Na arquitetura 3GPP, a Policy and Charging Rules Function (PCRF) toma a decisão de controle de políticas. A Policy and Charging Enforcement Function (PCEF) a aplica. A PCRF gerencia as regras na PCEF pela interface Gx; a PCEF informa o consumo ao billing pelas interfaces Gy e Gz. Em nossa PCEF, a inspeção profunda de pacotes (DPI) identifica as aplicações no tráfego.
O que a PCRF decide e o que a PCEF aplica?
Segundo a 3GPP TS 23.203, a PCRF toma a decisão de controle de políticas: ela determina como o tráfego de determinados serviços é tratado na PCEF. A PCEF, localizada no gateway, aplica essa decisão controlando se um fluxo passa e qual qualidade de serviço (QoS) ele recebe.
O padrão atribui à PCRF a decisão de controle de políticas e o controle da tarifação baseada em fluxos. Ela fornece à PCEF o controle de rede sobre a detecção de fluxos de dados de serviço, o gating, a QoS e a tarifação baseada em fluxos, exceto o gerenciamento de crédito. A PCRF define o tratamento do tráfego do plano de usuário na PCEF para que ele corresponda ao perfil de assinatura do usuário.
Na arquitetura 3GPP, a PCEF é responsável pela detecção de fluxos de dados de serviço, pela aplicação de políticas e pela tarifação baseada em fluxos. Ela aplica as políticas de duas formas. O gate enforcement só deixa um fluxo passar se o seu gate estiver aberto, e o QoS enforcement aplica ao fluxo a QoS autorizada. A PCEF também mede os fluxos de dados de serviço e cuida das interações de tarifação online e offline.
A PCRF decide, e a PCEF aplica a decisão ao tráfego. Nossa PCEF aplica as políticas de QoS e o billing flexível conforme exigido pela PCRF.
Como a PCEF e a PCRF se comunicam: Gx, Gy e o fluxo da sessão
A PCEF e a PCRF se comunicam pela interface Gx, uma interface Diameter. Quando a sessão de dados de um assinante é estabelecida, a PCEF envia à PCRF um CC-Request (CCR). A PCRF responde com um CC-Answer (CCA), que fornece as regras de controle de políticas e tarifação (PCC) para essa sessão. A PCEF informa o consumo ao billing pelas interfaces Gy e Gz.
O Diameter transporta mensagens de autenticação, autorização e contabilização (AAA) sobre TCP ou Stream Control Transmission Protocol (SCTP). Veja o verbete protocolo Diameter do nosso glossário.
Na arquitetura 3GPP, uma regra PCC permite detectar um fluxo de dados de serviço e contém parâmetros para controle de políticas e/ou controle de tarifação.
| Interface | O que conecta | O que transporta |
|---|---|---|
| Gx | PCEF e PCRF | Regras PCC dinâmicas e referências a regras predefinidas, da PCRF para a PCEF; solicitações e relatórios de eventos, da PCEF para a PCRF |
| Gy | PCEF e sistema de tarifação online (OCS) | Controle de crédito online para a tarifação baseada em fluxos, via Diameter |
| Gz | PCEF e sistema de tarifação offline (OFCS) | Informações de tarifação offline para a tarifação baseada em fluxos |
| Sy | PCRF e OCS | Informações sobre o status dos contadores de políticas relativos aos gastos do assinante, do OCS para a PCRF |
Nosso artigo DPI System Components descreve um exemplo de sessão de dados; aqui o resumimos em seis etapas.
| Fluxo de uma sessão de exemplo | O que acontece | Interface |
|---|---|---|
| 1. Início da sessão | A PCEF envia à PCRF um CC-Request com informações do assinante e do serviço | Gx |
| 2. Perfil | A PCRF solicita o perfil do assinante ao repositório de dados do usuário (UDR) pela Ud; para isso, o padrão também define o repositório de perfis de assinatura (SPR) pela Sp | Sp ou Ud |
| 3. Decisão | A PCRF decide se fornece o serviço e com quais parâmetros de qualidade, e monta as regras PCC | Dentro da PCRF |
| 4. Resposta | A PCRF devolve as regras à PCEF em um CC-Answer | Gx |
| 5. Controle de crédito | A PCEF abre uma sessão de controle de crédito com o OCS, a sessão é autorizada e o tráfego começa a fluir | Gy |
| 6. Fim da sessão | A PCEF encerra as sessões Diameter com a PCRF e com o OCS | Gx, Gy |
Sessão do assinante -> PCEF (nosso motor DPI)
PCEF –Gx: CC-Request–> PCRF
PCRF –Sp ou Ud–> repositório de perfis de assinatura (SPR) ou repositório de dados do usuário (UDR)
PCRF –Gx: CC-Answer com regras PCC–> PCEF
PCEF –Gy–> OCS (tarifação online)
PCEF –Gz–> OFCS (tarifação offline)
PCRF <–Sy– OCS As ligações Gx, Ud e Gy seguem a sessão de exemplo; Sp, Gz e Sy vêm do padrão. A indicação DPI se refere apenas à nossa PCEF. No exemplo acima, depois que a sessão é autorizada e o tráfego flui, a PCEF aplica a ele as regras recebidas. O DPI da nossa PCEF identifica as aplicações nesse tráfego. A PCEF limita, bloqueia ou permite o fluxo e contabiliza seu volume para o billing pelas interfaces Gy e Gz. Na arquitetura 3GPP, a PCRF também pode enviar novas regras sem solicitação da PCEF, em um Re-Auth-Request (RAR). A PCEF responde com um Re-Auth-Answer (RAA). A PCEF informa à PCRF os eventos que a PCRF assinou, e alguns eventos ela sempre informa. Ela também informa o consumo acumulado quando um limite definido pela PCRF é atingido. Nossa PCEF se conecta à rede da operadora em Gi/SGi e trabalha com a PCRF, o OCS e o OFCS pelas interfaces padrão Gx, Gy e Gz.
