CN101969629B - 一种计费方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Wimax网络接入3GPP网络的计费方法及系统。本发明方案中，PCRF向AAA/SPR发送计费所需信息，AAA/SPR向ASN GW发送计费所需信息，从而Wimax网络能够获得计费的相关参数，进而实现Wimax网络的独立计费；并且，尽量在保存现有3GPP PCC R7可用功能的同时，适应了3GPP PCC R8的网络架构，能够做到对3GPP PCC R7的兼容，有利于3GPP SAE网络的发展。

Description

一种计费方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术，特别是指一种全球微波互联接入(Wimax，WorldwideInteroperability for Microwave Access)网络接入第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)网络的计费方法及系统。

背景技术

3GPP演进的分组系统(EPS，Evolved Packet System)由演进的陆地通用无线接入网络(E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)、移动管理单元(MME，Mobility Management Entity)、服务网关(S-GW，ServingGateway)、分组数据网络网关(P-GW，PDN GW，Packet Data Network Gateway)、归属用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)、3GPP认证授权计费(AAA，Authentication Authorization Accounting)服务器、策略和计费规则功能(PCRF，Policy and Charging Rules Function)、及其他支撑节点组成。

其中，MME负责非接入层信令的处理、核心网节点之间的移动性管理信令的处理、P-GW及S-GW的选择、空闲状态下用户设备(UE，User Equipment)可达性管理、以及跟踪区列表的选择等功能。

S-GW的功能包括：作为eNodeB间切换的本地锚点，空闲模式下下行数据的缓存，合法监听，数据报文路由，以及跨运营商时基于用户与服务质量等级标识(QCI，QoS Class Identifier)的计费。

P-GW是3GPP EPS与分组数据网络(PDN，Packet Data Network)的边界网关，其功能包括：基于用户的报文过滤，合法监听，UE的地址分配，传输层报文服务质量(QoS，Quality ofService)标签，上行与下行基于业务的计费，基于聚合最大比特速率(AMBR，Aggregate Maximum Bit Rate)的下行速率保证，动态主机分配协议(DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol)v4/v6功能，基于相同保证比特率(GBR，Guaranteed Bit Rate)QCI的累积最大比特速率(MBR，Maximum Bit Rate)的下行速率保证，另外还负责上下行的承载绑定。

PCRF是实现策略和计费规则的功能实体，通过Rx接口获取上层的业务信息，生成QoS策略和计费策略，通过S7/S7x接口将QoS策略和计费策略下达到位于P-GW的策略与计费执行功能(PCEF，Policy and Charging EnforcementFunction)、及位于S-GW或非3GPP(non-3GPP)接入网关的承载绑定和事件报告功能(BBERF，Bearer Binding and Event Report Function)，并要求强制实施。接口S7c与S-GW相连，接口S7a与非3GPP接入网关相连。

计费分为在线计费与离线计费两种计费方式。其中，在线计费包括两个子功能：额度计算(unit determination)与计费(rating)，额度计算是指在进行业务之前对非钱额度(所剩的流量、时间之类)进行计算，而计费则是将由额度计算获得的非钱单位转换为具体的钱值。这两个功能均可以位于计费触发功能(CTF，Charging Trigger Function)中，即PCEF中。额度计算的功能依赖于对当前业务类型的获知，从而确定其费率。

EPS的网络架构如图1所示，其中，非3GPP网络被分为可信任非3GPP IP接入网络和不可信任非3GPP IP接入网络。可信任非3GPP IP接入网络可直接通过S2a接口与P-GW相连；不可信任非3GPP IP接入网络需经过演进的分组数据网关(ePDG，Evolved Packet Data Gateway)与P-GW相连，ePDG与P-GW间的接口为S2b。S2c是UE和P-GW之间的接口，提供了UE与接入网关之间用户面的控制以及移动性的支持。S2c接口可适用于3GPP网关或者信任/非信任的非3GPP接入网关。

