老猿学5G：3GPP和中国移动5G计费架构概览

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一、引言

老猿学5G这个专栏主要记录笔者因工作原因学习了解5G计费相关知识，文章按时间顺序循序渐进的介绍5G基础概念以及5G计费相关知识，该专栏前期已经完结，最近回顾了一下相关知识，觉得就5G计费相关内容进行一个完整的总结，因此在专栏内增补了本文作为该专栏的一个总结，也有利于首次接触5G计费的同仁能快速掌握相关知识。

二、关键名词术语

Converged Online Offline Charging ：融合在线和离线计费，是5G规范中新增的一种计费模式，在此模式下，在线和离线两种模式下，网元都通过Nchf服务化接口与CHF传递计费消息
CCS：Converged Charging System融合计费系统的缩写，由四个不同的模块组成，即计费功能（ Charging Function，简称CHF）、账户余额管理功能（Account Balance Management Function，简称ABMF）、计费网关功能（CGF）和批价功能（ Rating Function，简称RF）。计费功能包括在线计费功能（ Online Charging Function，简称OCF）和计费数据功能（CDF）。融合计费系统使用Nchf服务化接口与CTF交互，并使用Bx接口与BD域交互
GPSI： Generic Public Subscription Identifier，通用公共用户标识，等同于4G的MSISDN，SUPI 和 GPSI 之间不一定一一对应，用户如果访问不同的数据网络，就会存在多个 GPSI 标识，网络需要将外部网络 GPSI 与 SUPI 建立关系。NEF可以实现外部GPSI 与内部GPSI 的映射关系，UDR 上保存有外部GPSI 与内部GPSI
OCS：在线计费系统（Online Charging System），是指参与通信过程控制的计费系统
PDU：Protocol Data Unit，协议数据单元，是分层网络结构中对等层次之间传递的数据单位
PDU连接业务：用户设备UE和数据网络DN之间交换PDU数据包的业务，PDU连接业务通过UE或应用服务器AF发起PDU会话的建立来实现
PEI： Permanent Equipment Identifier，永久设备标识符，等同于4G的IME
RB：Radio Bearers，无线承载，即UE和基站之间的传输通道，有两种，一种是数据承载称为DRB，一种是信令承载称为SRB
SUPI：Subscription Permanent Identifier，用户永久标识，类似于4G的IMSI

三、3GPP规范的计费系统组成

3GPP规范的3/4/5G整体计费架构包括离线计费、在线计费、融合在线离线计费三种模式。下图为3GPP计费系统架构逻辑示意图：
在这里插入图片描述

四、3GPP规范的5G融合计费框架逻辑示意图

CCS融合计费系统是R15和R16为5G计费构建的一套基于服务化接口计费架构，5G融合计费的总体框架是各网元（SMSF、SMF等）通过服务化接口Nchf向CHF报告用户上网涉及的计费事件，CHF负责完成计费和额度授权，并生成CDR话单文件给账务域进行账务处理。其逻辑示意图如下：
在这里插入图片描述

名词术语：

CCS：计费功能包括在线计费功能（ Online Charging Function，简称OCF）和计费数据功能（CDF）。融合计费系统使用Nchf服务化接口与SMF交互，并使用Bx接口与BD域交互
CHF:负责产生CDR，并传送到CGF，最终由CGF创建CDR文件，并转发到计费账务域相关处理设备上；同时，CHF作为在线计费的配额控制节点，对用户的各种业务执行在线计费的费率处理
SMSF：短消息业务功能体
PCF：策略控制功能体
SMF：会话管理功能体

五、3GPP规范的5G计费架构

3GPP将整个计费架构分成了三部分：核心网域（CN Domain）、融合计费系统(CCS)和账务域（Billing Domain）。核心网域通过Nchf服务化接口与融合计费系统进行交互，融合计费系统通过Bx文件接口与账务域进行交互。从这个过程来看，融合计费系统(CCS)是独立于核心网和账务域的单独系统，负责完成5G在线计费和离线计费的融合处理，并将5G在线计费和离线计费的CDR信息传递都进行了消息化，只在异常情况下保留了文件传输。其架构示意图如下：
在这里插入图片描述

名词术语：

CTF：Charging Trigger Function计费触发功能，内嵌在所有计费相关的网元(NE)中，在NE内收集有关移动终端用户使用网络资源的计费信息。信息收集后CTF将这些计费信息发送给CDF。CTF通过Nchf服务化接口与CHF传递计费消息
CHF：CHF包括CDF和OCF两部分
CGF：Charging Gateway Function计费网关功能体，CGF接收CHF传递的CDR话单数据，完成话单的分拣、合并、过滤、解码、路由、分发等功能，并通过Bx接口将话单传递到BD计费账务域
RF：Rating Function批价功能，RF接收OCF提供的计费事件信息，确定OCF网络资源的使用量并返回计费信息（货币或非货币单位）给OCF。RF可以处理各种各样的计费类型，如数据量计费、会话/连接时间计费、业务事件计费
ABMF：Account Balance Management Function账户余额管理功能的简写，用于保存在线计费用户的账户余额，OCF通过Rc接口与ABMF进行交互访问在线计费用户的账户信息

在整个架构中，由CTF收集用户计费信息，对离线计费，这些信息上报给CDF，由CDF构建话单信息并传送给CGF，由CGF进行处理后传递给账务域。对在线或离线消息由CTF调用Nchf发送给OCF，由OCF完成算费和在线计费配额控制，同时CDF生成离线或在线话单传给账务域。