Onde entra o DPI e por que a PCEF precisa dele
Nossa PCEF é baseada no nosso próprio motor DPI, que analisa o tráfego que passa por ele e identifica as aplicações presentes. Ele classifica o tráfego por aplicação e protocolo, e não apenas por porta e endereço IP, que é o que a tarifação por tipo de serviço exige. Em seguida, a PCEF aplica as políticas tarifárias que recebe da PCRF.
A classificação vem primeiro: ela identifica as aplicações e os protocolos no tráfego. Depois vêm o gerenciamento, a otimização e a priorização do tráfego.
O DPI identifica uma aplicação principalmente por análise de assinaturas. Cada aplicação tem características próprias armazenadas em uma base de assinaturas, que precisa ser atualizada à medida que surgem novas aplicações. Nosso artigo sobre como a PCEF e o DPI trabalham com ML e IA mostra como uma PCEF usa o DPI.
O tráfego criptografado é mais difícil de classificar: o DPI não consegue ler o payload criptografado, então se apoia nos metadados não criptografados e na análise comportamental e heurística. Nenhum método classifica todo o tráfego sozinho, por isso os métodos são combinados. Eles estão descritos no nosso artigo Traffic Classification and Deep Packet Inspection.
Segundo a 3GPP TS 23.203, a detecção de aplicações é feita na Traffic Detection Function (TDF) ou em uma PCEF com detecção e controle de aplicações (ADC). O padrão não define como as aplicações são detectadas; isso fica a cargo da implementação de cada fornecedor.
Como uma regra tarifária vira uma ação sobre o tráfego em tempo real
A PCEF aplica em tempo real ao tráfego do assinante as políticas de tarifação e QoS que recebe da PCRF pela Gx: limita a velocidade, bloqueia ou permite o tráfego e contabiliza o volume de dados por serviço. Ela repassa esse volume ao billing pelas interfaces Gy e Gz. Sem a aplicação em uma PCEF, as regras definidas na PCRF ficam só no papel.
Nossa PCEF suporta tarifação por aplicação, categoria de tráfego e perfil de assinante. A lógica das regras para os rating groups é definida pela PCRF; a PCEF a aplica ao tráfego.
Em uma política de uso justo (fair usage policy), nossa PCEF registra o consumo do pacote por meio da integração Gy com o OCS. O que acontece quando a franquia acaba depende de o OCS e a PCRF estarem ou não conectados pela Sy. Com a Sy, o OCS informa à PCRF o status dos contadores de políticas. A PCRF então altera os serviços ou seus parâmetros na sessão do assinante de acordo com a sua própria lógica, por exemplo, reduzindo a velocidade.
Sem a Sy, o OCS envia à PCEF uma final unit indication (FUI) pela Gy, e a PCEF bloqueia o serviço. Dependendo da configuração, nossa PCEF faz isso de uma de duas formas. Ou deixa de encaminhar os pacotes do serviço, ou ativa um charging rule base name (CRBN), um grupo de regras que implementa o bloqueio. A segunda forma é muito usada para um captive portal: o assinante é redirecionado e o acesso fica limitado aos recursos necessários para chegar ao portal da operadora e recarregar o saldo.
Para o zero-rating, nossa PCEF reconhece um aplicativo de mensagens ou uma plataforma de vídeo pela classificação DPI, e não por uma lista de endereços IP. Ela tarifa esse tráfego separadamente, contabiliza-o em um bucket próprio e informa esse bucket ao billing. O tráfego com zero-rating não reduz a franquia principal. Para outros cenários tarifários, veja nosso artigo sobre como as tarifas móveis mudaram e qual é o lugar da PCEF.
