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深度解析 3GPP TS 23.503：5 Architecture model and reference points (Part 1 - 核心架构与漫游场景)

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好的，我们接续上一篇的内容，开始对3GPP TS 25.503规范的下一章节进行深度解读。

深度解析 3GPP TS 23.503：5 Architecture model and reference points (Part 1 - 核心架构与漫游场景)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 23.503 V18.9.0 (2025-03) Release 18规范，重点解读了第5.1节“General”与第5.2节“Reference architecture”的核心内容，旨在为读者呈现5G策略与计费控制（PCC）框架的“组织架构图”和“网络拓扑图”，清晰展示其非漫游与漫游场景下的核心架构。

在上一篇文章中，我们跟随5G用户美美的视角，理解了PCC框架的四大核心职能（基于流的计费、策略控制、移动性策略、UE策略）和一系列高层需求。我们知道了PCC框架“能做什么”。

今天，我们将深入这个框架的内部，探索其“组织架构”——也就是由哪些网络功能（NF）组成，它们之间又是如何连接和沟通的。这部分内容是理解PCC工作流程的基础，也是所有策略和计费指令得以传递和执行的蓝图。

本文作为解读第5章“架构模型与参考点”的第一部分，将聚焦于最具全局观的5.1节（通用原则）和5.2节（参考架构）。我们将详细解析非漫游和漫游场景下的PCC架构图，看看支撑美美在国内畅享5G，以及在国外无忧漫游的背后，分别是怎样两套不同的网络协作体系。

1. 两种视角看架构：服务化 vs. 参考点 (5.1 General 解读)

在展示具体的架构图之前，规范首先告诉我们，观察和理解这个架构有两种不同的“视角”。

This specification describes the policy and charging control framework for the 5G system. The interaction between network functions is represented in two ways:

  • A service-based representation, where network functions enable other authorized network functions to access their services. This representation also includes point-to-point reference points where necessary;
  • A reference point representation, which shows that interactions exist between those network functions for which a reference point is depicted between them.

这段原文定义了5G核心网架构的两种核心表达方式，让我们用一个企业运作的例子来理解：

  1. 服务化表示 (Service-based representation)：这就像一个现代、扁平化的“微服务”型公司。每个部门（NF）都对外提供一系列标准化的“服务”（例如，PCF提供“策略决策服务” Npcf_PolicyAuthorization）。当一个部门（如SMF）需要帮助时，它不会直接打电话给某个特定的人，而是在公司内部目录（NRF - 网络功能仓库功能）中大喊一声：“谁能提供‘策略决策服务’？”。任何一个被授权且可用的PCF部门都可以响应这个请求。这种方式灵活、解耦、易于扩展。

  2. 参考点表示 (Reference point representation)：这更像一个传统的、层级分明的公司。部门之间的沟通路径是预先定义好的“专线”。例如，SMF要和PCF沟通，就必须通过一条叫做“N7”的专线。这条专线定义了它们之间所有可能的交互类型和信息格式。这种方式直观、清晰地展示了两个特定网元之间的直接交互关系。

在5G核心网中，这两种视角并存且互补。服务化架构是基础，而参考点视图则帮助我们更具体地理解两个特定网元间的接口协议。在接下来的架构图中，我们将同时看到这两种表示法。

2. 本地生活：非漫游架构深度解析 (5.2.1 Non-roaming architecture)

当美美在国内使用5G网络时，她的所有策略和计费控制都在归属运营商网络（HPLMN）内部完成，这就是非漫游场景。

2.1 架构图解读

规范通过两张图清晰地展示了非漫游PCC架构。

首先，我们来看服务化视图。规范原文中的 “Figure 5.2.1-1: Overall non-roaming reference architecture of policy and charging control framework for the 5G System (service based representation)” 描绘了PCC框架中各个网络功能（NF）作为服务提供者和服务消费者的关系。

其次，我们来看参考点视图。规范原文中的 “Figure 5.2.1-1a: Overall non-roaming reference architecture of policy and charging control framework for the 5G System (reference point representation)” 则用具体的“连线”（参考点）展示了这些NF之间的交互路径。

让我们结合这两张图，认识一下PCC“董事会”里的各位成员以及它们的分工：

  • PCF (Policy Control Function)：策略大脑。PCC框架的核心，负责制定所有策略。
  • SMF (Session Management Function)：会话管家。PCC策略的主要执行者，负责PDU会话的建立、修改、删除，并将PCF的策略转化为UPF的具体操作指令。
  • AMF (Access and Mobility Management Function)：接入与移动性管家。负责用户的注册、接入和移动性管理，执行PCF下发的移动性相关策略。
  • UPF (User Plane Function)：数据管道工。用户数据的直接处理者，负责执行数据包的转发、门控、QoS保障、流量检测和用量上报等。
  • AF (Application Function)：业务代表。代表着应用层（如IMS核心网、视频服务商后台）向PCF提出网络资源需求。
  • CHF (Charging Function)：计费中心。负责计费的核心网元，包含在线计费（OCS）和离线计费（OFCS）功能。SMF会向它上报用量，PCF会向它查询用户的消费状态。
  • UDR (Unified Data Repository)：统一数据库。存储用户的签约数据，包括PCF需要的策略控制签约信息。
  • NEF (Network Exposure Function)：网络能力开放门户。作为外部AF与核心网内部NF（如PCF）交互的网关，确保交互的安全可控。
  • NWDAF (Network Data Analytics Function)：网络分析师。负责收集和分析网络数据，向PCF等NF提供网络状态分析结果（如切片负载），辅助其进行智能决策。