六、中国移动的4/5G计费系统框架逻辑示意图

中国移动5G计费相对3GPP的计费进行了较大的调整。下图为中移动的4G/5G计费系统逻辑示意图：
在这里插入图片描述
从上图与3GPP的计费系统逻辑示意图对比来看，中移动的4G在线计费和5G融合计费与3GPP发生了变化，主要变化点是将OCS迁移到了账务域以及适应此变化的相应调整。

七、中国移动的5G计费架构

中国移动的5G计费架构如下图所示：
在这里插入图片描述

名词术语：

AGF： Access Gateway Function，接入网关功能，AGF接收SMF Nchf接口消息，将消息路由转发到OCF，同时将SMF所发送计费消息发送给CHF内部CDF功能单元，生成CHF-CDR
Nchf’：Nchf’服务化接口是OCF提供的用于给CHF使用的计费消息转发服务化接口，是OCF的南向接口，以区分原有的3GPP定义的CHF提供给CTF的南向服务化接口Nchf，离线和在线消息就是通过此接口在CHF和BOSS之间传递

从上图中可以看出中国移动5G计费架构在3GPP规范的基础上做了如下调整：

将OCF从3GPP的CCS域的CHF中迁移到BD域
将RF和ABMF从3GPP的CCS域迁移到了BD域
在3GPP的CHF中增加了AGF
将3GPP中独立的CGF合并到了CHF内
OCF提供了南向服务化接口Nchf’

八、中国移动5G融合计费消息省际漫游路由方案

下图为中移动5G融合计费消息的省际漫游路由方案：
在这里插入图片描述
上述路由过程为：

SMF通过Nchf接口与接入地CHF进行通信；
接入地CHF根据SUPI信息通过静态配置或者NRF动态发现用户归属地OCS；
接入地CHF将Nchf’计费消息转发到用户归属地OCS；
归属地BOSS进行计费请求处理；
接入地CHF接收归属地OCS的返回的Nchf’计费响应消息，发送到接入地SMF。

九、中移动5G融合计费漫游计费架构

漫游情况下，融合计费消息由漫游地CHF转发给归属省BOSS，而话单文件由内容计费系统采集到集团公司内容计费系统，再由内容计费系统根据用户归属地将对应用户的话单文件下发给各省。

下图为中移动5G融合计费漫游架构：
在这里插入图片描述
涉及内容计费系统的话单文件包括：
1、在线离线消息用户对应的话单文件，采集后可供内容计费系统进行省际结算、以及归属省的消息和文件稽核；
2、在CHF和BOSS直接服务化接口的消息通道出现异常情况下，由CHF产生异常计费话单，采集后可供内容计费系统进行省际结算、以及归属省的计费。

十、融合计费的Nchf和Nchf’服务化接口

融合计费相关的服务化消息接口包括CHF提供给CTF使用的Nchf接口和?OCF提供给CHF使用的Nchf’接口，这两类接口本质上是同样的内容，只是提供方和调用方不同。Nchf和Nchf’有如下4个消息：Nchf_ConvergedCharging_Create、Nchf_ConvergedCharging_Update、Nchf_ConvergedCharging_Release、Nchf_ConvergedCharging_Notify。

相关消息的作用及发起方如下：
在这里插入图片描述

十一、中移动5G计费场景处理过程

针对5G的离线计费、在线计费和融合计费三种场景的计费处理过程如下：

离线计费：对于离线计费场景，CHF根据从SMF接收到的Nchf消息中的CC标示识别是离线计费场景，发送Nchf响应消息给SMF，同时根据计费请求消息生成CDR并输出话单文件到指定目录，供BOSS系统采集进行后续计费处理。CHF可配置是否将离线计费消息转发给归属省OCS
在线计费：对于在线计费场景，CHF从SMF接收到的融合计费的Nchf消息后，根据CC标示识别是在线计费场景，解析出消息中的SUPI/GPSI，根据SUPI/GPSI段获取归属省OCS接口地址，然后将Nchf消息发给归属省BOSS系统中的OCS处理，回送Nchf响应消息给SMF，并同时由CDF生成CDR。在BOSS异常情况下：由CHF生成BOSS系统异常后的未计费CDR，按照系统配置授权配额，返回响应给SMF。CHF将BOSS系统异常后的计费信息单独输出CDR文件，供BOSS系统进行计费处理
融合计费：对于融合计费场景，CHF从SMF接收到的融合计费的Nchf消息后，解析出消息中的SUPI/GPSI，根据SUPI/GPSI段获取归属省OCS接口地址，然后将Nchf消息转发给归属地BOSS，回送Nchf响应消息给SMF，并同时由CDF生成CDR。在BOSS异常情况下：对于在线计费，由CHF生成BOSS系统异常后的未计费CDR，按照系统配置授权配额，返回响应给SMF；对于离线计费，则由CHF生成BOSS系统异常后的未计费CDR。CHF将BOSS系统异常后的计费信息单独生成话单文件，供BOSS系统进行计费处理

十二、小结

本文对5G计费相关的内容进行了整体的回顾，系统地介绍了3GPP的5G计费架构、中国移动的5G计费架构、5G计费消息内容、中移动的5G计费消息路由方案和5G计费的离线计费、在线计费和融合计费三种场景处理过程，有助于各位对5G计费的同仁了解5G计费的全貌。