Guide des Opérations OmniUPF

Table des Matières

Aperçu
Comprendre l'Architecture du Plan Utilisateur 5G
Composants du UPF
Protocole PFCP et Intégration SMF
Opérations Courantes
Dépannage
Documentation Supplémentaire
Glossaire

Aperçu

OmniUPF (Fonction de Plan Utilisateur basée sur eBPF) est une fonction de plan utilisateur 5G/LTE haute performance qui fournit un transfert de paquets de qualité opérateur, une application de la qualité de service (QoS) et une gestion du trafic pour les réseaux mobiles. Basé sur la technologie eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) de Linux et amélioré avec des capacités de gestion complètes, OmniUPF fournit l'infrastructure de traitement de paquets essentielle requise pour les réseaux 5G SA, 5G NSA et LTE.

Qu'est-ce qu'une Fonction de Plan Utilisateur ?

La Fonction de Plan Utilisateur (UPF) est l'élément de réseau standardisé par 3GPP responsable du traitement et du transfert de paquets dans les réseaux 5G et LTE. Elle fournit :

Transfert de paquets à haute vitesse entre les appareils mobiles et les réseaux de données
Application de la Qualité de Service (QoS) pour différents types de trafic
Détection et routage du trafic basés sur des filtres et des règles de paquets
Rapports d'utilisation pour la facturation et l'analyse
Mise en mémoire tampon des paquets pour les scénarios de gestion de mobilité et de session
Support d'interception légale pour la conformité réglementaire

OmniUPF implémente l'ensemble des fonctionnalités UPF définies dans 3GPP TS 23.501 (5G) et TS 23.401 (LTE), fournissant une solution de plan utilisateur complète et prête pour la production utilisant la technologie eBPF du noyau Linux pour des performances maximales.

Capacités Clés d'OmniUPF

Traitement des Paquets :

Traitement complet des paquets de plan utilisateur conforme à 3GPP
Chemin de données basé sur eBPF pour des performances au niveau du noyau
Encapsulation et décapsulation GTP-U (GPRS Tunneling Protocol)
Support IPv4 et IPv6 pour les réseaux d'accès et de données
XDP (eXpress Data Path) pour un traitement à latence ultra-faible
Traitement des paquets multi-threadé

QoS et Gestion du Trafic :

Règles d'application de la QoS (QER) pour la gestion de la bande passante
Règles de détection de paquets (PDR) pour la classification du trafic
Règles d'action de transfert (FAR) pour les décisions de routage
Filtrage de flux de données de service (SDF) pour le routage spécifique aux applications
Règles de rapport d'utilisation (URR) pour le suivi des volumes et la facturation

Contrôle et Gestion :

Interface PFCP (Packet Forwarding Control Protocol) vers SMF/PGW-C
API RESTful pour la surveillance et le diagnostic
Statistiques et métriques en temps réel
Surveillance de la capacité des cartes eBPF
Panneau de contrôle basé sur le web

Fonctionnalités de Performance :

Traitement de paquets sans copie via eBPF
Transfert de paquets au niveau du noyau (sans surcharge d'espace utilisateur)
Scalabilité multi-cœurs
Capable de décharger pour l'accélération matérielle
Optimisé pour les déploiements cloud-natifs

Pour des détails sur l'utilisation du panneau de contrôle, voir Opérations de l'Interface Web.

Comprendre l'Architecture du Plan Utilisateur

OmniUPF est une solution de plan utilisateur unifiée fournissant un transfert de paquets de qualité opérateur pour les réseaux 5G Standalone (SA), 5G NSA et 4G LTE/EPC. OmniUPF est un produit unique qui peut simultanément fonctionner comme :

UPF (Fonction de Plan Utilisateur) - plan utilisateur 5G/NSA (contrôlé par OmniSMF via N4/PFCP)
PGW-U (PDN Gateway User Plane) - passerelle 4G EPC vers des réseaux externes (contrôlé par OmniPGW-C via Sxc/PFCP)
SGW-U (Serving Gateway User Plane) - passerelle de service 4G EPC (contrôlé par OmniSGW-C via Sxb/PFCP)

OmniUPF peut fonctionner dans n'importe quelle combinaison de ces modes :

UPF uniquement : Déploiement pur 5G
PGW-U + SGW-U : Passerelle 4G combinée (déploiement EPC typique)
UPF + PGW-U + SGW-U : Support simultané 4G et 5G (scénario de migration)

Tous les modes utilisent le même moteur de traitement de paquets basé sur eBPF et le protocole PFCP, offrant des performances élevées constantes qu'il fonctionne comme UPF, PGW-U, SGW-U, ou les trois simultanément.

Architecture du Réseau 5G (Mode SA)

La solution OmniUPF se situe au niveau du plan de données des réseaux 5G, fournissant la couche de transfert de paquets à haute vitesse qui connecte les appareils mobiles aux réseaux et services de données.

Architecture du Réseau 4G LTE/EPC

OmniUPF prend également en charge les déploiements 4G LTE et EPC (Evolved Packet Core), fonctionnant soit comme OmniPGW-U soit comme OmniSGW-U en fonction de l'architecture du réseau.

Mode PGW-U/SGW-U Combiné (Déploiement 4G Typique)

Dans ce mode, OmniUPF agit à la fois comme SGW-U et PGW-U, contrôlé par des fonctions de plan de contrôle distinctes.

Mode SGW-U et PGW-U Séparés (Roaming/Multi-Site)

Dans les déploiements de roaming ou multi-site, deux instances OmniUPF distinctes peuvent être déployées - une comme SGW-U et une comme PGW-U.

Mode Boucle N9 (Instance Unique SGWU+PGWU)

Pour des déploiements simplifiés, OmniUPF peut exécuter à la fois les rôles SGWU et PGWU sur une seule instance avec un traitement de boucle N9 entièrement en eBPF.

