深度解析 3GPP TS 32.255：5.1 5G数据连接计费原则 (Part 1 - 核心要求与关键信息)

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”的核心章节，旨在为读者提供一个5G数据连接计费的核心原则、关键需求与信息模型的全景视图。

欢迎来到5G技术深度解析系列！作为本系列文章的开篇，我们将首先潜入5G商业化运营的命脉——计费。一个网络无论技术多么先进，如果不能进行精确、灵活、可靠的计费，就无法实现商业闭环。3GPP TS 32.255规范正是定义5G数据业务计费的“法典”。

今天，我们将从第5.1章“5G数据连接计费原则”入手，重点解读其中的5.1.1至5.1.4节，探讨5G计费的基本框架、核心要求、信息模型以及至关重要的计费标识符。

为了让抽象的规范变得生动，我们引入一位主角——5G新用户“小杰”。他刚刚办理了最新的5G套餐，正准备体验一天畅快淋漓的5G生活。我们将跟随小杰的脚步，看看他每一个网络行为背后，计费系统是如何“明察秋毫”的。

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1. 计费功能概述 (5.1.1 General)

首先，规范开宗明义地指出了5G数据连接计费所关注的核心对象。计费不再是简单地统计总流量，而是深入到网络连接的各个层面。

The charging functions specified for the 5G data connectivity charging:

• PDU session in SMF, refer to TS 23.501;
• service data flows, within PDU session, refer to TS 23.503.
• QoS flows within PDU session refer to TS 23.501 and TS 23.503.

这段原文定义了计费的三个基本维度：PDU会话、业务数据流（SDF）和QoS流。让我们通过小杰的早晨来理解它们。

深度解析：

清晨，小杰拿起他的5G手机，解锁屏幕，手机自动连接到5G网络。这一刻，一个计费世界的大门悄然打开。

• PDU会话 (PDU Session)：可以把它想象成小杰的手机和互联网之间建立的一条“专属数据管道”。从他连接上5G网络开始，直到他关闭移动数据或手机关机，这条管道都存在。整个“在线期间”，运营商就是基于这条管道（即PDU会话）进行计费的。所有的数据收发都在这个会话的框架内。

• 业务数据流 (Service Data Flow, SDF)：小杰在上班地铁上，同时打开了两个App：一个是在线高清视频App，另一个是即时通讯软件。虽然这些数据都通过同一个PDU会话“管道”，但网络有能力区分它们。从视频App来的数据流和从即时通讯软件来的数据流，就是两个不同的SDF。这种区分是实现差异化计费的基础。

• QoS流 (QoS Flow)：为了保证观看视频的流畅体验，网络为视频SDF分配了一条高带宽、低时延的“VIP通道”，这就是一个QoS流。而对于消息收发，一个普通的“标准通道”（另一个QoS流）就足够了。QoS流是5G网络中资源调度的基本单位，确保了不同业务的服务质量。

总结一下，PDU会话是计费的基本单位，SDF是业务层面的区分，QoS流是资源保障层面的区分。 5G计费系统可以在这三个粒度上进行灵活的统计和计费，为运营商创造了丰富的商业模式可能性。

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2. 计费的核心技术要求 (5.1.2 Requirements)

仅仅定义计费对象还不够，规范的5.1.2节用一系列“shall”（必须）的强制性要求，为计费系统的能力划定了基线。这些要求构成了5G计费体系的骨架，确保了其功能的完备性和商业上的可行性。我们将这些要求归纳为几个方面进行解读。

2.1 融合计费与现代化接口

• The SMF shall support converged online and offline charging.
• The SMF may support offline only charging.
• The SMF shall support PDU session charging using service based interface.

