Stingray GTPCProxy : un nouveau produit pour le cœur de réseau mobile multi-fournisseurs

Pourquoi un intermédiaire est nécessaire dans le plan de contrôle

Le cœur d’un réseau mobile est rarement composé d’équipements d’un seul fabricant. Un PGW a été acheté avec le cœur, un deuxième a été acquis auprès d’un autre fabricant pour un nouveau service, un troisième vient d’un partenaire ou d’un ancien réseau 3G. Et chacun de ces nœuds doit être intégré séparément au réseau, avec sa configuration et ses tests.

GTPCProxy supprime ce travail à chaque ajout d’un nouveau PGW. Le proxy s’insère en coupure sur l’interface S5 dans le réseau nominal, sur S8 en itinérance et sur Gn/Gp dans les réseaux 2G/3G. L’opérateur indique dans le DNS l’adresse du proxy pour les APN concernés, et c’est ensuite le proxy qui choisit le PGW de l’abonné selon ses propres règles.

Pour le SGW, le proxy se présente comme un PGW ; pour le PGW, comme un SGW. Le proxy n’utilise que des messages standard TS 29.274 (GTPv2-C) et TS 29.060 (GTPv1-C) : la configuration des autres nœuds du cœur reste donc inchangée. Le trafic utilisateur GTP-U ne transite pas par le proxy et circule directement entre le SGW et le PGW.

Chaque connexion vers le bon PGW

Lorsqu’un abonné se connecte au réseau, le proxy décide vers quel PGW l’orienter. Pour cela, l’opérateur définit des règles. Une règle peut tenir compte du numéro de la carte SIM de l’abonné (préfixes et plages d’IMSI), de son numéro de téléphone (préfixes MSISDN), du point d’accès (APN), du réseau de service (PLMN), du type d’accès radio et de la localisation.

Chaque règle mène à un pool, c’est-à-dire à un groupe de passerelles. Le pool définit la part de charge reçue par chaque passerelle, les passerelles de secours et la manière dont une passerelle précise est choisie pour l’abonné. Le proxy surveille lui-même l’état de chaque PGW. Il interroge régulièrement les passerelles par des requêtes de service et vérifie s’il est possible d’établir des connexions à travers elles.

Pour l’opérateur, ce schéma présente quatre avantages :

• Des passerelles de fabricants différents dans un même réseau, sans projet d’intégration. Les PGW de différents fabricants fonctionnent dans un même pool, tandis que le SGW et le SGSN s’adressent à une seule adresse : celle du proxy.
• La panne d’un PGW passe inaperçue pour les abonnés. Si une passerelle est surchargée, le proxy oriente l’abonné vers une autre. Si une passerelle tombe en panne, ses abonnés se reconnectent aux passerelles opérationnelles. Une fois la passerelle rétablie, la charge lui est rendue progressivement.
• Des politiques sans reconfigurer le PGW. Le proxy peut modifier les paramètres de connexion de l’abonné, par exemple le point d’accès, les conditions de taxation, le type de connexion ou le type de réseau radio. La modification peut intervenir avant le choix de la passerelle, et influe alors sur le PGW retenu par le proxy, ou après ce choix. En outre, à la demande de l’opérateur, le proxy peut activer les rapports de localisation de l’abonné émis par les nœuds de contrôle du réseau.
• Des règles modifiables sans redémarrer le proxy. Les règles peuvent être mises à jour depuis un fichier, une base Redis ou l’interface web, sans redémarrage du proxy. Avant de les appliquer, le proxy valide les nouvelles règles et, en cas de problème, il est possible de revenir à la version précédente.

Passage entre 2G/3G et LTE sans coupure de session

Les opérateurs ne sont pas pressés d’abandonner la 2G/3G, et ces réseaux continueront longtemps de fonctionner en parallèle de la LTE. C’est pourquoi le proxy prend en charge les deux versions du protocole GTP, par lequel les nœuds négocient la connexion de l’abonné. La LTE utilise la nouvelle version, les réseaux 2G/3G l’ancienne.

Le changement de version lors du passage de l’abonné est décrit dans la TS 23.401, annexe D.

L’abonné peut passer de la 2G/3G à la LTE ou inversement tout en conservant sa connexion et son adresse IP. Le proxy retrouve sa session et bascule la version du protocole des deux côtés, comme le prescrit la norme 3GPP. Si une passerelle répond qu’elle ne prend pas en charge la nouvelle version, le proxy repasse avec elle à l’ancienne.

Autre possibilité : la conversion des messages d’une version du protocole à l’autre. Grâce à elle, un PGW moderne qui ne comprend que la nouvelle version peut desservir un abonné 2G/3G. Auparavant, il fallait pour cela une passerelle GGSN distincte, prédécesseur du PGW dans les réseaux 2G/3G. Cela concerne aussi les abonnés en itinérance venant d’autres réseaux 2G/3G.

La conversion s’active dans les paramètres du pool et intervient en solution de repli si la passerelle principale est indisponible. L’opérateur peut ainsi retirer du service les anciens GGSN, alors même que le réseau 2G/3G reste en exploitation.

Itinérance et pools régionaux

En itinérance, le proxy fonctionne de la même manière que dans le réseau nominal. Les abonnés des autres opérateurs passent par les mêmes pools et les mêmes règles, et leurs paramètres de connexion peuvent eux aussi être modifiés.

Le routage par localisation permet de répartir les PGW par région, ainsi que de créer des pools dédiés aux zones de grands événements et au M2M : compteurs, capteurs et autres équipements qui fonctionnent sans intervention humaine.

Si l’abonné s’est déplacé vers une zone desservie par un autre pool, le proxy peut fermer sa connexion et demander à l’appareil de se reconnecter. L’appareil se connecte alors à la passerelle de sa région. Si un appel vocal est en cours à ce moment-là, le proxy attend sa fin avant de fermer la connexion.

Installation et exploitation

GTPCProxy est fourni sous forme de deux paquets RPM pour VEOS 8.x et EL8 : le démon et l’interface web. La mise à jour et le retour arrière s’effectuent avec les commandes habituelles dnf upgrade et dnf downgrade.

Les données de session sont stockées dans un Redis externe : les connexions des abonnés ne sont donc pas interrompues lors d’un redémarrage du proxy. Pour la supervision, des métriques Prometheus et des tableaux de bord Grafana sont disponibles et, pour l’administration, une interface web avec des rôles d’administrateur et d’observateur.

Conclusion

GTPCProxy permet de faire évoluer le cœur de réseau par étapes. Il est possible d’ajouter des PGW du fabricant de son choix, de retirer du service les anciens nœuds et de gérer la 2G/3G et la LTE avec une même politique, sans toucher au MME, au SGW ni au SGSN.

Le plus simple pour le vérifier sur vos propres nœuds est de passer par un laboratoire. VAS Experts propose un pack de validation en laboratoire comprenant la configuration, les scénarios et le format du rapport. Écrivez-nous, et nous conviendrons ensemble de la fenêtre d’intervention et de la composition de la plateforme de test.

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