CN113453179A - 一种基于5g会话到话单消息的智能转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，该方法包括以下步骤：采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求；交互系统将计费数据写入至共享内存；利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据；逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件；计费域对消息中间件的计费报文数据进行预处理。有益效果：通过使用5G规范中会话和报文序号的有序性，实现有限存储下，在常量时间内完成在线报文排重，CHF采取报文转发和业务处理两层应用模型实现对网元报文的高效处理、灵活部署和横向扩展，满足5G规范要求的功能前提下，实现从网元会话到计费话单的高效转换，应对5G用户量的快速增长带来的海量话单。

Description

一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体来说，涉及一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法。

背景技术

随着3GPP制定的5G国际规范的落地和相关硬件设备的发展完善，计费系统需要在保障4G业务稳定性的前提下，支持对5G报文的处理能力，并能够支撑5G报文复杂性带来的处理压力，以及保障5G报文处理时延。5G所有报文均通过HTTP/2进行在线消息交互，处理不及时会影响网元为终端用户提供的网络服务，同时CHF（Charging Function，计费功能）还需要具备在线报文排重能力，5G报文使用JSON（(JavaScript Object Notation，JS对象简谱）报文保存计费信息，计费信息字段最多超过百个，对CHF的报文处理速率有较高要求。

相比4G用户，5G用户的流量话单会更多，系统整体的话单吞吐量会越来越高，专利号CN202010933748.2公开了一种5G计费域用户隐私保护方法、计费系统及核心网系统，其主要用于提高5G系统整体的安全性，然而其无法对海量的流量话单进行有效处理，且现有的CHF均无法灵活的应对报文量的快速增长。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，该方法包括以下步骤：

S1、采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求；

S2、交互系统将计费数据写入至共享内存；

S3、利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据；

S4、逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件；

S5、计费域对消息中间件的计费报文数据进行预处理。

进一步的，所述S1中采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求包括以下步骤：

S11、会话管理功能模块向计费功能模块发起对接入网络用户的计费数据信息进行生成的请求；

S12、会话管理功能模块实时记录用户的网络使用信息，并通过更新请求将计费数据信息发送至计费功能模块进行处理；

S13、会话管理功能模块向计费功能模块发送对终止网络服务的用户进行释放会话数据的请求。

进一步的，所述用户的网络使用信息包括用户使用的网络时长、产生的流量及使用的基站。

进一步的，所述S2中交互系统将计费数据写入至共享内存还包括对计费数据进行应答，所述对计费数据进行应答的流程包括以下步骤：

S21、逻辑处理系统计算并将应答报文写入共享内存；

S22、交互系统从共享内存中获取应答报文；

S23、交互系统将应答报文返回至相应的网元。

进一步的，所述交互系统主要用于共享内存的创建销毁，且所述交互系统采取集群化部署。

进一步的，所述共享内存为Linux系统提供的IPC机制，其可在进程间独立传输数据，并避免数据的重复拷贝。

进一步的，所述S3中利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据包括以下步骤：

S31、根据会话管理功能模块发送的生成请求，逻辑处理系统创建和保存会话信息；

S32、根据会话管理功能模块发送的更新请求，逻辑处理系统保存报文中的计费信息；

S33、逻辑处理系统对计费信息进行过滤、排重及合并，然后发送至计费域；

S34、根据会话管理功能模块发送的释放请求，逻辑处理系统进行清理会话数据。

进一步的，所述消息中间件为独立的分布式消息存储集群，用于实现应用和数据的解耦。

进一步的，所述S4中逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件包括以下步骤：

S41、逻辑处理系统对计费报文数据进行校验，并对计费域无法识别的话单进行过滤；

S42、逻辑处理系统对计费报文数据进行排重，并对重复的计费报文数据进行过滤。

进一步的，所述计费报文数据通过HTTP/2进行在线消息交互。

本发明的有益效果为：

（1）、本发明的CHF通过使用5G规范中会话和报文序号的有序性，实现有限存储下，在常量时间内完成在线报文排重，CHF采取报文转发和业务处理两层应用模型实现对网元报文的高效处理、灵活部署和横向扩展，满足5G规范要求的功能前提下，实现从网元会话到计费话单的高效转换，应对5G用户量的快速增长带来的海量话单。

（2）、本发明的CHF采取集群化部署，每个CHF节点都对外提供等价服务，当某个CHF节点异常时，网元可将报文发送到其它可用CHF节点上，不影响报文的排重等处理逻辑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法的系统架构图；

