内容计费标准的技术进展

1、计费标准的演进和内容计费的标准化

  3GPP的R6中正式增加了内容计费的功能要求,尽管存在不少技术难题,但是标准化进展的速度还是比较快的。纵观GPRS/UMTS计费系统的演进,分组网络从2G到R99、再到R4/R5都是以离线计费为主,功能没有明显的增强。而在3GPP的R6中,分组网络提出了在线计费和内容计费两大功能,因此计费能力大大提高。

  离线计费一直是分组网络采用的主要计费方式。会话中和会话结束后,分组网元SGSN和GGSN分别产生计费话单,经过计费网关功能(CGF)发送给运营商的后台计费系统,CGF的功能是收集、存储、过滤话单并进行合并处理。3GPP的R6统一了分组网元与CGF之间的Ga接口、CGF与计费系统之间的Bp接口以及通用的计费话单参数。离线计费系统(Offline Charging System,OFCS)的结构如图1所示。


图1 OFCS的结构


  在线计费为分组网络提供了实时计费功能,通过新增的在线计费系统(Online Charging System,OCS)实时控制分组网元的业务流程。如果说现有的GPRS+CAMEL3是基于SGSN的实时计费解决方案,那么3GPP的R6中的在线计费可以看作是基于GGSN的解决方案。GGSN通过数据平面功能(Traffic Plane Function,TPF)实体与OCS建立统一的在线计费接口,OCS支持运营商账户系统的交互和管理,包括充值中心和准实时计费账户系统,因此运营商的账户系统可以对GGSN承载的业务流程进行实时控制。3GPP的R6规定了OCS和TPF功能,规范了OCS与TPF之间的Ro接口要求。在线计费系统的结构如图2所示。


图2 OCS的结构


  内容计费在3GPP的R6中称为基于流的计费(Flow Based Charging,FBC),它不是新增的计费方式,而是计费功能和粒度的扩展,因此FBC的功能在离线计费和在线计费方式中都有应用。分组网元GGSN通过TPF采集业务流相关的信息,实施与流相关的计费。分组网元受到计费规则功能(Charging Rule Function,CRF)的实时管理和控制,运营商在应用功能(Application Function,AF)实体定制的计费规则通过统一的接口实时传送到计费规则功能(Charging Rules Function,CRF),从而达到运营商对业务内容进行计费的目的。3GPP的R6中规定了AF、CRF和TPF的流计费功能,规范了TPF与CRF之间的Gx接口和CRF与AF之间的Rx接口。另外,3GPP的R6还定义了eG-CDR,GGSN在原有话单G-CDR的基础上补充了流计费信息。

  基于业务流的计费参考模型如图3所示。Gz是TPF与OFCS的接口,是离线计费接口Ga的一部分;Gy是TPF与OCS的接口,是在线计费接口Ro的一部分。


图3 基于业务流的计费参考模型


  流计费的标准主要由3GPP的两个工作组负责,其中SA2负责计费功能规范的制定,CT3负责计费接口的标准化。

2、FBC的工作原理

  GPRS的分组域计费是基于时长、流量或PDP(APN和QoS)的。随着移动互联网应用的不断增多,基于时长、流量和PDP的计费已不能满足需求,需要应用流机制来区分用户数据中的业务流并配以相关的资费标准。

  FBC是通过IP过滤器来区分用户上下行数据中的业务流的。过滤规则由运营商定义,其规则一般基于5元组(源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和协议ID)以及深层过滤器(对用户IP包进行更深层的分析并识别用户业务的状态)。在同一PDP中可同时实施多个业务流过滤器。

  2.1 TPF

  TPF应能够支持如下功能:业务流区分及统计;预定义计费规则和预定义过滤器;请求计费规则;选择CRF并提供相关信息;信誉度管理。

  业务流区分及统计能够实现不同业务流的区分、流量统计及流量报告。在GPRS中,TPF是GGSN中的一个逻辑功能实体,即使是同一PDP上下文承载的不同业务数据流,TPF也能够进行区分。

  预定义计费规则和预定义过滤器是指TPF中可以建立预定义的计费规则和过滤器,并通过CRF的触发来激活。

  请求计费规则使得TPF在承载建立、修改、终止及发生特定事件时可以向CRF请求新的计费规则。

  选择CRF并提供相关信息要求TPF能够在多个相连的CRF中选择正确的CRF并提供承载的相关信息。在GPRS中,TPF主要根据APN来选择CRF,IMSI和MSISDN作为备选信息。

  OCS中TPF要提供信誉度管理,要求能够管理同一用户的多个信誉度,当用户无授权的信誉度时,TPF可以终止该业务流。信誉度管理采用重鉴权方式,OCS能够在下述情况触发TPF进行重新鉴权:

  (1)信誉度鉴权周期结束;

  (2)计费密钥改变;

  (3)SGSN改变;

  (4)PLMN改变;

  (5)QoS改变;

  (6)路由区类型改变。

  2.2 CRF

  CRF需要实现以下功能:产生计费规则;激活计费规则;提供计费规则;提供事件触发集。无论是OCS还是OFCS都要提供这些功能。

  产生计费规则是指CRF根据TPF和AF发来的有关承载及业务数据流的信息作出判断,从而产生适合该业务流的计费规则,并且能够识别出是否需要提供新的计费规则。

  激活计费规则是指当TPF中预定义了计费规则或过滤器时,CRF能够发送触发信息给TPF从而激活计费规则。

  提供计费规则要求CRF收到TPF的请求或AF的相关信息后作出响应。

  提供事件触发集是指CRF要向TPF提供事件触发集,每个计费规则都和特定的事件触发集相关联,当发生事件触发时,TPF可以请求新的计费规则。

  2.3 AF

  AF提供给CRF相关信息,用于CRF选择合适的计费规则及构建计费规则的参数。AF可以和多个CRF互连。选择CRF时应考虑以下方面:

  (1)终端用户IP地址;

  (2)AF可以获得的其他用户信息。

  AF可以提供如下信息:

  (1)识别业务数据流的信息;

  (2)AF记录信息(可选);

  (3)支持计费选择的信息,如应用标识、应用事件标识、媒体流类型(可选)、流速率(可选)和用户信息等。

  2.4 Gx接口

  Gx是连接CRF和下层承载网(GGSN/TPF)的接口,用于计费规则相关信息的传递,该接口基于Diameter和Diameter信誉度控制应用协议。Gx接口支持如下功能:

  (1)建立及维护Gx的连接。

  (2)TPF向CRF请求计费规则,TPF在下述情况下向CRF发起计费规则请求。

  ①承载建立:在承载建立时TPF向CRF提供用户标识及与用户的相关信息,如接入网、用户IP地址等,CRF可根据这些信息选择合适的计费规则。

  ②承载修改:在承载发生改变时,TPF将修改的信息通知给CRF。

  ③特殊事件触发:当有特殊事件触发时,TPF将相关信息通知给CRF。

  (3)CRF向TPF提供计费规则:CRF响应TPF的请求并通知TPF可用的计费规则,这些规则可以是CRF产生的,也可以是TPF预先设置的。CRF提供的计费规则信息有以下三种方式:

  ①TPF预设置计费规则参考值及采取的行动,如激活或去活TPF中定义的计费规则;

  ②CRF已经提供的计费规则参考值、修改的信息及采取的行动,如计费规则修改或删除;

  ③CRF新提供的计费规则参考值及采取的行动,如计费规则建立。

  CRF可以按上述方式提供多种计费规则作为备选,且可在一个信令流程中实现。

  (4)CRF向TPF提供事件触发:CRF利用计费规则提供流程来通知TPF事件触发集,当TPF检测到特定事件发生时将向CRF重新请求计费规则。

  (5)CRF向TPF提供OCS/0CF地址。

  (6)TPF通知CRF终止承载。

  2.5 Rx接口

  Rx是连接上层IMS域(P-CSCF)和CRF之间的接口,用于传递应用层的相关业务信息,该接口基于Diameter协议。一个CRF可以为多个P-CSCF提供服务,而一个P-CSCF可以和多个CRF建立连接。Rx接口支持如下功能。

  (1)建立及维护Rx连接。

  (2)会晤信息及相应修改信息的传递:当一个新的会晤建立时,P-CSCF将相关的会晤信息发送给CRF;会晤发生修改时,P-CSCF将修改信息发送给CRF。CRF可根据这些信息选择合适的计费方式。

  (3)门控功能:P-CSCF可以通知CRF业务流是否能够通过网络。

  (4)会晤终止通知:当会晤终止时,P-CSCF可以通知CRF。

  (5)承载相关事件通知:当承载发生特定事件(如承载建立、承载修改和承载恢复)时,CRF可以通知P-CSCF。

  (6)承载释放通知:当承载释放时,CRF可以通知P-CSCF。

  (7)会晤信息和承载的绑定。

3、FBC的标准进展

  随着IMS的引入,FBC得到了更加广泛的应用。FBC为在分组网络承载之上构建一个可管理、可控制的IMS系统提供了计费方面的保证,成为支持IMS计费的必要功能。3GPP的R7对FBC的结构和功能进行优化,FBC与分组网络的IP策略控制机制加以融合。

  3.1 FBC与IMS计费的结合

  3GPP的R5/R6引入了IMS,IMS独立于接入网络,为多媒体业务提供控制和管理功能。当用户通过移动分组网络接入时,业务数据、会话控制信令都承载在分组网络上。

  从整个系统来看,端到端业务的计费由应用平台负责,核心网会话的计费由IMS负责,承载网络的计费由分组网络负责。IMS计费网元采集SIP信令中的时间、地址、媒体信息等,并以会话或者事件来触发计费。分组网络为IMS提供承载层计费,可以说FBC是分组网络支持IMS的必要功能。一方面,通过FBC分组网络可以区分IMS SIP信令和IMS媒体数据两种流量,以便采取不同的计费策略;另一方面,只有通过计费接口控制了业务流程,IMS才能对分组网络起到真正的管理作用。

  IMS计费和分组网络的计费架构如图4所示,IMS的P-CSCF提供了FBC中AF的功能,CRF可以由IMS系统设备提供,但在逻辑上独立于IMS实体。


图4 IMS计费和分组网络计划架构


  3.2 FBC的演进

  3GPP R7对FBC进一步演进提出了PCC(策略控制和计费)研究项目。PCC通过合并网元功能和接口进一步优化现有的系统结构。

  在3GPP的R5/R6中,为了在IP承载上实现端到端的QoS保证,3GPP提出IP策略控制机制。它在逻辑结构和接口协议上与FBC有相似之处,其中AF是为需要进行IP承载资源控制(如分组网络)而提供应用的单元(对于IMS就是P-CSCF);PDF是策略决定点;GGSN是策略实施节点,相关接口有Go和Gq。其中Go接口是PDF对下层承载网络(分组网GGSN)策略控制接口,采用COPS协议;Gq接口是IMS对PDF的策略控制接口,采用Diameter协议。

  在3GPP R7的演进方案中,PDF和CRF将融合为一个新的逻辑节点PCRF(策略和计费规则功能),Gx和Go融合为Gx+接口,Rx和Gq合并为Rx+接口。策略规则和计费规则的处理场景合并后可以在一个消息中一起承载。目前这个项目正在研究阶段,研究报告TR 23.803已经处于规范TS 23.203的起草阶段。
作者:孙元宁   来源:泰尔网

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