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深度解析 3GPP TS 23.503：4 High level architectural requirements (高层架构需求)

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深度解析 3GPP TS 23.503：4 High level architectural requirements (高层架构需求)

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4章“High level architectural requirements”的核心内容，并融合了第1、2、3章的范围、参考与关键定义，旨在为读者构建一个关于5G策略与计费控制（PCC）框架的坚实入门基础和全景视图。

欢迎来到我们的5G规范深度解析系列。在这个系列中，我们将逐章剖析3GPP的核心规范，用技术专家的视角，结合生动的场景，为您揭示5G网络背后的运行逻辑。

今天，我们将开启对5G策略与计费控制框架（Policy and Charging Control Framework）的学习，这份蓝图被定义在3GPP TS 23.503规范中。策略与计费，是运营商实现网络资源精细化运营、提供差异化服务、并最终实现商业变现的核心。理解了PCC，就等于掌握了5G网络“大脑”的思考方式。

为了确保内容的深度和完整性，本文将以第4章“高层架构需求”为主体，同时，我们会在开篇部分首先对第1章（范围）、第2章（参考）和第3章（定义）进行概要性解读，为您后续的深入学习铺平道路。

让我们引入今天的主角——5G深度用户美美。她是一位热爱高清视频、云游戏和AR应用的科技爱好者。我们将跟随美美一天的数字生活，看看5G网络是如何通过PCC框架，在幕后为她提供无缝、高质量、且计费精准的服务的。

1. PCC框架概览：范围、参考与定义 (TS 23.503 第1-3章解读)

在正式进入技术细节的海洋之前，我们需要先了解航海图的图例和基本标识。TS 23.503的前三章就扮演了这样的角色。

1.1 PCC框架的“权力范围” (第1章 Scope)

第1章“Scope”开宗明义地界定了PCC框架的职责。它就像公司的组织架构图，清晰地划分了PCC部门的核心职能。

The policy and charging control framework encompasses the following high level functions:

  • Flow Based Charging for network usage, including charging control and online credit control, for service data flows;
  • Policy control for session management and service data flows (e.g. gating control, QoS control, etc.);
  • Management for access and mobility related policies;
  • Management of UE policy information.

这段原文揭示了PCC的四大核心能力，让我们通过美美的体验来理解：

  1. 基于流的计费 (Flow Based Charging)：想象一下，美美早上通勤时，一边看4K超高清在线视频，一边后台下载着文件。对网络来说，这是两个不同的“业务数据流”（Service Data Flow, SDF）。PCC框架能够精准识别这两个流，对视频流按照“高清视频套餐”计费，对文件下载按照“通用流量”计费。如果她的套餐快用完了，网络还能进行“在线信用控制”，及时提醒她或降低速率，避免产生高额费用。这就是基于流的计费，精细化到每一个应用。

  2. 策略控制 (Policy Control)：美美中午休息时，和朋友打了一局对网络延迟要求极高的云游戏。为了保证她的游戏体验，PCC框架会执行一系列策略。首先是“门控”（Gating Control），确保只有合法的游戏数据包才能通过用户面；其次是“QoS控制”（QoS Control），为游戏数据流分配高优先级和独享带宽，保证其低时延、不卡顿。这就是策略控制，确保“好钢用在刀刃上”。

  3. 接入与移动性策略管理 (Management for access and mobility related policies)：下午，美美进入了一个大型商场，手机从室外的5G宏站无缝切换到了室内的5G小站。这个切换过程并非随意发生，而是由PCC框架根据美美的用户等级、网络负载、位置等信息制定的移动性策略所指导。PCC确保了切换过程的平滑，让她的视频通话没有中断。

  4. UE策略信息管理 (Management of UE policy information)：美美的手机里有一些运营商预置的“智能连接”策略，比如“当检测到公司Wi-Fi时，优先使用Wi-Fi；当玩游戏时，优先使用5G网络”。这些规则被称为“UE路由选择策略”（URSP），它们正是由网络侧的PCC框架下发并管理的。PCC就像一个远程指挥官，指导着美美手机上的各种应用该走哪条“路”。

1.2 PCC的“朋友圈” (第2章 References)

第2章简单罗列了本规范引用的其他3GPP及相关标准文档。这就像一篇学术论文的参考文献列表，告诉我们PCC框架并非孤立存在，而是与5G系统的其他部分紧密相连。例如，它频繁引用TS 23.501（系统架构）和TS 23.502（系统流程），表明PCC的策略需要通过5G核心网的各个网元（如AMF、SMF）来落地执行。我们在此不展开详述，但在后续文章中会时常看到这些“朋友”的身影。