图3是根据本发明实施例的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法中SMF排重原理图；

图4是根据本发明实施例的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法中两级交互模型原理图；

图5是根据本发明实施例的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法中索引区格式示意图；

图6是根据本发明实施例的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法中CHF的位置与接口连接示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的基于5G会话到话单消息的智能转换方法，该方法包括以下步骤：

S1、采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求；

S2、交互系统将计费数据写入至共享内存；

S3、利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据；

S4、逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件；

S5、计费域对消息中间件的计费报文数据进行预处理。

具体的，如图2所示，网元侧的SMF（Session Management Function，会话管理功能）负责5G用户的会话信息记录，并在条件满足时，通过HTTP/2协议将相关计费信息发送到CHF，CHF核心由CHF access（交互系统）和CHF worker （逻辑处理系统）组成，采取分布式化部署。CHF access负责和网元侧进行交互，CHF worker负责具体的报文业务处理逻辑。计费域，根据话单中的计费信息进行资费计算等业务逻辑。预处理是计费域中，将外部系统数据转换成计费域内部的标准数据格式，以进行统一资费计算处理等逻辑。CHF和计费域的预处理对接。

在一个实施例中，所述S1中采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求包括以下步骤：

S11、会话管理功能模块向计费功能模块发起对接入网络用户的计费数据信息进行生成的请求；

S12、会话管理功能模块实时记录用户的网络使用信息，并通过更新请求将计费数据信息发送至计费功能模块进行处理；

S13、会话管理功能模块向计费功能模块发送对终止网络服务的用户进行释放会话数据的请求。

在一个实施例中，所述用户的网络使用信息包括用户使用的网络时长、产生的流量及使用的基站。

在一个实施例中，所述S2中交互系统将计费数据写入至共享内存还包括对计费数据进行应答，所述对计费数据进行应答的流程包括以下步骤：

S21、逻辑处理系统计算并将应答报文写入共享内存；

S22、交互系统从共享内存中获取应答报文；

S23、交互系统将应答报文返回至相应的网元。

具体的，对于网元发起的请求报文，CHF worker在完成过滤、排重等业务处理后，需要按照协议规范返回应答报文，在应答报文中携带授权量和触发器信息，告知网元侧允许提供的服务量等（例如在用户使用了一定量流量后，网元需重新发送请求到CHF判断用户是否可以继续使用网络服务）。

在一个实施例中，所述交互系统主要用于共享内存的创建销毁，且所述交互系统采取集群化部署。

在一个实施例中，所述共享内存为Linux系统提供的IPC机制，其可在进程间独立传输数据，并避免数据的重复拷贝。

在一个实施例中，所述S3中利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据包括以下步骤：

S31、根据会话管理功能模块发送的生成请求，逻辑处理系统创建和保存会话信息；

S32、根据会话管理功能模块发送的更新请求，逻辑处理系统保存报文中的计费信息；

S33、逻辑处理系统对计费信息进行过滤、排重及合并，然后发送至计费域；

S34、根据会话管理功能模块发送的释放请求，逻辑处理系统进行清理会话数据。

在一个实施例中，所述消息中间件为独立的分布式消息存储集群，用于实现应用和数据的解耦。

在一个实施例中，所述S4中逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件包括以下步骤：

S41、逻辑处理系统对计费报文数据进行校验，并对计费域无法识别的话单进行过滤；

S42、逻辑处理系统对计费报文数据进行排重，并对重复的计费报文数据进行过滤。

在一个实施例中，所述计费报文数据通过HTTP/2进行在线消息交互。

如图3所示，CHF根据5G规范定义的报文协议内容和网元的报文发送机制，实现了按照会话进行在线消息排重功能，可以在固定的存储空间下和常量时间完成排重检查。

CHF排重原理为：

1、会话节点选择：每个终端用户在使用5G网络时，SMF会生成一个对应的会话。SMF会按照用户号码选择使用的CHF节点，同一个用户同一个会话的报文会发送到同一个CHF节点，SMF将会话S1,S3的报文都发送到节点CHF1上，将会话S2,S4的报文都发送到节点CHF2上。CHF1上，CHF access将S1会话的报文转发到CHF worker/1，将S3会话的报文发送到CHFworker/2。

2、报文序号：根据5G规范，每个计费数据报文都会有一个序号，在同一个会话内部，报文的序号是递增的。因此网元侧发送报文出现重复和乱序时，只会在最大超时时间内出现序号乱序或重复的情况。假设网元在时间点P发送了报文序号SeqN，超时以及超时重试总时间为T秒，单个会话内报文发送频率为F个/秒，则P+T之后，不会再出现序号小于等于SeqN 的报文，所以CHF只需要记录T*F个报文序号就可以进行排重。

