51学通信

深度解析 3GPP TS 32.255：5.1 5G数据连接计费原则 (Part 3 - 特殊场景与网络拓扑计费)

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好的，我们立刻进入下一篇章的深度解读。

在本系列文章的前两部分中，我们建立了5G计费的基础框架，并深入探讨了漫游这一经典场景。现在，我们将把目光投向5G技术真正施展拳脚的前沿阵地——那些对网络能力提出极致要求的特殊场景和灵活多变的网络拓扑。

本文将聚焦于5G如何为“多路并发”、“轻量连接”、“生命救援”、“分布式网络”以及“极致可靠”这些特性提供精确的计费支撑。为了更好地诠释这些场景，我们将引入一位新的主角——负责智慧工厂5G专网部署的工程师“王工”，同时，“小杰”也会作为一名科技发烧友继续他的5G探索之旅。

深度解析 3GPP TS 32.255：5.1 5G数据连接计费原则 (Part 3 - 特殊场景与网络拓扑计费)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 32.255 V18.6.0 (2024-12) Release 18规范中，关于“5.1 5G data connectivity charging principles”的章节（5.1.10 - 5.1.14），旨在为读者深入剖析5G在双连接、离线优先、紧急会话、分布式拓扑（I-SMF）以及URLLC等高级场景下的计费原则和机制。

1. 双路协同：副RAT使用量上报 (5.1.10 Data Volume Reporting for Secondary RAT usage)

5G的一大优势是能够利用多种无线技术协同工作，以提供更稳定、更高速的连接。最典型的就是NR-DC（NR-E-UTRA Dual Connectivity），即手机同时连接到5G NR和4G LTE网络。本节就定义了在这种场景下，流量该如何统计。

Volume reporting for Secondary RAT usage is an optional capability in the SMF that provides usage reporting functionality when a Secondary RAT is used by NG-RAN. Use of Secondary RAT refers to options supported by NG-RAN with dual radio accesses, per NG-RAN definition in TS 23.501. This is valid for both HPLMN and VPLMN.

深度解析：

科技发烧友小杰正乘坐在一列高速行驶的磁悬浮列车上，与国外的同事进行一场至关重要的视频会议。为了保证会议全程稳定流畅，他的旗舰5G手机自动激活了NR-DC模式。

  • 场景描述：手机以5G NR为主连接（Primary RAT），承载大部分数据；同时，利用4G LTE作为辅助连接（Secondary RAT），用于分担一部分流量或在5G信号抖动时进行快速补充。这两条路共同服务于同一个PDU会话。

  • 计费挑战：如何精确计量通过4G网络传输的那部分流量？

    • NG-RAN的角色：规范明确，副RAT（例如LTE）的使用量报告是由NG-RAN（5G基站）来控制和上报的。基站会按QoS流为单位，分别统计在主、副RAT上发送和接收的数据量，并在特定时间间隔后，将副RAT的使用量报告给核心网的SMF。

The following principles are used:

  • The reporting of Secondary RAT Data Volume is controlled by the NG-RAN.
  • The uplink and downlink data volumes for the Secondary RAT are reported (from NG-RAN to 5G Core) on a per QoS Flow basis and per time interval…

计费的微妙之处

NOTE: Volumes for the secondary RAT are reported to the CHF in addition to, and uncorrelated from volumes of reported usage, which are undifferentiated between primary and secondary RAT. Considering both volumes would imply the same traffic to be counted twice.

深度解析：

这是本节最关键、最微妙的一点。规范的附注（NOTE）指出了一个潜在的“重复计费”问题。

  • 两份独立的报告：

    1. 第一份报告（常规报告）：SMF通过UPF统计的是整个PDU会话的总流量，它并不区分这些流量具体走了主路还是辅路。这份报告会被正常发送给CHF。
    2. 第二份报告（副RAT专项报告）：SMF从NG-RAN收到了关于副RAT（LTE）上使用了多少流量的“专项报告”，并且也会将这个信息额外上报给CHF。

  • CHF的“智慧”：CHF会同时收到这两份报告。例如，总流量报告是100MB，副RAT专项报告是20MB。CHF必须明白，这20MB已经包含在那100MB之中了。直接将两者相加（100+20=120MB）是错误的。

  • 商业模式的体现：那么为什么要单独上报这20MB呢？这是为了支持更灵活的商业模式。运营商可以据此制定策略：

    • 策略一（融合计费）：CHF收到两份报告后，仅按总流量100MB计费。副RAT报告仅用于网络性能分析或成本核算。
    • 策略二（增值服务计费）：运营商可能将“双连接加速”作为一项增值服务。CHF可以按总流量100MB计通用费，同时对激活了副RAT的这个行为，或对副RAT上产生的20MB流量，收取一笔额外的“加速服务费”。