1.3 PCC的“行话”词典 (第3章 Definitions and abbreviations)

第3章是PCC领域的专业词典。理解这些术语是读懂规范的关键。我们将挑选几个最核心的术语进行场景化解读：

  • PCC Rule (策略与计费控制规则)：这是PCC框架下发给执行单元（主要是SMF）的最核心指令。一条PCC Rule就像一张写给网络数据流的“通行证+说明书”。

  • 场景：美美打开云游戏App时，网络中的策略控制功能（PCF）会生成一条针对该游戏的PCC Rule，下发给会话管理功能（SMF）。这条规则里写着：“凡是去往XXX游戏服务器的数据流，识别码是XXXX，允许通过（Gating: Open），保证5ms的延迟和20Mbps的带宽（QoS Control），并且按照‘云游戏专属流量包’进行计费（Charging Control）。”

  • Service Data Flow (SDF, 业务数据流)：指一组匹配特定过滤规则的用户数据包。简单来说，就是一个特定应用产生的数据流。

  • 场景：美美手机上同时运行着微信、抖音和王者荣耀，那么从网络角度看，就存在至少三个不同的SDF。PCC框架的精细化管理，正是建立在能够准确识别和区分这些SDF的基础之上。

  • Policy Control (策略控制) & Charging Control (计费控制)：

    Policy control: The process whereby the PCF indicates to the SMF how to control the QoS Flow. Policy control includes QoS control and/or gating control.

    Charging control: The process of associating packets, belonging to a service data flow, to a charging key and applying online charging and/or offline charging, as appropriate.

    • 解读：策略控制关注的是“资源怎么用”，比如带宽、时延、优先级等，确保网络体验。计费控制关注的是“资源怎么算钱”，将使用了的资源关联到特定的计费项目上。两者紧密相关，但目标不同。PCF制定规则，SMF和UPF负责执行。

理解了这三个基础章节，我们已经具备了探索PCC框架核心需求的知识储备。现在，让我们正式进入第4章的深度解读。

2. 深入剖析：高层架构需求 (TS 23.503 第4章)

第4章从更高层面规定了PCC框架必须满足的架构性要求，涵盖了通用、非会话管理、会话管理和网络切片四大方面。

2.1 通用需求 (General requirements 4.1)

这部分提出了PCC框架最基本、最普适的要求。

It shall be possible to apply policy and charging control to any kind of 3GPP and non-3GPP accesses defined in TS 23.501.

The policy and charging control framework shall support the roaming scenarios defined in TS 23.501.

The policy and charging control shall be enabled on a per slice instance, per DNN, or per both slice instance and DNN basis.

这三段话看似简单，实则勾勒出了PCC框架无处不在的强大适应能力：

  1. 全接入方式覆盖：无论美美是通过5G基站（3GPP接入）上网，还是连接到家里的Wi-Fi并通过5G核心网进行认证（非3GPP接入），PCC框架都必须能对她的业务进行统一的策略和计费控制。这意味着运营商可以提供跨网络的无缝体验和一致的计费策略。

  2. 支持漫游场景：当美美出国旅游时，她的手机会接入当地运营商的网络（即漫游）。PCC框架必须支持复杂的漫游架构，无论是本地分流（LBO）还是归属地路由（Home-Routed），都能确保策略（例如，家长控制、企业策略）和计费（例如，国际漫游套餐）的正确执行。

  3. 精细化启用粒度：PCC不是一个“一刀切”的功能。运营商可以根据需要，灵活地决定在哪个维度上启用它。

    • 按网络切片 (per slice instance)：比如，运营商为自动驾驶汽车创建了一个uRLLC切片，可以只针对这个切片启用特定的低时延策略和计费模式。
    • 按数据网络名称 (per DNN)：比如，美美可以通过一个DNN访问互联网，通过另一个特定的DNN访问公司的内网。运营商可以只对访问公司内网的流量启用PCC，而对普通互联网流量采用简单策略。
    • 按切片和DNN组合：提供最精细的控制粒度，例如，只对物联网切片中访问特定数据采集平台（DNN）的流量进行PCC控制。

这部分需求不直接关联于一个具体的PDU会话（用户的一次上网连接），而是更宏观的、与用户状态和移动性相关的策略。

  • Policy Control Function (PCF) shall support interactions with the access and mobility policy enforcement in the AMF, through service-based interfaces.
  • The PCF shall be able to provide Access and Mobility Management related policies to the AMF.