3、报文处理信息保存：CHF按照会话统一保存每个会话最近处理的报文序号，保证记录的报文个数不小于T*F：T是网元超时以及超时重试的总时间，F是单个会话内报文发送频率。

CHF排重逻辑为：

1、网元（SMF）发送报文数据：每个终端用户在使用5G网络时，SMF会生成一个对应的会话。SMF会按照用户号码选择使用的CHF节点，同一个用户同一个会话的报文会发送到同一个CHF节点。

2、CHF access转发报文到CHF worker：CHF access按照会话选择使用的CHFworker节点，同一个会话的报文会发送到同一个CHF worker进程。

3、CHF worker 按会话记录报文处理信息：CHF每个会话只需要保存最近N个报文的序号。当处理N+1个报文时，将最早处理的报文序号清理掉，保存第N+1个报文的序号。N的大小取决于网元单个会话报文发送频率。假设单个会话的报文发送频率为F个/秒，网元超时时间为T，则N=T*F。

4、重复报文排重：当网元发送第N个报文时，其序号为SeqN，CHF按会话保存下该序号。当网元重复发送这个报文或这个报文之前的报文时，其序号小于等于SeqN，CHF根据保存的会话已处理的报文序号，可以检查出报文是否重复。因为已处理报文序号个数有限，所以该检查可在常量时间内完成。

此外，如图4所示，CHF将报文的收发和解析处理分成两个独立的进程，简化单个进程的逻辑复杂度，提高部署的灵活性，方便系统横向扩展。两级交互模型包括CHF access及CHF worker；

其中，CHF access负责和网元通过HTTP/2进行报文的直接交互。采取多线程模型和多个网元节点进行并发通信。CHF access不进行具体的报文解析处理逻辑，而是转发到CHF worker模块进行处理。CHF worker负责按照5G规范解析报文数据，对接BillingDomain，组装应答报文等具体业务逻辑。相比CHF access，CHF worker处理大量业务逻辑，话单处理速率比CHF access会小很多，因此一个CHF access可以对接多个CHF worker进行并发处理，且可以灵活调整CHF worker进程个数，来满足更高的处理能力要求。

另外，CHF通过系统共享内存保存会话数据，实现数据和应用的互相独立，方便数据在多个进程间快速传输。其中，管理区记录了共享内存其它区域（比如数据区，在线请求索引区等）的大小，首地址等信息。记录了CHF access，CHF worker 进程信息等。数据区存放计费数据请求和计费数据应答报文数据。数据区采取分片的方式，保存数据，一个请求或应答报文可能需要多个分片保存数据。之所以采取这种方式，是因为3GPP并未对计费数据请求和计费数据应答报文大小做出限制，当需要通过共享内存保存数据时，无法使用固定大小的内存保存。数据区采取分片的方式，分片大小固定。一个请求或应答数据可能需要多个分片保存，为了跨进程传输数据时，数据读取方可以快速找到所需数据，设置了单独的索引区。

可以将索引区看作一个数组，如图5所示，R1，R2，R3保存计费数据请求报文在数据区的索引，其中R3报文通过两个数据分片进行保存。A1，A2，A3则分别保存了R1，R2，R3对应的应答报文在数据区的索引，其中A3通过两个数据分片保存数据。因为是多进程并发处理，应答报文索引顺序和对应的数据区分片顺序不一定一致， A2报文对应的数据分片在A3之后。

当CHF access将计费数据请求报文写入共享内存后，通过队列通知CHF worker进行处理。发送通知时，只需要发送索引区序号，CHF worker根据索引区序号可以直接从数据区获取完整的请求报文。当CHF worker将计费数据应答报文写入共享内存后，通过队列通知CHF access进行处理。发送通知时，只需要发送索引区序号，CHF access根据索引区序号可以直接从数据区获取完整的应答报文。

在实际试验过程中，根据试点省份验证结果，200万用户的情况下，每日报文量超过4000万。对于相同报文重复发送给同一个CHF节点或发送到不同CHF节点，CHF都可以实现全量报文排重，在线报文排重准确率100%。单报文排重耗时在2ms左右。200万用户的情况下，网元发送的报文TPS峰值约为3000tps，CHF在70%负载情况下，95%的报文处理时延在50ms内。部署6个CHF节点，可处理200万5G用户的话单。每个CHF节点通过CHF access和网元进行对接，CHF access作为报文转发者，性能较高，不容易达到瓶颈。当用户量不断增长时，CHF可通过增加CHF节点内worker进程数提高系统处理能力，这种方式对网元侧是透明的，网元侧不需要进行调整。当单节点处理能力达到上限时，CHF也支持横向扩展节点来提升系统处理能力上限。

