Por que o plano de controle precisa de um intermediário
O core de uma rede móvel raramente é formado por equipamentos de um único fabricante. Um PGW foi comprado junto com o core, outro veio de um fabricante diferente para um novo serviço, e um terceiro sobrou de um parceiro ou de uma antiga rede 3G. E cada um desses nós precisa ser integrado à rede separadamente, com configuração e testes próprios.
O GTPCProxy elimina esse trabalho a cada novo PGW conectado. O proxy é inserido em linha na interface S5 na rede própria, na S8 em roaming e na Gn/Gp em redes 2G/3G. A operadora aponta no DNS o endereço do proxy para os APNs desejados e, a partir daí, é o proxy que escolhe o PGW do assinante segundo suas próprias regras.
Para o SGW, o proxy se apresenta como um PGW; para o PGW, como um SGW. O proxy usa apenas mensagens padrão das especificações TS 29.274 (GTPv2-C) e TS 29.060 (GTPv1-C), por isso não é preciso alterar a configuração dos demais nós do core. O tráfego de usuário GTP-U não passa pelo proxy e segue diretamente entre o SGW e o PGW.
Cada conexão no PGW certo
Quando o assinante se conecta à rede, o proxy decide para qual PGW encaminhá-lo. Para isso, a operadora define regras. Uma regra pode levar em conta o número do chip SIM do assinante (prefixos e faixas de IMSI), o número de telefone (prefixos de MSISDN), o ponto de acesso (APN), a rede de atendimento (PLMN), o tipo de acesso de rádio e a localização.
Cada regra leva a um pool, ou seja, a um grupo de gateways. No pool, configura-se a parcela da carga que cada gateway recebe, quais gateways são de reserva e como um gateway específico é escolhido para o assinante. O próprio proxy monitora se cada PGW está funcionando. Ele consulta os gateways regularmente com requisições de serviço e verifica se é possível criar conexões por meio deles.
Para a operadora, esse esquema traz quatro vantagens:
- Gateways de fabricantes diferentes na mesma rede, sem projetos de integração. PGWs de fabricantes diferentes funcionam no mesmo pool, e o SGW e o SGSN se comunicam com um único endereço: o do proxy.
- A falha de um PGW passa despercebida pelos assinantes. Se um gateway estiver sobrecarregado, o proxy envia o assinante para outro. Se um gateway falhar, seus assinantes se reconectam aos que estão funcionando. Quando o gateway se recupera, a carga volta para ele gradualmente.
- Políticas sem reconfigurar o PGW. O proxy pode alterar os parâmetros de conexão do assinante, como o ponto de acesso, as condições de tarifação, o tipo de conexão ou o tipo de rede de rádio. A alteração pode ser feita antes da escolha do gateway, influenciando qual PGW o proxy vai selecionar, ou depois dela. Além disso, a pedido da operadora, o proxy pode ativar os relatórios de localização do assinante enviados pelos nós de controle da rede.
- Alteração de regras sem reiniciar o proxy. As regras podem ser atualizadas a partir de um arquivo, de um banco Redis ou pela interface web, sem reiniciar o proxy. Antes de aplicá-las, o proxy valida as novas regras e, se algo der errado, é possível voltar à versão anterior.
| O que a regra considera | Parâmetro de sessão |
| Número do chip SIM (prefixo ou faixa) | IMSI |
| Número de telefone (prefixo) | MSISDN |
| Ponto de acesso | APN |
| Rede pela qual o assinante se conecta | PLMN |
| Tipo de rede de rádio | RAT Type |
| Informações de localização do usuário | ULI |
Transição entre 2G/3G e LTE sem queda de sessão
As operadoras não têm pressa em abandonar o 2G/3G, e essas redes ainda vão funcionar por muito tempo em paralelo com o LTE. Por isso, o proxy entende as duas versões do protocolo GTP, usado pelos nós para negociar a conexão do assinante. O LTE usa a versão nova, e as redes 2G/3G, a antiga.
| Rede | Protocolo | Interface na rede própria | Interface em roaming | Entre quais nós | Padrão |
| LTE | GTPv2-C | S5 | S8 | SGW e PGW | TS 29.274 |
| 2G/3G | GTPv1-C | Gn | Gp | SGSN e PGW atuando como GGSN | TS 29.060 |
A troca de versão durante a transição do assinante está descrita na TS 23.401, anexo D.
