5G核心网相关技术：OCS、PCRF、(e)DECOR与CUPS解析

# 5G核心网相关技术：OCS、PCRF、(e)DECOR与CUPS解析 ## 1. OCS信用授予与服务访问控制 在线计费系统（OCS）以不同形式授予信用，如特定时间、流量或可计费事件。若用户未获授权访问某项服务，例如预付费账户余额为空，OCS会拒绝信用请求，并指示策略与计费执行功能（PCEF）将服务请求重定向至指定目的地，以便用户充值。 ## 2. PCRF与PCC规则 策略与计费规则功能（PCRF）是策略与计费控制（PCC）决策的核心实体。其决策依据来自用户设备（UE）、网关（GWs）、无线接入网（RAN）和应用功能（AF）等多个不同来源。 PCRF以PCC规则的形式提供决策。PCC规则包含一组信息，供PCEF和计费系统使用： - **服务数据流（SDF）模板**：用于PCEF识别属于服务会话的IP数据包。匹配SDF模板中数据包过滤器的所有IP数据包被指定为SDF。过滤器通常包含源和目的IP地址、IP数据包数据部分使用的协议类型以及源和目的端口号，这五个参数常被称为IP五元组，也可指定IP报头中的其他参数。 - **门控状态**：包括开启/关闭状态。 - **QoS和计费相关信息**：SDF的QoS信息包括QCI、MBR、GBR和ARP。需注意，PCC规则中的QoS参数与演进分组系统（EPS）承载的QoS参数范围不同。单个EPS承载可用于承载多个PCC规则描述的流量，前提是该承载能为这些PCC规则的服务数据流提供适当的QoS。 ## 3. (增强型)专用核心网络((e)DECOR) ### 3.1 (e)DECOR概述 (e)DECOR的出现源于运营商在其网络（由公共陆地移动网络标识（PLMN ID）指定）内部署多个核心网络，并将用户引导至特定核心网络的需求和灵活性，从而实现对整个核心网络的分区。运营商可在PLMN内部署多个专用核心网络（DCN），每个DCN由一个或多个核心网节点组成，如仅移动性管理实体（MME）、MME与网关组合、MME、网关和PCRF等。每个DCN可专门服务特定类型的用户。DECOR与(e)DECOR的区别在于，后者要求UE提供特定信息（即DCN），以促进更快、更优地选择首选核心网络。 ### 3.2 传统网络路由差异化 在引入DECOR之前，EPS系统可根据PLMN ID将UE引导至不同的核心网络，但这种方式较为静态，无法实现更细粒度的分离，且UE一旦选定PLMN/CN就会一直处于该网络中。在核心网络内部，使用接入点名称（APN）的概念，可通过选择不同的用户平面实体（即分组数据网络网关（PDN GWs）），以差异化方式将UE引导至特定的服务网络。例如，用于增强型移动宽带（MBB）的APN可使UE连接到支持MBB服务的网关，这为运营商提供了隔离用户的灵活性，一个UE可在单个核心网络内连接多个APN。 ### 3.3 (e)DECOR的优势 (e)DECOR使EPC能够根据用户的订阅情况，将核心网络“切片”为可服务特定用户组的组件，并可选择为特定UE在UE端（仅适用于增强型DECOR）和订阅数据（归属签约用户服务器（HSS））中进行配置。这为运营商提供了额外的灵活性，可根据预期用途将用户分离到不同类型的核心网络中，如MBB和物联网（IoT）。在引入DECOR之前，用户通过APN等概念访问不同数据服务，而DECOR允许运营商将特定类型的流量分离到特定的核心网络节点，并在需要时对其进行与其他核心网络节点不同的扩展。增强型DECOR还允许用户在注册网络时选择首选的DCN网络。 ### 3.4 DECOR原则与流程 DECOR的一些关键原则包括： - 数百万已部署的设备应能从该功能中受益，即网络实体需能够在网络内（重新）路由UE，并使用UE已支持的现有系统程序。 - DECOR不应迫使运营商对每个UE都采用该功能，因此在DECOR部署中，DECOR引入之前所有用户共用的现有核心网络应继续共存。 