P-GW je uzel jádra sítě, který propojuje mobilní síť s externími paketovými sítěmi, jako je internet, a zajišťuje alokaci IP adres, uplatňování politik, účtování a filtrování paketů.

Popis

Packet Data Network Gateway (P-GW) je základní součást architektury Evolved Packet Core (EPC) definované ve 3GPP Release 8 a novějších. Funguje jako hlavní brána mezi sítí mobilního operátora a externími Packet Data Networks (PDN), jako je veřejný internet, IMS nebo privátní firemní sítě. P-GW je vstupním a výstupním bodem pro veškerý IP provoz uživatelské roviny pro UE. Je zodpovědný za přidělení IP adresy UE (prostřednictvím DHCP nebo jiných mechanismů) a správu kontextu IP přenosu pro každou datovou relaci. P-GW uplatňuje pravidla politiky a účtování přijatá od Policy and Charging Rules Function (PCRF), aplikuje na pakety blokování, filtrování a označování kvality služeb (QoS). Také provádí hlubokou kontrolu paketů (DPI) pro účtování a uplatňování politik s ohledem na službu.

Z architektonického hlediska P-GW komunikuje s několika klíčovými síťovými prvky. Na straně mobilní sítě se připojuje k Serving Gateway (S-GW) přes rozhraní S5/S8 (založené na GTP nebo PMIP) pro provoz uživatelské roviny a signalizaci řídicí roviny. Rozhraní S5 se používá, když jsou S-GW a P-GW v rámci stejné PLMN, zatímco S8 se používá pro roamingové scénáře mezi PLMN. Na straně externí sítě se P-GW připojuje k PDN přes rozhraní SGi, což je standardní IP rozhraní. Pro funkce řídicí roviny komunikuje P-GW s PCRF přes rozhraní Gx, aby přijímal dynamická pravidla politiky a řízení účtování (PCC). Také komunikuje s Online Charging Systems (OCS) přes rozhraní Gy a Offline Charging Systems (OFCS) přes rozhraní Gz.

Kritickou úlohou P-GW je fungovat jako kotva pro mobilitu. Když se UE pohybuje mezi různými eNodeB nebo dokonce mezi 3GPP a ne-3GPP přístupovými sítěmi (jako Wi-Fi), P-GW zůstává stabilním připojovacím IP bodem. Tím je zajištěna kontinuita relace, protože IP adresa UE je zachována. P-GW také podporuje pokročilé funkce, jako je Traffic Detection Function (TDF) pro detekci a hlášení aplikací, a Bearer Binding and Event Reporting Function (BBERF) pro ne-3GPP přístupy. V novějších releasech 3GPP s příchodem 5G Core (5GC) byly mnohé funkce P-GW integrovány do nové User Plane Function (UPF), ale P-GW zůstává klíčovým prvkem nasazení 4G EPS a je důležitým prvkem při propojování sítí 4G a 5G.

K čemu slouží

P-GW byl vytvořen jako součást System Architecture Evolution (SAE) ve 3GPP Release 8, aby řešil omezení předchozích architektur paketového jádra 3G, konkrétně Gateway GPRS Support Node (GGSN). GGSN v sítích 2G/3G zajišťovala podobné bránové funkce, ale byla součástí méně flexibilní, více monolitické architektury. EPC s P-GW jako samostatnou entitou zavedlo plošší, plně IP architekturu navrženou pro vyšší datovou propustnost, nižší latenci a efektivnější směrování paketů. To bylo zásadní pro podporu rostoucí poptávky po mobilních širokopásmových službách poháněných smartphony a novými aplikacemi.

P-GW řeší několik klíčových problémů. Centralizuje funkce uplatňování politik a účtování, což operátorům umožňuje implementovat sofistikované služební plány a strategie monetizace založené na uživateli, aplikaci nebo stavu sítě. Tím, že funguje jako jediný kotvící IP bod, zjednodušuje správu mobility a umožňuje plynulé předávání mezi různými rádiovými přístupovými technologiemi. Jeho design navíc podporuje hlubokou kontrolu paketů a schopnosti s ohledem na službu, což je klíčové pro implementaci rodičovských kontrol, podnikových VPN a optimalizovaného řízení provozu. Oddělení S-GW a P-GW také umožnilo flexibilnější nasazení sítě, kde může být S-GW distribuováno pro optimalizaci latence, zatímco P-GW může být centralizováno pro konzistentnost politik.

Klíčové vlastnosti

• Přidělování a správa IP adres pro UE (IPv4, IPv6, duální zásobník)
• Policy and Charging Enforcement Function (PCEF) pro aplikaci QoS, blokování a limitů šířky pásma
• Kotvící bod pro mobilitu uživatelské roviny mezi 3GPP a ne-3GPP přístupy
• Filtrování, kontrola (DPI) a směrování paketů mezi rozhraními SGi a S5/S8
• Interakce s PCRF (Gx), OCS (Gy) a OFCS (Gz) pro dynamickou politiku a účtování
• Podpora více PDN připojení na UE a vyhrazených přenosů

Související pojmy

• EPC – Evolved Packet Core Network
• UPF – User Plane Function
• GTP – GPRS Tunnelling Protocols

Definující specifikace

• TS 23.221 (Rel-19) — 3GPP System Architectural Requirements
• TS 24.229 (Rel-19) — IMS call control protocol based on SIP and SDP
• TS 24.302 (Rel-19) — Access to EPC via non-3GPP networks; Stage 3
• TS 26.233 (Rel-15) — 3GPP Packet-Switched Streaming Service (PSS)
• TR 26.938 (Rel-19) — DASH Deployment Guidelines for 3GPP Networks
• TS 29.061 (Rel-19) — Packet Domain Interworking for PLMN
• TS 29.468 (Rel-19) — MB2 Reference Point Protocol Definition
• TS 29.561 (Rel-19) — 5G Interworking with External Data Networks
• TS 29.804 (Rel-8) — CT3 Aspects of System Architecture Evolution
• TS 29.806 (Rel-12) — P-CSCF Restoration Analysis & Solutions
• TS 29.826 (Rel-13) — P-CSCF Restoration Enhancements for WLAN
• TS 29.866 (Rel-19) — IMS Disaster Prevention & Restoration Enhancement
• TS 31.829 (Rel-13) — ISIM Conformance Requirements Technical Report
• TS 32.251 (Rel-19) — PS Domain Charging Management
• TS 32.296 (Rel-19) — Online Charging System (OCS) Architecture
• … a dalších 6 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: P-GW na 3GPP Explorer