Caractéristiques Clés :

✅ Latence N9 sub-microseconde - Traitée entièrement en eBPF, ne touche jamais le réseau
✅ Réduction CPU de 40-50% - Un seul passage XDP contre deux instances séparées
✅ Déploiement simplifié - Une instance, un fichier de configuration
✅ Détection automatique - Lorsque n3_address = n9_address, la boucle est activée
✅ Conformité complète 3GPP - Protocoles PFCP et GTP-U standard

Configuration :

# /etc/omniupf/runtime.exs
xdp_interfaces = "eth0"
n3_address = "10.0.1.10"        # IP de l'interface S1-U
n9_address = n3_address          # La même IP active la boucle N9
pfcp_address = "10.0.1.10"      # Les deux SGWU-C et PGWU-C se connectent ici
pfcp_port = 8805

Quand l'utiliser :

Déploiements de calcul en périphérie (minimiser la latence)
Environnements à coûts contraints (serveur unique)
Laboratoire/test (configuration simplifiée)
Déploiements petits à moyens (< 100K abonnés)

Quand NE PAS utiliser :

Redondance géographique requise (SGWU et PGWU dans des emplacements différents)
Mandats réglementaires pour des passerelles séparées
Échelle massive (> 1M abonnés)

Pour des détails complets, des exemples de configuration, du dépannage et des métriques de performance, voir Guide des Opérations de Boucle N9.

Comment Fonctionnent les Fonctions de Plan Utilisateur dans le Réseau

La fonction de plan utilisateur (OmniUPF, OmniPGW-U ou OmniSGW-U) fonctionne comme le plan de transfert contrôlé par le plan de contrôle respectif :

Établissement de Session
- 5G : OmniSMF établit l'association PFCP via l'interface N4 avec OmniUPF
- 4G : OmniPGW-C ou OmniSGW-C établit l'association PFCP via Sxb/Sxc avec OmniPGW-U/OmniSGW-U
- Le plan de contrôle crée des sessions PFCP pour chaque session PDU UE (5G) ou contexte PDP (4G)
- Le plan utilisateur reçoit des règles PDR, FAR, QER et URR via PFCP
- Les cartes eBPF sont peuplées avec des règles de transfert
Traitement des Paquets Montants (UE → Réseau de Données)
- 5G : Les paquets arrivent sur l'interface N3 depuis gNB avec encapsulation GTP-U
- 4G : Les paquets arrivent sur l'interface S1-U (SGW-U) ou S5/S8 (PGW-U) depuis eNodeB avec encapsulation GTP-U
- Le plan utilisateur fait correspondre les paquets aux PDRs montants basés sur TEID
- Le programme eBPF applique QER (limitation de débit, marquage)
- FAR détermine l'action de transfert (transférer, supprimer, mettre en mémoire tampon, dupliquer)
- Tunnel GTP-U retiré, paquets transférés à l'interface N6 (5G) ou SGi (4G)
- URR suit les comptes de paquets et d'octets pour la facturation
Traitement des Paquets Descendants (Réseau de Données → UE)
- 5G : Les paquets arrivent sur l'interface N6 sous forme d'IP native
- 4G : Les paquets arrivent sur l'interface SGi sous forme d'IP native
- Le plan utilisateur fait correspondre les paquets aux PDRs descendants basés sur l'adresse IP de l'UE
- Les filtres SDF peuvent classifier davantage le trafic par port, protocole ou application
- FAR détermine le tunnel GTP-U et les paramètres de transfert
- L'encapsulation GTP-U est ajoutée avec le TEID approprié
- 5G : Les paquets sont transférés à l'interface N3 vers gNB
- 4G : Les paquets sont transférés à S1-U (SGW-U) ou S5/S8 (PGW-U) vers eNodeB
Mobilité et Transfert
- 5G : OmniSMF met à jour les règles PDR/FAR lors des scénarios de transfert
- 4G : OmniSGW-C/OmniPGW-C met à jour les règles lors du transfert inter-eNodeB ou TAU (Mise à Jour de Zone de Suivi)
- Le plan utilisateur peut mettre en mémoire tampon les paquets lors du changement de chemin
- Transition transparente entre les stations de base sans perte de paquets

Intégration avec le Plan de Contrôle (4G et 5G)

OmniUPF s'intègre avec les fonctions de plan de contrôle 5G et 4G via des interfaces 3GPP standard :

Interfaces 5G

Interface	De → À	Objectif	Spécification 3GPP
N4	OmniSMF ↔ OmniUPF	Établissement, modification, suppression de session PFCP	TS 29.244
N3	gNB → OmniUPF	Trafic de plan utilisateur depuis RAN (GTP-U)	TS 29.281
N6	OmniUPF → Réseau de Données	Trafic de plan utilisateur vers DN (IP native)	TS 23.501
N9	OmniUPF ↔ OmniUPF	Communication inter-UPF pour roaming/périphérie	TS 23.501

Interfaces 4G/EPC

Interface	De → À	Objectif	Spécification 3GPP
Sxb	OmniSGW-C ↔ OmniUPF (mode SGW-U)	Contrôle de session PFCP pour la passerelle de service	TS 29.244
Sxc	OmniPGW-C ↔ OmniUPF (mode PGW-U)	Contrôle de session PFCP pour la passerelle PDN	TS 29.244
S1-U	eNodeB → OmniUPF (mode SGW-U)	Trafic de plan utilisateur depuis RAN (GTP-U)	TS 29.281
S5/S8	OmniUPF (SGW-U) ↔ OmniUPF (PGW-U)	Plan utilisateur inter-passerelle (GTP-U)	TS 29.281
SGi	OmniUPF (mode PGW-U) → PDN	Trafic de plan utilisateur vers le réseau de données (IP native)	TS 23.401

Remarque : Toutes les interfaces PFCP (N4, Sxb, Sxc) utilisent le même protocole PFCP défini dans TS 29.244. Les noms d'interface diffèrent mais le protocole et les formats de message sont identiques.

Composants du UPF

Chemin de Données eBPF

Le chemin de données eBPF est le moteur de traitement de paquets central qui fonctionne dans le noyau Linux pour des performances maximales.