对于E-UTRAN DCN，主要遵循以下原则： 1. **UE不受影响**：DECOR的实施不会对UE产生影响。 2. **RAN触发**：RAN（或网络节点选择功能（NNSF））根据本地配置触发DECOR。 3. **UE使用类型指示**：运营商可在HSS中作为用户订阅的一部分，指示“UE使用类型”参数，该参数为该UE（或一组UE）提供特定的服务特征。 4. **MME选择DCN**：MME可使用UE使用类型、本地运营商策略和MME组ID（MMEGI）信息来选择DCN。 5. **MME选择GW**：MME在选定的DCN内选择合适的网关。 6. **UE使用类型定义**：UE使用类型可由标准化值或运营商特定值定义。在漫游情况下，PLMN运营商需达成协议以使用UE使用类型信息，否则采用默认服务网络行为，如不选择DCN或选择默认DCN，然后在核心网络中进行进一步重路由以将UE引导至合适的核心网络。 DECOR和增强型DECOR的具体流程如下： #### DECOR流程 1. **MME选择**：UE不提供任何与DCN相关的信息，默认情况下，E-UTRAN（NNSF）要么选择默认的MME，要么根据配置选择专用MME。 2. **决策与重路由请求**：默认MME根据可用的UE使用类型、MMEGI和其他策略，决定继续支持UE或要求E-UTRAN进行重路由（包括MMEGI）。 3. **重路由触发**：E-UTRAN根据第一个MME的输入选择新的MME，触发重路由。 4. **后续处理**：新的MME继续为该UE选择的DCN，并选择合适的网关。UE使用类型是区分服务不同DCN的不同网关的关键参数。 #### 增强型DECOR流程 UE配置有DCN ID并提供给E-UTRAN，这使E-UTRAN（NNSF）能够根据配置选择与该DCN关联的合适MME。MME选择后，可根据HSS的信息验证UE是否可以使用选定的DCN。 ### 3.5 DCN的MME和GW选择示例 以3GPP TS 29.303中的示例为例： - **网关支持情况**：组合的PDN网关/服务网关（PGW/SGW）（01）支持UE使用类型为1、10、20的UE，而PGW/SGW（21）支持除UE使用类型为1、10、20之外的所有UE。在用户订阅数据中没有UE使用类型的情况下，PGW/SGW（21）是所有UE将被路由到的默认网关。 - **MME池区域**：定义了两个MME池区域，每个MME池有两个MME。MMEGI为8001的MME池支持UE使用类型为1、10、20的UE，而另一个MME池支持除UE使用类型为1、10、20之外的所有UE。 由于一开始可能无法在整个PLMN中均匀部署DCN，因此可应用本地配置将用户引导至特定的网络段/节点，而无需依赖订阅信息。这种方法在UE的归属PLMN内可能更合适，除非有其他形式的漫游协议。 ## 4. 控制与用户平面分离（CUPS） ### 4.1 CUPS的必要性 控制与用户平面分离（CUPS）功能源于独立扩展分组核心网络的用户平面和控制平面功能以实现会话管理和用户平面服务的需求。与之前的通用分组无线服务（GPRS）系统相比，EPC设计为具有单独的控制平面功能，但服务网关（SGW）和PDN GW将会话和用户平面管理功能的控制平面和用户平面功能组合在一起，导致无法以标准化方式仅部署具有用户数据功能的网关组件，或独立扩展控制平面和用户平面部分。随着运营商开始考虑窄带物联网（NBIoT）、MBB以及互联网驱动的OTT服务（如视频流、内容共享和社交媒体通信）对网络的影响，这种分离的需求变得尤为明显。不同功能对用户数据流量的可扩展性要求不同，且部分场景需要将用户数据处理靠近用户连接的位置。 ### 4.2 适用节点 主要可应用CUPS的EPS网络节点包括SGW、PDN GW和流量检测功能（TDF）（当TDF作为独立功能部署在PDN GW之外时）。 ### 4.3 分离原则与影响 为了在单个节点内