深度解析：

小杰办理的是一个预付费套餐，每月包含50GB的通用流量和20GB的视频定向流量。

• 融合在线与离线计费 (Converged Online and Offline Charging)：

  • 在线计费 (Online Charging)：对于小杰这样的预付费用户，这就是在线计費模式。当他开始观看视频时，网络中的SMF（会话管理功能）会向CHF（计费功能）申请一部分流量配额（比如100MB）。CHF检查小杰的账户余额（视频定向流量还剩20GB），批准请求。当这100MB即将用尽时，SMF会再次申请，如此往复。这确保了小杰不会超出他的套餐额度。
  • 离线计费 (Offline Charging)：如果小杰是后付费用户，SMF则无需实时申请配额。它会持续记录小杰的流量使用情况，在会话结束或达到一定时间/流量门限时，生成一份详单（CDR - Charging Data Record），发送给CHF。这就是离线计费，我们月底收到的账单就是基于这些记录生成的。
  • 融合计费 (Converged Charging) 的强大之处在于，同一个计费架构（SMF + CHF）能够同时处理这两种模式，大大简化了网络部署和运营。

• 服务化接口 (Service Based Interface, SBI)：在5G核心网中，所有网络功能（NF）之间的通信都采用了类似互联网微服务的API调用方式，这就是SBI。SMF与CHF之间通过标准的、开放的Nchf接口进行交互，实现了高度的灵活性和解耦，便于快速部署新的计费策略。

2.2 计费粒度与范围

• The SMF shall collect charging information per PDU session for UEs served under 3GPP access and non-3GPP access (untrusted non-3GPP access, trusted non-3GPP access and wireline).
• Every PDU session shall be assigned a unique identity number for billing purposes per PLMN. (i.e. the Charging Id).

深度解析：

中午，小杰回到家中，他的手机自动连接到家庭Wi-Fi。这个Wi-Fi由他的5G运营商提供，支持5G融合接入（5WWC）。

• 全接入方式覆盖：无论小杰是通过5G基站（3GPP access）上网，还是通过家里的Wi-Fi（non-3GPP access）上网，只要核心网是5GC，SMF就必须能够统一收集其计费信息。这意味着小杰的流量套餐可以在蜂窝和受信任的Wi-Fi网络下无缝使用和计费。

• 唯一的计费ID (Charging Id)：小杰早上的地铁PDU会话和中午在家的Wi-Fi PDU会话是两个不同的会话。系统会为每一个会话分配一个全局唯一的“计费ID”。这个ID就像是每次网络服务的“发票号”，后续所有的流量、时长、事件等信息都会关联到这个ID上，确保账目的清晰和准确。我们将在5.1.4节进一步深入探讨它。

2.3 核心计量维度

• Data volumes on both the uplink and downlink directions shall be counted separately. The data volumes shall reflect the data as delivered to and forwarded from the user.
• The charging mechanisms shall provide the date and time information when the PDU session starts.

深度解析：

下午，小杰和朋友进行了一场高清视频通话。

• 上下行分离计量：在通话中，小杰的摄像头采集的画面数据上传到网络（上行流量），他朋友的画面数据从网络下载到他的手机（下行流量）。规范要求必须分开统计这两种流量。这不仅因为网络资源成本不同，也为运营商提供了更灵活的定价策略，例如推出“上行流量包”等产品。计量的位置非常关键，必须是在数据实际递交给用户或从用户处转发的位置，确保计量的精准性。

• 时间戳信息：计费系统不仅关心用了“多少”，还关心“何时用”。小杰的这次PDU会话的开始时间会被精确记录。这对于实现分时段计费（如夜间闲时流量优惠）至关重要。

2.4 精细化与差异化计费能力

• The SMF may be capable of identifying data volumes, elapsed time or events for individual service data flows (flow based charging). One PCC rule identifies one service data flow.
• SMF shall allow reporting of the service or the detected application usage per rating group or per combination of the rating group and service id. This reporting level can be activated per PCC rule.

深度解析：

晚上，小杰开始了他的游戏时间。他玩的是一款运营商合作的低时延云游戏。

• 基于流的计费 (Flow Based Charging, FBC)：这是5G计费的一大革命。系统不再只看总流量，而是能识别出小杰手机里的每一个“业务数据流”（SDF）。

  • 流量计费：他浏览网页产生的流量，按常规MB计费。
  • 时长计费：他玩的云游戏，运营商可能按分钟计费，因为这更能反映对网络低时延、高稳定资源的占用。
  • 事件计费：游戏中，他购买了一个价值5元的“一小时延迟优化”道具。这个购买行为被网络识别为一个“事件”，并直接计费。

