5G核心网技术基础自学系列 | 与会话管理相关的策略和计费控制

Posted 2022-12-01 COCOgsta

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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10.8.1 与会话管理相关的策略概念

与会话管理相关的策略控制为运营商提供了用于业务感知的QoS和计费控制的高级工具。在带宽通常受空口限制的无线网络中，重要的是确保有效利用无线和传输网络资源。此外， 不同的服务对QoS有非常不同的要求， 这是数据包传输所要求的。由于网络通常同时为不同的用户提供许多不同的服务，因此确保各种服务可以共存并且为每个服务提供适当的传输路径就显得非常重要。与会话管理相关的策略控制还提供了一种基于每个会话或每个服务来控制计费的方法。

PCF支持集中控制， 以确保为服务提供适当的传输和计费， 例如带宽、QoS处理和和计费方法。用于与会话管理相关的策略控制的PCC架构可以控制IP多媒体子系统(IMS)和非IMS服务的媒体面。

如前几章所述， 5GC QoS流管理过程与接入无关。在本节中， 我们重点介绍运营商如何控制那些QoS过程以及用于每个业务会话的收费机制。

“业务会话”是一个很重要的术语。QoS流处理的是流量聚合， 也就是说， 通过同一QoS流传输的所有符合要求的流量都将得到相同的QoS处理。这意味着通过同一QoS流传输的多个业务会话将被视为一个聚合。当使用与会话管理相关的PCC时， 此QoS流处理机制仍然适用。但是， 正如我们将看到的， PCC添加了一种“业务感知”的QoS和计费控制机制，该机制在某些方面更加细化，也就是说，它在每个业务的会话级别而不是QoS流级别上运行。

与5GS的会话管理相关的PCC架构在许多方面都类似于EPS的PCC架构， 并且继承了EPS PCC的大多数功能。与EPS PCC相似， 5G PCC是与接入无关的策略控制框架，因此适用于不同种类的3GPP和非3GPP接入。

尽管通常将PCC视为整个架构的可选部分， 但某些关键功能现在必须使用PCC。IMS语音和多媒体优先级服务等服务需要PCC， 这可以由GSMA确定。

当涉及与会话管理相关的策略控制时， 策略控制指的是门控和QoS控制这两个功能：

• 门控是阻止或允许属于某项业务的IP流的功能。PCF做出门控决定， 然后由SMF/UPF执行， 例如， PCF可以根据AF通过Rx/N5参考点上报的会话事件(服务的启动/停止)做出门控决策。

• QoS控制允许PCF为SMF提供IP流的授权QoS。授权的QoS可以包括授权的QoS类别和授权的比特率。SMF通过建立适当的QoS流来执行QoS控制决策。UPF也执行速率的控制决策， 以确保某个业务会话不会超出其授权的QoS。

计费控制包括用于离线和在线计费的机制。PCF决定对于某个业务会话是使用在线计费还是离线计费， 而SMF通过与计费系统进行交互并请求UPF上报有关数据使用情况来实施该决策。PCF还决定采用哪种测量方法， 即是基于数据量、基于持续时间、基于数据最/持续时间的组合还是基于事件的测量。同样， SMF通过请求UPF执行适当的测量来执行决策。

使用在线计费时，计费信息会实时影响所使用的服务，因此需要计费机制与网络资源使用的控制直接进行交互。CHF可以通过授予信用来控制对单个业务或一组业务的流量访问。如果用户无权访问某项业务，则CHF可以拒绝信用请求， 并另外指示SMF将业务请求重定向到一个特定的目的地。