这里的关键在于PCF与AMF的互动。AMF负责用户的接入和移动性管理。PCF作为策略的大脑，需要能够向AMF下发指令，影响用户的移动行为。

  • 场景：美美正在一个大型演唱会现场，该区域网络非常拥堵。PCF可以从网络分析功能（NWDAF）处获知此信息，并制定一条策略下发给AMF：“对于普通用户，限制其在该区域的移动性，减少不必要的小区切换，以稳定网络”。而对于购买了“演唱会VIP网络保障”套餐的美美，PCF则可能下发另一条策略：“允许用户‘美美’在该区域优先接入空闲载波，并优化其切换参数，保障其直播流畅”。
4.2.2 UE策略控制需求 (UE policy control requirements)

The 5GC shall be able to provide policy information from the PCF to the UE. Such UE policy information includes:

  • Access Network Discovery & Selection Policy (ANDSP): It is used by the UE for selecting non-3GPP accesses network.
  • UE Route Selection Policy (URSP): This policy is used by the UE to determine how to route outgoing traffic.

这里定义了网络侧（PCF）如何“遥控”终端（UE）的行为。核心就是通过下发ANDSP和URSP两种策略。

  • ANDSP (接入网络发现与选择策略)：这相当于给美美的手机一份“Wi-Fi连接指南”。指南里可能写着：“当搜索到SSID为‘CMCC-VIP’的Wi-Fi时，如果信号强度高于-65dBm，就自动连接；如果搜索到‘Airport-Free-WiFi’，则不要自动连接”。这使得UE能够更智能地选择和连接到非3GPP网络。

  • URSP (UE路由选择策略)：这是更重要也更常用的一种策略，它告诉UE的不同应用应该如何选择网络路径。

    • 场景：美美的手机里有一套URSP规则。
      • 规则1 (高优先级)：如果应用是“云游戏”，那么必须为它建立一个连接到“eMBB切片（S-NSSAI=1）”和“游戏专用DNN（DNN=game）”的PDU会”。
      • 规则2 (中优先级)：如果应用是“抖音”，那么为它建立一个连接到“互联网DNN（DNN=internet）”的PDU会话。
      • 规则3 (低优先级)：如果应用是“邮件客户端”，并且当前有可用的受信任Wi-Fi，则将流量“卸载”（offload）到Wi-Fi，不经过PDU会话。
      • 规则4 (默认规则)：其他所有应用，都通过连接到“互联网DNN”的PDU会话。

当美美启动游戏时，她的手机会根据规则1去请求一个特定的PDU会话。这就是URSP的魔力，它在终端侧实现了业务分流和策略的源头执行。

4.2.3-4.2.7 其他非会话管理需求

  • 网络分析信息需求 (Network analytics information requirements 4.2.3)：明确了PCF可以从NWDAF获取网络分析数据（如切片负载水平），并利用这些数据来辅助其策略决策，实现了从“静态策略”到“动态智能策略”的演进。

  • 包流描述符管理 (Management of packet flow descriptions 4.2.4)：允许第三方应用服务提供商（ASP）通过NEF（网络能力开放功能）动态地向网络提供其应用的“指纹”信息——即PFD（Packet Flow Descriptions）。

    • 场景：一款新的视频App上线，为了让运营商网络能准确识别其视频流并给予QoS保障，该App的开发者可以通过标准化的接口，将其服务器IP地址、端口等PFD信息提供给运营商的PFDF（NEF中的一个功能），PFDF再分发给SMF/UPF。这样，网络无需手动配置就能“认识”这个新应用。

  • SMF选择管理 (SMF selection management related policy control requirements 4.2.5)：PCF可以影响AMF如何为特定的PDU会话选择SMF。例如，PCF可以策略性地指示AMF，对于访问物联网DNN的会话，需要选择位于网络边缘的SMF，以实现低时延。

  • 网络能力开放 (Support for non-session management related network capability exposure 4.2.6)：允许外部AF通过NEF来请求执行一些非会话相关的策略功能，例如管理PFD、协商后台数据传输窗口等。

  • 切片替换策略 (Slice replacement related policy control requirements 4.2.7)：当一个网络切片需要被替换时（例如，由于资源调整或故障），PCF可以向AMF提供策略，指导如何处理受影响的UE。

这部分需求与一个具体的PDU会话强相关，定义了在一个用户的上网连接生命周期内，PCC框架需要具备的能力。

4.3.1 通用需求 (General requirements)

The PCC framework shall perform Gating Control and discard packets that don’t match any service data flow of the active PCC rules.

