Por qué se necesita un intermediario en el plano de control
El núcleo de una red móvil rara vez está formado por equipos de un solo fabricante. Un PGW se compró junto con el núcleo, otro se adquirió a un fabricante distinto para un nuevo servicio y un tercero quedó de un socio o de una antigua red 3G. Y cada uno de estos nodos hay que integrarlo en la red por separado, con su configuración y sus pruebas.
GTPCProxy elimina ese trabajo cada vez que se conecta un nuevo PGW. El proxy se inserta en línea en la interfaz S5 en la red propia, en S8 en roaming y en Gn/Gp en las redes 2G/3G. El operador indica en el DNS la dirección del proxy para los APN correspondientes y, a partir de ahí, es el proxy quien elige el PGW para el suscriptor según sus propias reglas.
Para el SGW, el proxy se ve como un PGW; para el PGW, como un SGW. El proxy utiliza únicamente mensajes estándar de TS 29.274 (GTPv2-C) y TS 29.060 (GTPv1-C), por lo que no hace falta cambiar la configuración de los demás nodos del núcleo. El tráfico de usuario GTP-U no pasa por el proxy, sino que va directamente entre el SGW y el PGW.
Cada conexión, a su PGW
Cuando un suscriptor se conecta a la red, el proxy decide a qué PGW dirigirlo. Para ello, el operador define reglas. Una regla puede tener en cuenta el número de la tarjeta SIM del suscriptor (prefijos y rangos de IMSI), su número telefónico (prefijos de MSISDN), el punto de acceso (APN), la red de servicio (PLMN), el tipo de acceso radio y la ubicación.
Cada regla lleva a un pool, es decir, a un grupo de gateways. En el pool se configura qué proporción de la carga recibe cada gateway, cuáles son de respaldo y cómo se elige un gateway concreto para el suscriptor. El proxy supervisa por sí mismo el estado de cada PGW. Consulta periódicamente a los gateways con solicitudes de servicio y verifica si es posible crear conexiones a través de ellos.
Este esquema ofrece al operador cuatro ventajas:
- Gateways de distintos fabricantes en una misma red sin proyectos de integración. Los PGW de diferentes fabricantes funcionan en un mismo pool, y el SGW y el SGSN se dirigen a una sola dirección: la del proxy.
- Los suscriptores no notan la falla de un PGW. Si un gateway está sobrecargado, el proxy envía al suscriptor a otro. Si un gateway falla, sus suscriptores se reconectan a los que funcionan. Cuando el gateway se recupera, la carga vuelve a él de forma gradual.
- Políticas sin reconfigurar el PGW. El proxy puede modificar los parámetros de conexión del suscriptor, por ejemplo, el punto de acceso, las condiciones de tarificación, el tipo de conexión o el tipo de red radio. El cambio puede hacerse antes de elegir el gateway, y entonces influye en qué PGW selecciona el proxy, o después de la elección. Además, a solicitud del operador, el proxy puede activar los reportes de ubicación del suscriptor desde los nodos de control de la red.
- Cambio de reglas sin reiniciar el proxy. Las reglas pueden actualizarse desde un archivo, desde una base de datos Redis o mediante la interfaz web, sin reiniciar el proxy. Antes de aplicarlas, el proxy valida las nuevas reglas y, si algo sale mal, es posible volver a la versión anterior.
| Qué tiene en cuenta la regla | Parámetro de sesión |
| Número de la tarjeta SIM (prefijo o rango) | IMSI |
| Número telefónico (prefijo) | MSISDN |
| Punto de acceso | APN |
| Red a través de la cual se conecta el suscriptor | PLMN |
| Tipo de red radio | RAT Type |
| Información de ubicación del usuario | ULI |
Paso entre 2G/3G y LTE sin cortar la sesión
Los operadores no tienen prisa por abandonar 2G/3G, y estas redes seguirán funcionando en paralelo con LTE durante mucho tiempo. Por eso el proxy entiende ambas versiones del protocolo GTP, con el que los nodos acuerdan la conexión del suscriptor. LTE utiliza la versión nueva y las redes 2G/3G, la anterior.
| Red | Protocolo | Interfaz en la red propia | Interfaz en roaming | Entre qué nodos | Estándar |
| LTE | GTPv2-C | S5 | S8 | SGW y PGW | TS 29.274 |
| 2G/3G | GTPv1-C | Gn | Gp | SGSN y PGW en función de GGSN | TS 29.060 |
El cambio de versión durante el traspaso del suscriptor se describe en TS 23.401, anexo D.
