用户的计费模式。续①例，若CC字段的B3比特为“1”，则对用户采用离线计费模式，监测PDP生成G-CDR；若CC字段的B2比特为“1”，则对用户采用在线计费模式，通过Gy接口与计费系统中的OCS（Online Charging System）交互Diameter信令，完成对用户的在线计费，具体流程详见图2所示。

⑥ 无论是采用离线计费还是在线计费，均应要求GGSN生成G-CDR，并传送给CG。但同时要求在G-CDR中必须能够通过特殊字段区分出此G-CDR是离线计费话单还是在线计费话单。

⑦ 计费系统正常从CG提取CDR计费记录，在内部完成OCS的账户信息同步，以及对用户的计费处理。

系统还应支持Gy接口故障情况下的异常流程。用户激活PDP使用数据业务，且采用在线计费方式时，若GGSN检测到Gy接口故障，即无法与OCS正常通信，则应转变为离线计费模式，以不影响用户业务的正常使用，此时GGSN应切割PDP的G-CDR计费记录，对于本次计费配额完成及之前的业务量，生成在线G-CDR；对于后续的业务量，生成离线G-CDR。

3.2 实时计费系统建设中需注意的问题

（1）漫游用户的实时计费。例如北京用户漫游到上海，通过移动分组域使用Internet浏览业务，通常会通过上海的GGSN接入Internet，但用户的账户信息位于北京的计费系统。存在以下3种解决方案：

方案一：全网修改路由策略，使漫游地的SGSN将用户的PDP建立至用户归属地的GGSN。本方案需要对SGSN进行功能改造，且业务路由存在迂回。

方案二：GGSN建立至所有外省计费系统的Gy接口链路，GGSN根据用户的MSISDN号码段与归属省的BOSS交互Diameter信令。本方案需要建立所有GGSN与所有外省计费系统的计费信息传送链路，且GGSN的路由数据复杂，甚至需要组建Diameter准直联信令网。

方案三：GGSN仅与本省计费系统开设Gy接口链路，各省计费系统的OCS之间实现网状互联。本方案涉及计费系统的建设。

上述3个方案各有缺点，各移动运营商可根据自身情况选择适合于自己的建设方案。

（2）Gy接口的“计费配额”。Gy接口的信令处理需要占用GGSN和OCS的处理能力，若每次计费配额的取值过小，则对GGSN和OCS的处理能力显著增加；若每次的计费配额的取值过大，则影响计费的“实时性”。因此“计费配额”的取定对于运营商来说是一个不小的课题。在此，建议采用动态调整计费配额的方式，当用户账户具有较大余量时，计费配额的取值可适当放大，当用户账户具有较小余量时，计费配额的取值可适当缩小。

（3）优化网络，尽量减少需要支持Gy接口的GGSN的数量。在图3中的④ 步骤，可以要求SGSN能够根据CC字段选择GGSN，即：根据用户CC字段的取值，将需要在线计费的PDP路由至支持Gy接口的GGSN，将需要离线计费的PDP路由至不支持Gy接口的GGSN。在实时计费用户数较少的情况下，可以有效的减少GGSN的改造数量。

4 结束语

移动运营商部署基于Gy接口的分组域实时计费系统，在为预付费用户提供数据业务时，能够避免用户欠费使用数据业务带来的运营收入损失；避免用户的恶意欠费；同时还能够为数据套餐用户提供及时的“流量提醒”，增加用户的满意度，增强用户的粘着性。

[1] 3GPP TS 32.240 V9.1.0 (2010-06) Telecommunication Management;Charging Management;Charging Architecture and Principles (Release 9)[S].

[2] 3GPP TS 32.251 V11.2.0 (2012-03) Telecommunication Management;Charging Management; Packet Switched (PS) Domain Charging (Release 11)[S].

[3] 3GPP TS 32.298 V11.2.0 (2012-03) Telecommunication Management;Charging Management; Charging Data Record (CDR) Parameter Description(Release 11)[S].

[4] 3GPP TS 23.203 V9.1.0 (2009-06) Policy and Charging Control Architecture (Release 9)[S].