这个机制的设计，充分体现了5G计费的精细化：既要保证基础计费的准确性，又要为差异化、增值化的业务创新提供数据抓手。

2. 繁简由心：计费模式与服务选择 (5.1.11 Charging method and Charging service selection)

并非所有设备和业务都需要复杂的在线计费（实时配额申请）。对于某些场景，简单的离线计费（事后出账）效率更高。本节定义了网络如何智能地选择计费模式。

A PDU session charging method indicating “offline only”, can be assigned to a PDU session, to indicate a charging method applicable at PDU session level. When there is no PDU session charging method indicating “offline only” associated to a PDU session, for each PCC Rule: … the default charging method applies.

深度解析：

工程师王工正在他的智慧工厂里部署两种截然不同的5G终端。

  • 场景一：AGV小车：AGV需要实时控制，对网络依赖极高，且流量消耗可能很大。王工不希望因为账户余额问题导致AGV中途停线。因此，他为AGV办理了后付费的企业套餐。
  • 场景二：环境传感器：这些传感器每小时只上报一次温湿度数据，流量极小，对实时性要求不高。

网络如何为这两种终端选择不同的计费模式？

  • 决策点：SMF在建立PDU会话时，会根据以下信息来源，为整个会话决定一个计费模式：

    1. 来自PCF的指令：PCF可以为特定业务（例如企业专网DNN）下发策略，强制指定该会话为“offline only”。
    2. 来自用户签约数据（UDM）：在王工的工厂专网签约信息中，可能已经为传感器这类设备配置了“Charging Characteristics”，指明其默认使用“offline only”模式。

  • 行为差异：

    • 对于AGV小车，没有“offline only”标记，SMF会采用默认的融合计费服务。当AGV开始传输数据时，SMF会根据PCF下发的PCC规则，判断这条数据流需要在线计费还是离线计费。例如，普通的遥测数据可能走离线，但如果AGV访问了某个付费的AI分析服务，则可能触发在线计费流程。
    • 对于环境传感器，PDU会话被整体打上了“offline only”的标签。这意味着，无论后续PCF下发何种PCC规则，SMF都不会为这个会话发起任何在线计费（申请配额）流程。它只会默默地记录所有流量，定期生成CDR。

When a PDU session charging method indicates “offline only” for a PDU session, offline charging method applies to all the PCC Rules activated during the PDU session. In this case, at the PDU session establishment, the SMF can select between the converged charging service or the offline only charging service based on Operator policy.

深度解析：

这段话进一步明确了，一旦会话被标记为“offline only”，该模式的优先级就是最高的，覆盖所有PCC规则。有趣的是，即便如此，SMF仍然可以选择调用支持“融合计费”的CHF，只是在交互时，它永远不会去请求配额；也可以选择调用一个只支持离线CDR上报的、更轻量级的服务（如果运营商部署了这种服务的话）。这种灵活性允许运营商根据网络架构进行优化。

3. 生命至上：紧急PDU会话处理 (5.1.12 Emergency PDU session handling)

在任何情况下，保障生命通道的畅通都是通信网络的最高使命。紧急会话虽然免费，但从网络运营和监管的角度，仍然需要被记录。

Volume reporting for Emergency PDU Sessions is a capability in the SMF that provides usage reporting functionality when a session is setup to provide emergency services. The following principles are used:

  • The reporting of Emergency PDU sessions is controlled by the SMF.
  • The uplink and downlink data volumes for Emergency PDU Session are reported.
  • It includes either or both of an unauthenticated SUPI and a PEI (especially applicable in the case where there is a UE without a UICC).

深度解析：

一位名叫丽丽的背包客在山区徒步时不幸迷路，手机信号微弱且没有办理当地SIM卡。她拨打了紧急求救电话，手机自动建立了一个紧急PDU会话，并成功将自己的位置和求助信息发送了出去。

  • 计费目的：SMF对这次紧急会话的记录，不是为了向丽丽收费。其目的在于：

    • 审计与统计：运营商需要统计网络承载了多少紧急通信，以评估网络社会价值和性能。
    • 监管要求：政府监管机构通常要求运营商能够提供紧急通信的记录。
    • 网间结算：如果丽丽的手机最终被识别出归属于某个运营商，那么提供紧急服务的网络运营商可以依据这些记录，与对方进行（通常是免费或按特殊协议的）结算。