El suscriptor puede pasar de 2G/3G a LTE o a la inversa y conservar su conexión y su dirección IP. El proxy encuentra su sesión y cambia la versión del protocolo en ambos lados tal como lo establece el estándar 3GPP. Si un gateway responde que no admite la versión nueva, el proxy pasa a usar con él la anterior.
Otra posibilidad es la conversión de mensajes de una versión del protocolo a otra. Gracias a ella, un PGW moderno que solo entiende la versión nueva puede atender a un suscriptor 2G/3G. Antes, para esto se necesitaba un gateway GGSN independiente, el predecesor del PGW en las redes 2G/3G. Esto también aplica a los suscriptores en roaming que llegan desde otras redes 2G/3G.
La conversión se activa en la configuración del pool y funciona como alternativa de respaldo si el gateway principal no está disponible. Así, el operador puede retirar los GGSN antiguos aunque la propia red 2G/3G siga en operación.
Roaming y pools regionales
En roaming, el proxy funciona igual que en la red propia. Los suscriptores de otros operadores pasan por los mismos pools y reglas, y también se pueden modificar sus parámetros de conexión.
El enrutamiento por ubicación permite dividir los PGW por regiones, así como crear pools separados para zonas de eventos masivos y para M2M: medidores, sensores y otros equipos que funcionan sin intervención humana.
Si el suscriptor se trasladó a un área atendida por otro pool, el proxy puede cerrar su conexión y pedir al dispositivo que vuelva a conectarse. Entonces el dispositivo se conectará al gateway de su región. Si en ese momento hay una llamada de voz en curso, el proxy esperará a que termine y solo después cerrará la conexión.
Instalación y operación
GTPCProxy se entrega en dos paquetes RPM para VEOS 8.x y EL8: el daemon y la interfaz web. La actualización y la reversión se realizan con los comandos habituales dnf upgrade y dnf downgrade.
Los datos de las sesiones se almacenan en un Redis externo, por lo que las conexiones de los suscriptores no se interrumpen al reiniciar el proxy. Para el monitoreo hay métricas de Prometheus y paneles de Grafana, y para la administración, una interfaz web con roles de administrador y observador.
Conclusión
GTPCProxy permite desarrollar el núcleo por partes. Se pueden agregar PGW del fabricante que se necesite, retirar nodos antiguos y mantener 2G/3G y LTE bajo una misma política, sin tocar el MME, el SGW ni el SGSN.
La forma más sencilla de comprobarlo en sus propios nodos es en laboratorio. VAS Experts cuenta con un paquete de validación en laboratorio con configuración, escenarios y formato de informe. Escríbanos y acordaremos la ventana de trabajo y la composición del banco de pruebas.
Glosario de términos
| Término | En palabras simples |
| PGW | Gateway a través del cual el suscriptor accede a internet y a otras redes |
| GGSN | El gateway equivalente en las redes 2G/3G, predecesor del PGW |
| SGW | Gateway LTE que transmite el tráfico de las estaciones base al PGW |
| MME | Nodo de control LTE. Registra al suscriptor y sigue sus desplazamientos |
| SGSN | Nodo de las redes 2G/3G que cumple las funciones del MME y del SGW |
| APN | Nombre del punto de acceso. Con él, la red sabe a qué servicio conectar al suscriptor |
| IMSI | Número de la tarjeta SIM en la red del operador |
| MSISDN | Número telefónico del suscriptor |
| PLMN | Red de un operador concreto |
| GTP | Protocolo con el que los nodos de la red acuerdan la conexión del suscriptor. GTPv1 se usa en 2G/3G y GTPv2, en LTE |
| S5, S8, Gn, Gp | Interfaces entre nodos. S5 y Gn funcionan dentro de la red; S8 y Gp, en roaming |
| TAC, LAC, ECI, CGI, SAI, RAI | Identificadores de zonas y celdas con los que la red determina dónde se encuentra el suscriptor |
| UE | Dispositivo del suscriptor |
| M2M | Dispositivos que intercambian datos sin intervención humana |
