5G融合计费系统架构及关键技术

齐磊，顾慧琼，祝好，陈旭

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 引言

运营商全面推动5G+X应用延展千行百业，助力5G成为社会信息流动的主动脉、产业转型升级的加速器、数字社会建设的新基石。应对数字化转型带来的多元化业务场景支撑，打造基于生态的业务运营体系，实现面对5G智能计费场景的支撑，业务支撑网络需规划部署策略。

本文探讨5G网络变更对业务支撑网带来的改造要求，研究面向5G的支撑网演进方案，提出融合计费架构，明确网络演进关键技术，为建立多量纲计费提供支撑能力，支撑未来5G赋能及接入全产业链的发展。

2 5G架构下的计费挑战

2.1 规范与技术驱动

4G网络中，在线计费和离线计费相互分离。离线计费，直接采用核心网侧产生的计费数据记录（charging data recording，CDR）话单生成计费单。在线计费，通过CDR导入在线计费系统的账户余额管理功能，对网络资源使用请求返回授权，并与评级功能和在线计费功能之间进行交互，将计费信息实时生成计费单。

而在5G网络中，核心网采用服务化架构（service-based architecture，SBA），传统通信网元调整为众多网络功能（network function，NF）实体，各NF实体之间独立自治，实现自动化管理，可以根据需求任意通信。为了适应SBA，计费支撑网引入融合计费系统（converged charging system，CCS）框架，将在线计费和离线计费功能融合在一起，采用统一的服务化接口Nchf，与网元侧的各个NF对接。

2.2 业务驱动

5G网络下，海量机器型通信、增强型移动宽带、超可靠低时延通信等技术发展和数字化转型带来多元化业务场景，全新构建的多量纲计费商业模式，对网络速率要求越来越高，时延响应越来越快，服务质量（quality of service，QoS）可靠性诉求也逐步增强。

青海湖流域位于青藏高原东北部，地处青海省西部柴达木盆地、东部湟水谷地、南部江河源头与北部祁连山地的枢纽地带，总面积2.96×104km2。区域海拔3000～5000m ，多年平均气温-1.14～1.17℃，降水量253～515mm，水面蒸发量800～1000mm，属于典型的高寒干旱大陆性气候[11]。受东南季风、西南季风和西风环流影响，全年降雨集中在夏季，占年降水量的70%～80%。

诸多的业务场景对计费支撑网建设难度增加，体现在：基于内容类型的计费，基于毫秒频率及高并发需求的计费，基于带宽、时延、连接数等QoS网络属性和低时延的控制需求计费等。

3 5G融合计费框架

适配5G网络新协议新特性，构建基于服务化架构的5G融合计费新流程和新架构，对现有框架进行解耦、重新部署，推进支撑网络与5G核心网计费事件交互、并支持在线与离线融合的计费能力。融合计费系统框架示意图如图1所示，具体如下。

图1 融合计费框架示意图

·新增业务接入网关：基于Nchf服务化协议方式，构建与核心网网元的计费数据交互、服务注册和发现功能。

·构建融合计费系统：支持5G用户Nchf消息的在线/离线计费批价请求，生成计费数据和话单；构建多维度计费、批价、余额管理等能力，并提供计费服务的容错功能。

·组网模式优化：对现有离线和计费系统采集、分拣等功能进行改造适配，处理新增的消息字段或话单字段。

基于5G融合架构下的计费业务支撑能力，主要功能如图2所示，具体如下。

图2 5G融合计费功能架构

·接入消息异步分发，通过内部会话管理绑定接收及回应通道。

·新建计费网关功能：构建基于CHF-CDR记录的拆分合并、话单记录生成及话单持久化以及异常话单生成能力。

·新建计费容错功能：构建计费服务的容错功能，支持在线服务异常转离线等异常切换和异常处理。

在工会会计支出方面也存在一定的风险。如缺乏完整的支付依据、缺乏合法的原始凭证等，导致会计核算难以顺利进行。部分工会在进行日常采购时，未能及时开具合法的发票或单据，导致部分活动的支出难以在记账凭证中体现，进而导致会计核算时存在资金去向不明等问题。部分工会管理规程中，事物琐碎繁杂，较多现金支付，资金周转安全性难以保证，这也导致工会会计存在一定的支付风险。

