Guia de Operações do OmniPGW

OmniPGW - Plano de Controle do Gateway de Pacotes (PGW-C)

por Omnitouch Network Services

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Índice

1. Visão Geral
2. Arquitetura
3. Interfaces de Rede
4. Conceitos Chave
5. Introdução
6. Configuração
7. Interface Web - Painel de Operações em Tempo Real
8. Monitoramento & Métricas
9. Documentação Detalhada
10. Recursos Adicionais
11. Contribuindo
12. Suporte

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Visão Geral

OmniPGW é uma implementação de alto desempenho do Plano de Controle do Gateway de Pacotes (PGW-C) para redes do Núcleo de Pacotes Evoluído (EPC) LTE 3GPP, desenvolvida pela Omnitouch Network Services. Ele gerencia as funções do plano de controle para sessões de dados, incluindo:

• Gerenciamento de Sessões - Criar, modificar e encerrar sessões de dados do UE (Equipamento do Usuário)
• Alocação de Endereços IP - Atribuição de endereços IP a dispositivos móveis a partir de pools configurados
• Controle de Políticas e Cobrança - Interface com PCRF para aplicação de políticas e cobrança
• Coordenação do Plano do Usuário - Controle do PGW-U (Plano do Usuário) para encaminhamento de pacotes

O que o PGW-C Faz

• Aceita solicitações de sessão do SGW-C via interface S5/S8 (GTP-C)
• Aloca endereços IP do UE a partir de pools de sub-rede configurados
• Solicita decisões de políticas do PCRF via interface Gx (Diameter)
• Programa regras de encaminhamento no PGW-U via interface Sxb (PFCP)
• Gerencia a aplicação de QoS através de contextos de bearer e regras de QoS
• Rastreia informações de cobrança para sistemas de faturamento

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Arquitetura

Visão Geral dos Componentes

Arquitetura do Processo

O PGW-C é construído sobre Elixir/OTP e utiliza uma arquitetura de processos supervisionados:

• Supervisor da Aplicação - Supervisor de nível superior que gerencia todos os componentes
• Corretores de Protocolo - Gerenciam mensagens de protocolo de entrada/saída
• Processos de Sessão - Um GenServer por conexão PDN ativa
• Registros - Rastreiam recursos alocados (IPs, TEIDs, SEIDs, etc.)
• Gerenciador de Nó PFCP - Mantém associações PFCP com peers PGW-U

Cada componente é supervisionado e será reiniciado automaticamente em caso de falha, garantindo a confiabilidade do sistema.

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Interfaces de Rede

O PGW-C implementa três interfaces principais 3GPP:

Interface S5/S8 (GTP-C v2)

Propósito: Sinalização do plano de controle entre SGW-C e PGW-C

Protocolo: GTP-C Versão 2 sobre UDP

Mensagens Chave:

• Solicitação/Resposta de Criação de Sessão
• Solicitação/Resposta de Exclusão de Sessão
• Solicitação/Resposta de Criação de Bearer
• Solicitação/Resposta de Exclusão de Bearer

Configuração: Veja Configuração S5/S8

Interface Sxb (PFCP)

Propósito: Sinalização do plano de controle entre PGW-C e PGW-U

Protocolo: PFCP (Protocolo de Controle de Encaminhamento de Pacotes) sobre UDP

Mensagens Chave:

• Solicitação/Resposta de Configuração de Associação
• Solicitação/Resposta de Estabelecimento de Sessão
• Solicitação/Resposta de Modificação de Sessão
• Solicitação/Resposta de Exclusão de Sessão
• Solicitação/Resposta de Heartbeat

Configuração: Veja Documentação da Interface PFCP/Sxb

Interface Gx (Diameter)

Propósito: Interface da Função de Regras de Políticas e Cobrança (PCRF)

Protocolo: Diameter (IETF RFC 6733)

Mensagens Chave:

• Solicitação/Resposta de Controle de Crédito Inicial (CCR-I/CCA-I)
• Solicitação/Resposta de Controle de Crédito de Término (CCR-T/CCA-T)

Configuração: Veja Documentação da Interface Diameter Gx

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Conceitos Chave

Sessão PDN

Uma Sessão PDN (Rede de Dados de Pacotes) representa a conexão de dados de um UE a uma rede externa (como a Internet). Cada sessão possui:

• Endereço IP do UE - Alocado a partir de um pool de sub-rede configurado
• APN (Nome do Ponto de Acesso) - Identifica a rede externa
• Contexto de Bearer - Contém parâmetros de QoS e informações de túnel
• ID de Cobrança - Identificador único para faturamento
• TEID (ID de Ponto de Extremidade do Túnel) - Identificador do túnel da interface S5/S8
• SEID (ID de Ponto de Extremidade da Sessão) - Identificador da sessão da interface Sxb

Contexto de Bearer

Um bearer representa um fluxo de tráfego com características específicas de QoS:

• Bearer Padrão - Criado com cada sessão PDN
• Bearers Dedicados - Bearers adicionais para necessidades específicas de QoS
• EBI (ID de Bearer EPS) - Identificador único para cada bearer
• Parâmetros de QoS - QCI, ARP, taxas de bits (MBR, GBR)

Regras PFCP

O PGW-C programa o PGW-U com regras de processamento de pacotes:

• PDR (Regra de Detecção de Pacotes) - Combina pacotes (uplink/downlink)
• FAR (Regra de Ação de Encaminhamento) - Especifica o comportamento de encaminhamento
• QER (Regra de Aplicação de QoS) - Aplica limites de taxa de bits
• BAR (Regra de Ação de Bufferização) - Controla a bufferização de pacotes

Veja Documentação da Interface PFCP para detalhes.

Alocação de Endereço IP

Os endereços IP do UE são alocados a partir de pools de sub-rede configurados:

• Seleção baseada em APN - Diferentes APNs podem usar diferentes sub-redes
• Alocação dinâmica - Seleção aleatória de IP do intervalo disponível
• Alocação estática - Suporte para endereços IP solicitados pelo UE
• Detecção de colisão - Garante a atribuição única de IP

Veja Alocação de Pool de IP do UE para configuração.

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Introdução

Pré-requisitos

• Elixir ~1.16
• Erlang/OTP 26+
• Conectividade de rede com SGW-C, PGW-U e PCRF
• Compreensão da arquitetura EPC LTE

Iniciando o OmniPGW

1. Configure as definições de tempo de execução em config/runtime.exs
2. Compile a aplicação:

   mix deps.get
   mix compile

3. Inicie a aplicação:

   mix run --no-halt

Verificando a Operação

Verifique os logs para startup bem-sucedido:

[info] Iniciando OmniPGW...
[info] Iniciando Exportador de Métricas em 127.0.0.42:42069
[info] Iniciando Corretor S5/S8 em 127.0.0.10
[info] Iniciando Corretor Sxb em 127.0.0.20
[info] Iniciando Corretor Gx
[info] Iniciando Gerenciador de Nó PFCP
[info] OmniPGW iniciado com sucesso

Acesse métricas em http://127.0.0.42:42069/metrics (endereço configurado).

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Configuração

Toda a configuração em tempo de execução é definida em config/runtime.exs. A configuração é estruturada em várias seções:

Visão Geral da Configuração

Referência Rápida de Configuração

Seção	Propósito	Documentação
metrics	Exportador de métricas Prometheus	Guia de Monitoramento
diameter	Interface Gx para PCRF	Configuração Diameter Gx
s5s8	Interface GTP-C para SGW-C	Configuração S5/S8
sxb	Interface PFCP para PGW-U	Configuração PFCP
ue	Pools de endereços IP do UE	Configuração de Pool de IP
pco	Opções de Configuração de Protocolo	Configuração PCO
CDR	Cobrança offline & relatórios de uso	Formato CDR

Veja o Guia Completo de Configuração para informações detalhadas.

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Interface Web - Painel de Operações em Tempo Real

O OmniPGW inclui uma Interface Web integrada para monitoramento e operações em tempo real, proporcionando visibilidade instantânea sobre o status do sistema sem a necessidade de ferramentas de linha de comando ou consultas de métricas.

Acessando a Interface Web

http://<omnipgw-ip>:<web-port>/

Páginas Disponíveis:

Página	URL	Propósito	Taxa de Atualização
Busca de UE	/ue_search	Análise detalhada de sessões de assinantes específicas	Sob demanda
Sessões PGW	/pgw_sessions	Ver todas as sessões PDN ativas	2 segundos
Histórico de Sessões	/session_history	Log de auditoria de eventos de sessão	5 segundos
Topologia da Rede	/topology	Visualização da topologia da rede	5 segundos
Pools de IP	/ip_pools	Utilização do pool de endereços IP do UE	2 segundos
Sessões PFCP	/pfcp_sessions	Ver sessões PFCP com PGW-U	2 segundos
Status do UPF	/upf_status	Monitorar associações de peers PFCP	2 segundos
Seleção do UPF	/upf_selection	Ver regras de seleção do UPF & status do P-CSCF	Estático
Peers Diameter	/diameter	Monitorar conectividade PCRF	1 segundo
Monitor P-CSCF	/pcscf_monitor	Status da descoberta DNS do P-CSCF	5 segundos
Simulador Gy	/gy_simulator	Testar cobrança online Gy/Ro	Sob demanda
Torres de Celular	/cell_towers	Navegar no banco de dados OpenCellID	Estático
Logs	/logs	Streaming de logs em tempo real	Ao vivo

Principais Recursos

Atualizações em Tempo Real:

• Todas as páginas se atualizam automaticamente (sem necessidade de recarregar manualmente)
• Streaming de dados ao vivo dos processos do OmniPGW
• Indicadores de status codificados por cor (verde/vermelho)

Busca & Filtro:

• Pesquisar sessões por IMSI, IP, MSISDN ou APN
• Filtragem instantânea sem recarregar a página

Detalhes Expansíveis:

• Clique em qualquer linha para ver detalhes completos
• Inspecionar estado completo da sessão
• Ver configuração e capacidades do peer

Sem Autenticação Necessária (Uso Interno):

• Acesso direto da rede de gerenciamento
• Projetado para uso da equipe de NOC/operações
• Vincular apenas ao IP de gerenciamento para segurança

Fluxos de Trabalho Operacionais

Solução de Problemas de Sessão (Análise Detalhada):

1. Usuário relata problema de conexão
2. Abra a página de Busca de UE (/ue_search)
3. Pesquise por IMSI, MSISDN ou endereço IP
4. Revise os detalhes abrangentes da sessão:
   a) Sessões Ativas - Verifique se a sessão existe com os parâmetros corretos
   b) Localização Atual - Verifique TAC, ID da Célula, localização geográfica
   c) Informações do Bearer - Verifique os bearers padrão e dedicados
      - QCI, MBR/GBR, Nomes de Regras de Cobrança
      - Limites APN-AMBR
   d) Informações de Cobrança - ID da sessão Gy, status de cota
   e) Informações de Política - Sessão Gx, regras PCC instaladas
   f) Eventos Recentes - Histórico da sessão e mudanças de estado
5. Se a sessão não for encontrada → Verifique a página Diameter para conectividade PCRF
6. Se houver problemas de localização → Verifique os dados da torre celular na seção Localização Atual

Busca Rápida de Sessão:

1. Usuário relata problema
2. Abra a página de Sessões PGW (/pgw_sessions)
3. Pesquise por IMSI ou número de telefone
4. Verifique se a sessão existe com detalhes básicos:
   - Endereço IP do UE alocado
   - Parâmetros de QoS
   - Pontos de extremidade do túnel estabelecidos
5. Para análise detalhada → Clique na sessão para expandir ou use a Busca de UE

Verificação de Saúde do Sistema:

1. Abra a página de Status do UPF → Verifique se todos os peers PGW-U estão "Associados"
2. Abra a página Diameter → Verifique se todos os peers PCRF estão "Conectados"
3. Abra Sessões PGW → Verifique a contagem de sessões ativas vs. capacidade

Monitoramento de Capacidade:

• Dê uma olhada na contagem de Sessões PGW
• Compare com a capacidade licenciada/esperada
• Identifique horários de pico de uso
• Monitore a distribuição entre APNs

Interface Web vs. Métricas

Use a Interface Web para:

• Solução de problemas detalhada de assinantes (Busca de UE)
• Detalhes e inspeção de estado de sessão individuais
• Status de peers em tempo real (PFCP, Diameter)
• Verificações rápidas de saúde em todas as interfaces
• Solução de problemas de usuários específicos por IMSI/MSISDN/IP
• Verificação de localização geográfica (integração com Torres de Celular)
• Análise de QoS do bearer (MBR, GBR, QCI)
• Inspeção de regras de política e cobrança
• Histórico de sessões e trilhas de auditoria
• Monitoramento da capacidade do pool de IP
• Verificação de configuração e regras

Use Métricas Prometheus para:

• Tendências históricas
• Alertas e notificações
• Gráficos de planejamento de capacidade
• Análise de desempenho
• Monitoramento a longo prazo

Melhor Prática: Use ambos juntos - Interface Web para operações imediatas, Prometheus para tendências e alertas.

