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内容计费标准的技术进展
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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
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。
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。
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。
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。
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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