• 评级组 (Rating Group)：为了实现上述差异化计费，网络会通过PCC（策略与计费控制）规则，将不同的SDF映射到不同的“评级组”。例如：

  • 网页浏览 → Rating Group 1 (通用流量)
  • 合作视频 → Rating Group 2 (定向流量)
  • 云游戏 → Rating Group 3 (高价值业务) SMF会为每个评级组分别统计使用量，并上报给CHF。这就是为什么小杰的视频流量可以从20GB的定向包中扣除，而网页浏览则消耗他的50GB通用流量。

2.5 灵活的配额管理

• The quota management shall be per rating group per PDU session.
• If there are multiple UPFs for one PDU session, the quota management may be one for all UPFs or separate per UPF and the usage and charging information reporting per UPF.

深度解析：

小杰在玩云游戏时，他的数据流可能经过了离他家很近的边缘计算节点上的UPF（用户面功能），以保证超低时延。

• 按评级组授权配额：CHF给SMF授权配额时，是按评级组进行的。比如，CHF可能对SMF说：“对于小杰的PDU会话，评级组1（通用流量）给你100MB配额，评级组3（云游戏）给你10分钟配额。” SMF会把这些配额下发给真正处理数据的UPF去执行。

• 多UPF下的配额管理：在一些高级场景中，一个PDU会话可能会涉及多个UPF。例如，小杰的云游戏流量走边缘UPF，而普通网页浏览走中心UPF。此时，配额管理策略就很关键。运营商可以选择为所有UPF提供一个共享的配额池，也可以为每个UPF单独分配配额。这体现了5G计费系统对复杂网络拓扑的适应能力。

2.6 多场景支持

规范还列出了一系列SMF必须支持的复杂场景，这体现了5G作为一张融合网络的计费完备性。

• The SMF shall support charging for PDU Session types of IP, Ethernet and Unstructured.
• In roaming charging scenario, the SMF may collect charging information per QoS Flow.
• The SMF shall support PDU session charging when the PDU session is served by both I-SMF and SMF.
• The SMF shall support charging for MA PDU Connectivity Service over 3GPP access and non-3GPP access.
• The SMF shall support the charging of redundant transmission for high reliability communication.
• The SMF may support the converged charging for NPN.

深度解析：

• 多PDU会话类型：不仅支持我们日常手机上网的IP类型会话，还要支持工业互联网中常见的以太网（Ethernet）类型，以及其他非结构化（Unstructured）数据类型。
• 漫游计费：当小杰出国漫游时，拜访地网络（VPLMN）和归属地网络（HPLMN）之间需要进行结算。此时，计费粒度可能会细化到每个QoS流，以便精确计算网络间成本。
• I-SMF场景：在复杂的网络拓扑中，可能会有中间SMF（I-SMF）和会话锚点SMF。计费系统必须能处理这种级联SMF场景下的计费信息收集。
• 多接入（MA PDU）：如果小杰的手机同时使用5G和Wi-Fi传输数据，计费系统必须能汇总两路流量，或按需分别计费。
• 高可靠通信（URLLC）：对于自动驾驶、远程医疗等需要数据冗余传输的场景，计费系统需要能识别出哪些是冗余数据，并根据策略决定是否对这部分流量计费。
• 非公共网络（NPN）：对于企业部署的5G专网，计费系统同样要能支持，满足企业内部的成本分摊或生产计费需求。

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3. 计费信息的构成 (5.1.3 Charging information)

了解了计费要求后，我们来看看计费系统到底收集了哪些具体信息。5.1.3节详细罗列了SMF需要为融合计费收集的“情报”。

The SMF may collect the following charging information for converged online and offline charging:

• usage of the access and core network resources: the charging information shall describe the amount of data delivered to and forwarded from the UE;
• usage duration: duration of PDU session is counted as the time interval from PDU session establishment to PDU session release;
• user: the charging information shall provide the actual UE addresses used by the user for the PDU session;
• data network: the charging information shall describe the data network addresses with a level of accuracy as determined by the DNN;
• usage of the external data networks: the charging information shall describe the amount of data sent and received to and from the external data network. External networks can be identified by the DNN;
• start time: identifying the time when the PDU session was started;
• user location: HPLMN, VPLMN, inside/outside presence reporting area, plus optional higher-accuracy location information.