Fonctions Principales :

Traitement GTP-U : Encapsulation et décapsulation des tunnels GTP-U
Classification des Paquets : Correspondance des paquets avec les règles PDR en utilisant TEID, IP de l'UE ou filtres SDF
Application de la QoS : Appliquer la limitation de débit et le marquage des paquets selon les règles QER
Décisions de Transfert : Exécuter les actions FAR (transférer, supprimer, mettre en mémoire tampon, dupliquer, notifier)
Suivi d'Utilisation : Incrémenter les compteurs URR pour la facturation basée sur le volume

Cartes eBPF : Le chemin de données utilise des cartes eBPF (tables de hachage dans la mémoire du noyau) pour le stockage des règles :

Nom de la Carte	Objectif	Clé	Valeur
`uplink_pdr_map`	PDRs montants	TEID (32 bits)	Infos PDR (ID FAR, ID QER, IDs URR)
`downlink_pdr_map`	PDRs descendants (IPv4)	Adresse IP de l'UE	Infos PDR
`downlink_pdr_map_ip6`	PDRs descendants (IPv6)	Adresse IPv6 de l'UE	Infos PDR
`far_map`	Règles de transfert	ID FAR	Paramètres de transfert (action, infos de tunnel)
`qer_map`	Règles de QoS	ID QER	Paramètres de QoS (MBR, GBR, marquage)
`urr_map`	Suivi d'utilisation	ID URR	Compteurs de volume (montant, descendant, total)
`sdf_filter_map`	Filtres SDF	ID PDR	Filtres d'application (ports, protocoles)

Caractéristiques de Performance :

Zéro-copie : Paquets traités entièrement dans l'espace du noyau
Support XDP : Attacher au niveau du pilote réseau pour une latence sub-microseconde
Multi-cœur : Se développe sur les cœurs CPU avec un support de carte par CPU
Capacité : Millions de PDRs/FARs dans les cartes eBPF (limité par la mémoire du noyau)

Pour la surveillance de la capacité, voir Gestion de Capacité.

Gestionnaire d'Interface PFCP

L'interface PFCP implémente 3GPP TS 29.244 pour la communication avec SMF ou PGW-C.

Fonctions Principales :

Gestion d'Association : Cœur de PFCP et configuration de l'association
Cycle de Vie de Session : Créer, modifier et supprimer des sessions PFCP
Installation de Règles : Traduire les IE PFCP en entrées de carte eBPF
Rapports d'Événements : Notifier SMF des seuils d'utilisation, des erreurs ou des événements de session

Support de Message PFCP :

Type de Message	Direction	Objectif
Établissement d'Association	SMF → UPF	Établir l'association de contrôle PFCP
Libération d'Association	SMF → UPF	Détruire l'association PFCP
Cœur de Vie	Bidirectionnel	Maintenir l'association active
Établissement de Session	SMF → UPF	Créer une nouvelle session PDU avec PDR/FAR/QER/URR
Modification de Session	SMF → UPF	Mettre à jour les règles pour la mobilité, les changements de QoS
Suppression de Session	SMF → UPF	Supprimer la session et toutes les règles associées
Rapport de Session	UPF → SMF	Rapporter l'utilisation, les erreurs ou les événements

Éléments d'Information (IE) Supportés :

Créer PDR, FAR, QER, URR
Mettre à jour PDR, FAR, QER, URR
Supprimer PDR, FAR, QER, URR
Informations de Détection de Paquet (IP de l'UE, F-TEID, filtre SDF)
Paramètres de Transfert (instance réseau, création d'en-tête externe)
Paramètres de QoS (MBR, GBR, QFI)
Déclencheurs de Rapport d'Utilisation (seuil de volume, seuil de temps)

Serveur API REST

L'API REST fournit un accès programmatique à l'état et aux opérations du UPF.

Fonctions Principales :

Surveillance de Session : Interroger les sessions PFCP actives et les associations
Inspection des Règles : Voir les configurations PDR, FAR, QER, URR
Statistiques : Récupérer les compteurs de paquets, les statistiques de route, les statistiques XDP
Gestion des Tampons : Voir et contrôler les tampons de paquets
Informations sur les Cartes : Surveiller l'utilisation et la capacité des cartes eBPF

Points de Terminaison API : (34 points de terminaison au total)

Catégorie	Points de Terminaison	Description
Santé	`/health`	Vérification de santé et état
Configuration	`/config`	Configuration du UPF
Sessions	`/pfcp_sessions`, `/pfcp_associations`	Données de session/association PFCP
PDRs	`/uplink_pdr_map`, `/downlink_pdr_map`, `/downlink_pdr_map_ip6`, `/uplink_pdr_map_ip6`	Règles de détection de paquets
FARs	`/far_map`	Règles d'action de transfert
QERs	`/qer_map`	Règles d'application de la QoS
URRs	`/urr_map`	Règles de rapport d'utilisation
Tampons	`/buffer`	État et contrôle des tampons de paquets
Statistiques	`/packet_stats`, `/route_stats`, `/xdp_stats`, `/n3n6_stats`	Métriques de performance
Capacité	`/map_info`	Capacité et utilisation des cartes eBPF
Dataplane	`/dataplane_config`	Adresses des interfaces N3/N9

Pour des détails sur l'API et son utilisation, voir Guide de Surveillance.

Panneau de Contrôle Web

Le Panneau de Contrôle Web fournit un tableau de bord en temps réel pour la surveillance et la gestion du UPF.

Fonctionnalités :

Vue des Sessions : Parcourir les sessions PFCP actives avec IP UE, TEID et compte de règles
Gestion des Règles : Voir et gérer les PDRs, FARs, QERs et URRs à travers toutes les sessions
Surveillance des Tampons : Suivre les paquets mis en mémoire tampon et contrôler la mise en mémoire tampon par FAR
Tableau de Bord Statistique : Statistiques en temps réel sur les paquets, les routes, XDP et les statistiques des interfaces N3/N6
Surveillance de la Capacité : Utilisation des cartes eBPF avec des indicateurs de capacité codés par couleur
Vue de Configuration : Afficher la configuration du UPF et les adresses du dataplane
Visionneuse de Journaux : Diffusion en direct des journaux pour le dépannage

Pour des opérations détaillées de l'interface utilisateur, voir Guide des Opérations de l'Interface Web.