·重构计费处理流程：基于融合计费架构处理流程，融合在线和离线计费处理流程。

结合计费系统的安全可靠要求，需重点考虑构建计费服务的容错功能，支持BAGF发生双故障、计费网关（charging gateway，CG）集群不可用、费率管理/批价功能（rating function，RF）不可用、CG MDB（memory-mapped database，内存数据库）超时等场景下的异常处理能力。CCS采取如下机制实现业务的高可用保障要求：

·重构数据管理：新增5G免费资源产品、增加5G消息合并表、更新账单信息表等。

基于CHF CDR异常话单格式，新增解码模板、查重模板、改造业务分析模板，构建针对CHF CDR异常话单的联合剔重、计费能力，支持在CHF异常、省BOSS异常等场景下基于CHF生成的异常话单对5G计费事件进行计费，并将5G上网记录提供给外围。

·新增智能配额控制模块：接收和管理数据中台同步的数据标签，结合免费资源剩余量、余额等实时智能计算和调整用户不同时间、不同场景下的配额值，并上发给网元。

4 5G融合计费关键技术

4.1 服务化部署架构

面向5G的融合计费系统遵循无状态微服务及应用数据分离原则，引入业界主流的微服务概念，对通信系统进行重构和匹配，平衡设计的微服务使计费系统兼具灵活性和高性能。引入容器化、高性能的HTTP协议栈等技术部署5G计费微服务，具备弹性伸缩、自愈等能力外，还能在灰度区域中部署不同版本的微服务，配合服务路由策略配置。

结合无状态微服务以及数据应用分离原则，CCS在关键应用实现分布式架构。应用服务可以同时被部署多份实例，对服务任何实例的访问都无差别；通过增加或者停止其服务实例来实现应用的弹性伸缩，通过灰度升级的方式实现应用在线升级；且不再需要传统的主备双机及生产容灾备份来保障系统的可用性。

②在这里，格雷把“推动”因素（push factor）解释成漫游癖，而把“拉动”因素（pull factor）解释成恋物癖。

基于服务化部署架构，5G计费接口吞吐量较4G提升30%以上，并能够承受十余倍浪涌高话务量的冲击。

4.2 全新构建消息处理能力

5G 核心网采用全新HTTP2服务消息接口，支撑网需要同步具备支持消息的接入能力。融合计费基于全新构建的计费接入网关功能（business access gateway function，BAGF）模块实现计费消息接入、CHF-CDR接入、服务注册与发现、消息负载均衡、消息路由、分发能力，并与计费功能单元进行交互，以支持计费事件数据管理的功能，实现计费话单合并和生成。

（1）服务接入

·以开放服务的形式注册到核心网网元调度模块，接收各NF调用；

·作为HTTP2.0服务端，接收HTTP2+JSON协议请求消息并进行认证鉴权及消息校验；

·新建计费数据服务：构建基于Nchf新协议的计费事件解析、格式转换、计费事件检错能力，生成CHF-CDR计费数据。

首先，严格落实统一供种、统一水肥管理、统一技术指导、统一病虫害防治、统一机械化操作的五统一技术路线，确保整个示范区内各项工作的统一性。同时还要在示范区内明确标志示范牌，示范牌要详细注明创建单位、主导品种、产量目标和关键生产技术。同时还要确保有专业技术人员负责，有专业配套措施扶持，定期开展观摩示范活动计划，有效发挥示范区的宣传示范带动作用。

（2）数据转换

那个晚报记者林超我却是见到过的。那夜出事以后，我整天就龟缩在学校里，哪里也不敢去，整天在小说中打发惶恐，麻醉自己。渐渐的我也开始涂抹一些文字，两年后居然在校内声名鹊起，两年间长长短短发表了30余篇小说和随笔，那篇《我是衰哥我无敌》在社会上还引起了一点轰动。林超就来采访我了。

是用旧报纸来练习毛笔字，便好奇地问他：“董爷爷，您为什么不用宣纸写毛笔字呢？”他摸了摸我的头，回答道：“旧报纸练字挺方便的，废物利用，不浪费资源！只有大家让我写诗词、题字的时候，我才会用宣纸。”

·解析请求消息中关键字段（如RegionID）作为服务路由维度，并转换为CCS内部服务协议；

1）户外工作前组织方要对志愿者开展动员会，进行思想与安全教育，旨在提高每位志愿者的思想与安全意识，在保护好自身安全的同时要维护好景点、景区的财产安全、环境建设、自身品牌等。