随着3GPP系统架构演进(SAE，System Architecture Evolution)网络的发展，3GPP SAE网络的架构与原有3GPP网络的架构相比，已经有了很大变化，这些变化有：引入了S-GW/非3GPP接入网关功能实体，引入了策略和计费控制(PCC，Policy and Charging Control)架构中的BBERF，等等。

Wimax网络目前定义了适配3GPP PCC R7的网络架构以及相关协议，Wimax PCC R7的网络架构如图3所示。其中，锚定接入服务网络(ASN，AccessService Network)网关(AnchorASN GW)作为代理PCEF(A-PCEF)，接收从PCRF下达的经策略分发功能(PDF，Policy Distribution Function)转发的PCC策略，ASN GW支持离线计费和在线计费，其离线计费接口PCC-R3-OFC与AAA服务器相连，AAA服务器通过3GPP的Gz接口与离线计费系统(OFCS，Offline Charging System)相连。ASN GW的在线计费接口PCC-R3-OC经计费分发功能(CDF，Charging Distribution Function)与在线计费系统(OCS，OnlineCharging System)相连。如果锚定ASN GW与PCRF通过PDF进行PCC策略的交互，则该锚定ASN GW为A-PCEF；如果锚定ASN GW不需要通过PDF与PCRF进行PCC策略的交互，则该锚定ASN GW为PCEF。

3GPP PCC R8网络架构如图2所示。其中，BBERF位于S-GW或非3GPP接入网关，PCEF则位于P-GW。这对于Wimax网络接入3GPP R8网络提出了新的要求，考虑到Wimax论坛目前已经制定了基于3GPP PCC R7的资源控制方式，那么，如何尽量在保存现有3GPP PCC R7可用功能的同时适应3GPPPCCR8的网络架构，成为一个亟待解决的问题。例如，接入服务网络网关ASNGW需要动态的计费参数，而在3GPP PCC R8架构中却无法获取这些参数，无法进行计费。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种计费方法及系统，实现Wimax网络接入3GPP R8网络的计费。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种计费方法，该方法包括：

策略和计费规则功能PCRF向认证授权计费AAA/用户签约数据库SPR发送计费信息；

AAA/SPR向接入服务网络网关ASN GW发送所述计费信息；

接入服务网络网关ASN GW根据接收的所述计费信息，进行计费。

该方法具体包括：PCRF向AAA/SPR转发应用功能AF下发的业务信息；AAA/SPR根据所述业务信息确定计费信息，并向ASN GW发送所述计费信息。

该方法具体包括：PCRF向AAA/SPR转发AF下发的业务信息；AAA/SPR向ASN GW发送所述业务信息；ASN GW根据收到的所述业务信息确定计费信息。

所述AAA/SPR向ASN GW发送业务信息，包括：

直接向ASN GW转发收到的所述业务信息；或者，

将收到的所述业务信息转换为AAA/SPR与ASN GW约定的格式后发送给ASN GW。

一种计费系统，包括：

PCRF，用于向AAA/SPR发送计费信息；

AAA/SPR，用于向ASN GW发送计费信息；

ASN GW，用于根据接收的所述计费信息，进行计费。

所述PCRF具体用于向AAA/SPR转发AF下发的业务信息；

所述AAA/SPR具体用于根据所述业务信息确定计费信息，并向ASN GW发送所述计费信息。

所述PCRF具体用于向AAA/SPR转发AF下发的业务信息；

所述AAA/SPR具体用于向ASN GW发送业务信息；

所述ASN GW具体用于根据收到的业务信息确定计费信息。

所述AAA/SPR用于向ASN GW发送业务信息，具体为：

直接向ASN GW转发收到的所述业务信息；或者，

将收到的所述业务信息转换为AAA/SPR与ASN GW约定的格式后发送给ASN GW。

根据本发明提供的方案，Wimax网络能够获得计费的相关参数，从而实现Wimax网络的独立计费；并且，尽量在保存现有3GPP PCC R7可用功能的同时，适应了3GPP PCC R8的网络架构，能够做到对3GPP PCC R7的兼容，有利于3GPP SAE网络的发展。