2.2 核心交互流程场景化分析

让我们跟随美美玩一局云游戏的场景，看看这些“董事会成员”是如何通过它们之间的“专线”（参考点）协同工作的：

  1. 业务请求 (AF → PCF)：美美打开云游戏App。游戏服务商的AF为了确保游戏体验，通过N5参考点（或经由NEF的N30参考点）向PCF发起请求：“请为用户美美（IP地址为xxx.xxx）的游戏流（目标端口yyy）提供低时延、高带宽的QoS保障。”

  2. 策略决策 (PCF → SMF)：PCF收到请求后，从N36参考点向UDR查询美美的签约信息，确认她是否订购了“云游戏加速包”。确认无误后，PCF制定出一条包含门控、QoS、计费信息的PCC规则，通过N7参考点下发给负责美美PDU会话的SMF。

  3. 策略执行 (SMF → UPF)：SMF收到PCC规则后，将其“翻译”成UPF能够理解的指令（Packet Detection Rules, Forwarding Action Rules等），通过N4参考点下发给UPF。UPF随即为美美的游戏数据流开辟“绿色通道”。

  4. 用量上报与计费 (SMF ←> CHF)：游戏过程中，SMF会周期性地从UPF收集用量信息，并通过N40参考点上报给CHF，进行计费。如果是预付费用户，SMF还会向CHF申请信用额度。

  5. 移动性策略 (PCF → AMF)：如果美美在游戏过程中发生了移动，AMF会处理小区间切换。PCF可以通过N15参考点向AMF下发移动性相关的策略，例如“在游戏期间，限制不必要的切换以保证稳定性”。

  6. 消费状态影响策略 (PCF ←> CHF)：如果CHF发现美美的套餐余额不足，它可以通过N28参考点通知PCF。PCF收到通知后，可以制定一条新的“降速”PCC规则，通过N7下发给SMF，从而对美美的游戏进行限速。

通过这个场景，我们可以看到，非漫游PCC架构就像一个分工明确、配合默契的团队，围绕PCF这个“大脑”，通过标准化的参考点高效地协同工作，为美美的每一次网络请求提供精准的服务。

3. 出国之旅：漫游架构深度解析 (5.2.2 Roaming architecture)

当美美出国旅游，接入了当地运营商（VPLMN, Visited PLMN）的网络，情况就变得复杂起来。她的服务由归属运营商（HPLMN, Home PLMN）提供，但物理接入却在VPLMN。PCC框架必须适应这种跨国、跨运营商的协作模式。规范定义了两种主要的漫游架构：本地分流（LBO）和归属地路由（HR）。

3.1 本地分流 (LBO - Local Breakout)

在LBO模式下，美美的数据流量（例如访问Google）直接从她所在的VPLMN的UPF流向互联网。这种方式延迟低，效率高，是漫游时访问本地业务的首选。

规范原文中的 “Figure 5.2.2-1: Overall roaming reference architecture of policy and charging control framework for the 5G System - local breakout scenario” 和 “Figure 5.2.2-1a” 描述了LBO架构。

In the LBO architecture, the PCF in the VPLMN may interact with the AF in order to generate PCC Rules for services delivered via the VPLMN. The PCF in the VPLMN uses locally configured policies according to the roaming agreement with the HPLMN operator as input for PCC Rule generation. The PCF in VPLMN has no access to subscriber policy information from the HPLMN for PCC Rule generation.

LBO架构的关键特点是职责分离：

  • V-PCF (Visited PCF)：位于VPLMN，负责与本地网络资源相关的策略。它与VPLMN中的SMF通过N7接口交互，控制本地UPF的QoS和门控。V-PCF的策略依据是与HPLMN签订的漫游协议，它无法直接访问美美在HPLMN的详细签约数据。
  • H-PCF (Home PCF)：位于HPLMN，负责与用户签约和归属地策略相关的部分。最重要的是，它负责生成并下发UE策略（如URSP），指导UE在漫游地的行为。
  • N24接口：这是H-PCF与V-PCF之间的关键接口。H-PCF可以通过N24接口，将UE策略信息传递给V-PCF，再由V-PCF通过VPLMN的AMF下发给美美的手机。

场景：美美在国外使用当地的导航App。这个App的AF在VPLMN，它向V-PCF请求QoS保障。V-PCF根据漫游协议，为该导航App生成了一条本地的PCC规则，下发给V-SMF执行。整个过程主要在VPLMN闭环，HPLMN不感知此次会话级的策略请求。