  • 关键信息：在紧急情况下，用户身份可能无法正常验证。因此，计费记录中包含的信息尤为特殊：

    • 未认证的SUPI (unauthenticated SUPI)：如果能从SIM卡读出SUPI，即使无法完成网络鉴权，也会记录下来。
    • PEI (Permanent Equipment Identifier)：这是手机的IMEI号。在没有SIM卡（UICC）或SIM卡无效的情况下，PEI是识别终端设备的唯一标识，至关重要。

4. 分布式智能：特定SMF服务区拓扑支持 (5.1.13 Support of deployments topologies with specific SMF Service Areas)

随着边缘计算的兴起，5G网络拓扑变得更加灵活和分布式。本节定义了在这种“级联SMF”架构下，计费信息如何被统一管理。

Depending on scenario, a PDU Session in non-roaming case is either served by a single SMF or served by an SMF and an I-SMF… When a PDU Session is served by both an SMF and an I-SMF, the SMF is the NF Consumer that has the interfaces towards CHF for I-SMF for the case of an I-SMF insertion, relocation or removal.

深度解析：

王工的智慧工厂规模巨大，占地数平方公里。为了处理海量的本地数据（如高清摄像头质检、AGV调度），运营商为工厂部署了**边缘计算（MEC）**方案。

  • 架构描述：

    • I-SMF (Intermediate SMF)：在工厂园区内部署了一个轻量级的I-SMF，它负责管理园区内的移动性、并将需要本地处理的数据流（如质检视频）直接疏导至本地的UPF和MEC应用服务器。
    • SMF (Anchor SMF)：在运营商的中心机房，有一个功能更全的SMF，它作为整个PDU会话的“锚点”，负责与PCF、UDM、CHF等核心网功能交互，并处理需要访问公共互联网的流量。

  • 计费流的汇聚：

    For the following case with the I-SMF involved, the SMF shall collect the charging information and report to CHF:

    • PDU session establishment, modification and release;
    • … with I-SMF insertion/change/removal;
    • branching point or UL CL controlled by I-SMF.

    计费的关键原则是：I-SMF从不直接与CHF对话。

    1. I-SMF扮演的是一个“前端数据采集器”的角色。它负责统计经由它所控制的本地UPF的流量。
    2. I-SMF会通过标准接口（N16a）将这些本地使用量信息上报给“上级领导”——锚点SMF。
    3. 锚点SMF是与CHF交互的唯一入口。它负责合并两部分数据：一部分是自己管理的中心UPF的流量，另一部分是来自I-SMF上报的本地流量。
    4. 最后，锚点SMF将一份完整的、统一的计费报告发送给CHF。

这个“分层汇聚”的机制，极大地简化了计费系统的架构。无论前端网络拓扑多么复杂，对于CHF而言，它面对的永远是一个逻辑上统一的会话和唯一的SMF接口，从而屏蔽了底层的复杂性。

5. 极致可靠的代价：URLLC计费 (5.1.14 Ultra Reliable Low Latency Communication)

URLLC是5G的“杀手级应用”之一，其核心是通过冗余传输等技术来保障极致的可靠性。那么，为这份“极致可靠”付出的网络资源代价，应该如何计费呢？

5.1.14.2 冗余传输计费

The SMF reports the redundant transmission type to the CHF to indicate which redundant transmission type is used for the PDU session or service data flow.

深度解析：

王工工厂的AGV小车在核心生产线上运行，任何通信中断都可能导致生产事故。为此，网络为AGV启用了冗余传输功能。

SMF首先会告知CHF，当前启用了哪种冗余模式，这决定了计费的基础逻辑。

  • 模式一：基于双连接的冗余 (Dual Connectivity)

    For dual connectivity based end to end Redundant User Plane Paths, the charging information is collected independently per each redundant PDU session. The quota is granted for each redundant PDU session independently. The SMF reports the usage per redundant PDU session.

    • 实现方式：为AGV终端建立两个完全独立的PDU会话（PDU Session Pair），它们走不同的物理路径（例如，通过两个不同的基站，甚至一个走5G一个走Wi-Fi）。
    • 计费方式：CHF会看到两个独立的计费会话。它会为每个会话独立授权配额，SMF也会上报两份独立的使用量报告。最终如何收费，则取决于商业策略。运营商可以将其中一路作为主路正常计费，另一路作为“保险”收取固定的月费，或者两路流量合并后按一个优惠价计费。

  • 模式二：接口或传输层冗余

    For redundant transmission at N3/N9 interface, the SMF shall collect and report the usage not counting redundant packets. For redundant Transmission at transport layer, the SMF shall collect and report the usage not counting redundant packets.