The PCC framework shall have a binding method that allows the unique association between service data flows and specific QoS Flow.

这部分内容非常丰富，核心思想是实现对PDU会话内数据流的精细化控制：

  • 门控 (Gating Control)：这是最基本的安全和控制机制。对于一个PDU会话，默认情况下所有的门都是关闭的。只有当PCF下发了包含特定SDF过滤器的PCC规则并“打开大门”时，对应的数据流才能通过。这确保了只有经过授权的业务才能使用网络资源。

  • 绑定机制 (Binding Method)：这是实现QoS保障的关键。一个PDU会话可以承载多个QoS Flow，而每个QoS Flow具有不同的QoS特性（如延迟、带宽保证率等）。绑定机制就是将一个或多个SDF（业务数据流）精确地映射（绑定）到某一个特定的QoS Flow上。

    • 场景：美美正在进行AR视频通话，这个应用同时包含两路SDF：一路是低时延要求的AR交互数据，另一路是高带宽要求的视频数据。PCF会下发两条PCC规则，第一条规则将AR交互数据流绑定到一个低时延的GBR QoS Flow上；第二条规则将视频数据流绑定到另一个高带宽的GBR QoS Flow上。这样，在同一个PDU会话内，就实现了对不同业务流的差异化QoS保障。

The PCC charging shall support the following charging models for charging performed by SMF:

  • Volume based charging;
  • Time based charging;
  • Volume and time based charging;
  • Event based charging;
  • No charging.

这里定义了5G支持的多种灵活计费模型，SMF是计费信息采集的主要执行者。

  • 场景：美美一天的计费账单就是这些模型的组合。
    • 流量计费 (Volume based)：她刷抖音、看视频消耗的数据流量。
    • 时长计费 (Time based)：她进行VoNR高清语音通话的时长。
    • 事件计费 (Event based)：她参加了一个在线付费直播，进入直播间这个“事件”触发了一次性计费。
    • 混合计费 (Volume and time based)：比如某个定向流量包，限制了总流量也限制了总使用时长。
    • 免费 (No charging)：她访问运营商的网上营业厅App，这部分流量被设置为免费。

此外，规范还要求能够根据用户漫游状态、位置、一天中的特定时间、使用的接入网类型等维度应用不同的费率，这为运营商提供了极其丰富的计费策略制定空间。

4.3.3-4.3.7 其他会话管理需求

  • 策略控制需求 (Policy control requirements 4.3.3)：详细规定了QoS控制的三个层面：SDF级别（最细粒度）、QoS Flow级别和PDU会话级别（Session-AMBR）。同时，还引入了基于用户消费额度的策略（Subscriber spending limits），例如，当美美的话费余额低于10元时，PCF可以联动CHF（计费功能）获取此信息，并自动将她的网络速率限制在较低水平。

  • 用量监控需求 (Usage monitoring control requirements 4.3.4)：除了计费，PCC还支持对网络资源用量的实时监控。PCF可以为特定的业务、一组业务或整个PDU会话设置用量阈值（如1GB流量或使用30分钟）。当SMF/UPF检测到用量达到阈值时，会向PCF报告。PCF可以基于此执行动态策略，比如“游戏体验流量包每月前2GB为高速，超出后降速”。

  • 应用检测与控制 (Application detection and control requirements 4.3.5)：PCF可以指示SMF对特定的应用流量进行检测。当SMF/UPF检测到某个应用的开始或结束时，可以向PCF报告。这使得策略可以与应用生命周期联动。例如，当检测到美美启动“企业安全网盘”App时，PCF才临时为她开启一条通往企业内网的高安全等级PCC规则。

  • 网络能力开放 (Support for session management related network capability exposure 4.3.6)：允许外部AF请求会话相关的策略能力，例如请求特定的QoS保障、成为付费方（Sponsored Connection）等。

  • 流量导向控制 (Traffic steering control 4.3.7)：PCF可以指示SMF将特定的流量引导到网络中部署的增值服务功能上，如家长控制防火墙、病毒查杀网关等，这被称为“业务功能链”（Service Function Chaining, SFC）。

The network slice related policy control requirements include:

  • Limitation of the data rate per network slice.