·以服务消费的方式分发请求消息，与CCS中负载、计费等服务无缝对接；

（3）服务流转

·消息回应时，将CCS内部服务协议转换为HTTP2+JSON协议再由回应通道发出。

·根据消息请求包中特定字段进行路由，如按地市路由，同时具备负载均衡能力。

（4）消息持久

支持将请求消息的持久化存储，以备后续分析处理。

②将NaHCO3溶液与NaAlO2溶液混合得到Al(OH)3沉淀,发生反应NaHCO3+NaAlO2+H2O==Al(OH)3↓+Na2CO3,此反应并非水解反应。

（5）负载均衡

根据消息请求包中特定字段进行路由及负载均衡能力。

4.3 基于新协议处理的多维度计费能力

较4G网络，5G融合架构引入新PDU，扩展话单模型，协议格式增加PDU会话计费信息，包括PDU会话标识、PDU 类型、会话与业务连续性（session and service continuity，SSC）模式、QoS和网络切片等信息，承载5G关键要素信息。构建基于PDU会话的流量计费能力（PDU计费能力）和基于PDU会话中的内容+流量组合维度计费能力（FBC计费能力）。

CCS对现有话单模型、对外详单模型重构，支持PDU会话关键字段信息的建模；对局数据模型扩展，支持对5G 按PDU计费、按FBC计费的分析；对MDB模型扩展，新增5G会话信息表、5G资源量信息表、5G查重信息表、5G合并信息表等表设计与建模，支持5G PDU会话信息、PDU会话中内容信息、用户面功能（user plane function，UPF）信息等管理。

5G网络还应支持在离线融合计费、端到端离线计费、UPF计费、位置计费、策略计费、切片计费等多维度多场景的计费能力。

致力于成为中国一流的新型肥料供应商和农化服务商，艾力农公司与肥必施公司等多个知名企业及机构合作，通过引进和研发等多种模式不断为中国市场提供新型高效的肥料产品。深圳市艾力农生态发展有限公司总经理国士峰在讲话中表示，艾力农始终坚持以“科技创新、合作共赢、诚信高效、服务一流”为服务理念，以技术、服务与品牌打造企业发展根基。艾力农不断整合产品、专家、营销等多种资源，致力于引进世界优质肥料，顺应国家“减肥增效”的政策要求，进一步推动中国农业的高质量发展。国士峰也表示，艾力农将继续与行业内企业、经销商开展广泛的合作，共同提升行业发展水平，实现企、商、农各方的互利共赢。

多维度的计费能力可为运营商提供更丰富的业务服务能力。如基于UPF和边缘计算计费，允许用户在完成业务订购后，通过下沉的UPF访问部署在边缘计算服务器上的云游戏等业务，提供低时延业务体验；基于上/下行接入速率量纲、端到端业务时延量纲等多种业务计费量纲以及灵活的组合策略配置能力，支持在线实时订购，实时生效，为运营商用户提供最佳的计费体验，支撑运营商将5G大带宽、低时延的体验转变成收入。

·新建协议数据单元（protocol data unit，PDU）和流计费（flow based charging，FBC）业务能力：新建5G PDU，通过扩展话单模型，承载5G关键要素信息；构建基于PDU会话的流量计费能力和基于PDU会话中的内容+流量组合维度计费能力。

基于融合计费架构，改造业务分析、批价模块，新增融合计费业务分析模板、融合计费批价接口，部署在离线融合计费流程，融合在离线5G计费消息、离线话单的处理，实现在线消息、离线话单的统一计费处理。

4.4 数据业务智能计费能力

5G融合计费新建智能配额控制模块，基于定时或事件触发调用数据中台的5G智能分析服务，接收和管理同步来的标签数据，同时结合免费资源剩余量、余额等实时计算和调整用户不同时间、不同场景下的配额值，形成智能动态配额标签数据，并上发给核心网网元。主要业务流程如图3所示。

图3 5G智能计费功能及流程

步骤1人工智能（artificial intelligence，AI）中台基于用户信息、订购信息、历史消费信息、信用信息、流量等形成用户风险控制计算模型，返回给数据中台。

