LTE Charging: Offline


목 차

I. 시작하는 글
II. 과금 동작 개요: Offline
III. Offline 과금 절차
IV. CDR 파라미터
VI. 마치는 글






본 문서에서는 PCC(Policy and Charging) 규칙 중 과금 규칙이 Offline 과금인 경우에 대해 과금 절차와 과금 정보를 다룬다. 먼저 PCRF(Policy and Charging Rule Function)가 P-GW로 PCC 규칙을 전달할 때 전달되는 과금 규칙을 설명한다. 이어서 사용자가 서비스를 이용하고 난 후 P-GW가 OFCS(Offline Charging System)로 CDR(Charging Data Record)을 전달하는 절차를 기술하고 CDR 파라미터를 정리한다.





2013년 7월 18일

www.netmanias.com

NMC Consulting Group (tech@netmanias.com)

약어표
APN Access Point Name
ARP Allocation and Retention Priority
BSS Business Support System
CCA Credit-Control-Answer
CDR Charging Data Record
DL Downlink
ECGI E-UTRAN Cell Global Identifier
eNB Evolved Node B
EPC Evolved Packet Core
ePDG Evolved Packet Data Gateway
EPS Evolved Packet System
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
GPRS General Packet Radio Service
GTP GPRS Tunnelling Protocol
GTP’ GPRS protocol, used for CDR transport
HSS Home Subscriber Server
IMS IP Multimedia Subsystem
IMSI International Mobile Subscriber Identity
IP-CAN IP Connectivity Access Network
LTE Long Term Evolution
MCC Mobile Country Code
MME Mobility Management Entity
MMS Multimedia Messaging Service
MNC Mobile Network Code
OFCS Offline Charging System
PCC Policy and Charging Control
PCEF Policy and Charging Enforcement Function
PCRF Policy and Charging Rule Function
PDN Packet Data Network
P-GW Packet Data Network Gateway
PLMN Public Land Mobile Network
QCI QoS Class Identifier
SDF Service Data Flow
S-GW Serving Gateway
SPR Subscriber Profile Repository
TAI Tracking Area Identifier
UE User Equipment
UL Uplink
UTC Coordinated Universal Time

 
I. 시작하는 글
이전 PCC(Policy and Charging Control) 기술 문서[1]에서는 PCC 규칙을 QoS 규칙에 초점을 맞춰 기술하였다. 본 문서에서는 과금 규칙(charging rule), 좀 더 정확히는 offline 과금 규칙에 대하여 설명한다.

LTE 망에서 과금 기능은 베어러 레벨(예, EPC), 서브시스템 레벨(예, IMS) 또는 서비스 레벨(예, MMS)에서 제공될 수 있으며, 과금 방법에는 online 과금과 offline 과금이 있다[2].
Online 과금은 사용자가 망 자원을 요청하면 망이 자원을 허용하기 전에 가입자 계정을 query하여 허용 여부를 결정하는 방법이다. 사용자의 망 자원 사용량이 실시간으로 측정되고 제어되므로 과금 정보가 서비스를 제공하는데 실시간으로 영향을 미친다. 선불 요금제에 적용되는 방법이다.
Offline 과금은 사용자가 망 자원을 사용한 후에 망에서 빌링(billing) 영역으로 CDR(Charging Data Record) 을 전달하여 자원 사용량(resource usage)을 보고하는 방법이다. 사용자의 사용량은 주기적으로 또는 세션 종료 후 수집되므로 과금 정보가 서비스를 제공하는데 실시간으로 영향을 미치지 않는다.

일반적으로 online 과금은 선불 요금제에 offline 과금은 후불 요금제에 적용되고 있다. 우리나라 이동통신 가입자는 대부분 후불 요금제에 가입해 있어 offline 과금 정책을 적용받는다. 사용자는 먼저 서비스를 이용하고(예, 인터넷을 이용하거나 음성 통화를 이용) 사업자는 매달 사용량에 대한 요금을 청구한다. 전세계적으로 보면 선불 요금제 가입율이 후불 요금제 가입율보다 높다. 선불 요금제 가입자는 미리 요금을 내어 Quota를 확보하고 서비스를 이용하는데, Quota를 다 쓰면 서비스를 이용하는 중이라도 세션이 종료된다.

본 문서는 인터넷 서비스를 이용하는 후불 요금제 사용자에 대해, 베어러 레벨에서 offline 과금 정책이 적용될때 과금 절차를 다룬다.

문서의 구성은 다음과 같다. II 장에서 과금 관련 인터페이스와 offline 과금 동작의 개요를 살펴보고, III 장에서 offline 과금 절차를 설명한다. 이어서 IV 장에서 offline 과금 파라미터로 CDR 파라미터를 정리한다.