PCC还包含基于业务的离线计费。策略控制用于对访问进行限制， 然后可以使用离线计费来报告特定业务的使用情况。

有关策略控制与运营商的计费之间更详细的关系，读者可以参考10.10节。

10.8.2 策略决策和PCC规则

PCF是PCC决策的中心实体， 也用于与会话管理相关的策略控制。决策可以基于许多不同来源的输入，包括：

• PCF中的运营商配置， 定义用于给定服务的策略。

• 从UDR接收的给定用户的签约信息/策略。

• 从AF收到的业务有关的信息。

• 来自SMF的有关UPF检测到的应用的信息。

• 来自计费系统的有关用户支出限额状态的信息。

• 来自接入网的有关使用何种接入技术的信息，等等。

PCF以“PCC规则”的形式输出其决策。PCC规则包含SMF、UPF和计费系统使用的一组信息。首先， 它包含“业务数据流(SDF) 模板”， 是UPF可以用来识别属于业务会话的用户面流量(PDU) 的信息。与一个SDF模板的数据包过滤器匹配的PDU被指定为一个SDF。SDF模板中的过滤器取决于PDU会话类型。对于基于IP的PDU会话类型，它们包含IP流的描述，并且通常包含源IP地址和目标IP地址、IP数据包数据部分中使用的协议类型以及源端口和目标端口号，这五个参数通常称为IP五元组。也可以从SDF模板的IP报头中指定其他参数。对于以太网PDU会话类型， SDF过滤器还可能包含来自以太网报头的参数(MAC源和目标地址、VLAN标记等) 。PCC规则还包含门状态(打开/关闭) 以及SDF的QoS和收费相关信息。SDF的QoS信息包括5QI、QoS通知控制(QNC) 、反射式QoS控制指示、UL/DL MBR、UL/DL GBR和ARP。5QI的定义与第5章中的定义相同。但是， PCC规则中QoS参数的范围与QoS流的QoS参数不同。PCC 规则中的QoS和计费参数适用于SDF。更准确地说， PCC规则中的5QI、QNC、MBR、GBR和ARP适用于SDF模板描述的分组流， 而第5章中讨论的相应的5G QoS参数适用干QoS流。只要一个QoS流为那些PCC规则的业务数据流提供适当的Qos， 就可以使用单个QoS流来承载由多个PCC规则描述的流量。下面我们将进一步讨论PCC规则和SDF如何映射到QoS流。表10.2列出了可以在从PCF发送到SMF的PCC规则中使用的参数的子集。有关参数的完整列表， 请参见3GPP TS 23.503。从表10.2中可以看出，PCC规则不仅包含与QoS控制相关的信息， 还包含用于控制计费、使用情况监测和流量控制的信息。计费将在10.10节中进一步说明，而与会话相关的其他PCC功能将在10.9节中进一步说明。

表10.2 包含在一个动态PCC规则中的参数子集

当在PCC规则中使用5QI时， 将采用第9章中描述的标准化的5QI值和相应的5G QoS特性。标准化的5QI和相应的特性与UE当前的接入无关。

目前为止的讨论假设了PCF通过N7接口向SMF提供PCC规则。这些由PCF动态提供的规则称为“动态PCC规则”。但是， 运营商还可以将PCC规则直接配置到SMF/UPF中， 此类规则称为“预定义的PCC规则”。在这种情况下， PCF可以通过引用PCC规则标识来指示SMF激活此类预定义的规则。虽然动态PCC规则中的数据包过滤器仅限于IP和以大网报头之外的参数进行数据包的检查， 这种过滤器有时被称为深度包检测(DPI)过滤器， 通常用于需要更细粒度流量检测的计费控制。对于预定义规则的过滤器的定义， 3GPP没有进行标准化。

10.8.3 应用授权的用例

作为与PCF交互的结果， SMF/UPF会执行几个不同的功能， 在本节中， 我们提供一个用例以描述PCC的动态性以及PCC如何与应用及接入网络进行交互。用例中的某些方将在后面详细讨论。首先对用例中的过程进行介绍， 这将有助于对后面节中讨论的PCC的某些方面的理解。

以下用例描述了通过QoS控制和在线计费建立业务会话的过程， 如图10.9所示。

图10.9 在线计费的IMS会话建立过程的示例

1. 用户发起业务， 例如IMS语音呼叫， 并执行中间牵涉AF(IMS情况下为P-CSCF)的端到端应用会话信令。在IMS情况下， 应用信令使用的是会话发起协议(SIP) 。对业务的描述作为应用信令的一部分提供。在IMS中， 会话描述协议(SDP) 用于描述会话。

2. 基于应用信令中包含的业务描述信息， AF通过Rx(或N5)接口向PCF提供与业务相关的信息。在AF中， 会话信息从SDP(例如， 用于IMS的SIP/SDP) 映射到发送到PCF的Rx/N5消息中的信元。该信息通常包含关于应用的信息(业务类型、比特率要求)以及业务参数(例如，在IP的情况下为IP五元组)，它将用于识别与该业务会话相对应的分组流。