附图说明

图1为EPS的网络架构示意图；

图2为3GPP PCC R8网络架构示意图；

图3为Wimax PCC R7的网络架构示意图；

图4为Wimax与3GPP R8互联的网络架构示意图；

图5为本发明中Wimax网络动态业务离线计费流程示意图；

图6为本发明中Wimax网络动态业务在线计费流程示意图。

具体实施方式

演进的分组核心(EPC，Evolved Packet Core)网络架构如图1所示，3GPPPCC R8网络架构如图2所示。其中，BBERF位于S-GW或非3GPP接入网关，PCEF则位于P-GW。Wimax与3GPP R8互联的网络架构如图4所示，可以很自然地看出，Wimax的锚定接入服务网络(ASN，Access Service Network)网关即为3GPP EPC网络中的非3GPP接入网关，因此，BBERF物理上位于锚定ASN网关(Anchor ASN GW)。

3GPP 23.402中规定了非3GPP接入网关中的计费功能为：根据QCI为每个UE搜集上行与下行的数据流量。与此相对应地，3GPP PCC中规定PCRF只对BBERF下达QoS策略而非PCC策略，即PCRF下达给BBERF的策略仅是QoS策略，不包含计费方面的内容、即计费策略。计费策略包括：计费键(Charging key)、业务标识(Service ID)应用功能计费标识(AF-Charging ID)、测量方法如按流量、计费方式如离线还是在线、计费报告的粒度等。其中，AF-Charging ID用于关联承载层与上层应用层的计费，由应用功能(AF，Application Function)直接提供，例如，在部署了IP多媒体子系统(IMS)业务的情况下，IMS服务器通过向PCRF提供AF-Charging ID，来关联应用层与承载层的计费；而Service ID、Charging key则对应着具体业务的费率；计费方式通常是用户签约信息；而测量方法则与具体的业务类型相关，如网络电话(VoIP，Voice over Internet Protocol)业务需要按时间计费、而基于文件传输协议(FTP，File Transfer Protocol)的业务则需要按流量计费。

在线计费中，业务信息是必不可少的一个参数。如果实行动态计费，且额度计算等功能位于ASN GW，若ASN GW无法获得实时的业务信息，则无法实现动态的在线计费。但是如果根据动态业务对用户进行计费，则不仅仅需要搜集流量，还需要以上各参数。如果ASN GW作为BBERF接入3GPP EPC网络，在现有3GPP PCC R8网络架构下是无法获得Wimax网络独立计费所需的这些参数的，通过本发明提供的方案中，Wimax网络将能够获得计费的相关参数，从而实现Wimax网络的独立计费。

本发明中，PCRF向AAA(SPR)发送计费所需信息，AAA(SPR)向ASN GW发送计费所需信息。存储有用户签约数据的用户签约数据库(SPR)功能实体与AAA服务器可以部署于同一网络实体；也可以分离部署于不同网络实体，此时，二者之间存在交互接口，这里，统一简称为AAA(SPR)或AAA/SPR。

具体地，PCRF向AAA(SPR)发送计费信息；AAA(SPR)向ASN GW发送计费信息，如将计费信息包含在发送给ASN GW的授权改变(CoA，Change ofAuthorization)消息中，从而使ASN GW获得计费信息。

或者，PCRF向AAA(SPR)转发AF下发的业务信息，AAA(SPR)根据收到的业务信息确定计费信息，并向ASN GW发送计费信息，如将计费信息包含在发送给ASN GW的CoA消息中。

或者，PCRF向AAA(SPR)转发AF下发的业务信息，AAA(SPR)向ASN GW发送业务信息，ASN GW根据收到的业务信息确定计费信息。AAA(SPR)可以直接将收到的业务信息向ASN GW转发，也可以将收到的业务信息转换为AAA(SPR)与ASN GW约定的格式后发送给ASN GW。