 
II. 과금 동작 개요: Offline
먼저 LTE 구조 기술문서[3]에 나타난 LTE 참조 모델을 기반으로 과금 관련 인터페이스를 정의한다. 그림 1은 LTE 과금 구조와 관련 인터페이스를 나타낸다.


그림 1. 3GPP LTE 과금 구조와 관련 인터페이스


 PCRF(Policy and Charging Rule Function): PCC 규칙을 결정할 때 사용자의 SDF에 대한 과금 규칙을 결정하여 Gx 인터페이스를 통하여 PCEF(Policy and Charging Enforcement Function, 즉 P-GW)로 전달한다.

 P-GW: 과금 규칙을 전달받아 사용자의 SDF(Service Data Flow)에 적용한다. Offline 과금인 경우 과금 규칙에 따라 CDR을 생성하여 Gz 인터페이스를 통하여 OFCS(Offline Charging System)로 전달한다. Online 과금인 경우에는 Gy 인터페이스를 통해서 OCS(Online Charging System)와 Credit 제어를 수행하여, Quota를 요청하여 할당받고 사용량을 측정하여 보고한다.

 OFCS: Gz 인터페이스를 통하여 P-GW 로부터 CDR을 수신하여 필요한 형태로 재가공(post-processing)한 후 빌링 영역으로 전달한다.

 OCS: Gy 인터페이스를 통하여 P-GW와 credit 제어를 수행하여 사용자에게 Quota를 할당한다(예, 세션이 얼마동안 지속되는지, 사용자가 전달할 수 있는 데이터 량이 얼마나 되는지 정하여 알려준다).

본 문서는 offline 과금에 대한 것으로 그림 1에서 PCRF, P-GW, OFCS 간 동작을 설명한다. III 장에서 offline 과금 절차를 기술하기에 앞서, offline 과금 동작을 간단히 살펴보기로 한다.

그림 2는 offline 과금 동작의 개요를 과금 규칙이 전달되는 과정[1]과 CDR이 전달되는 과정[4]을 중심으로 보여주고 있다.


그림 2. Offline 과금 개요: 과금 규칙 전달과 CDR 전달

❶ PCRF는 EPS 세션 생성 과정에서 SDF에 대해 과금 규칙을 결정하고 이를 PCC 규칙에 포함하여 PCEF(P-GW)로 전달한다. 과금 규칙명(charging rule name)은 PCC 규칙명으로 정의되며, PCC 규칙에서 과금 규칙으로는 과금 방법, rating group 등이 포함된다. 과금 방법은 offline 과금인지 online 과금인지를 나타내고 rating group은 사용량에 대한 rating 형태(예, 1분에 100원, 100MByte에 만원)가 무엇인지를 나타낸다. 그림 2의 예에서는 지금 생성하는 인터넷 세션에 대한 과금 규칙으로, 과금 방법은 offline 과금을 사용량에 대한 rating 형태는 “rgInternet”(인터넷 이용에 대한 rating)을 적용하고 있다.

❷ P-GW는 PCRF로부터 과금 규칙을 수신하여 offline 과금이 적용됨을 알고, 어떤 과금 정보를 측정/생성해야 하고(즉, CDR 파라미터가 무엇인지) 어떤 인터페이스로 과금 정보를 전송해야 하는지(예를 들어 GTP’ 프로토콜을 사용할지 FTP로 전송할지) 등을 파악한다. 이어서 default 베어러를 생성하고 default 베어러에 과금 규칙을 적용하고, CDR을 open하여 과금 정보를 발생할 준비를 한다.

❸ 이제 P-GW를 통해 IP 패킷이 전달되고 P-GW는 인터넷 SDF에 대해 망 사용량을 측정하고 과금 정보를 발생하기 시작한다.

❹ EPS 세션이 종료되면(또는 주기적으로) P-GW는 과금 정보(사용자의 망 자원 사용량과 사용내역)를 기록한 CDR(PGW-CDR)을 OFCS로 전달한다. 그림 2의 예에서는 사용량이 rating group 레벨에서 보고된다. CDR에는 다음과 같은 정보가 포함되며, CDR 파라미터에 대한 상세 내용은 IV 장에서 정리된다.

 가입자 정보(예, 가입자 ID, 가입자 위치)
 망/베어러 정보(예, serving 망 ID, APN, P-GW 주소, S-GW 주소, 요구한 QoS, 승인된 QoS)
 망 자원 사용량(예, 전달한 바이트 수)
 사용내역(예, 총수집시간, 패킷 전달시간)
 서비스 정보(예, 서비스 ID, 패킷 filtering)  
III. Offline 과금 절차 (Offline Charging Procedure)
그림 3은 LTE 망에서 offline 과금 절차를 나타낸다. 이전 기술문서[1][5]에서 LTE 망을 통한 초기 접속[5] 및 PCC 절차[1]는 다루었으므로, 여기서는 과금 정보 처리에 초점을 맞추어 설명한다.