如图6所示为N40参考点即3GPP规范中要求的SMF和CHF的通信接口；

表1 N40参考点服务接口列表

Nchf_ConvergedCharging_Create：提供带配额管理和不带配额管理的计费功能，以及生成计费信息记录。它同时用于基于会话和事件的计费（类似于OCP协议中CCRINITIAL）。

Nchf_ConvergedCharging_Update：务操作用于报告使用情况，并可能进一步请求配额授权（类似于OCP协议中CCR UPDATE）。

Nchf_ConvergedCharging_Release：提供使用报告和收费信息记录生成功能（类似于OCP协议中CCR TERM）。

Nchf_ConvergedCharging_Notify：用于向NF使用者提供订阅事件的通知。该命令可以由任何服务器发送给提供会话服务的接入设备，来请求对用户进行重新认证/授权（类似于OCP协议中RAR）。

以下为对上文中出现的技术用语进行解释：

CHF：Charging Function；

计费功能。融合在线计费和离线计费功能，提供配额、重新授权触发、触发服务终止、生成话单。

SMF：Session Management Function；

会话管理功能。负责5G用户的会话的生命周期管理、IP地址分配、数据路由选择、业务连续性管理、策略规则匹配以及流量计费处理等功能

Billing Domain：

计费域。根据话单中的信息进行资费计算等业务处理

MQ：Message Queue；

消息中间件。独立的分布式消息存储集群，用于实现应用和数据的解耦，保证消息的安全性

HTTP/2：

HTTP/2是HTTP协议的第二个主要版本，相比HTTP/1提供了具备更优异的高并发性能。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明的CHF通过使用5G规范中会话和报文序号的有序性，实现有限存储下，在常量时间内完成在线报文排重，CHF采取报文转发和业务处理两层应用模型实现对网元报文的高效处理、灵活部署和横向扩展，满足5G规范要求的功能前提下，实现从网元会话到计费话单的高效转换，应对5G用户量的快速增长带来的海量话单。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求；

S2、交互系统将计费数据写入至共享内存；

S3、利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据；

S4、逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件；

S5、计费域对消息中间件的计费报文数据进行预处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述S1中采用会话管理功能模块向计费功能模块发送计费数据请求包括以下步骤：

S11、会话管理功能模块向计费功能模块发起对接入网络用户的计费数据信息进行生成的请求；

S12、会话管理功能模块实时记录用户的网络使用信息，并通过更新请求将计费数据信息发送至计费功能模块进行处理；

S13、会话管理功能模块向计费功能模块发送对终止网络服务的用户进行释放会话数据的请求。

3.根据权利要求2所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述用户的网络使用信息包括用户使用的网络时长、产生的流量及使用的基站。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述S2中交互系统将计费数据写入至共享内存还包括对计费数据进行应答，所述对计费数据进行应答的流程包括以下步骤：

S21、逻辑处理系统计算并将应答报文写入共享内存；

S22、交互系统从共享内存中获取应答报文；

S23、交互系统将应答报文返回至相应的网元。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述交互系统主要用于共享内存的创建销毁，且所述交互系统采取集群化部署。

6.根据权利要求5所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述共享内存为Linux系统提供的IPC机制，其可在进程间独立传输数据，并避免数据的重复拷贝。

7.根据权利要求1所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述S3中利用逻辑处理系统读取和处理共享内存中的计费数据包括以下步骤：

S31、根据会话管理功能模块发送的生成请求，逻辑处理系统创建和保存会话信息；

S32、根据会话管理功能模块发送的更新请求，逻辑处理系统保存报文中的计费信息；

S33、逻辑处理系统对计费信息进行过滤、排重及合并，然后发送至计费域；

S34、根据会话管理功能模块发送的释放请求，逻辑处理系统进行清理会话数据。

8.根据权利要求1或7所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述消息中间件为独立的分布式消息存储集群，用于实现应用和数据的解耦。

9.根据权利要求1所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述S4中逻辑处理系统将计费报文数据发送至消息中间件包括以下步骤：

S41、逻辑处理系统对计费报文数据进行校验，并对计费域无法识别的话单进行过滤；

S42、逻辑处理系统对计费报文数据进行排重，并对重复的计费报文数据进行过滤。

10.根据权利要求9所述的一种基于5G会话到话单消息的智能转换方法，其特征在于，所述计费报文数据通过HTTP/2进行在线消息交互。

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