ASN GW最后获得的计费信息包括所进行业务的类别等内容。

下面通过两个具体实施例对本发明的具体实现进行更为详细的描述。

图5为本发明中Wimax网络动态业务离线计费流程示意图，如图5所示，Wimax网络动态业务离线计费的具体处理过程包括：

步骤501：用户在Wimax网络中附着成功后，发起某种业务、如IMS业务，向AF发送业务请求(Service Request)消息。

步骤502：为了使应用层计费与承载层计费能够关联，AF需要分配AF-Charging ID。

步骤503：由于网络中部署了PCC功能，AF、如IMS中的呼叫会话控制功能(SCSF)需要向PCRF提供业务信息，业务信息包括业务类型、媒体流的描述、及QoS的需求等，因此，AF通过Rx接口的鉴权与(或)授权请求(DiameterAAR，Diameter Authentication and/or Authorization Request)消息向PCRF下发AF-Charging ID和业务信息。

步骤504～步骤505：PCRF收到AAR消息后，根据本地配置信息和/或用户签约信息等产生PCC策略，PCC策略包含计费策略和QoS策略。PCC策略需要下发到PCEF、即P-GW上，而PCC策略中的QoS策略需要下发到BBERF，即Wimax网络中的PDF。PCRF向PDF发送重鉴权(或授权)请求(RAR，Re-Authentication and/or Authorization Request)消息，该RAR消息中包含AF-Charging ID和QoS策略；PCRF通过向PCEF发送RAR消息来提供PCC策略。PCEF对收到的PCC策略进行安装。

步骤506：PCEF收到RAR消息后，向PCRF返回重鉴权(或授权)应答(RAA，Re-Authentication and/or Authorization Answer)消息。

步骤507：PDF收到RAR消息后，通过Wimax的PCC-R3接口发送RAR消息向作为A-PCEF的ASN GW提供QoS策略、及计费关联所需的AF-ChargingID。

步骤508～步骤509：作为A-PCEF的ASN GW收到RAR消息后，产生接入网络计费标识(ANCID，Access Network Charging ID)，并为业务数据流标识(SDFID，S ervice Data Flow Identifier)赋值为AF-Charging ID，即令SDFID取值为AF-Charging ID，为PDFID赋值为ANCID，即令PDFID取值为ANCID。

Wimax网络中，业务数据流(SDF，Service Data Flow)包括一个或多个分组数据流(PDF，Packet Data Flow)，这些PDF共同为一个上层业务提供数据传输。上层业务可以包含一个音频的PDF，以及一个视频的PDF，而PDF则对应了Wimax网络中的SDF、即承载流。

步骤510～步骤511：作为A-PCEF的ASN GW通过资源预留请求(RR_Req，Resource Reservation Request)消息向UE发起数据通道的建立；UE收到RR_Req消息后，与作为A-PCEF的ASN GW建立数据通道，然后向作为A-PCEF的ASN GW返回资源预留响应(RR_Rsp，Resource Reservation Response)消息。

步骤512～步骤514：作为A-PCEF的ASN GW收到RR_Rsp消息后，向PDF发送包含PDFID的RAA消息，PDFID的取值为ANCID。PDF收到RAA消息后，向PCRF发送包含PDFID的RAA消息。

步骤514：PCRF收到RAA消息后，向AF发送包含PDFID的AAA(AAAnswer)消息。

步骤515：AF收到AAA消息后，向UE返回业务请求的响应(Response)消息。

步骤516：AF通过与OFCS的Rf接口发送计费请求(ACR，AccountingRequest)消息，该ACR消息中包含SDFID和PDFID等计费相关参数，其中，SDFID的取值为AF-Charging ID，PDFID的取值为ANCID。