그림 3. Offline Charging Procedure

1) [PCRF  SPR] 사용자 프로파일 획득
사용자의 초기 접속 과정에서, PCRF는 PCC 규칙을 결정하기 위해 SPR로 사용자의 가입 프로파일을 요청하여 가져온다.
2) [P-GW  PCRF] 세션 설정 요청
PCRF는 가입 프로파일을 기반으로 인터넷 세션에 대한 과금 규칙을 결정한다. 인터넷 과금 규칙(예, Rating Group: rgInternet, Charging 방법: Offline)을 포함하는 PCC 규칙(“Internet”)을 CCA(Credit-Control-Answer) 메시지를 통해 P-GW로 전달한다.
3) [P-GW] CDR 생성 (CDR Creation)
P-GW는 PCC 규칙에 따라 default 베어러를 생성하고 과금 규칙을 적용한다. 과금 데이터를 수집하기 위해 CDR을 생성하여 과금 정보를 발생할 준비를 한다.
4) [P-GW] 과금 정보 발생
사용자가 인터넷을 이용하기 시작하면 P-GW는 과금 규칙에 따라 망 자원 사용량(예, 패킷 전송량(volume)과 패킷 전송시간(duration))과 사용 내역을 기록하며 과금 정보를 발생한다.
5) [P-GW] CDR 마감 (CDR Closure)
P-GW는 사용자가 detach하여 EPS 세션이 종료되면 CDR을 마감한다.
6) [P-GW  OFCS] CDR 전달 (CDR Transfer)
P-GW는 GTP’ 프로토콜을 사용하여 OFCS에게 Data Record Transfer Request (CDR) 메시지를 전송함으로써 CDR을 전달한다. 사용량은 rating group 단위로 보고되며, 패킷이 전송된 시간(time of first/last usage), 전송한 바이트 수(data volume(UL/DL)) 등이 전송된다.
7) [P-GW  OFCS] CDR 수신을 알림
OFCS는 P-GW에게 Data Record Transfer Accept 메시지를 전송함으로써 CDR을 수신했음을 알린다.

OFCS는 CDR들을 수집하고 필요시 재가공하여 사업자의 빌링 영역으로 전달한다. 사업자는 CDR을 분석하여 필요한 통계를 생성하고, 얼마를 과금할지 결정하여 가입자에게 요금을 청구하거나 사업자간 정산(inter-operator accounting)에 사용한다.

IV. CDR 파라미터 (Parameters for Charging Data Record)
그림 2와 그림 3에는 P-GW가 OFCS에게 전달하는 CDR의 주요 파라미터들이 나타나있다. CDR에는 이들 파라미터외에도 여러 과금 파라미터들을 포함한다. 표 1은 베어러 레벨에서 CDR 파라미터를 나타낸다[6]. 주요한 파라미터는 파란색으로 표시하였다.