深度解析：

我们可以为小杰的一段PDU会话构建一个虚拟的“计费信息档案”，看看里面都记录了什么：

• 资源使用量 (usage of resources)：上行流量500MB，下行流量1.5GB。
• 使用时长 (usage duration)：会话从08:00:00持续到09:30:15，总时长90分15秒。
• 用户信息 (user)：用户永久标识（SUPI）是46000...，本次会话分配到的IP地址是202.100.1.10。
• 数据网络名 (data network)：连接的是运营商的公共互联网，DNN为internet。
• 外部网络使用 (usage of external data networks)：该字段可以用于标识用户访问了特定的网络，例如企业内网或特定的服务网络。
• 会话开始时间 (start time)：2025-10-05 08:00:00。
• 用户位置 (user location)：会话开始时位于A基站覆盖区，结束时位于B基站覆盖区。更重要的是，系统记录了他在08:30:00进入了“金融街免费数据区”（一个PRA，Presence Reporting Area），在该区域内产生的流量会计为特殊类型。

而对于基于流的计费（FBC），档案会更加精细：

For service data flows defined for FBC, the SMF shall collect the following charging information:

• the information described above for PDU session;
• the amount of data transmitted in uplink and downlink directions categorized by rating group or combination of the rating group and service id when charging based on volume applies;
• the duration of service data flows is counted and categorized by rating group or combination of the rating group and service id when charging based on time applies;
• the number of events and corresponding time stamps categorized by rating group or combination of the rating group and service id when charging based on event applies.

深度解析：

在小杰的会话档案中，会有一个子目录，详细记录了每个评级组的使用情况：

• Rating Group 1 (通用流量): 上行100MB, 下行400MB。
• Rating Group 2 (定向视频): 上行50MB, 下行1.1GB。
• Rating Group 3 (云游戏): 持续时长15分钟。
• Rating Group 4 (游戏道具): 发生事件1次，时间戳09:10:05。

这些详尽的信息，构成了5G计费实现“按需、按质、按价值”收费的基石。

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4. “粘合剂”：计费标识符 (5.1.4 Charging Identifier)

在复杂的移动网络中，一个用户的PDU会话可能会经历多次网络变更，如切换基站、4G/5G网络互操作、甚至会话在不同核心网设备间迁移。如何确保这些零散的计费片段能够被准确无误地关联到同一次服务中呢？答案就是计费标识符（Charging Identifier）。

Charging identifier is created to allow correlation of charging information. For the SMF the charging identifier is assigned per PDU session including the case of I-SMF insertion. At each PDU session establishment, i.e. , assignment of a new PDU session id, a new PDU session specific Charging Identifier is generated at the first SMF that processes the PDU session initiating request. The Charging Identifier shall be unique within the SMF … and is then used in all subsequent messages for that PDU session.

深度解析：

• 关联性的保障：Charging Identifier的核心作用就是“关联”。它就像一条贯穿整个PDU会话生命周期的线索，将所有相关的计费事件和数据片段串联起来。
• 生成与唯一性：当小杰的手机发起PDU会话请求时，处理该请求的第一个SMF就会为这个会话生成一个唯一的Charging Identifier。这个ID在SMF内部是独一无二的。

最重要的特性在于其持久性：

The Charging Identifier shall be used throughout the PDU session’s lifetime once assigned. In case of inter-system changes or handovers of PDU session, the Charging Identifier is preserved while the PDU session Identifier is preserved.

深度解析：

这里的描述需要结合其他规范来精确理解。在某些高级移动性场景下（例如SSC Mode 2和3），当PDU会话的锚点UPF发生改变时，网络可能会为UE重新建立一个PDU会话，这意味着PDU Session ID可能会改变。

但即便是PDU Session ID变了，Charging Identifier也必须保持不变。

让我们想象一个场景：小杰正在进行一个重要的视频会议，他从公司（由边缘UPF-A服务）开车回家（由另一个边缘UPF-B服务）。为了保证业务连续性，网络执行了SSC Mode 3的“先建立后断开”切换。在这个过程中，SMF为他与UPF-B之间建立了一个新的PDU会话（拥有新的PDU Session ID），然后才释放旧的会话。

