O ePDG permite que um assinante em uma rede Wi-Fi não confiável acesse o core da operadora por meio de um túnel IPsec. O PGW conecta a sessão à internet e a outras redes IP e atribui o endereço IP do assinante. A interface S2b liga os dois; uma sessão Wi-Fi e uma sessão LTE podem ser ancoradas no mesmo PGW.
O que faz um PGW em um core LTE?
O PGW, ou PDN Gateway (gateway de rede de dados por pacotes), é um nó do core de rede LTE/4G, o EPC (Evolved Packet Core). Ele conecta os assinantes às redes externas. Atribui o endereço IP do assinante, roteia pacotes e realiza NAT (tradução de endereços de rede). O mesmo nó cuida do gerenciamento de tráfego, da QoS (qualidade de serviço) e da tarifação.
Nosso PGW fica no EPC da operadora, na fronteira com as redes externas. Ele funciona como ponto de saída de todo o tráfego de usuário para a rede IP externa, a internet. Para o endereçamento, nosso PGW pode atuar como servidor DHCP ou usar um servidor externo.
Na arquitetura 3GPP, o PDN GW é o gateway que termina a interface SGi em direção à rede de dados por pacotes. Entre suas funções estão a alocação de endereços IP para o UE (equipamento do usuário), a filtragem de pacotes por usuário, a tarifação e as funções de DHCP.
O que faz um ePDG e por que o tráfego Wi-Fi precisa dele?
O ePDG conecta o core da operadora (EPC) a redes não 3GPP não confiáveis que precisam de acesso seguro, como as redes de acesso Wi-Fi. O celular do assinante estabelece uma conexão segura com o ePDG, transparente para o ponto de acesso Wi-Fi local. O assinante é autenticado pelo SIM no servidor AAA (autorização, autenticação e contabilização) da operadora.
Nem toda rede Wi-Fi passa pelo ePDG. O acesso a partir de redes não 3GPP não confiáveis usa o ePDG, enquanto o Wi-Fi confiável, uma TWAN (rede de acesso WLAN confiável), se conecta ao PGW pela S2a.
Nosso ePDG cria um túnel IPsec (Internet Protocol Security) a partir do equipamento do usuário para cada sessão PDN, usando IPsec/IKEv2 (Internet Key Exchange versão 2). A autenticação usa o SIM da operadora e o EAP-AKA (Extensible Authentication Protocol, Authentication and Key Agreement). Nosso ePDG também se integra ao core IMS (IP Multimedia Subsystem) já existente da operadora.
O dispositivo se conecta a uma rede Wi-Fi disponível, estabelece um túnel seguro com o ePDG e se autentica na rede da operadora. Em seguida, a voz e o tráfego do usuário passam pelo core EPC, exatamente como em uma conexão LTE. Detalhamos os túneis e a integração com o IMS em ePDG Explained.
Onde cada nó fica no caminho do celular até a internet
No LTE, o tráfego do usuário normalmente segue este caminho: UE → eNodeB (a estação rádio base LTE) → SGW → PGW → rede IP externa. O SGW (Serving Gateway) não conecta o assinante diretamente à internet; quem faz isso é o PGW. Na arquitetura 3GPP, um celular em Wi-Fi não confiável chega ao PGW por um túnel IPsec até o ePDG e depois pela S2b.
LTE: UE → eNodeB → SGW –S5/S8–> PGW –SGi–> internet, redes IP
Wi-Fi não confiável: UE –túnel IPsec–> ePDG –S2b–> PGW
Na arquitetura 3GPP, um celular em Wi-Fi não confiável recebe dois tipos de endereço IP. Um é usado dentro da rede de acesso Wi-Fi para chegar ao ePDG, a extremidade do túnel IPsec. Um ou mais outros são usados em direção às redes externas: o PGW os aloca e o ePDG os entrega ao celular.
| Nó | Onde fica | O que faz |
|---|---|---|
| SGW | Caminho LTE, entre o eNodeB e o PGW | Não conecta o assinante diretamente à internet |
| ePDG | Entre o EPC e o Wi-Fi não confiável ou outras redes não 3GPP | Acesso seguro do assinante ao core |
| PGW | Fronteira do EPC com as redes externas | Conexão à internet e às redes IP; gerenciamento de tráfego, QoS, tarifação |
Nosso glossário descreve as outras funções do SGW (Serving Gateway).
Como o ePDG e o PGW se conectam: S2b e as outras interfaces do PGW
A S2b é a interface entre o ePDG e o PGW. Nosso PGW trabalha com uma interface S2b nativa, que permite o handover para VoWiFi (voz sobre Wi-Fi). Do lado do PGW, a S2b fica ao lado das interfaces para LTE, Wi-Fi confiável, controle de políticas, autenticação e redes externas.
Nosso PGW se conecta ao EPC da operadora por meio destas interfaces:
| Interface | O que conecta |
|---|---|
| S2b | ePDG e PGW |
| S5/S8 | A S8 liga o SGW da rede visitada ao PGW da rede de origem; sem roaming, a S5 liga o SGW e o PGW de uma mesma rede |
| SGi | PGW e redes de dados externas |
| Gx | PCRF (função de regras de políticas e tarifação) e PGW, via Diameter |
| S2a | PGW e uma TWAN, redes Wi-Fi confiáveis |
| S6b | PGW e sistemas de autenticação de assinantes de redes não 3GPP, na S2a e na S2b |
Nosso PGW segue os padrões 3GPP e as especificações GTPv2. Ele processa todos os Information Elements (IEs) das mensagens Create Session Request e gera respostas Create Session Response válidas.
