5G网络独立组网中融合计费方案的研究

闫 辉，徐 启，刘建功，许 琦

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

5G网络现阶段分别使用了两种组网技术，分别是独立组网（Standalone，SA）和非独立组网（Non-Standalone，NSA）。SA属于单纯的5G网络，需重新建设基站、核心网等，具备在商业领域、工业领域、科研领域应用的优势；而NSA在原有4G网络资源的基础上进行5G组网，组网的经济性、可行性良好，但是无法完全满足5G网络业务的需求。SA组网是5G网络未来发展的重要趋势，基于5G网络SA组网的融合计费方案已经成为运营商重点关注的问题。

1 4G/NSA计费向5G/SA计费演化过程分析

1.1 4G/NSA计费方案

4G/NSA在核心网的计费网关（Charging Gateway，CG）进行离线计费，通过获取的用户计费信息完成费用统计，然后输出用户话单。其在线计费采用在线计费系统（Online Charging System，OCS），可以收集用户端的费用信息[1]。而5G网络主要采用的是在线计费功能和离线计费功能相结合的计费服务功能（CHarging Function，CHF），支持离线计费、在线计费以及融合计费场景，通过计费功能的服务化端口Nchf与网元侧建立通信，生成话费单，可以满足5G计费的多元化需求。

1.2 5G/NSA计费方案

5G网络如果采用的是NAS组网，除了进行5G计费外，还要进行以上几代移动通信网络的计费。5G/NSA在流量计费过程中，将4G基站与5G基站同时接入网络，但核心网无法分辨4G、5G流量。如果要对5G流量进行单独计算，需在5G基站端进行计算，然后借助控制面反馈信息，最后由计费网关进行流量的离线计算[2]。采用5G/NSA流量计费方式，没有实现OCS在线计费与内容计费，也就是在计费过程中忽略了计费的内容差异，与运营商计费需要不符。基于此，应采用5G/SA流量融合计费方案，实现各代移动通信网络的统一计费。

1.3 演 化

5G/SA融合计费依托于SA组网，将在线计费与离线计费进行了整合，统一了计费接口，可以实现各代移动通信网络计费功能的兼容。4G/NSA同时实行离线计费与在线计费，离线计费与4G核心网之间布置了CG与GA接口，在线计费与核心网之间布置了GY接口与OCS，以此构建出4G核心网的计费架构[3]。5G网络直接将以上内容整合为融合计费的CHF，接口统一为服务化接口Nchf，优化了4G核心网的计费架构，但是计费的方式和方法没有发生实质性的改变，还是在用户端进行计费信息的收集，并通过收集的数据进行访问控制，从而构建出5G/SA的融合计费架构。4G计费向5G融合计费具体演化情形如图1所示。

图1 4G计费向5G融合计费演化形式

CHF整合了4G的在线计费功能与离线计费功能，同时支持两种计费模式，生成计费话单，同时进行配额管理，动态控制用户移动通信业务的可用量，并配置了统一服务接口Nchf，建立了用户端与CHF之间的连接，兼容在线与离线计费功能。从图1中5G融合计费系统部署形态来看，实现了融合计算系统的集成，在5G/SA组网中部署更加的灵活，为IT系统云化提供了技术支撑[4]。在融合计费功能上来看，不但继承了4G/NSA生成计费话单的优势，还增加了配额管理的功能，确保了5G网络核心网与计费功能的高准确性与高可靠性，解决了4G/NSA在线与离线计费系统分离引起的计费偏差。

2 5G网络SA组网中融合计费方案分析

2.1 融合计费关键网元与功能

会话管理网元（Session Management Function，SMF）的主要功能包括：会话建立、修改与发布，在融合计费中接收CHF的计费参数，同时收集用户的计费信息，并将信息反馈给CHF；监控CHF在线计费参数；维护节点与用户端口功能（User Port Function，UPF）之间的链路，并向UPF下发配额与计费参数，同时将其配额用量反馈给SMF。

5G核心网网元集中式协调功能（Point Coordination Function，PCF）负责用户访问选择与协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）会话等相关策略，完成接入与移动性相关的控制[5]。

