SGW-U

Serving Gateway User plane function

SGW-U je uživatelská rovina brány Serving Gateway, která podléhá řízení SGW-C a přeposílá, směruje a vynucuje QoS pro pakety uživatelských dat.

Popis

Funkce uživatelské roviny brány Serving Gateway (SGW-U) je přeposílací engine, který vznikl rozdělením tradiční brány Serving Gateway. Zavedena s oddělením řídicí a uživatelské roviny (CUPS) zpracovává SGW-U veškeré zpracování roviny dat pro uživatelský provoz v Evolved Packet Core (EPC). Jejím hlavním úkolem je sloužit jako mobilní kotva pro uživatelskou rovinu při předávání spojení mezi eNodeB v rámci LTE a směrovat a přeposílat provoz mezi rádiovou přístupovou sítí (RAN) a bránou Packet Data Network Gateway (PGW). Funguje pod přímým velením své přidružené funkce řídicí roviny, SGW-C, a to pomocí Packet Forwarding Control Protocol (PFCP) přes referenční bod Sxa.

Funkčně provádí SGW-U kontrolu paketů, jejich klasifikaci a vynucovací akce na základě pravidel nainstalovaných SGW-C. Tato pravidla jsou předávána prostřednictvím zpráv PFCP a zahrnují Pravidla pro detekci paketů (PDRs), Pravidla pro akce přeposílání (FARs) a Pravidla pro vynucování QoS (QERs). PDR definuje, jak identifikovat tok paketů (pomocí parametrů jako zdrojová/cílová IP adresa, port a identifikátory koncových bodů tunelu GTP). Jakmile paket odpovídá PDR, přidružené FAR určuje akci, například přeposlání paketu do konkrétního tunelu dalšího směru (např. směrem k eNodeB nebo PGW-U), jeho uložení do vyrovnávací paměti nebo jeho zahození. QERs umožňují SGW-U uplatňovat řízení rychlosti, značkování a plánování, aby byla zajištěna dohodnutá kvalita služby (QoS). SGW-U je také odpovědná za zapouzdřování a rozbalování uživatelských IP paketů v tunelech GPRS Tunneling Protocol (GTP-U), které ji spojují s eNodeB (S1-U) a s PGW-U (S5/S8-U).

Z architektonického hlediska umožňuje toto oddělení implementovat SGW-U jako vysoce výkonný, odlehčený uzel pro zpracování paketů, často s využitím hardwarové akcelerace. Může být nasazena distribuovaným způsobem, mnohem blíže k RAN než centralizované datové centrum. Tato distribuce je klíčová pro snížení latence, což prospívá aplikacím jako mobilní hry, autonomní vozidla a rozšířená realita. Ve scénářích spolupráce se sítí 5G může být SGW-U umístěna společně nebo propojena s funkcí uživatelské roviny 5G (UPF), aby usnadnila plynulé předávání uživatelské roviny mezi přístupem 4G a 5G. Její specifikace pokrývají architekturu (23.214), správu (28.708, 32.867), protokol PFCP (29.244) a bezpečnostní požadavky (33.127).

K čemu slouží

SGW-U byla vyvinuta za účelem překonání nepružnosti integrované SGW platformy. V tradičních nasazeních EPC byla uživatelská rovina SGW pevně svázána s její řídicí rovinou, což bránilo nezávislé optimalizaci a škálování. Toto propojení bylo nevhodné pro nové trendy, jako je virtualizace síťových funkcí (NFV) a potřeba výpočetního výkonu s nízkou latencí na okraji sítě. Škálování propustnosti uživatelské roviny vyžadovalo pořizování celých nových instancí SGW, včetně redundantních prostředků řídicí roviny, což vedlo k neefektivním kapitálovým výdajům.

Vytvoření SGW-U, dokončené ve verzi 3GPP Release 14 jako součást CUPS, bylo motivováno snahou o agilnější, cloud-nativní síťovou architekturu. Vytěžením uživatelské roviny do samostatné funkce mohou operátoři nasazovat odlehčené, bezstavové instance SGW-U pomocí běžně dostupného hardwaru nebo virtualizovaných platforem na optimálních místech v topologii sítě. To umožňuje odklonění provozu na okraji sítě pro místní služby a snižuje náklady na backhaul. Programovatelnost SGW-U prostřednictvím PFCP také otevírá dveře principům softwarově definovaného sítění (SDN) v mobilním jádře sítě, což umožňuje dynamičtější směrování provozu a řetězení služeb. Toto oddělení bylo přímým předchůdcem nativního oddělení řídicí a uživatelské roviny, které vidíme u SMF a UPF v jádru 5G sítě, a potvrdilo tento koncept pro sítě příští generace.

Klíčové vlastnosti

Vysokovýkonné přeposílání paketů a GTP-U tunelování
Vynucuje politiky QoS (omezování rychlosti, značkování) pomocí QERs
Provádí akce zpracování paketů (přeposlat, zahodit, uložit do vyrovnávací paměti) pomocí FARs
Identifikuje uživatelské toky na základě PDRs přijatých od SGW-C
Slouží jako kotva uživatelské roviny pro předávání spojení v rámci LTE
Podporuje distribuované nasazení na okraji sítě pro nízkou latenci

Související pojmy

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 29.244 (Rel-19) — PFCP Specification for Control/User Plane Separation
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: SGW-U na 3GPP Explorer