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PCF — Policy Control Function

難易度: 中級 ／ 想定学習時間: 20分 ／ 関連NF: AMF, SMF, AF, UDR ／ 関連Interface: N5, N7, N15

学習目標

このページを読み終えると、次のことができるようになります。

  • PCFが5GCで果たす役割（ポリシー制御の中枢）を一言で説明できる。
  • ポリシーの3種類（AM Policy / SM Policy / UE Policy）の違いを説明できる。
  • PCC rule（QoS・課金・ゲーティング）とURSP（UE Route Selection Policy）が何かを説明できる。
  • PCFがどのInterface（N5/N7/N15 ほか）でどのNF・AFと連携するかを図示できる。
  • PDU Session確立の中でPCFがどのタイミングで登場するかを説明できる。
  • 4G(EPC)のPCRF（Gx/Rx）との違い（SBI化、URSPの新規追加）を説明できる。

前提知識

先に以下を理解しておくとスムーズです。

  • SBA（Service Based Architecture）とNF、SBIの基礎 → カリキュラム
  • PDU SessionとQoS(5QI/QFI)の考え方 → PDU Session
  • AMF/SMFの役割（PCFにポリシーを問い合わせる側） → AMF
  • QoSやセッションの基礎概念（まだなら） → カリキュラム

この章で学べること

まずWhy（PCFが無いと何が困るか）から入り、What（ポリシーの3種別・PCC rule・URSP・役割・API）を表とMermaid図で整理し、最後にHow（PDU Sessionでの登場、EPC比較、参照Spec）へ進みます。

なお、PDU Session確立の手順そのものの詳細は PDU Session に集約されています。本ページはPCFをNFとして（役割・ポリシー種別・連携先）に焦点を当て、手順の細部はそちらへ誘導します。

Why — なぜPCFが必要か

ネットワークは、契約プランや利用状況に応じて「この通信はどのくらいの品質(QoS)で流すか」「どう課金するか」「このアプリはこのスライス/DNN（Data Network Name＝接続先ネットワークの識別子）へ流すべきか」を判断しなければなりません。この判断を、NFごとにバラバラに実装していたら、事業者のサービス規約を変えるたびに全NFを直す羽目になります。

そこで、QoS・課金・アクセス制御・経路選択といったルールを一箇所に集約して決める部門が必要になります。これがPCF（Policy Control Function）です。PCFがあることで、事業者は「ゴールド会員は帯域優先」「動画は定額」「この業務アプリは専用スライスへ」といった事業者ポリシーを一元的に管理でき、各NF（AMF/SMF/UE）はPCFが決めたルールに従って動くだけで済みます。

PCFが無い（または連携しない）と、各NFはあらかじめ設定された静的な既定値でしか動けず、加入者ごと・アプリごとのきめ細かい制御（動的PCC）ができません。

例え話: PCFは、会員ランクごとのサービス規約を決める規約・約款部門です。受付（AMF）や現場（SMF/UPF）は、この部門が定めた規約書（ポリシー）を受け取り、それに従って来訪者を案内し、回線品質を決めます。規約部門は、会員名簿を持つ人事（UDR）から会員ランクを取り寄せ、外部の提携店（AF）からの「この客にはVIP対応を」という要望も受け付けて、最終的な規約を確定します。

Overview — 概要

PCF（Policy Control Function）は、5GCにおけるポリシー制御の中枢です。次の3種類のポリシーを、それぞれ担当NFへ提供します。

  • AM Policy（Access and Mobility Policy） … AMFへ（N15, Npcf_AMPolicyControl）。サービスエリア制限、RFSP（無線周波数選択優先度）、UE-AMBR（端末単位の最大帯域）等のアクセス・モビリティに関するポリシー。
  • SM Policy（Session Management Policy） … SMFへ（N7, Npcf_SMPolicyControl）。PCC rule（QoS・課金・ゲーティング）を含むセッション/QoS/課金ポリシー。
  • UE Policy … UEへ（AMFを経由して配送）。URSP（UE Route Selection Policy） 等、UE側の経路選択ポリシー。