Protocole PFCP et Intégration SMF

Association PFCP

Avant que des sessions puissent être créées, le SMF doit établir une association PFCP avec le UPF.

Cycle de Vie de l'Association :

Points Clés :

Chaque SMF établit une association avec le UPF
UPF suit l'association par Node ID (FQDN ou adresse IP)
Les messages de cœur de vie maintiennent la vivacité de l'association
Toutes les sessions sous une association sont supprimées si l'association est libérée

Pour voir les associations, voir Vue des Sessions.

Détection de Redémarrage SMF et Nettoyage des Sessions Orphelines

OmniUPF détecte automatiquement lorsqu'un SMF redémarre et nettoie les sessions orphelines conformément aux spécifications 3GPP TS 29.244.

Comment Ça Fonctionne :

Lorsqu'un SMF établit une association PFCP, il fournit un Horodatage de Récupération indiquant quand il a démarré. OmniUPF stocke cet horodatage pour chaque association. Si le SMF redémarre :

Le SMF perd tout l'état de session en mémoire
Le SMF rétablit l'association PFCP avec le UPF
Le SMF envoie un nouvel Horodatage de Récupération (différent de l'avant)
UPF détecte le changement d'horodatage = SMF redémarré
UPF supprime automatiquement toutes les sessions orphelines de l'ancienne instance SMF
Le SMF crée de nouvelles sessions pour les abonnés actifs

Flux de Détection de Redémarrage :

Exemple de Journal :

Lorsqu'un SMF redémarre, vous verrez :

WARN: Association avec NodeID: smf-1 et adresse: 192.168.1.10 existe déjà
WARN: L'Horodatage de Récupération du SMF a changé (ancien : 2025-01-15T10:00:00Z, nouveau : 2025-01-15T10:30:15Z) - SMF redémarré, suppression de 245 sessions orphelines
INFO: Suppression de la session orpheline 2 (LocalSEID) en raison du redémarrage du SMF
INFO: Suppression de la session orpheline 3 (LocalSEID) en raison du redémarrage du SMF
...
INFO: Suppression de la session orpheline 246 (LocalSEID) en raison du redémarrage du SMF

Notes Importantes :

Isolation : Seules les sessions du SMF redémarré sont supprimées. Les autres associations SMF et leurs sessions ne sont pas affectées.
Comparaison d'Horodatage : Si l'Horodatage de Récupération est identique, les sessions sont conservées (SMF reconnecté sans redémarrage).
Conformité 3GPP : Ce comportement est imposé par la section 5.22.2 de 3GPP TS 29.244 :

"Si l'Horodatage de Récupération de la fonction CP a changé depuis le dernier Établissement d'Association, la fonction UP doit considérer que la fonction CP a redémarré et doit supprimer toutes les sessions PFCP associées à cette fonction CP."

Pour le dépannage des sessions orphelines, voir Détection des Sessions Orphelines.

Gestion des Indications d'Erreur GTP-U

OmniUPF gère les messages d'Indication d'Erreur GTP-U des pairs en aval (PGW-U, SGW-U, eNodeB, gNodeB) conformément aux spécifications 3GPP TS 29.281.

Qu'est-ce que les Indications d'Erreur :

Lorsque OmniUPF transfère un paquet GTP-U à un pair distant (par exemple, PGW-U dans un déploiement SGW-U), le pair peut renvoyer une Indication d'Erreur s'il ne reconnaît pas le TEID (Tunnel Endpoint Identifier). Cela indique :

Le pair distant a redémarré et a perdu l'état du tunnel
Le tunnel n'a jamais été créé du côté distant (mismatch de configuration)
Le tunnel a déjà été supprimé du côté distant

Comment Ça Fonctionne :

UPF transfère le paquet → Envoie un paquet GTP-U avec TEID X au pair distant (port 2152)
Le pair distant ne reconnaît pas TEID X → Recherche TEID dans sa table de tunnels, non trouvé
Le pair distant envoie une Indication d'Erreur → Message GTP-U type 26 avec IE contenant le TEID erroné
UPF reçoit l'Indication d'Erreur → Analyse le message pour extraire TEID X
UPF trouve les sessions affectées → Recherche toutes les sessions pour les FARs transférant vers TEID X
UPF supprime les sessions → Retire les sessions des cartes eBPF et de l'état PFCP
UPF met à jour les métriques → Incrémente les compteurs Prometheus pour la surveillance

Flux d'Indication d'Erreur :

Format de Paquet (3GPP TS 29.281 Section 7.3.1) :

Indication d'Erreur GTP-U :
┌─────────────────────────────────────────┐
│ En-tête GTP-U (12 octets)              │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Version, PT, Flags        │ 0x32        │
│ Type de Message              │ 26 (0x1A)   │
│ Longueur                    │ 9 octets     │
│ TEID                      │ 0 (toujours)  │
│ Numéro de Séquence           │ varie      │
│ Numéro N-PDU              │ 0           │
│ Prochain En-tête d'Extension     │ 0           │
├─────────────────────────────────────────┤
│ IE : Données TEID I (5 octets)               │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Type                      │ 16 (0x10)   │
│ TEID erroné            │ 4 octets     │
└─────────────────────────────────────────┘

Quand Cela Compte :

Scénario 1 : Redémarrage de PGW-U dans l'Architecture GTP S5/S8

SGW-U (OmniUPF) transfère le trafic S5/S8 vers PGW-U
PGW-U redémarre et perd tout l'état du tunnel S5/S8
SGW-U continue de transférer vers les anciens TEIDs
PGW-U envoie des Indications d'Erreur
SGW-U arrête automatiquement d'utiliser les tunnels morts

Scénario 2 : Redémarrage du Pair UPF dans l'Architecture N9

UPF-1 (OmniUPF) transfère le trafic N9 vers UPF-2
UPF-2 redémarre
UPF-1 reçoit des Indications d'Erreur
UPF-1 nettoie les sessions