O que acontece com a ligação PCEF–PCRF sob carga
A PCRF pode se tornar um gargalo. O crescimento do número de assinantes, dispositivos de Internet das Coisas (IoT) e sessões Gx sobrecarrega uma PCRF dimensionada para volumes menores. Além disso, o Diameter sobre TCP acrescenta o bloqueio head-of-line (HOL), em que o atraso de uma sessão retarda o processamento das demais.
Usamos o termo PCRF offload para a transferência de parte da lógica de decisão e do processamento de mensagens Diameter e Gx para um proxy. O objetivo é reduzir a carga da PCRF principal. O PCRF offload não substitui a PCRF existente.
Nosso PCRF Proxy é instalado em um corte da interface Gx entre a PCEF e a PCRF como um nó transparente. Seu Diameter bridge converte as sessões TCP em SCTP multistream para eliminar o bloqueio HOL.
Nossa PCEF é baseada na arquitetura Control and User Plane Separation (CUPS). Ela permite que o processamento do tráfego (o plano de usuário) escale de forma independente da lógica de gerenciamento de políticas (o plano de controle). Explicamos essa separação no nosso artigo CUPS para PCEF e PGW.
Nosso PCRF Proxy é implantado em quatro etapas: auditoria da carga de sinalização, inserção do proxy no corte da Gx, configuração das regras de offload e monitoramento com ajuste fino do roteamento.
Como trabalhamos com as operadoras em PCEF
A operadora preenche um formulário. Entramos em contato, detalhamos a demanda, damos acesso à documentação e respondemos às dúvidas; depois, analisamos a situação atual: volume de tráfego, equipamentos disponíveis e funcionalidades de que a operadora precisa. Nossos engenheiros instalam o software escolhido e o adaptam às necessidades da operadora. O contrato é assinado após um teste bem-sucedido.
O software pode ser testado nos equipamentos da própria operadora, em uma máquina virtual ou via VPN.
A implantação da nossa PCEF passa por várias etapas. Elas incluem uma auditoria da rede e do sistema de billing atuais e o projeto do esquema de integração. As interfaces Gx e Gy são configuradas com a PCRF e o sistema de billing. Um piloto em um segmento limitado de assinantes antecede a implantação em larga escala com monitoramento no Stingray NMS. Nossos especialistas acompanham o projeto desde o piloto até o suporte pós-lançamento.
Oferecemos suporte técnico durante a conexão da PCEF ao billing da operadora pelas interfaces padrão. Nossa PCEF tem experiência de integração com PCRF, OCS e OFCS de diversos sistemas de billing. Saiba mais nas páginas da nossa PCEF, do nosso PCRF Proxy e da solução PCRF Offload.
Perguntas frequentes
O que significa PCEF?
No 3GPP, PCEF significa Policy and Charging Enforcement Function. Ela fica no gateway e é responsável pela detecção de fluxos de dados de serviço, pela aplicação de políticas e pela tarifação baseada em fluxos. A PCRF é a Policy and Charging Rules Function, que gerencia as regras na PCEF pela Gx.
Qual nó toma as decisões de políticas, a PCEF ou a PCRF?
A PCRF toma a decisão de controle de políticas. Na arquitetura 3GPP, ela determina como o tráfego de determinados serviços é tratado na PCEF. A PCEF aplica essa decisão controlando se um fluxo passa e qual QoS ele recebe, usando as regras que recebe pela Gx.
Quais interfaces conectam a PCEF à PCRF e ao billing?
A Gx conecta a PCEF à PCRF. A Gy a conecta ao OCS, e a Gz ao OFCS. A Sy liga a PCRF e o OCS. Nossa PCEF usa estas interfaces padrão: Gx com a PCRF, Gy com o OCS e Gz com o OFCS.
O que o DPI faz em uma PCEF?
Em nossa PCEF, o DPI identifica as aplicações no tráfego que passa por ela. A classificação é o primeiro passo; depois, a PCEF define prioridades e aplica as políticas tarifárias. Nosso próprio motor DPI, no qual a PCEF é baseada, classifica o tráfego por aplicação e protocolo.
O que é um PCRF Proxy e como ele trabalha com uma PCRF existente?
Nosso PCRF Proxy é um nó transparente na ligação Gx entre a PCEF e a PCRF. Ele processa parte das solicitações por conta própria, e o restante vai para a PCRF existente. Chamamos isso de PCRF offload, e ele não substitui a PCRF existente.
A que correspondem a PCRF e a PCEF no 5G?
No core 5G, a arquitetura 3GPP faz a PCRF corresponder à Policy Control Function (PCF). A PCEF corresponde à combinação da Session Management Function (SMF) com a User Plane Function (UPF). A N7 liga a SMF e a PCF.