PCFは加入者ごとのポリシーデータをUDR（Unified Data Repository）から取得し（Nudr）、外部アプリからの要求はAF（Application Function）から受け付けます（N5, Npcf_PolicyAuthorization）。永続的なポリシーデータの実体はUDRに格納され、PCFはそれを取り出して個別のポリシー決定を行う、という分業になっています。

PCFは4GのPCRF（Policy and Charging Rules Function）に相当しますが、インターフェースがSBI化され、UE Policy（URSP）という5G新規の機能が加わっています。

Basic Concept — 初心者向け説明

まず「ポリシー」とは、「こういう条件のときは、こう扱う」というルールのことです。PCFはこのルールを決めて配る役です。ルールの配り先で3種類に分かれます。

  • AM Policy（アクセス・モビリティのルール） … 「この加入者はこのエリアでは使えない」「待受時の優先度はこれ」といった、つながり方のルール。受付役のAMFに渡します。
  • SM Policy（セッション・QoSのルール＝PCC rule） … 「この通信は帯域◯、遅延優先、これは定額課金」といった、通信の品質と課金のルール。セッション担当のSMFに渡します。この中身が PCC rule です（後述）。
  • UE Policy（端末側のルール＝URSP） … 「このアプリの通信はこのスライス/接続先へ流しなさい」という、どの経路を選ぶかを端末自身に教えるルール。AMF経由でUEへ届けます。

PCC rule とは（やさしく）

PCC rule（Policy and Charging Control rule） は、SM Policyの中核で、ある通信フローを「どう扱うか」を一枚にまとめたルールです。ざっくり以下を含みます。

  • どの通信か（サービスデータフロー: 宛先IPやポート等で識別）
  • QoS（5QI/QoS特性、保証帯域 GBR 等 — 品質の指定）
  • 課金（オンライン/オフライン、課金キー — どう料金計算するか）
  • ゲーティング（gating）（そのフローを通す/止める — 許可制御）

つまりPCC ruleは「この通信は、この品質で、この課金で、通す（または止める）」という指示書です。

URSP とは（やさしく）

URSP（UE Route Selection Policy） は、UE（端末）に対して「アプリごとにどのPDU Session（どのDNN/スライス）を使うか」を指示するルールです。たとえば「業務アプリは社内向けスライスへ、動画は一般向けDNNへ」といった振り分けを、端末自身が判断できるようにします。URSPはUE Policyの一部としてPCFが決め、AMF経由でUEへ配送されます。URSPは5Gで新しく整備された仕組みです。

Network Function 詳細

項目 内容
役割 ポリシー制御の中枢。AM Policy（AMFへ）、SM Policy＝PCC rule（SMFへ）、UE Policy＝URSP（UE/AMFへ）を決定・提供。AFからのポリシー要求受付。UDRから加入者ポリシーデータ取得
保持情報 Policy Association（AM/SM/UE）のコンテキスト。加入者ポリシーの実体はUDRに格納（PCFは取得して決定に利用）
主な機能 ① AM Policy Association（N15）② SM Policy Association＝PCC rule決定（N7）③ UE Policy（URSP）決定（AMF経由でUE配送）④ AF連携（N5, PolicyAuthorization）⑤ UDRからのポリシーデータ取得（Nudr）
利用する主なAPI（他NFへ呼ぶ） Nudr（DataRepository）— UDRから加入者ポリシー取得。Nudr以外の連携は実装/構成依存
提供するAPI（自分が公開） Npcf（AMPolicyControl, SMPolicyControl, PolicyAuthorization, UEPolicyControl 等）
関連Interface N15（AMF）, N7（SMF）, N5（AF）, Nudr（UDR連携）
障害時の影響 動的ポリシーが適用されず、QoS/課金/経路選択のきめ細かな制御ができない（静的既定値での継続可否は構成依存＝実装依存）

BSF（Binding Support Function）について: ひとつのPDU Sessionに複数のPCFが関わりうる構成では、あるセッションを、それを担当するPCFに結びつける（binding） 対応づけが必要になります。この「セッション ⇔ 担当PCF」の結合情報を管理するのが BSF（Nbsf）です。AFやNEFが「このセッションのポリシーを扱うPCF」を見つける際にBSFを参照します。BSFを配置するか、binding情報をどう解決するかは実装/構成依存です（詳細は NF辞典 を参照）。