步骤517：作为A-PCEF的ASN GW通过PCC-R3-OFC接口向AAA服务器发送ACR消息，该ACR消息中包含SDFID和PDFID等计费相关参数，其中，SDFID的取值为AF-Charging ID，PDFID的取值为ANCID。

步骤518：AAA服务器收到来自ASN GW的ACR消息后，向PCRF发起计费参数的获取，请求PCRF提供计费参数，此时，AAA服务器需要向PCRF提供终端标识、PDFID等信息。PCRF根据AAA服务器的请求，向AAA(SPR)提供计费组(Rating Group)、Service ID等计费参数。

步骤519：AAA服务器通过PCC-R3-OFC`接口向OFCS发送ACR消息，该ACR消息中包含SDFID、PDFID、Rating Group、Service ID等计费参数，其中，SDFID的取值为AF-Charging ID，PDFID的取值为ANCID。

步骤520～步骤521：OFCS收到ACR消息后，进行应用层的计费记录与承载层的计费记录的关联；向账单系统(Billing System)发送话单。

以上所述作为A-PCEF的ASN GW为UE的锚定ASN GW。

图6为本发明中Wimax网络动态业务在线计费流程示意图，如图6所示，Wimax网络动态业务在线计费的具体处理过程包括：

步骤601：初始接入流程，即根据802.16e协议，UE在搜索到无线信号后与ASN进行用户台基本能力(SBC，Subscriber Station Basic Capability)协商，确定密钥管理(PKM)协议版本，PKMv2安全能力、及包括设备鉴权需求在内的安全策略。

步骤602：UE与ASN以及AAA服务器之间进行EAP消息的交互，进行Wimax网络与UE共享的MSK与EMSK的建立，完成鉴权与授权过程。AAA服务器下发静态的计费策略到ASN GW。

步骤603：Wimax网络与UE之间建立初始业务流(ISF)，初始业务流可以用于进行IP地址配置的信令，如DHCP信令。UE可执行基于DHCP的地址获得过程，UE发起DHCPv4或DHCPv6以获取IPv4或IPv6的地址。之后，Wimax网络与UE之间建立预备业务流。

步骤604：由于网络中部署了PCC功能，建立初始业务流时，ASN GW需要与AF之间建立网关控制会话与IP-CAN会话。ASN GW通过网关控制会话建立流程向PCRF获取缺省的QoS策略等信息。

步骤605～步骤607：完成会话建立后，AF向PCRF提供业务信息，业务信息包括AF-Charging ID；PCRF收到业务信息后，向AF返回响应(Ack)消息。PCRF根据业务信息、还可以结合本地配置信息和/或用户签约信息等进行策略决策，生成PCC策略。PCC策略包含计费策略和QoS策略。

步骤608～步骤610：PCRF向作为BBERF的ASN GW发送网关控制QoS策略提供(Gateway Control and QoS Provision)消息，该网关控制QoS策略提供消息中包含AF-Charging ID和QoS策略。作为BBERF的ASN GW收到网关控制QoS策略提供消息后，执行承载绑定，对QoS策略进行安装。作为BBERF的ASN GW向PCRF返回网关控制QoS策略提供响应消息(Gateway Control andQoS Provision Ack)。

步骤611～步骤613：PCRF向PCEF、即P-GW发送包含PCC策略的PCC策略提供消息。PCEF收到PCC策略提供消息后，对PCC策略进行安装，然后向PCRF返回响应消息。

步骤614～步骤615：PCRF向AAA(SPR)发送计费策略及计费相关参数(如需要进行计费的数据流的五元组)。AAA(SPR)收到计费策略后，向PCRF返回响应消息。

步骤616～步骤617：AAA(SPR)通过向作为BBERF的ASN GW发送CoA消息提供计费策略及计费相关参数。作为BBERF的ASN GW收到CoA消息后，向AAA(SPR)返回响应消息。