3. PCF可以从UDR请求与签约有关的信息(PCF可能之前已请求签约信息， 但出于描述目的在此步骤中显示该信息)。

4. PCF在制定策略决策时会考虑会话信息、运营商定义的服务策略、签约信息和其他数据。策略决策被制定为PCC规则。

5. PCC规则由PCF发送到SMF。SMF将根据收到的PCC规则执行策略决策， 例如通过向UPF提供相关的N4规则。

6. 如果PCC规则指定该PCC规则应使用在线计费， 则SMF将根据PCC规则中指定的测量方法与CHF联系以申请信用。

7）SMF执行QOS流绑定， 以确保该服务的流量得到适当的QoS处理。这可能导致建立新的QoS流或修改现有的QoS流。后面提供了有关QoS流绑定的更多详细信息。

1. 通过网络传送业务会话的媒体， UPF执行SDF检测以检测该业务的分组流。该分组流通过适当的QoS流进行传输。有关SDF检测的更多详细信息， 请参见下文。

注意，以上示例在任何意义上都不是详尽无遗的。还有许多其他的场景和配置。例如， 对于不提供AF或Rx/N5接口的服务， 仍然可以使用PCC。在这种情况下， 步骤2将被省略， PCF可以根据预配置的策略授权PCC规则， 而无须访问动态的会话数据。如10.9节所述， PCF还可以基于从SMF/UPF提供的应用检测信息来授权PCC/QoS规则。

10.8.4 QoS流绑定

PCC规则应映射到相应的QoS流， 以确保数据包得到适当的QoS处理。此映射是PCC的核心功能之一。PCC规则和QoS流之间的关联称为QoS流绑定(EPS也存在相同的过程， 但被称为承载绑定) 。QoS流绑定由SMF完成， 当SMF收到新的或修改的PCC规则时， SMF评估是否可以使用现有的QoS流。绑定是基于PCC规则中的5QI、ARP和一些其他可选参数进行的。SMF确保将每个PCC规则绑定到QoS流上， 它具有与PCC规则中提供的相同的5QI和ARP(如果在PCC规则中还包含其他可选参数， 则也要考虑)。

如果可以使用一个现有的QoS流， 例如， 如果已经存在具有相应QCI和ARP的QoS流， 则SMF可以启动QoS流修改过程以调整该QoS流的比特率。如果无法使用任何现有的QoS流， 则SMF会开始建立合适的新的QoS流。特别是， 如果PCC规则包含GBR参数， 则SMF还必须确保GBR QoS流的可用性， 以便该QoS流可以容纳此PCC规则的流量。有关QoS流概念的更多详细信息， 请参见第5章。

10.8.5 业务数据流检测

业务数据流(SDF) 检测使用PCF提供的PCC规则中包含的业务数据流模板。业务数据流模板将用于业务数据流检测的数据定义为一组业务数据流过滤器，或者是指向应用检测过滤器的一个应用标识。SMF将PCC规则中的业务数据流模板映射到UPF的数据包检测规则的检测信息中，如第6章和第14章中所述。

10.8.6 SMF相关的策略授权请求触发条件

当PCF进行策略决策时， 可以将从接入网接收到的信息作为输入， 例如， 可以通知PCF此UE当前使用的接入技术， 或者用户是否在其归属网络中或正在漫游。在PDU会话的生存期内，接入网中的条件可能会发生变化，例如：用户可以在不同的接入技术或不同的地理区域之间移动； 在某些情况下， 某些授权的GBR也无法再通过当前的无线连接维护。在这些情况下，PCF可能希望重新评估其策略决策， 并向SMF提供新的或更新的规则， 因此， PCF应该能够及时了解接入网中发生的事件。为此， PCF可以通过Npcf通知SMF什么是PCF感兴趣的事件。此外， PCF可以使用已为5GC NF定义的常规事件的开放服务。在5G PCC术语中， 我们说PCF为SMF提供了策略控制请求触发条件(PCRT) 。当满足策略控制请求触发条件时， SMF将向PCF请求策略和计费控制决策(对于非会话管理相关的策略控制， 也定义了PCRT， 但它是针对由AMF报告的与接入和移动性相关的事件)。

此外，AF可能会对有关接入网状态的通知感兴趣，例如使用哪种接入技术或UE的连接状态。因此， AF可以通过Rx/N5参考点订阅通知。Rx/N5上的通知与PCF中更新的策略决策没有直接关系，但是事件触发条件在这里也起着作用。原因是，如果AF通过Rx/N5订阅了通知， 则PCF将需要从SMF订阅相应的PCRT。