Na arquitetura 3GPP geral, a Gx liga a PCRF à PCEF (função de aplicação de políticas e tarifação). A PCEF faz parte das funções do PGW, e a política da PCRF é aplicada no PGW.
O que acontece com a sessão quando o celular muda entre Wi-Fi e LTE
Quando um assinante se desloca entre estações rádio base, e até entre SGWs diferentes, seu PGW continua o mesmo. Com nosso PGW, o endereço IP se mantém durante esses deslocamentos. Nosso PGW oferece continuidade de sessão quando o celular alterna entre LTE e Wi-Fi, se a rede usa um ePDG.
Segundo a arquitetura 3GPP, quando um celular passa do LTE para um Wi-Fi não confiável, o servidor AAA informa ao ePDG qual PGW atende o assinante. Após o handover, a sessão passa por um túnel IPsec até o ePDG e segue até esse PGW. O PGW pode responder com o mesmo endereço IP que atribuiu antes.
Os celulares alternam entre Wi-Fi e LTE para que a transmissão de voz não seja interrompida. VoWiFi e VoLTE (voz sobre LTE) operam no mesmo core de rede e usam os mesmos codecs HD. Nossa página sobre VoLTE e VoWiFi trata da parte de voz.
Onde cada nó se encaixa nos cenários comuns das operadoras
Na internet móvel, o PGW leva o tráfego do usuário até a internet. No roaming, a S8 conecta o SGW da rede visitada ao PGW da rede de origem. No 5G NSA (Non-Standalone), o PGW executa as mesmas funções para o tráfego 5G. Nas chamadas por Wi-Fi não confiável, o ePDG leva o assinante ao core e a S2b o liga ao PGW.
| Cenário | O que mais envolve do lado do PGW |
|---|---|
| Internet móvel via LTE | Atribuição de endereços IP, roteamento de pacotes, NAT |
| Roaming | Na rede de origem, a S5 liga um SGW local a um PGW local |
| 5G NSA | O rádio 5G, NR (New Radio), funciona sobre o core 4G (EPC) |
Em nossa solução, a função PCEF é um produto separado, o Stingray Service Gateway. Por isso também podemos fornecer nosso PGW isoladamente: nesse caso, ele trabalha com uma PCEF de outros fornecedores.
Como trabalhamos com as operadoras em PGW e ePDG
Desenvolvemos o Stingray PGW e o Stingray ePDG de acordo com os padrões 3GPP. Nosso ePDG é baseado em software. O trabalho com uma operadora começa com um formulário de solicitação, e o caminho do primeiro contato até o contrato tem cinco etapas.
- Você preenche o formulário de solicitação na página do nosso PGW ou do nosso ePDG.
- Detalhamos a demanda e damos acesso à documentação.
- Juntos, analisamos sua situação atual: volume de tráfego, equipamentos disponíveis e funcionalidades necessárias.
- Nossos engenheiros instalam o software escolhido no seu hardware ou máquina virtual e o adaptam às suas necessidades.
- Após um teste bem-sucedido, assinamos o contrato.
Nosso PGW usa CUPS (Control and User Plane Separation) para garantir confiabilidade e continuidade do serviço. Nosso próprio protocolo otimizado de controle do canal de dados, o BCP, garante desempenho e tolerância a falhas. Um sistema distribuído de armazenamento de sessões permite que os módulos de processamento trabalhem de forma independente. Explicamos os motivos dessa separação em CUPS para PCEF e PGW.
Perguntas frequentes
O que significa PGW?
PGW significa PDN Gateway, em que PDN é packet data network (rede de dados por pacotes). Também se escreve PDN GW ou P-GW. É o nó do core LTE que dá aos assinantes acesso às redes externas.
Qual interface conecta o ePDG e o PGW?
A S2b conecta o ePDG e o PGW, e nosso PGW suporta a S2b de forma nativa. Em Wi-Fi não confiável, a sessão passa por um túnel IPsec até o ePDG e por bearers S2b até o PGW.
O endereço IP do assinante muda quando uma chamada passa entre LTE e Wi-Fi?
O endereço IP que o celular usa em direção às redes externas é alocado pelo PGW; no Wi-Fi, o ePDG o entrega ao celular. Segundo a arquitetura 3GPP, quando o celular passa do LTE para um Wi-Fi não confiável, o PGW pode responder com o mesmo endereço IP.
Como a QoS é tratada para o tráfego que chega pelo ePDG?
A política de QoS é definida no core: a PCRF a envia ao PGW pela Gx, e o PGW a aplica à sessão por meio da sua função PCEF, inclusive nas sessões que chegam pela S2b. O ePDG recebe a QoS do bearer do PGW pela S2b e a aplica ao túnel IPsec no seu trecho do caminho. Nosso ePDG também usa as informações do assinante que recebe do servidor AAA.
Um PGW pode trabalhar com uma PCEF de outro fornecedor?
Sim. Em nossa solução, a PCEF é um produto separado, então o Stingray PGW pode ser entregue sem ela e trabalhar com uma PCEF de outros fornecedores. Ele está em conformidade com os padrões 3GPP e suporta todas as interfaces necessárias.
O PGW é usado em redes 5G?
Sim, nas redes 5G Non-Standalone. Nelas, o rádio 5G (NR) usa o core de rede 4G (EPC). O PGW continua sendo um elemento-chave e executa as mesmas funções para o tráfego 5G.