如果没有持久的Charging Identifier，计费系统会看到两个独立的会话，可能会导致计费错误（例如，两次起步价）。但正因为有了贯穿始终的Charging Identifier，CHF能够识别出这实际上是同一次服务的延续，从而将两个计费片段无缝地合并，确保了计费的连续性和准确性。

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文章结尾

通过对5.1.1至5.1.4节的深度解读，我们为5G数据业务计费构建了一个清晰的认知框架。我们理解了计费发生的三个维度（PDU会话、SDF、QoS流），掌握了支撑计费体系的各项核心要求，明确了需要采集的关键计费信息，并认识到计费标识符在保障计费连续性中的关键作用。

这仅仅是冰山一角。5G计费的精髓还体现在它与策略控制（PCC）的深度联动、对复杂漫游和移动性场景的处理、以及对网络切片等全新业务模式的支持上。在接下来的文章中，我们将继续深入探索这些更为精彩的内容。敬请期待！

FAQ环节

Q1：什么是在线计费和离线计费？它们有什么区别？ A1：在线计费（Online Charging）主要用于预付费用户。网络在提供服务前，会向计费系统申请配额（如流量或时长），得到许可后才提供服务，并实时扣减配额，以防止用户超额使用。离线计费（Offline Charging）主要用于后付费用户。网络会先提供服务，同时记录用户的使用情况，在服务结束后或周期性地生成话单（CDR），发送给计费系统用于后续出账。5G的融合计费系统（CCS）可以同时支持这两种模式。

Q2：PDU Session ID 和 Charging Identifier 有什么区别？为什么需要两个ID？ A2：PDU Session ID是网络技术层面上用于标识一个PDU会话的ID，主要用于信令交互和会话管理。Charging Identifier是计费层面用于关联同一次计费服务的ID。在大多数情况下，一个PDU会话对应一个计费服务，它们的生命周期一致。但在某些高级移动性场景下（如SSC mode 2/3切换），一个连续的服务可能会跨越多个技术上的PDU会话（PDU Session ID会改变）。此时，保持不变的Charging Identifier就充当了“粘合剂”，确保计费系统能将这些分段的计费信息正确地关联为一次完整的计费过程。

Q3：运营商真的可以对我使用不同App收取不同费用吗？技术上如何实现？ A3：是的，技术上完全可以，这就是基于流的计费（FBC）的核心能力。实现方式如下：1) 网络的策略控制功能（PCF）会下发PCC规则给SMF。2) 这些规则定义了如何识别不同的业务数据流（SDF），比如根据目标服务器的IP地址、端口号、或通过深度包检测（DPI）识别应用特征。3) PCC规则还会为识别出的SDF指定一个“评级组”（Rating Group）。4) SMF指导UPF对不同评级组的流量进行分类统计。5) SMF将分好类的使用量上报给计费功能（CHF），CHF根据预设的费率对不同评级组进行计费。例如，视频流量（Rating Group A）可能免费，而游戏流量（Rating Group B）可能按高价收费。

Q4：“融合计费”（Converged Charging）到底“融合”了什么？ A4：“融合”体现在多个层面：1) 接入方式的融合：无论用户通过5G、4G、Wi-Fi还是固定网络接入，只要使用统一的5G核心网，就可以被同一个计费系统管理。2) 计费模式的融合：能够同时处理在线计费（预付费）和离线计费（后付费）。3) 业务类型的融合：不仅能对数据流量计费，还能对语音（VoNR）、短信、IMS服务、API调用次数等多种量纲进行统一计费。这种融合大大简化了运营商的IT系统，降低了运营成本。

Q5：为什么计费系统需要我的位置信息？这会泄露我的隐私吗？ A5：计费系统收集位置信息主要出于以下几个原因：1) 实现差异化地理定价：例如，在特定区域（如机场、商业区、校园）提供优惠或免费流量套餐。2) 漫游计费：判断用户是否处于漫游状态，并应用相应的漫游费率。3) 遵守法规：在某些国家和地区，税务或监管要求需要根据用户所在地理位置进行。关于隐私，3GPP规范和各国监管机构都对位置信息的使用有严格规定。运营商收集的位置信息通常是网络层面的，如小区ID（Cell ID），并有严格的安全和隐私保护措施，