표 1. CDR Parameters
Parameter Name Description Format/Sample
Subscription Identifier 과금되는 대상에 대한 식별자 IMSI
Serving Network Identity 위치 요청 과정에서 사용된 P-GW의 PLMN ID MCC+MNC
APN Network/Operator Identifier 외부 PDN으로 연결된 접속점의 logical name APN
APN Selection Mode MME가 사용할 APN을 선택하는 방법
Cause for Record Closing CDR을 release하는 이유 normal release/ abnormal release …
Charging ID 과금 식별자로, S-GW 및 P-GW에서 생성되는 서로 다른 record들에서 EPS 베어러를 식별함. P-GW 주소와 함께 사용될 수 있으며 EPS 베어러 활성화시 P-GW에서 발생함.
Duration P-GW에 있는 record(PGW-CDR)의 지속 기간 e.g.) 3600 sec.
Dynamic Address Flag PDN 연결에 대해 IP 주소가 동적으로 할당되었음을 나타냄 Static/Dynamic
Event Time Stamps 개별 record 타입 각각에 대해 관련 event timestamp를 포함 DD-HH:MM:SS
IMSI Unauthenticated Flag 인증되지 않은 “Served IMSI”임을 나타냄. IMSI로emergency 베어러가 설정된 경우임
MS Time Zone MME 가 제공하는 ‘Time Zone’ IE로, EPS 베어러가 활성/변경되는 동안 S-GW/P-GW로 전달됨
P-GW Address Used P-GW의 제어 평면 IP 주소 P-GW IP 주소
Parameter Name Description Format/Sample
P-GW PLMN Identifier P-GW의 PMLN ID(MCC+MNC) MCC+MNC
PDN Connection ID 같은 PDN 연결에 속한 서로 다른 record들을 식별하기 위해 사용됨. PDN 연결에서 활성화된 첫 번째 EPS 베어러의 과금 ID를 포함하며 P-GW 주소와 함께 사용g여 PDN 연결을 유일하게 식별함
PDN Type PDN 타입을 나타냄 IPv4, IPv6, IPv4v6
QoS Requested/QoS Negotiated QoS Requested: EPS 베어러 활성화시 UE가 요청한 QoS
QoS Negotiated: PCRF가 승인한 QoS QCI, ARP
RAT Type UE가 사용중인 RAT 종류 EUTRAN(6)
Record Opening Time EPS 베어러가 S-GW/P-GW에서 활성화된 시간 TS 32.250 참조
Record Sequence Number 특정 MM context나 EP S베어러에 대해 S-GW/P-GW에서 발생한 partial record들을 link하는데 사용되는 sequence number
Record Type Record 형태: 예, SGW-CDR, PGW-CDR … PGW-CDR
S-GW Address Used S-GW 제어 평면 IP 주소 S-GW IP 주소
Served IMSI 사용자 IMSI 값
Served PDN Address PDN connection에 할당한 IP 주소 UE IP 주소
Serving Node Address 서비스 노드들(예, MME, S-GW)의 IP 주소
Serving Node PLMN Identifier 서비스 노드들(예, MME, S-GW)의 PLMN ID(MCC+MNC)
Serving Node Type S-GW 또는 P-GW의 제어 평면에서 serving 노드 타입들
Start Time S-GW/P-GW에서 EPS 세션이 시작한 시간으로, EPS 세션에 속한 첫번째 베어러에 대한 CDR에서 사용
Stop Time S-GW/P-GW에서 EPS 세션이 종료된 시간으로, EPS 세션에 속한 마지막 베어러에 대한 CDR에서 사용
User Location Information TS 29.274에 기술된 사용자 위치 정보를 포함. S-GW가 제공하고 EPS 베어러가 활성/변경되는 동안 S-GW/P-GW로 전달됨 TAI, ECGI
List of Service Data 하나 이상의 서비스 데이터를 포함
Charging Rule Base Name PCEF에 미리 정의되어 있는 PCC 규칙 group에 대한 참조
Data Volume Downlink 하향에서 전달된 데이터의 byte수 Bytes
Data Volume Uplink 상향에서 전달된 데이터의 byte수 Bytes
Local Sequence Number 서비스 데이터 sequence 번호를 나타냄. EPS 베어러가 유지되는 동안 서비스 데이터가 발생할 때마다 1씩 증가
QoS Information EPS 베어러에 적용된 승인된 QoS
Rating Group Rating group의 ID
Report Time 서비스 데이터 수집이 끝나는 순간을 나타내는 시간
Service Condition Change 서비스 데이터 수집을 마감한 이유
(예를 들어, Tariff 시간 변경, EPS 베어러 변경(예, QoS 변경, S-GW 변경, 사용자 위치 변경), service usage 임계값 등)
Parameter Name Description Format/Sample
Service Identifier 사용자 서비스 식별자. 과금 정보를 {Rating Group & 서비스 ID} 별로 보고할 때에만 사용됨.
Service Specific Info Pre-defined PCC 규칙을 위한 서비스향 데이터로 패킷 filtering에 사용됨
Serving Node Address S-GW 제어 평면 IP 주소 S-GW IP 주소
Time of First Usage 처음으로 IP 패킷이 전송된 시간 UTC Time
Time of Last Usage 마지막으로 IP 패킷이 전송된 시간 UTC Time
Time Usage 사용 시간 Seconds
User Location Information 서비스 데이터를 수집하는 동안 사용자가 있었던 위치에 대한정보(예, 셀, tracking area) TAI, ECGI




V. 마치는 글
사용자의 망 자원 사용량과 사용 내역을 정해진 시점(주기적 또는 세션 종료)에 보고하고 수집하는 offline 절차를 설명하고, P-GW가 OFCS로 전달하는 CDR에 포함되는 과금 파라미터들을 살펴보았다. 본 문서의 후속편으로 향후에는 online 과금[7]에 대해서 설명하기로 한다.

참고문헌
[1] 넷매니아즈 기술문서, “LTE Policy and Charging Control (PCC)”, July 2013, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5778
[2] 3GPP TS 32.240, “Telecommunication Management; Charging Management; Charging Architecture and Principles”
[3] 넷매니아즈 기술문서, “LTE Network Architecture”, August 2012, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5138
[4] 3GPP TS 32.295, “Telecommunication Management; Charging Management; Charging Data Record (CDR) Transfer”
[5] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE (2편) – 초기 접속 호 흐름”, March 2013, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5320
[6] 3GPP TS 32.298, “Telecommunication Management; Charging Management; Charging Data Record (CDR) Parameter Description”
[7] 넷매니아즈 기술문서, “LTE Charging: Online”, TBD
[8] NMC 컨설팅 내부 리포트, “E2E LTE Network Design”, August 2010.