步骤618：作为BBERF的ASN GW收到计费相关参数后，进行额度计算获得有关额度的计费信息，并向OCS发出额度请求(Credit Request)消息，该额度请求消息中包含Service ID、Rating Group，AF-Charging ID、有关额度的计费信息等计费相关参数。进行额度计算时，作为BBERF的ASN GW除了依据计费相关参数进行计算，还可以将计费相关参数结合本地配置信息和/或用户签约信息进行计算。

步骤619：OCS收到额度请求消息后，根据计费相关参数分配使用额度，即还能使用多少流量、时间、或者直接是可以用多少钱，通过向作为BBERF的ASN GW返回额度响应(Credit Response)消息提供使用额度。

另外，有关额度的计费信息也可以由AAA(SPR)计算后提供给作为BBERF的ASN GW；也可以由PCRF直接确定，然后通过AAA(SPR)提供给作为BBERF的ASN GW 。

本发明中提供的实现Wimax网络计费的系统包括：PCRF、AAA(SPR)和ASN GW，其中，PCRF用于向AAA(SPR)发送计费所需信息；AAA(SPR)用于向ASN GW发送计费所需信息。SPR功能实体与AAA服务器可以部署于同一网络实体；也可以分离部署于不同网络实体，此时，二者之间存在交互接口。

具体地，PCRF用于向AAA(SPR)发送计费信息；AAA(SPR)用于向ASN GW发送计费信息。

或者，PCRF用于向AAA(SPR)转发AF下发的业务信息；AAA(SPR)用于根据收到的业务信息确定计费信息，并向ASN GW发送计费信息。

或者，PCRF用于向AAA(SPR)转发AF下发的业务信息；AAA(SPR)用于向ASN GW发送业务信息；ASN GW用于根据收到的业务信息确定计费信息。AAA(SPR)可以直接将收到的业务信息向ASN GW转发，也可以将业务信息转换为ASN GW能够识别的格式后发送给ASN GW，如转换为AAA(SPR)与ASNGW约定的格式后发送给ASN GW。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种计费方法，其特征在于，该方法包括：

策略和计费规则功能PCRF向策略与计费执行功能PCEF发送策略和计费控制PCC策略提供消息，PCEF收到PCC策略提供消息后，对PCC策略进行安装；承载绑定和事件报告功能BBERF向接入服务网络网关ASN GW提供服务质量QoS策略、及计费关联所需的应用功能计费标识AF-Charging ID；

PCRF向认证授权计费AAA/用户签约数据库SPR转发应用功能AF下发的业务信息；

AAA/SPR根据所述业务信息确定计费信息，并向ASN GW发送所述计费信息；或者

AAA/SPR向ASN GW发送所述业务信息；ASN GW根据收到的所述业务信息确定计费信息；

ASN GW根据所述确定的计费信息或者接收到的计费信息，进行计费。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AAA/SPR向ASN GW发送业务信息，包括：

直接向ASN GW转发收到的所述业务信息；或者，

将收到的所述业务信息转换为AAA/SPR与ASN GW约定的格式后发送给ASN GW。

3.一种计费系统，其特征在于，包括：

PCRF，用于向PCEF发送PCC策略提供消息，向AAA/SPR转发应用功能AF下发的业务信息；

PCEF，用于安装收到的PCC策略；

BBERF，用于向接入服务网络网关ASN GW提供QoS策略、及计费关联所需的AF-Charging ID；

AAA/SPR，用于根据所述业务信息确定计费信息，并向ASN GW发送所述计费信息；或者用于向ASN GW发送所述业务信息；ASN GW根据收到的所述业务信息确定计费信息；

ASN GW，用于根据所述确定的计费信息或者接收到的计费信息，进行计费。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述AAA/SPR用于向ASNGW发送业务信息，具体为：

直接向ASN GW转发收到的所述业务信息；或者，

将收到的所述业务信息转换为AAA/SPR与ASN GW约定的格式后发送给ASN GW。