最后，规范专门针对网络切片提出了策略要求。最核心的一点就是能够对整个网络切片的总速率进行限制。

  • 场景：假设运营商为某区域的智能电网部署了一个专用的mMTC网络切片，并承诺其总上行速率不超过1Gbps。PCC框架中的PCF就承担着监控整个切片总速率的角色。当PCF发现切片总流量接近1Gbps时，它可以采取行动，例如拒绝为新的电表建立PDU会话，或者降低现有会话的速率，以确保整个切片的性能符合SLA（服务等级协议）要求。

总结

通过对TS 23.503前四章的深度解读，我们为5G PCC框架构建了一个宏观的认知地图。

  • PCC是5G网络的“策略与计费大脑”，其权力覆盖所有接入方式、漫游场景，并能精细化到每个切片和DNN。
  • 它通过非会话管理策略（如URSP/ANDSP、移动性策略）从宏观上指导UE和网络的行为。
  • 它通过会话管理策略（PCC Rule、绑定、门控、QoS、计费、用量监控）在微观上精细化控制每一个PDU会话和业务数据流。
  • 它通过与NWDAF的联动，实现了从静态策略向动态智能策略的演进。
  • 它通过与NEF的联动，为第三方应用开放了网络能力，催生了新的商业模式。

美美一天的无缝5G体验，背后是PCC框架无数次策略决策和精确实时控制的结果。在接下来的系列文章中，我们将继续深入PCC的架构模型、接口和详细流程，敬请期待！

FAQ

Q1：PCC规则 (PCC Rule) 和UE路由选择策略 (URSP) 有什么区别？

A1：它们是策略在不同位置的体现，共同协作。URSP是PCF下发到UE侧的策略，它告诉UE上的应用程序“应该去请求什么样的网络连接”（例如，为游戏App请求一个连接到游戏切片的PDU会话）。而PCC规则是PCF下发到网络侧SMF的策略，它告诉网络“对于已经建立的连接中的特定数据流，应该如何处理”（例如，为游戏数据流提供5ms的低时延保障并按游戏流量计费）。简单说，URSP负责在“源头”做业务分离决策，PCC规则负责在“网络管道”中做精细化处理。

Q2：什么是业务数据流 (SDF)，它和QoS流 (QoS Flow) 是什么关系？

A2：SDF（业务数据流）可以理解为一个特定应用产生的数据包流，例如，一个抖音视频流就是一个SDF。网络通过IP五元组等信息来识别SDF。QoS Flow则是一个承载数据传输的“管道”，它具有特定的QoS特征（如带宽、时延等）。一个或多个SDF可以被“绑定”到一个QoS Flow上进行传输。这种绑定关系由PCC规则来定义。比如，可以将普通网页浏览的SDF和邮件的SDF都绑定到一个默认的、尽力而为的QoS Flow上，而将VoNR语音通话的SDF单独绑定到一个具有高优先级和时延保障的QoS Flow上。

Q3：PCF (策略控制功能) 在PCC框架中扮演什么角色？

A3：PCF是PCC框架的“大脑”和决策中心。它从UDR（统一数据存储）获取用户签约信息，从AF（应用功能）获取业务需求，从AMF/SMF获取网络状态和事件，从CHF（计费功能）获取消费信息，从NWDAF（网络数据分析功能）获取网络分析洞察。基于这些输入，PCF根据运营商配置的策略，生成最终的PCC规则和UE策略（如URSP），并下发给执行单元（SMF、AMF、UE）去执行。

Q4：规范中提到的“非会话管理”和“会话管理”策略有什么根本区别？

A4：根本区别在于策略关联的对象不同。“会话管理”策略（Session management related policy）是与一个具体的PDU会话（即用户的一次上网连接）紧密绑定的，它的生命周期通常与PDU会话相关，主要负责该会话内的数据流如何被处理。例如，QoS控制、计费规则都属于会话管理策略。而“非会话管理”策略（Non-session management related policy）不直接绑定于某个PDU会话，它关联的是UE本身或更宏观的网络行为，影响范围更广。例如，UE的移动性限制策略、URSP（指导UE如何发起会话）都属于非会话管理策略。

Q5：5G的计费相比4G有哪些主要进步？

A5：5G的计费在4G基于流的计费（FBC）基础上，变得更加灵活、精细和场景化。主要进步体现在：1) 维度更丰富：除了流量和时长，明确支持事件计费，并且可以结合网络切片（S-NSSAI）、DNN、接入类型、用户位置、时间等更多维度进行组合计费，为商业模式创新提供了更大空间。2) 与策略结合更紧密：计费信息（如用户余额、消费状态）可以作为策略制定的输入（例如，低余额用户降速），实现了策略与经营的闭环。3) 能力开放：通过NEF，可以支持第三方应用成为付费方（Sponsored Data），即“定向免流”有了更标准化的实现框架，促进了生态合作。

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