PGW-C je řídicí rovina brány PDN v jádru sítě 5G, která v rámci architektury CUPS zajišťuje správu relací, vynucování politik a řízení účtování.

Popis

PGW-C (řídicí rovina brány PDN) je funkce jádra sítě zavedená jako součást architektury oddělení řídicí a uživatelské roviny (CUPS) ve specifikaci 3GPP Release 14. Představuje oddělení tradiční brány P-GW (Packet Data Network Gateway) na samostatné entity řídicí roviny (PGW-C) a uživatelské roviny (PGW-U). Toto oddělení umožňuje nezávislé škálování, nasazení a vývoj funkcí řídicí a uživatelské roviny. PGW-C je zodpovědná za inteligenci a signalizační aspekty brány.

Z architektonického hlediska rozhraní PGW-C komunikuje s několika dalšími funkcemi jádra sítě. Komunikuje s funkcí Policy and Charging Rules Function (PCRF) přes rozhraní Gx, aby přijímala pravidla pro politiky a účtování (PCC). Interaguje s Online Charging System (OCS) přes rozhraní Gy pro online řízení kreditu a s Offline Charging System (OFCS) přes rozhraní Gz pro generování záznamů o účtovacích datech (CDR) pro offline účtování. Pro správu relací se připojuje k řídicí rovině Serving Gateway (SGW-C) a k Mobility Management Entity (MME) v Evolved Packet Core (EPC).

Její hlavní operační role zahrnuje správu připojení k paketové datové síti (PDN) pro uživatelské zařízení (UE). Když se UE připojí k síti a požádá o PDN připojení, PGW-C je zodpovědná za zřízení, modifikaci a ukončení relace. Přiděluje IP adresu UE (nebo tento úkol deleguje na PGW-U), vynucuje politiky QoS na základě PPC pravidel od PCRF a spravuje účtování na základě datového toku služby uživatele. Také zpracovává události mobility, jako jsou předání spojení mezi různými přístupovými technologiemi (např. z LTE na Wi-Fi), a zajišťuje kontinuitu relace.

PGW-C spolupracuje s PGW-U prostřednictvím standardizovaného řídicího protokolu definovaného ve specifikacích 3GPP, jako je TS 29.244 (PFCP - Packet Forwarding Control Protocol). PGW-C používá PFCP k instruování PGW-U, jak zacházet s provozem v uživatelské rovině. To zahrnuje instalaci, modifikaci nebo mazání pravidel pro detekci paketů (PDR), pravidel pro přeposílání (FAR), pravidel pro vynucování QoS (QER) a pravidel pro hlášení využití (URR). Tento vztah typu master-slave umožňuje PGW-C centrálně řídit více, potenciálně distribuovaných, instancí PGW-U, což umožňuje flexibilní a efektivní směrování a zpracování provozu.

K čemu slouží

PGW-C byla vytvořena, aby řešila omezení monolitické architektury P-GW používané v dřívějších vydáních 3GPP. V tradičním EPC byla P-GW jediný síťový uzel kombinující funkce řídicí i uživatelské roviny. Tento monolitický design představoval několik výzev, včetně neefektivního škálování (celý uzel musel být škálován, i když byla potřeba pouze kapacita uživatelské roviny), omezené flexibility nasazení (funkce řídicí a uživatelské roviny musely být umístěny společně) a brzdil inovace (aktualizace jedné roviny mohly ovlivnit druhou).

Hlavní motivací pro její vytvoření byl celoprůmyslový posun směrem k virtualizaci síťových funkcí (NFV) a softwarově definovaným sítím (SDN), které vyžadují disagregované, softwarové komponenty, které lze nasadit nezávisle. Architektura oddělení řídicí a uživatelské roviny (CUPS), formalizovaná ve vydání 14, byla odpovědí 3GPP. Rozdělením P-GW na PGW-C a PGW-U získali operátoři schopnost škálovat řídicí rovinu (která zpracovává signalizaci a politiky) a uživatelskou rovinu (která zpracovává datové pakety s vysokou propustností) nezávisle na základě vzorců provozu. Například funkce uživatelské roviny mohou být nasazeny na okraji sítě pro služby s nízkou latencí, zatímco funkce řídicí roviny mohou zůstat centralizované pro efektivní správu.

Toto oddělení také připravilo cestu pro architekturu jádra sítě 5G (5GC), kde Session Management Function (SMF) a User Plane Function (UPF) jsou přímými konceptuálními nástupci PGW-C a PGW-U. Zavedení PGW-C umožnilo plynulejší vývoj z EPC na 5GC, umožnilo časné přijetí principů cloud-nativních a distribuovaných architektur v rámci sítě 4G, čímž se vyřešily problémy škálovatelnosti, flexibility a nákladové efektivity tváří v tvář exponenciálně rostoucímu mobilnímu datovému provozu.

Klíčové vlastnosti

• Správa relací: Zajišťuje zřízení, modifikaci a ukončení PDN připojení pro UE.
• Vynucování politik: Aplikuje kontroly QoS a řízení přístupu na základě dynamických pravidel přijatých od PCRF.
• Řízení účtování: Komunikuje s online (OCS) a offline (OFCS) systémy účtování pro účtování využití služeb.
• Správa IP adres: Přiděluje nebo spravuje přidělování IP adres uživatelskému zařízení.
• Řídicí protokol (master): Působí jako řídicí entita pro jednu nebo více instancí PGW-U za použití protokolu PFCP.
• Podpora mobility: Spravuje kontinuitu relace během předání spojení mezi různými přístupovými technologiemi (např. z LTE na non-3GPP).

Související pojmy

• PGW-U – PDN Gateway User plane function
• SMF – Service Management Function
• P-GW – Packet Data Network Gateway
• PFCP – Packet Forwarding Control Protocol

Definující specifikace

• TS 23.214 (Rel-19) — Control and User Plane Separation for EPC
• TS 28.708 (Rel-19) — EPC NRM Integration Reference Point Information Service
• TS 29.061 (Rel-19) — Packet Domain Interworking for PLMN
• TS 29.244 (Rel-19) — PFCP Specification for Control/User Plane Separation
• TS 29.561 (Rel-19) — 5G Interworking with External Data Networks
• TS 29.844 (Rel-14) — Control and User Plane Separation for EPC Nodes
• TS 32.867 (Rel-15) — Management Impacts of EPC CUPS
• TS 33.127 (Rel-19) — Lawful Interception Architecture and Functions

📖 Anglický originál a plná specifikace: PGW-C na 3GPP Explorer