O assinante pode passar do 2G/3G para o LTE ou vice-versa mantendo a conexão e o endereço IP. O proxy localiza a sessão dele e troca a versão do protocolo nos dois lados, como determina o padrão 3GPP. Se o gateway responder que não suporta a versão nova, o proxy passa a usar a antiga com ele.
Outro recurso é a conversão de mensagens de uma versão do protocolo para a outra. Com ela, um PGW moderno que só entende a versão nova pode atender um assinante 2G/3G. Antes, isso exigia um gateway GGSN separado, o antecessor do PGW nas redes 2G/3G. O mesmo vale para assinantes em roaming vindos de outras redes 2G/3G.
A conversão é ativada nas configurações do pool e funciona como alternativa de contingência se o gateway principal estiver indisponível. Assim, a operadora pode desativar os GGSNs antigos mesmo enquanto a própria rede 2G/3G continua em operação.
Roaming e pools regionais
Em roaming, o proxy funciona da mesma forma que na rede própria. Os assinantes de outras operadoras passam pelos mesmos pools e regras, e os parâmetros de conexão deles também podem ser alterados.
O roteamento por localização permite dividir os PGWs por região, além de criar pools separados para áreas de grandes eventos e para M2M: medidores, sensores e outros equipamentos que funcionam sem intervenção humana.
Se o assinante se deslocou para uma área atendida por outro pool, o proxy pode encerrar a conexão dele e pedir que o dispositivo se conecte de novo. Assim, o dispositivo se conecta ao gateway da sua região. Se houver uma chamada de voz em andamento nesse momento, o proxy aguarda o fim da chamada e só então encerra a conexão.
Instalação e operação
O GTPCProxy é fornecido em dois pacotes RPM para VEOS 8.x e EL8: o daemon e a interface web. A atualização e o rollback são feitos com os comandos padrão dnf upgrade e dnf downgrade.
Os dados das sessões ficam armazenados em um Redis externo, por isso as conexões dos assinantes não caem quando o proxy é reiniciado. Para monitoramento, há métricas do Prometheus e painéis do Grafana e, para gerenciamento, uma interface web com perfis de administrador e observador.
Conclusão
O GTPCProxy permite evoluir o core por etapas. É possível adicionar PGWs do fabricante desejado, desativar nós antigos e manter 2G/3G e LTE sob uma mesma política, sem mexer no MME, no SGW nem no SGSN.
A forma mais simples de comprovar isso nos seus próprios nós é em laboratório. A VAS Experts oferece um pacote de validação em laboratório com configuração, cenários e formato de relatório. Fale com a gente, e combinaremos a janela de trabalho e a composição do ambiente de testes.
Glossário
| Termo | Em palavras simples |
| PGW | Gateway pelo qual o assinante acessa a internet e outras redes |
| GGSN | Gateway equivalente nas redes 2G/3G, antecessor do PGW |
| SGW | Gateway LTE que encaminha o tráfego das estações rádio base para o PGW |
| MME | Nó de controle do LTE. Registra o assinante e acompanha seus deslocamentos |
| SGSN | Nó das redes 2G/3G que desempenha as funções do MME e do SGW |
| APN | Nome do ponto de acesso. Por ele, a rede sabe a qual serviço conectar o assinante |
| IMSI | Número do chip SIM na rede da operadora |
| MSISDN | Número de telefone do assinante |
| PLMN | Rede de uma operadora específica |
| GTP | Protocolo pelo qual os nós da rede negociam a conexão do assinante. O GTPv1 é usado no 2G/3G, e o GTPv2, no LTE |
| S5, S8, Gn, Gp | Interfaces entre os nós. S5 e Gn funcionam dentro da rede, S8 e Gp em roaming |
| TAC, LAC, ECI, CGI, SAI, RAI | Identificadores de áreas e células pelos quais a rede determina onde o assinante está |
| UE | Dispositivo do assinante |
| M2M | Dispositivos que trocam dados sem intervenção humana |
