好的,我们继续跟随5G基站工程师小雷,深入探索NG接口上那些与无线网络自身健康状况和资源管理息息相关的功能。这一次,我们将聚焦于一个在多连接时代背景下,日益重要的功能——二次RAT数据量报告。

深度解析 3GPP TS 38.410:5.20 Report of Secondary RAT data volumes Function (二次RAT数据量报告)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 38.410 V18.2.0 (2024-06) Release 18规范中,关于“5.20 Report of Secondary RAT data volumes Function”的核心章节,并结合其在核心网(TS 23.501/502)和NGAP协议(TS 38.413)中的具体实现,为读者完整呈现5G网络中,双连接(Dual Connectivity)场景下,辅基站(Secondary Node)如何通过NG接口,向核心网报告其数据流量,以及这对网络计费与运维的重要性。

引言:双连接下的“流量账单”该由谁来记?

我们的主角,基站工程师小雷,正在处理一个典型的5G NSA(非独立组网)或NE-DC(NR-EUTRA双连接)场景。一位用户正连接在他的gNB上,享受着5G带来的高速率。但实际上,这位用户的手机(UE)正处于一种“双连接(Dual Connectivity - DC)”的状态:

  • 它的主连接(Master Node - MN)锚定在小雷的gNB上,负责处理所有的控制面信令和一部分用户数据。
  • 同时,为了进一步提升速率,小雷的gNB还指示UE建立了一条辅连接(Secondary Node - SN),连接到了附近的一座**4G基站(eNB)**上。UE的用户数据,被同时从gNB和eNB两条路径上进行分流传输。

此时,一个关乎运营商“钱袋子”的根本性问题出现了:这位用户通过那座4G eNB消耗的流量,该如何统计?又该如何计费

在双连接架构中,UE的PDU会话始终是由**主节点(MN)**所连接的核心网来管理的。辅节点(SN)对于核心网来说,几乎是“透明”的。核心网的计费网关(UPF/PGW-U),只看得到从主节点(gNB)这边流过来的总流量,却看不到那部分被分流到辅节点(eNB)上的流量。

第5.20节“二次RAT数据量报告功能”,正是为了解决这个“计费盲区”而设计的。它建立了一条“旁路汇报”通道,允许辅节点(SN),能够将其分担的数据流量,上报给主节点(MN),再由主节点汇总后,通过NG接口,统一报告给核心网。


1. “流量账单”的使命:确保双连接下的精确计费与运维

5.20 Report of Secondary RAT data volumes Function

The Report of Secondary RAT data volumes Function enables the NG-RAN node to report Secondary RAT usage data information in case of MR-DC, either with a dedicated procedure or by including Secondary RAT usage data information in other messages.

深度解读:

  • 核心使命 (report Secondary RAT usage data): gNB(作为主节点)需要具备向核心网(AMF/SMF)报告二次RAT(即辅节点)数据使用量的能力。
  • 适用场景 (in case of MR-DC): 这个功能专门用于多RAT双连接(Multi-RAT Dual Connectivity - MR-DC)场景,最典型的就是EN-DC(4G eNB做辅节点,5G gNB做主节点)和NE-DC(5G gNB做辅节点,4G eNB做主节点)。
  • 两种汇报方式:
    1. 专用流程 (dedicated procedure): 通过一个专门的NGAP流程来上报。
    2. 捎带上报 (including … in other messages): 在一些常规的NGAP消息(如切换、UE上下文释放)中,“顺便”把流量数据也一起报上去。

这个功能的核心价值,在于为运营商提供了在复杂的双连接场景下,进行精确计费、流量统计和网络资源监控的能力。


2. “流量账单”的汇集与上报流程

这个功能在NG接口上,主要是通过一个专用的SECONDARY RAT DATA USAGE REPORT流程,以及在其他多个流程(如切换、上下文释放等)中增加一个Secondary RAT Data Usage Report信息单元(IE)来实现的。

场景设定: 用户“张三”正处于EN-DC状态,主站是小雷的gNB,辅站是一座eNB。他在疯狂地下载一部电影。

第一步:辅节点(eNB)的“分账单”统计

  • 4G辅站eNB,会实时地统计“张三”通过它的链路,所消耗的上/下行流量。
  • 当累计到一定量,或者在双连接释放时,eNB需要将这份“分账单”,报告给“总管家”——主站gNB。
  • 这个报告的过程,是通过基站间的Xn/X2接口(gNB与eNB之间的接口)上的SN STATUS TRANSFER或类似消息来完成的。eNB会向gNB报告:“报告!张三在我这儿,下行用了500MB,上行用了50MB。”

第二步:主节点(gNB)的“总账单”汇集

  • 小雷的gNB收到了来自eNB的这份“分账单”。
  • 它会将这份账单,与自己本地统计的、“张三”通过5G链路消耗的流量数据,进行关联和汇总
  • 现在,gNB手上就有了“张三”这次下载任务的完整流量视图

第三步:gNB通过NG接口上报“总账单”

现在,gNB需要将这份包含了辅节点流量的“总账单”,上报给核心网。这有两种方式:

方式A:专用流程上报 - SECONDARY RAT DATA USAGE REPORT

NGAP Procedure: SECONDARY RAT DATA USAGE REPORT NGAP PDU: SECONDARY RAT DATA USAGE REPORT (gNB AMF)

  • 触发时机: gNB可以根据本地策略,在辅节点链路释放后,或者在流量累计到一定阈值时,主动发起这个流程。
  • 核心内容:
    • PDU Session ID: 明确这份账单属于哪个PDU会话。
    • QoS Flow List: 可以按QoS Flow粒度,上报流量。
    • Secondary RAT Usage Information: 最重要的部分,包含了从eNB那里收集来的、详细的二次RAT流量信息(上/下行字节数)。
  • 信令路径: gNB将这条消息发送给AMF,AMF再将其透明地转发给负责该PDU会话的SMF。最终,SMF会将这些流量信息,送往计费系统(CHF)。