Exemple de Journal :

Lors de la réception d'une Indication d'Erreur :

WARN: Reçu Indication d'Erreur GTP-U de 192.168.50.10:2152 pour TEID 0x12345678 - le pair distant ne reconnaît pas ce TEID
WARN: Session LocalSEID=42 trouvée avec FAR GlobalId=1 transférant vers le TEID erroné 0x12345678 du pair 192.168.50.10
INFO: Suppression de la session LocalSEID=42 en raison de l'Indication d'Erreur GTP-U pour TEID 0x12345678 de 192.168.50.10
WARN: Supprimé 1 session(s) en raison de l'Indication d'Erreur GTP-U pour TEID 0x12345678 du pair 192.168.50.10

Métriques Prometheus :

Surveillez l'activité des Indications d'Erreur avec granularité par pair et par nœud :

# Total des Indications d'Erreur reçues des pairs
upf_buffer_listener_error_indications_received_total{node_id="pgw-u-1",peer_address="192.168.50.10"}

# Sessions supprimées en raison d'Indications d'Erreur
upf_buffer_listener_error_indication_sessions_deleted_total{node_id="pgw-u-1",peer_address="192.168.50.10"}

# Indications d'Erreur envoyées (pour TEIDs entrants inconnus)
upf_buffer_listener_error_indications_sent_total{node_id="enodeb-1",peer_address="10.60.0.1"}

Étiquettes de Métriques :

node_id : ID de nœud PFCP de l'association (ou "inconnu" si aucune association n'existe)
peer_address : Adresse IP du pair distant

Ces métriques aident à identifier les pairs problématiques et à suivre les modèles d'Indication d'Erreur par nœud de plan de contrôle.

Notes Importantes :

Nettoyage Automatique : Aucune intervention de l'opérateur nécessaire - les sessions sont supprimées automatiquement
Correspondance de TEID : Seules les sessions avec des FARs transférant vers le TEID erroné exact sont supprimées
Isolation par Pair : Les Indications d'Erreur d'un pair n'affectent que les sessions transférant vers ce pair
Sessions Multiples : Si plusieurs sessions transfèrent vers le même TEID mort, toutes sont supprimées
Complémentaire à l'Horodatage de Récupération :
- Détection d'Horodatage de Récupération = proactif (détecte le redémarrage lors de l'établissement de l'association)
- Gestion des Indications d'Erreur = réactif (détecte les tunnels morts lorsque le trafic circule)
Gestion des Paquets Malformés : Les Indications d'Erreur invalides sont enregistrées et ignorées (aucune session supprimée)

Pour le dépannage des Indications d'Erreur, voir Débogage des Indications d'Erreur GTP-U.

Création de Session PFCP

Lorsqu'un UE établit une session PDU (5G) ou un contexte PDP (LTE), le SMF crée une session PFCP au niveau du UPF.

Flux d'Établissement de Session :

Contenu Typique de Session :

PDR Montant : Correspondance sur TEID N3, transfert via FAR vers N6
PDR Descendant : Correspondance sur l'adresse IP de l'UE, transfert via FAR vers N3 avec encapsulation GTP-U
FAR : Paramètres de transfert (création d'en-tête externe, instance réseau)
QER : Limites de QoS (MBR, GBR) et marquage de paquets (QFI)
URR : Rapport de volume pour la facturation (optionnel)

Modification de Session PFCP

Le SMF peut modifier les sessions pour des événements de mobilité (transfert), des changements de QoS ou des mises à jour de service.

Scénarios de Modification Courants :

Transfert (basé sur N2)
- Mettre à jour le FAR montant avec le nouveau point de terminaison de tunnel gNB (F-TEID)
- Optionnellement mettre en mémoire tampon les paquets pendant le changement de chemin
- Vider le tampon vers le nouveau chemin lorsque prêt
Changement de QoS
- Mettre à jour le QER avec de nouvelles valeurs MBR/GBR
- Peut ajouter/supprimer des filtres SDF dans PDR pour une QoS spécifique à l'application
Mise à Jour de Service
- Ajouter de nouveaux PDRs pour des flux de trafic supplémentaires
- Modifier les FARs pour des changements de routage

Flux de Modification de Session :

Pour la gestion des règles, voir Guide de Gestion des Règles.

Suppression de Session PFCP

Lorsqu'une session PDU est libérée, le SMF supprime la session PFCP au niveau du UPF.

Flux de Suppression de Session :

Nettoyage Effectué :

Tous les PDRs supprimés (montant et descendant)
Tous les FARs, QERs, URRs supprimés
Tampons de paquets effacés
Rapport d'utilisation final envoyé au SMF pour la facturation

Opérations Courantes

OmniUPF fournit des capacités opérationnelles complètes via son panneau de contrôle basé sur le web et son API REST. Cette section couvre les tâches opérationnelles courantes et leur signification.

Surveillance des Sessions

Comprendre les Sessions PFCP :

Les sessions PFCP représentent les sessions PDU actives de l'UE (5G) ou les contextes PDP (LTE). Chaque session contient :

SEIDs local et distant (Identificateurs de Point de Terminaison de Session)
PDRs pour la classification des paquets
FARs pour les décisions de transfert
QERs pour l'application de la QoS (optionnel)
URRs pour le suivi d'utilisation (optionnel)

Opérations Clés sur les Sessions :

Voir toutes les sessions avec adresses IP UE, TEIDs et compte de règles
Filtrer les sessions par adresse IP ou TEID
Inspecter les détails de session y compris les configurations complètes PDR/FAR/QER/URR
Surveiller les comptes de session par association PFCP

Pour des procédures détaillées sur les sessions, voir Vue des Sessions.