    • 实现方式：在同一个PDU会话内部，数据包在某段路径上被复制成两份发送。例如，在基站到UPF的N3接口上，每个数据包都发送两次。接收端（如UPF）负责将重复的数据包丢弃。
    • 计费方式：这是与模式一的根本区别。规范明确要求，SMF上报的使用量必须是去重后的。也就是说，虽然网络为了可靠性实际传输了两倍的数据，但计费系统只按原始数据量计费。这份“可靠性成本”由运营商的网络运营成本所吸收，体现为URLLC业务更高的单位定价，而不是简单的流量翻倍。

5.1.14.3 基于SLA的计费：QoS监控

For the QoS Monitoring to Assist URLLC Service, the SMF may report the packet delay measurement per QoS Flow per UE to CHF.

深度解析：

这为5G计费打开了通往“按效果付费”的大门。王工与运营商签订的协议可能不仅是“提供URLLC连接”，而是“提供端到端时延低于5毫秒的URLLC连接”。

SMF可以监控实际的网络性能（如数据包延迟），并将这些QoS监控报告上报给CHF。CHF可以将这些性能数据与CDR关联。后端的计费系统就可以根据这些数据进行SLA（服务水平协议）的判断：如果时延达标，按正常价格收费；如果时延未达标，则根据协议进行打折甚至免费。

文章结尾

在本篇文章中，我们深入探索了5G计费原则在多个高级和特殊场景下的应用。从双连接下的流量分离，到IoT场景的轻量化计费；从生命至上的紧急会话，到分布式网络拓扑的计费汇聚；再到URLLC业务中对冗余和SLA的精细化考量。我们看到，5G计费系统不仅仅是一个“收银台”，更是一个能够深刻理解网络行为、灵活适应业务需求、并为运营商创造全新价值的智能中枢。

至此，5.1节中关于个人用户和通用网络拓扑的核心计费原则已基本解读完毕。接下来，我们将迈入一个更广阔的B2B和垂直行业领域，继续探索5.1节剩余部分，包括5G LAN、蜂窝物联网（CIoT）、非公共网络（NPN）以及卫星通信等前沿领域的计费法则。敬请期待！

FAQ环节

Q1：当我的手机同时使用5G和4G上网时（NR-DC），我的流量账单会是两倍吗？ A1：不会。您的总流量账单是根据您PDU会话的总使用量来计算的，这个总量已经包含了5G和4G两路的数据。运营商的计费系统（CHF）有能力识别出从基站单独上报的4G（副RAT）流量报告是总流量的一部分，从而避免重复计费。但是，运营商可能会将“双连接加速”本身作为一个增值服务，收取一笔额外的功能费。

Q2：什么是“offline only”计费模式？它适用于哪些场景？ A2：“Offline only”是一种简化的计费模式，即网络只记录使用量，在会话结束后或周期性地生成话单，而不需要在服务过程中进行实时的信令交互来申请和更新配额。它非常适用于那些流量模型可预测、数据量小、或对成本极其敏感的物联网（IoT）和机器到机器（M2M）场景，如智能抄表、环境监测等。这样可以大大减少网络信令开销。

Q3：I-SMF（中间SMF）和SMF在计费中是如何分工的？ A3：它们是“下属”和“领导”的关系。I-SMF部署在网络边缘，负责管理本地流量和移动性，它只收集由它管理的本地UPF的流量使用数据。然后，它将这些数据汇报给中心网络的锚点SMF。锚点SMF是计费的唯一负责人，它汇总来自I-SMF的报告以及自己管理的UPF的数据，形成一个完整的会话视图，再统一与计费功能（CHF）进行交互。I-SMF本身不直接联系CHF。

Q4：为保证URLLC的可靠性，网络会发送冗余数据包，这部分流量会收费吗？ A4：这取决于冗余的实现方式。如果是通过建立两个独立的PDU会话（双连接冗余），那么两个会话都会产生计费信息，运营商会根据商业策略决定如何收费。但如果是在一个PDU会话内部通过复制数据包（如在N3接口上）来实现冗余，3GPP规范明确规定，SMF必须上报去重后的流量。也就是说，您只会被收取原始数据量的费用，网络为保障可靠性而付出的额外带宽成本，已经体现在URLLC业务本身较高的单价中了。

Q5：5G计费可以做到“网络质量不达标就少收费”吗？ A5：是的，技术上完全支持。通过“QoS Monitoring to Assist URLLC Service”机制，SMF可以测量关键的QoS指标，如时延、抖动等，并将这些性能报告发送给CHF。这些客观数据可以作为服务水平协议（SLA）的评判依据。运营商可以据此开发“承诺时延”等高端产品，如果网络性能未达到承诺标准，计费系统可以自动执行打折或补偿条款。

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