Architecture

PCFは5GC制御プレーンにおいてポリシー決定のハブとして機能し、AMF・SMF・AF・UDR（およびNEF/BSF）と連携します。

flowchart LR
  UE(("UE"))
  AMF["AMF"]
  SMF["SMF"]
  PCF["PCF"]
  AF["AF (アプリ)"]
  NEF["NEF"]
  UDR[("UDR (ポリシーデータ)")]

  AMF -- "N15 (Npcf_AMPolicyControl)" --> PCF
  SMF -- "N7 (Npcf_SMPolicyControl)" --> PCF
  AF -- "N5 (Npcf_PolicyAuthorization)" --> PCF
  NEF -. "外部AFはNEF経由も可" .-> PCF
  PCF -- "Nudr (ポリシー取得)" --> UDR
  PCF -. "UE Policy(URSP)はAMF経由で配送" .-> AMF
  AMF -. "URSP" .-> UE

図の読み方: AMFはN15でAM Policyを、SMFはN7でSM Policy（PCC rule）を、AFはN5でアプリ要求（PolicyAuthorization）をそれぞれPCFに問い合わせます。PCFはNudrでUDRから加入者ポリシーを取り出して決定に使います。UE Policy（URSP）はPCFが決め、AMFを経由してUEへ配送されます。外部のAFはPCFに直結せずNEFを経由する構成もあり、AF-PCF直結かNEF経由かは実装/構成依存です。

注記（実装/構成依存）: 上図のNEF経由の破線、およびBSFによるbindingは、事業者/ベンダーの構成に依存します。信頼ドメイン内のAFはN5でPCFに直結し得ますが、サードパーティAFはNEFを介するのが一般的です（構成依存）。

Interface

PCFが持つ主なInterfaceと役割です。

Interface 両端 サービス(API) 役割
N15 AMF ⇔ PCF Npcf_AMPolicyControl アクセス・モビリティポリシー（AM Policy）の取得・更新
N7 SMF ⇔ PCF Npcf_SMPolicyControl セッション/QoS/課金ポリシー（SM Policy = PCC rule）の取得・更新
N5 AF ⇔ PCF Npcf_PolicyAuthorization AFからのアプリ要求受付（QoS要求・イベント購読等）
Nudr（UDR連携） PCF ⇔ UDR Nudr（DataRepository） 加入者ポリシーデータの読み書き

N36 / Nudr の扱い（要確認・実装依存）: PCFとUDR間のデータ取得は、SBIとしては Nudr（DataRepository サービス）で表されます。参照点名として N36（UDR ⇔ PCF）が用いられることがありますが、SBI化された5GCではサービス名 Nudr で記述するのが一般的です。参照点表記（Nxx）とサービス表記（Nxxx）の対応は文脈により異なるため、厳密な参照点番号は要確認です。

個別のInterface解説（N5 / N7 / N15）も参照できます。一覧は Interface辞典 をどうぞ。

Procedure での登場

PDU Session確立（UE-requested PDU Session Establishment）では、SMFがセッションを組み立てる過程で、必要に応じて SMF↔PCF 間で SM Policy Association を確立し、PCC rule（認可済みQoS・課金） を取得します（N7, Npcf_SMPolicyControl_Create）。取得したPCC ruleに基づき、SMFはUPFの転送規則やQoS Flow（QFI/5QI）を決定します。

このPCF連携は任意/条件付きで、動的PCC構成のときに行われます。PCFと連携しない（静的PCC）構成では、SMFの既定QoSでセッションが継続されます（構成依存）。

一方、AM Policyは登録（Registration）などのモビリティ管理の文脈でAMF↔PCF間（N15）で扱われ、UE Policy（URSP）はPCFが決定してAMF経由でUEへ配送されます。

手順の詳細な流れ（メッセージシーケンス、条件、IE等）は PDU Session に集約されています。特にSM Policy Association確立の位置づけはそちらの「SM Policy Association（PCF連携）」の記述を参照してください。