Gestion des Règles

Règles de Détection de Paquets (PDR) :

Les PDRs déterminent quels paquets correspondent à des flux de trafic spécifiques. Les opérateurs peuvent :

Voir les PDRs montants indexés par TEID de l'interface N3
Voir les PDRs descendants indexés par adresse IP de l'UE (IPv4 et IPv6)
Inspecter les filtres SDF pour la classification spécifique à l'application
Surveiller les comptes de PDR et l'utilisation de la capacité

Règles d'Action de Transfert (FAR) :

Les FARs définissent quoi faire avec les paquets correspondants. Les opérateurs peuvent :

Voir les actions FAR (TRANSMETTRE, SUPPRIMER, METTRE EN MÉMOIRE TAMBOUR, DUPLIQUER, NOTIFIER)
Inspecter les paramètres de transfert (création d'en-tête externe, destination)
Surveiller l'état de mise en mémoire tampon par FAR
Basculer la mise en mémoire tampon pour des FAR spécifiques pendant le dépannage

Règles d'Application de la QoS (QER) :

Les QERs appliquent des limites de bande passante et marquent les paquets. Les opérateurs peuvent :

Voir les paramètres de QoS (MBR, GBR, marquage de paquets)
Surveiller les QERs actives par session
Inspecter les marquages QFI pour les flux QoS 5G

Règles de Rapport d'Utilisation (URR) :

Les URRs suivent les volumes de données pour la facturation. Les opérateurs peuvent :

Voir les compteurs de volume (montant, descendant, total d'octets)
Surveiller les seuils d'utilisation et les déclencheurs de rapport
Inspecter les URRs actives à travers toutes les sessions

Pour les opérations sur les règles, voir Guide de Gestion des Règles.

Mise en Mémoire Tampon des Paquets

Pourquoi la Mise en Mémoire Tampon est Critique pour le UPF

La mise en mémoire tampon des paquets est l'une des fonctions les plus importantes d'un UPF car elle empêche la perte de paquets lors d'événements de mobilité et de reconfigurations de session. Sans mise en mémoire tampon, les utilisateurs mobiles connaîtraient des connexions interrompues, des téléchargements interrompus et des communications en temps réel échouées chaque fois qu'ils se déplacent entre des tours cellulaires ou lorsque les conditions du réseau changent.

Le Problème : Perte de Paquets Pendant la Mobilité

Dans les réseaux mobiles, les utilisateurs sont constamment en mouvement. Lorsqu'un appareil passe d'une tour cellulaire à une autre (transfert), ou lorsque le réseau doit reconfigurer le chemin de données, il existe une fenêtre critique où les paquets sont en vol mais le nouveau chemin n'est pas encore prêt :

Sans mise en mémoire tampon : Les paquets arrivant pendant cette fenêtre critique seraient perdus, causant :

Des connexions TCP qui se bloquent ou se réinitialisent (navigation web, téléchargements interrompus)
Des appels vidéo qui se figent ou se coupent (Zoom, Teams, appels WhatsApp échouent)
Des sessions de jeu qui se déconnectent (jeux en ligne, applications en temps réel échouent)
Des appels VoIP qui ont des lacunes ou se coupent entièrement (appels téléphoniques interrompus)
Des téléchargements qui échouent et doivent redémarrer

Avec mise en mémoire tampon : OmniUPF maintient temporairement les paquets jusqu'à ce que le nouveau chemin soit établi, puis les transfère sans problème. L'utilisateur connaît une absence d'interruption.

Quand la Mise en Mémoire Tampon Se Produit

OmniUPF met en mémoire tampon les paquets dans ces scénarios critiques :

1. Transfert Basé sur N2 (5G) / Transfert Basé sur X2 (4G)

Lorsque un UE se déplace entre des tours cellulaires :

Chronologie :

T+0ms : Ancien chemin encore actif
T+10ms : SMF dit à UPF de mettre en mémoire tampon (ancien chemin se fermant, nouveau chemin pas prêt)
T+10-50ms : Fenêtre critique de mise en mémoire tampon - les paquets arrivent mais ne peuvent pas être transférés
T+50ms : Nouveau chemin prêt, SMF dit à UPF de transférer
T+50ms+ : UPF vide les paquets mis en mémoire tampon vers le nouveau chemin, puis transfère de nouveaux paquets normalement

Sans mise en mémoire tampon : ~40ms de paquets (potentiellement des milliers) seraient perdus. Avec mise en mémoire tampon : Aucune perte de paquets, transfert transparent.

2. Modification de Session (Changement de QoS, Mise à Jour de Chemin)

Lorsque le réseau doit changer les paramètres de session :

Mise à niveau/diminution de QoS : L'utilisateur passe de la couverture 4G à 5G (mode NSA)
Changement de politique : L'utilisateur d'entreprise entre dans le campus d'entreprise (changement de direction du trafic)
Optimisation du réseau : Le réseau central redirige le trafic vers un UPF plus proche (mise à jour ULCL)

Pendant la modification, le plan de contrôle peut avoir besoin de mettre à jour plusieurs règles de manière atomique. La mise en mémoire tampon garantit que les paquets ne sont pas transférés avec des ensembles de règles partiels/incohérents.

3. Notification de Données Descendantes (Récupération en Mode Inactif)

Lorsque un UE est en mode inactif (écran éteint, économie de batterie) et que des données descendantes arrivent :

Sans mise en mémoire tampon : Le paquet initial qui a déclenché la notification serait perdu, nécessitant que l'expéditeur retransmette (ajoute de la latence). Avec mise en mémoire tampon : Le paquet qui a réveillé l'UE est livré immédiatement lorsque l'UE se reconnecte.