融合计费网元CHF在融合计费系统中的主要功能有以下3种：一是在线计费，负责批价、扣费、配额、下发计费参数等工作；二是离线计费，主要用于计费参数的下发；三是配额用量处理，同步生成计费话单。

UPF负责处理5G核心网用户平面数据包的路由与转发功能，连接了5G网络与多接入边缘计算，是5G核心网中非常重要的网元。其通过N4接口与SMF建立会话，根据SMF下发的指令配合开展业务处理活动。

2.2 融合计费流程

根据融合计费系统的关键网元与功能信息，5G/SA融合计费系统网元业务处理流程如图2所示。

图2 5G/SA融合计费系统网元业务处理流程

根据图2，具体流程分析如下。（1）PCF与SMF之间建立对话，SMF→PCF完成接入控制后，SMF下发计费规则需求，PCF反馈计费粒度与计费方式；（2）SMF→CHF，直接选择融合计费网元；（3）SMF向CHF发布配额申请，CHF反馈用户的配额与计费参数；（4）SMF→UPF，SMF将前期获取的计费业务发布给UPF；（5）UPF从用户体验端（User Experience，UE）获取用户访问业务，经过解析后根据获取的计费规则、事件、参数等进行计量，形成计费信息并向SMF上报；（6）SMF接收到UPF上报的计费信息后，将信息上报给CHF，同时申请新的配额，至此完成整个5G/SA融合计费流程[6]。

3 5G网络SA组网融合计费方案的实现

做好CHF主备用服务器的设计，当主服务器出现故障后，备用服务器立即接替主服务器运行，尽量缩减核心网业务延时，使用户几乎感知不到融合计费系统出现故障问题[7]。当SMF与CHF主服务器建立会话后，链路反馈回故障信息，SMF则直接与CHF备用服务器建立连接。当主服务器恢复运行后，SMF会第一时间感知，切断与备用服务器的连接，同时重新建立与主服务器之间的会话。当CHF主备用服务器都发生运行故障时，运营商还需建立应急处理方案，这种情况发生的概率非常小，一般发生在5G网络SA组网初期。具体应急处理方案有以下两种：一是停止融合计费系统运行，同时维持移动通信网络的正常通信，故障期间不会影响用户使用体验，但是会产生费用损失；二是停止用户访问业务，故障期间暂停5G网络服务，但对于用户体验不是十分友好[8]。

5G网络SA组网需要一定的建设时间，在4G向着5G网络过渡期间，可以并行4G计费与5G计费模式，实现4G计费与5G计费的互切换。具体部署方案是在网络中同时设置PGW-C与SMF，两者通过N40接口与CHF建立连接，并使用相同的计费规则、计费事件以及计费参数，保证融合计费的一致性。PGW-C可以进行融合计费，构建4G的融合计费模式，为4G计费与5G计费的互切提供技术支撑，以保障运营商5G/SA网络计费的可靠敏捷且经济高效[9]。

融合计费系统进行了5G/SA网络计费的整合，间接降低了运营商融合计费系统运维的成本。计费系统实现了用户与核心网之间端到端的服务，通过与核心网无缝衔接，支持持续交付，为运营商提供了降本增效的最佳解决方案。此外，运用融合计费系统可以压缩新需求的上线时间，业务中断概率极低，可用性高达100%[10]。现阶段5G/SA融合计费系统支持1 000多种计费因子且拥有300多个应用程序编程接口，量纲组合灵活，联合运用统一运维与自动化运维方案，为运营商5G新业务的推广提供有力的融合计费支撑，加快5G业务变现的速度。

4 结 论

在5G/SA网络计费中，需要兼容以上几代移动通信网络的计费模式，实现多元计费业务的并行，但由于4G/NSA并行了在线与离线两种计费方案，导致两种计费方案难以保证结果的一致性。而基于5G网络SA组网构建融合计费架构，兼容在线与离线两种计费模式，同时根据用户访问业务的不同进行差异化计费，适用于不同的5G应用场景计费，为5G网络SA组网提供了最佳的计费解决方案。