步骤2数据中台根据用户模型生成大数据标签数据；通过定时触发和用户数据变更触发，两种方式将数据同步给CCS。

步骤3CCS收到用户大数据标签，更新并保存。

步骤4智能配额控制模块根据大数据标签，结合现有的配置规则，建立新的配额模型；将全量的配额规则存放在数据库中，如果配额规则发生变更，则进行更新及加载。

步骤5初始消息申请授权业务使用请求配额时，结合余额、免费资源剩余等信息计算最终配额。

步骤6更新消息触发时，智能配额控制模块更新用量，并根据用户实时信息匹配计费规则。

步骤7终结消息：会话释放、话单生成、批价。

基于智能动态配额设置，可有效减少融合计费系统和核心网网元交互的频率、减少话单处理带来的主机、存储等资源压力。

如今医学早就为左撇子们证言，他们非但不是残疾，而且右脑甚至比一般人更加发达，人们才对左撇子有了更大的接纳。但很少有不掰正孩子左撇子的父母。有心理学家说，制止左撇子只是父母压制孩子天性的一个缩影。

4.5 异常容错能力

·重构现有的计费组件：支持5G新套餐及新标识，包括业务分析、批价、分发入库、余额管理等。

（1）构建代应答机制，支持BOSS内部异常时，进行代应答处理，如CG MDB不可用、RF不可用时，由CG进行代应答；

（2）构建异常消息持久化机制，支持BOSS内部异常时，持久化应急话单，供后续回捞计费处理；

（3）构建异常话单回捞机制，支持针对BOSS内部持久化生成的应急话单，进行回捞计费处理。针对CG生成的基于JSON编码格式的应急话单，支持解码、计费处理；

（4）构建5G错单回收机制，针对资料、资费等问题产生的5G计费错单，支持进行回捞计费处理；

（5）构建5G话单重批机制，支持针对资料、资费等问题导致的正确详单，进行重批处理。

茂友叔专门跑到县城去打听，转了两天啥也没问到。父亲晚上收工回来，听母亲说起茂友家的事，便一口断定，八成是让人拐跑了。这年头，人饿得恓惶，人贩子给口饱饭就能把人哄走。母亲半信半疑，一个劲儿替茂友叔忧愁。茂友叔和他媳妇劳力都不行，得的工分少，年底分下的粮还完东家还西家，平常连粗粮饭也常常断顿。茂友媳妇这一走，丢下一家三口可怎么活？

5 5G融合计费应用

5G融合计费架构增强了针对带宽、时延、连接数等多量纲的计费模式，有助于支撑多元化业务场景及差异化体验。除传统的流量、内容、时长等方式外，运营商可基于体验、基础设施、服务等类型包装成业务产品，再运用多种量纲进行计费，完成商品化能力变现，实现多层级商业模式经营。

如面向物联网、车联网、虚拟现实（virtual reality，VR）/增强现实（augmented reality，AR）、4K/8K视频等连接业务，运营商可通过接入设备的接入时长、流量、业务SLA、使用次数等实现定制化网络切片收费标准。

高效课堂，是课堂效率、课堂效益与课堂结果的简称，顾名思义是指教育教学效率或效果能够有相当高的目标达成的课堂，具体而言是在有限的时间内高质量高效率的完成教学任务。以下结合实际教学经验，分别进行介绍。

针对智慧园区、智慧医疗等行业类业务，运营商可按需提供类似带宽控制、时延、连接规模等差异化的体验，按用户体验及需求定价，实现网络价值的最大化，同时具备客户的体验管理能力。

图2--图5给出了测点半径为10～25 mm，30～50 mm，60～90 mm，100～120 mm时实测的球面波径向粒子速度曲线。

以企业实时体验性消费业务场景为例，运营商可为企业提供基于带宽浮动标准化的策略商品。平台侧以分钟为粒度生成带宽采样文件，计费系统从平台侧采集采样带宽文件等信息，并结合保底带宽、峰值带宽等计费相关属性，通过计费能力构建，提供基于实际消费体验的计费能力，有效保障服务质量，并提升用户满意度。

6 结束语

多元化业务场景及差异化体验是提升5G业务收入的抓手，构建5G融合计费成为5G网络价值运营的必要环节。5G融合计费架构需持续引进新技术，适应多样化、专业化、体验化的5G业务场景设计需求，实现“一客一策”的优质服务，为运营商市场提供新的机遇及收入增长点。