4. Transfert Inter-RAT (4G ↔ 5G)

Lorsque un UE se déplace entre la couverture 4G et 5G :

Changements d'architecture (eNodeB ↔ gNB)
Changements de points de terminaison de tunnel (nouvelle allocation de TEID)
La mise en mémoire tampon garantit une transition fluide entre les types de RAT

Comment la Mise en Mémoire Tampon Fonctionne dans OmniUPF

Mécanisme Technique :

OmniUPF utilise une architecture de mise en mémoire tampon à deux niveaux :

Niveau eBPF (Noyau) : Détecte les paquets nécessitant une mise en mémoire tampon en fonction des drapeaux d'action FAR
Niveau Utilisateur : Stocke et gère les paquets mis en mémoire tampon en mémoire

Processus de Mise en Mémoire Tampon :

Détails Clés :

Port de Tampon : Port UDP 22152 (paquets envoyés du eBPF à l'espace utilisateur)
Encapsulation : Paquets enveloppés dans GTP-U avec ID FAR comme TEID
Stockage : Tampons en mémoire par FAR avec métadonnées (horodatage, direction, taille de paquet)
Limites :
- Limite par FAR : 10 000 paquets (par défaut)
- Limite globale : 100 000 paquets à travers tous les FARs
- TTL : 30 secondes (par défaut) - les paquets plus anciens que TTL sont supprimés
Nettoyage : Un processus en arrière-plan retire les paquets expirés toutes les 60 secondes

Cycle de Vie du Tampon :

Mise en Mémoire Tampon Activée : SMF définit l'action FAR BUFF=1 (bit 2) via la Modification de Session PFCP
Paquets Mis en Mémoire Tampon : eBPF détecte le drapeau BUFF, encapsule les paquets, envoie au port 22152
Stockage Utilisateur : Le gestionnaire de tampons stocke les paquets avec ID FAR, horodatage, direction
Mise en Mémoire Tampon Désactivée : SMF définit l'action FAR FORW=1, BUFF=0 avec de nouveaux paramètres de transfert
Vider le Tampon : L'espace utilisateur rejoue les paquets mis en mémoire tampon en utilisant les nouvelles règles FAR (nouveau point de terminaison de tunnel)
Reprendre Normal : Les nouveaux paquets sont transférés immédiatement via le nouveau chemin

Pourquoi Cela Compte pour l'Expérience Utilisateur

Impact dans le Monde Réel :

Scénario	Sans Mise en Mémoire Tampon	Avec Mise en Mémoire Tampon
Appel Vidéo Pendant le Transfert	L'appel se fige pendant 1-2 secondes, peut se couper	Transparent, aucune interruption
Téléchargement de Fichier à la Limite Cellulaire	Le téléchargement échoue, doit redémarrer	Le téléchargement continue sans interruption
Jeu en Ligne en Déplacement	La connexion se coupe, expulsé du jeu	Jeu fluide, aucune déconnexion
Appel VoIP dans la Voiture	L'appel se coupe à chaque transfert	Clair comme de l'eau de roche, aucune coupure
Vidéo en Streaming dans un Train	La vidéo se met en mémoire tampon, la qualité baisse	Lecture fluide
Point d'Accès Mobile pour Ordinateur Portable	La session SSH se coupe, l'appel vidéo échoue	Toutes les connexions maintenues

Avantages pour l'Opérateur de Réseau :

Taux de Chute d'Appel Réduit (CDR) : KPI critique pour la qualité du réseau
Satisfaction Client Élevée : Les utilisateurs ne remarquent pas les transferts
Coûts de Support Plus Bas : Moins de plaintes concernant les connexions interrompues
Avantage Concurrentiel : Marketing "meilleur réseau pour la couverture"

Opérations de Gestion des Tampons

Les opérateurs peuvent surveiller et contrôler la mise en mémoire tampon via l'interface Web et l'API :

Surveillance :

Voir les paquets mis en mémoire tampon par ID FAR (compte, octets, âge)
Suivre l'utilisation du tampon par rapport aux limites (par FAR, global)
Alerte sur le débordement du tampon ou la durée excessive de mise en mémoire tampon
Identifier les tampons bloqués (paquets mis en mémoire tampon > seuil TTL)

Opérations de Contrôle :

Vider les tampons : Déclencher manuellement la rejouée du tampon (dépannage)
Effacer les tampons : Supprimer les paquets mis en mémoire tampon (nettoyer les tampons bloqués)
Ajuster le TTL : Changer le temps d'expiration des paquets
Modifier les limites : Augmenter la capacité du tampon par FAR ou globale

Dépannage :

Tampon ne se vidant pas : Vérifiez si le SMF a envoyé la mise à jour de FAR pour désactiver la mise en mémoire tampon
Débordement de tampon : Augmentez les limites ou enquêtez sur les raisons pour lesquelles la durée de mise en mémoire tampon est excessive
Paquets anciens dans le tampon : Le TTL peut être trop élevé, ou la mise à jour de FAR retardée
Mise en Mémoire Tampon Excessive : Peut indiquer des problèmes de mobilité ou des problèmes avec le SMF

Pour des opérations détaillées sur les tampons, voir Guide de Gestion des Tampons.

Configuration du Tampon

Configurez le comportement de mise en mémoire tampon dans /etc/omniupf/runtime.exs :

# Paramètres de Tampon
buffer_port = 22152                # Port UDP pour les paquets mis en mémoire tampon (par défaut)

Recommandations :

Réseaux à haute mobilité (autoroutes, trains) : Augmentez buffer_max_packets à 20 000+
Zones urbaines denses (transferts fréquents) : Diminuez buffer_packet_ttl à 15s
Applications à faible latence : Réglez buffer_packet_ttl à 10s pour éviter les données obsolètes
Réseaux IoT : Diminuez les limites (les appareils IoT génèrent moins de trafic pendant le transfert)

Pour des options de configuration complètes, voir Guide de Configuration.

Statistiques et Surveillance

Statistiques des Paquets :

Métriques de traitement des paquets en temps réel comprenant :

Paquets RX : Total reçus de toutes les interfaces
Paquets TX : Total transmis vers toutes les interfaces
Paquets Supprimés : Paquets rejetés en raison d'erreurs ou de politiques
Paquets GTP-U : Comptes de paquets encapsulés

Statistiques de Route :

Métriques de transfert par route :

Hits de Route : Paquets correspondants à chaque route
Comptes de Transfert : Succès/échec par destination
Compteurs d'Erreur : TEIDs invalides, IPs UE inconnues

Statistiques XDP :

Métriques de performance eXpress Data Path :

XDP traités : Paquets gérés au niveau XDP
XDP passés : Paquets envoyés à la pile réseau
XDP supprimés : Paquets supprimés au niveau XDP
XDP abandonnés : Erreurs de traitement

Statistiques des Interfaces N3/N6 :

Comptes de trafic par interface :

N3 RX/TX : Trafic vers/depuis RAN (gNB/eNodeB)
N6 RX/TX : Trafic vers/depuis le réseau de données
Comptes totaux de paquets : Statistiques agrégées par interface

Pour des détails sur la surveillance, voir Guide de Surveillance.