方式B:“捎带”上报

为了提升信令效率,避免频繁地为上报流量而发起专用流程,规范允许gNB在执行其他常规流程时,“捎带”上报这份流量账单。

常见的“捎带”场景:

  • 切换流程中: 当UE从gNB-A切换到gNB-B时,源gNB-A在向AMF发送HANDOVER REQUIRED消息时,就可以将截止到切换前的、包含辅节点流量的“最终账单”,一并捎带上报。
  • UE上下文释放流程中: 当UE从CONNECTED转为IDLE状态时,gNB在向AMF发送UE CONTEXT RELEASE REQUEST消息时,也可以将本次连接期间的“最终账单”捎带上报。

这种“捎带”机制,极大地降低了信令开销,实现了流量上报与UE移动性/状态管理的高效协同


3. “流量账单”的深远意义

精确地统计并上报二次RAT的流量,其意义远不止于“向用户收钱”。

  • 运营商间结算:

    • 网络共享漫游的场景下,主节点和辅节点可能分属于不同的运营商。精确的流量统计,是运营商之间进行网间结算的法律和技术基础。
  • 网络性能监控与优化:

    • 运维团队(如小雷)可以根据上报的二次RAT流量数据,精确地分析双连接的分流比资源利用率
    • 例如,小雷发现某个区域的eNB,在双连接中承载的流量(“分账单”)一直很低,这可能意味着该区域的Xn/X2接口配置有问题,或者分流策略不够激进。他就可以据此进行针对性的网络优化。
  • 保障用户体验 (QoE):

    • 核心网的PCF或NWDAF,可以分析这些流量数据,来评估用户的真实体验。如果发现某个用户的二次RAT流量突然中断,可能意味着辅节点链路质量变差,网络可以据此主动地调整双连接策略(例如,将流量全部切回主节点),以保障业务的连续性。

总结:于细微处,见证网络的精细化运营

通过对5.20节“二次RAT数据量报告功能”的深度剖析,我们看到了5G网络在应对复杂的多连接架构时,其在精细化运营方面的深思熟虑。

  • 解决了计费盲区: 通过建立一条从SN MN Core Network的标准化汇报路径,确保了在双连接场景下的每一比特流量,都有据可查、可计费
  • 高效的汇报机制: 提供了专用流程捎带上报两种灵活的机制,在保证信息及时性的同时,兼顾了信令效率。
  • 赋能智能运维: 将底层的、分布式的流量数据,汇集到核心网,为端到端的网络性能监控、故障诊断和智能优化,提供了不可或缺的数据输入

对于基站工程师小雷来说,这个功能让他对双连接用户的行为有了完整的画像。他不再仅仅是“5G管道”的维护者,更是整个“多维交通枢纽”的协调者。他能够清晰地看到,流量是如何在他的5G主路和4G辅路之间智能地分配的。这份清晰的“流量账单”,正是他进行网络调优、提升用户体验的“数据罗盘”。


FAQ

Q1:为什么不让辅节点(SN)自己直接向核心网报告流量? A1:这是一个核心的架构设计问题。在MR-DC架构中,UE的控制面锚点始终在主节点(MN)。核心网(特别是AMF/SMF)只与主节点建立信令和用户面连接。辅节点对于核心网来说,是一个“RAN内部”的资源,核心网不直接对其进行管理。如果允许SN也直接与核心网通信,将极大地增加核心网的复杂性(需要同时管理到MN和SN的连接),并破坏MR-DC架构的简洁性。让SN向MN汇报,再由MN统一向核心网汇报,是一种分层、汇聚的管理思想,职责更清晰,架构更稳定。

Q2:这个功能只适用于5G和4G之间的双连接吗? A2:不完全是。规范中使用的术语是“MR-DC(多RAT双连接)”。目前最常见的确实是EN-DC(5G NR + 4G E-UTRA)和NE-DC。但这个框架是通用的,未来如果出现5G与Wi-Fi的双连接、5G与卫星网络的双连接等,只要它们遵循类似的主/辅节点架构,这个流量汇报机制的基本思想就可以被复用或扩展。

Q3:gNB上报的流量数据,精度有多高?是实时的吗? A3:上报的流量数据是基于字节数的统计,精度非常高。但它不是实时的流式上报。它是一种周期性事件触发批量上报。例如,gNB可能会配置一个定时器(如每15分钟),或者一个流量阈值(如每100MB),来触发一次上报。或者,在双连接链路释放、切换等事件发生时,进行一次性的最终上报。这种批量上报的方式,是在“数据的实时性”和“信令开销”之间取得的一种平衡。

Q4:如果gNB和AMF之间的NG接口中断了,这期间的流量数据会丢失吗? A4:不会。gNB本地会持续地、累积地统计流量数据。如果NG接口暂时中断,gNB会继续在本地缓存这份“账单”。当NG接口恢复后,gNB会将这期间累计的所有流量数据,在一个SECONDARY RAT DATA USAGE REPORT消息中,一次性地报告给AMF。SCTP协议的可靠传输机制,也保证了这条上报消息本身不会在传输过程中丢失。

Q5:用户能看到自己的流量是被5G还是4G消耗的吗? A5:对于用户来说,双连接是完全透明的。手机的状态栏上只会显示一个“5G”的图标。用户无法直接感知到自己的数据流,正在被智能地切分到5G和4G两条链路上同时传输。最终,运营商呈现给用户的总账单,也是这两部分流量的总和。这套复杂的底层机制,其目标就是为用户提供一个简单、统一、高速的“5G”体验,而将复杂性留给了网络自身去处理。