3.2 归属地路由 (HR - Home-Routed)

在HR模式下，美美的数据流量会通过VPLMN的UPF，穿过运营商间的互联网络，被“隧道”回HPLMN的UPF，再从HPLMN访问互联网。这种方式适用于需要访问归属地特定业务（如公司内网）或运营商希望对所有漫游流量进行集中监控和计费的场景。

规范原文中的 “Figure 5.2.2-2: Overall roaming reference architecture of policy and charging control framework for the 5G System - home routed scenario” 和 “Figure 5.2.2-2a” 描述了HR架构。

HR架构的特点是控制权回归归属地：

  • SMF和UPF都在HPLMN：这是与LBO最本质的区别。负责美美PDU会话的SMF（H-SMF）和处理她数据流量的UPF（H-UPF）都在她的归属网络中。
  • V-PCF的角色被削弱：在HR场景的会话管理中，VPLMN里没有PCF参与。V-PCF可能只与AMF交互，处理一些移动性相关的策略。
  • H-PCF大权独揽：由于H-SMF在归属地，它直接与H-PCF通过N7接口交互。所有的PCC规则制定、QoS授权、计费策略等都由H-PCF一手包办，与非漫游场景下的PCF角色完全相同。

For HR roaming scenarios …, there is no PCF for the PDU Session in the VPLMN.

场景：美美在国外需要访问她公司的内部OA系统，该系统只能通过她归属运营商的特定DNN接入。此时，她的手机会发起一个HR模式的PDU会话。VPLMN的AMF会选择一个位于HPLMN的SMF。之后，H-SMF与H-PCF、H-CHF等归属地网元进行交互，其流程与美美在国内访问OA系统时完全一致。VPLMN在此场景中，更像一个纯粹的“接入管道提供商”。

FAQ

Q1：服务化架构和参考点架构，在实际网络部署中哪个更重要？ A1：两者都至关重要。服务化架构（SBA）是5G核心网的根本设计哲学，它带来了部署的灵活性、可扩展性和网络的“云原生”特性。所有的网络功能都必须以“服务”的形式注册到NRF，并能通过服务化接口被调用。而参考点架构则定义了这些服务化接口内部具体承载的协议和消息，是实现互联互通的技术规范。可以说，服务化是“思想”，参考点是“语言”，两者缺一不可。

Q2：为什么非漫游架构图中，PCF和AMF/SMF/CHF之间都有接口？ A2：因为PCF作为策略中心，需要与这些不同的执行和信息单元进行交互，以实现全面的控制：

  • PCF-SMF (N7): 这是最核心的接口，用于下发会话管理策略（如QoS、门控、计费规则）。
  • PCF-AMF (N15): 用于下发接入和移动性管理策略（如移动限制、UE策略如URSP的下发通道）。
  • PCF-CHF (N28): 用于策略与计费的联动，PCF可以向CHF订阅用户的消费状态（如余额不足），并基于此动态调整策略。

Q3：漫游时，V-PCF和H-PCF是如何分工的？ A3：分工的核心原则是“谁的资源，谁的策略；谁的用户，谁的签约”。在LBO（本地分流）场景下，由于使用的是VPLMN的数据转发资源（UPF），所以与QoS、门控等资源使用强相关的策略由V-PCF根据漫游协议制定。而与用户身份、签约信息、业务路由选择强相关的策略（如URSP），则由H-PCF制定，并通过V-PCF“转交”给UE。在HR（归属地路由）场景下，由于数据会话的控制权和资源使用都在HPLMN，所以H-PCF负责所有会话相关策略，V-PCF基本不参与会话管理。

Q4：为什么LBO架构比HR架构复杂，引入了V-PCF和H-PCF的交互？ A4：因为LBO试图在漫游地（VPLMN）实现对本地数据业务的策略控制，同时又要遵守归属地（HPLMN）对用户的总体策略约束。这本质上是一种“分布式决策”，因此需要V-PCF和H-PCF之间进行协同。V-PCF处理本地实时的业务请求，H-PCF则维护全局的用户级策略，并通过N24接口进行同步。而HR架构是一种“集中式决策”，所有决策都在HPLMN完成，VPLMN只提供接入能力，因此架构上显得更简单。

Q5：图中的SEPP是什么？为什么在漫游架构中会出现？ A5：SEPP全称是Security Edge Protection Proxy（安全边缘保护代理）。它位于每个运营商网络（PLMN）的边缘，作为运营商之间互联的“安全网关”。所有跨运营商的信令交互（例如V-PCF和H-PCF之间的N24信令）都必须经过发送方和接收方各自的SEPP。SEPP负责对这些信令进行加密、完整性保护和过滤，确保了漫游互联的安全性。虽然规范的架构图中为了清晰有时会省略SEPP，但它在实际的漫游信令交互中是必不可少的。

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