EPCとの比較

  • 4Gでは: PCRF（Policy and Charging Rules Function） がポリシー・課金ルールを決定していました。SMF/PGW側とは Gx、アプリ側（AF/P-CSCF等）とは Rx という専用インターフェース（Diameterベース）で連携していました。PCC framework（PCC rule によるQoS・課金・ゲーティング制御）は4Gから存在します。
  • 5Gでは: PCRFの役割を PCF が引き継ぎ、インターフェースを SBI化しました。Gx相当が N7（Npcf_SMPolicyControl）、Rx相当が N5（Npcf_PolicyAuthorization） になります。さらに、アクセス・モビリティ向けの AM Policy（N15） と、端末の経路選択を制御する UE Policy（URSP） が5Gで整備されました。
4G (EPC) 5G (5GC)
PCRF PCF
Gx（PCRF ⇔ PGW/PCEF, Diameter） N7（Npcf_SMPolicyControl, SBI）
Rx（PCRF ⇔ AF, Diameter） N5（Npcf_PolicyAuthorization, SBI）
（4Gに相当なし） N15（AM Policy）
（4Gに相当なし） UE Policy（URSP）

PCC framework自体（PCC ruleによる制御思想）は4Gから継続しています。5Gでの主な変化は SBI化と、AM Policy / UE Policy(URSP) の追加です。

Release差分

  • Rel-15: PCFの基本機能（AM/SM Policy、PCC rule、UE Policy(URSP)、Npcf各サービス）を規定。
  • Rel-16: 機能拡張（例: TSC/時刻同期系ポリシー、ネットワークスライス関連の拡張 等）。具体的な章番号・項目は要確認。
  • Rel-17: さらなる拡張。具体項目・章番号は要確認。

3GPP Specification

  • 3GPP TS 23.501 §6.2.4 — PCFの機能定義（Network Function の役割）
  • 3GPP TS 23.503 — ポリシー・課金制御フレームワーク（PCC framework, PCC rule, URSP等のポリシーモデル）
  • 3GPP TS 29.507 — Npcf_AMPolicyControl サービス（AM Policy, N15）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 29.512 — Npcf_SMPolicyControl サービス（SM Policy = PCC rule, N7）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 29.514 — Npcf_PolicyAuthorization サービス（AF連携, N5）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 29.525 — Npcf_UEPolicyControl サービス（UE Policy配送）。要確認（URSPのポリシーモデル自体は TS 23.503 で規定）

注記（要確認）: 各Npcfサービスと対応TS番号は上記の通りですが、細目の章番号は Release により差異があるため個別には要確認とします。URSPの内容モデルは TS 23.503、UE Policy配送のサービス仕様は TS 29.525 系という整理が一般的です（厳密な対応は要確認）。

Summary

  • PCFは5GCのポリシー制御の中枢で、AM Policy・SM Policy・UE Policyの3種を各担当へ提供する。
  • AM PolicyはAMFへ（N15）、SM Policy（PCC rule = QoS/課金/ゲーティング）はSMFへ（N7）、UE Policy（URSP）はAMF経由でUEへ配送する。
  • AFからのアプリ要求はN5（Npcf_PolicyAuthorization）で受け付け、加入者ポリシーはUDR（Nudr）から取得する。
  • PCC frameworkは4Gから継続、5GではSBI化とUE Policy(URSP)の追加が主な変化。
  • 4GのPCRF（Gx/Rx）に相当する。AF-PCF直結かNEF経由か、BSFによるbindingは実装/構成依存。

Next Step

  • PDU Session — SMFがPCFからPCC ruleを取得する手続き（詳細）
  • AMF — PCFにAM Policyを問い合わせる相手
  • Registration — AM Policyが関わるモビリティ管理の起点
  • 関連NF: SMF / AF / NEF / UDR / BSF — 用語の一覧は NF辞典
  • Interface辞典 — N5/N7/N15 の確認
  • ネットワークスライス — Network Slicing 章（URSP によるスライス経路選択の位置づけ）