Gestion de Capacité

Surveillance de la Capacité des Cartes eBPF :

La performance du UPF dépend de la capacité des cartes eBPF. Les opérateurs peuvent :

Surveiller l'utilisation des cartes avec des indicateurs de pourcentage en temps réel
Voir les limites de capacité pour chaque carte eBPF
Alertes codées par couleur :
- Vert (<50%) : Normal
- Jaune (50-70%) : Prudence
- Ambre (70-90%) : Avertissement
- Rouge (>90%) : Critique

Cartes Critiques à Surveiller :

uplink_pdr_map : Classification du trafic montant
downlink_pdr_map : Classification du trafic descendant IPv4
far_map : Règles de transfert
qer_map : Règles de QoS
urr_map : Suivi d'utilisation

Planification de Capacité :

Chaque PDR consomme une entrée de carte (taille de clé + taille de valeur)
La capacité de la carte est configurée au démarrage du UPF (limite de mémoire du noyau)
Dépasser la capacité entraîne des échecs d'établissement de session

Pour la surveillance de la capacité, voir Gestion de Capacité.

Gestion de Configuration

Configuration du UPF :

Voir et vérifier les paramètres opérationnels du UPF :

Interface N3 : Adresse IP pour la connectivité RAN (GTP-U)
Interface N6 : Adresse IP pour la connectivité au réseau de données
Interface N9 : Adresse IP pour la communication inter-UPF (optionnel)
Interface PFCP : Adresse IP pour la connectivité SMF
Port API : Port d'écoute de l'API REST
Point de terminaison des métriques : Port des métriques Prometheus

Configuration du Dataplane :

Paramètres actifs du chemin de données eBPF :

Adresse N3 active : Liaison de l'interface N3 au runtime
Adresse N9 active : Liaison de l'interface N9 au runtime (si activée)

Pour la visualisation de la configuration, voir [Vue de Configuration](./docs/WEB_UI.md#configuration-view

Table des Matières​

Aperçu​

Qu'est-ce qu'une Fonction de Plan Utilisateur ?​

Capacités Clés d'OmniUPF​

Comprendre l'Architecture du Plan Utilisateur​

Architecture du Réseau 5G (Mode SA)​

Architecture du Réseau 4G LTE/EPC​

Mode PGW-U/SGW-U Combiné (Déploiement 4G Typique)​

Mode SGW-U et PGW-U Séparés (Roaming/Multi-Site)​

Mode Boucle N9 (Instance Unique SGWU+PGWU)​

Comment Fonctionnent les Fonctions de Plan Utilisateur dans le Réseau​

Intégration avec le Plan de Contrôle (4G et 5G)​

Interfaces 5G​

Interfaces 4G/EPC​

Composants du UPF​

Chemin de Données eBPF​

Gestionnaire d'Interface PFCP​

Serveur API REST​

Panneau de Contrôle Web​

Protocole PFCP et Intégration SMF​

Association PFCP​

Détection de Redémarrage SMF et Nettoyage des Sessions Orphelines​

Gestion des Indications d'Erreur GTP-U​

Création de Session PFCP​

Modification de Session PFCP​

Suppression de Session PFCP​

Opérations Courantes​

Surveillance des Sessions​

Gestion des Règles​

Mise en Mémoire Tampon des Paquets​

Pourquoi la Mise en Mémoire Tampon est Critique pour le UPF​

Le Problème : Perte de Paquets Pendant la Mobilité​

Quand la Mise en Mémoire Tampon Se Produit​

Comment la Mise en Mémoire Tampon Fonctionne dans OmniUPF​

Pourquoi Cela Compte pour l'Expérience Utilisateur​

Opérations de Gestion des Tampons​

Configuration du Tampon​

Statistiques et Surveillance​

Gestion de Capacité​

Gestion de Configuration​

Table des Matières

Aperçu

Qu'est-ce qu'une Fonction de Plan Utilisateur ?

Capacités Clés d'OmniUPF

Comprendre l'Architecture du Plan Utilisateur

Architecture du Réseau 5G (Mode SA)

Architecture du Réseau 4G LTE/EPC

Mode PGW-U/SGW-U Combiné (Déploiement 4G Typique)

Mode SGW-U et PGW-U Séparés (Roaming/Multi-Site)

Mode Boucle N9 (Instance Unique SGWU+PGWU)

Comment Fonctionnent les Fonctions de Plan Utilisateur dans le Réseau

Intégration avec le Plan de Contrôle (4G et 5G)

Interfaces 5G

Interfaces 4G/EPC

Composants du UPF

Chemin de Données eBPF

Gestionnaire d'Interface PFCP

Serveur API REST

Panneau de Contrôle Web

Protocole PFCP et Intégration SMF

Association PFCP

Détection de Redémarrage SMF et Nettoyage des Sessions Orphelines

Gestion des Indications d'Erreur GTP-U

Création de Session PFCP

Modification de Session PFCP

Suppression de Session PFCP

Opérations Courantes

Surveillance des Sessions

Gestion des Règles

Mise en Mémoire Tampon des Paquets

Pourquoi la Mise en Mémoire Tampon est Critique pour le UPF

Le Problème : Perte de Paquets Pendant la Mobilité

Quand la Mise en Mémoire Tampon Se Produit

Comment la Mise en Mémoire Tampon Fonctionne dans OmniUPF

Pourquoi Cela Compte pour l'Expérience Utilisateur

Opérations de Gestion des Tampons

Configuration du Tampon

Statistiques et Surveillance

Gestion de Capacité

Gestion de Configuration