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Monitoramento & Métricas

Além da Interface Web, o OmniPGW expõe métricas compatíveis com Prometheus para monitoramento:

Métricas Disponíveis

• Métricas de Sessão

  • teid_registry_count - Sessões S5/S8 ativas
  • seid_registry_count - Sessões PFCP ativas
  • session_id_registry_count - Sessões Gx ativas
  • address_registry_count - Endereços IP do UE alocados
  • charging_id_registry_count - IDs de cobrança ativas

• Métricas de Mensagens

  • s5s8_inbound_messages_total - Mensagens GTP-C recebidas
  • sxb_inbound_messages_total - Mensagens PFCP recebidas
  • gx_inbound_messages_total - Mensagens Diameter recebidas
  • Distribuições de duração de manipulação de mensagens

• Métricas de Erro

  • s5s8_inbound_errors_total - Erros de protocolo S5/S8
  • sxb_inbound_errors_total - Erros de protocolo PFCP
  • gx_inbound_errors_total - Erros Diameter

Acessando Métricas

As métricas são expostas via HTTP no endpoint configurado:

curl http://127.0.0.42:42069/metrics

Veja Guia de Monitoramento & Métricas para configuração de painel e alertas.

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Documentação Detalhada

Esta seção fornece uma visão abrangente de toda a documentação do OmniPGW. Os documentos estão organizados por tópico e caso de uso.

Estrutura da Documentação

Documentação OmniPGW
├── OPERATIONS.md (Este Guia)
│
└── docs/
    ├── Configuração & Configuração
    │   ├── configuration.md          Referência completa do runtime.exs
    │   ├── ue-ip-allocation.md       Configuração do pool de IP
    │   └── pco-configuration.md      Configurações de DNS, P-CSCF, MTU
    │
    ├── Interfaces de Rede
    │   ├── pfcp-interface.md         Sxb/PFCP (comunicação PGW-U)
    │   ├── diameter-gx.md            Gx (comunicação PCRF)
    │   ├── diameter-gy.md            Gy/Ro (comunicação OCS)
    │   └── s5s8-interface.md         S5/S8 (comunicação SGW-C)
    │
    └── Operações
        ├── session-management.md     Ciclo de vida da sessão PDN
        └── monitoring.md             Métricas Prometheus & alertas

Documentação por Tópico

🚀 Introdução

Documento	Descrição	Propósito
OPERATIONS.md	Guia principal de operações (este documento)	Visão geral e início rápido

⚙️ Configuração

Documento	Descrição	Linhas
configuration.md	Referência completa do runtime.exs	1.600+
ue-ip-allocation.md	Gerenciamento e alocação do pool de IP do UE	943
pco-configuration.md	Opções de Configuração de Protocolo (DNS, P-CSCF, MTU)	344

🔌 Interfaces de Rede

Documento	Descrição	Linhas
pfcp-interface.md	Interface PFCP/Sxb para PGW-U	1.355
diameter-gx.md	Interface Diameter Gx para PCRF (Controle de Políticas)	941
diameter-gy.md	Interface Diameter Gy/Ro para OCS (Cobrança Online)	1.100+
s5s8-interface.md	Interface GTP-C S5/S8 para SGW-C	456

📊 Operações & Monitoramento

Documento	Descrição	Linhas
session-management.md	Ciclo de vida e operações da sessão PDN	435
monitoring.md	Métricas Prometheus, painéis Grafana, alertas	807
data-cdr-format.md	Formato de arquivo CDR, configuração URR, cobrança offline	847
qos-bearers.md	Gerenciamento de QoS & bearers, controle de políticas	448
troubleshooting.md	Procedimentos de solução de problemas e problemas comuns	687

🔧 Recursos Avançados

Documento	Descrição	Linhas
pcscf-monitoring.md	Descoberta e monitoramento de saúde do P-CSCF	894

Recursos da Documentação

📈 Diagramas Mermaid

Todos os documentos incluem gráficos Mermaid para compreensão visual:

• Diagramas de arquitetura
• Diagramas de sequência (fluxos de mensagens)
• Máquinas de estado
• Topologia da rede

💡 Exemplos Práticos

Cada documento inclui:

• Exemplos de configuração do mundo real
• Configurações prontas para copiar e colar
• Casos de uso comuns

🔍 Solução de Problemas

Cada documento de interface inclui:

• Problemas comuns e soluções
• Comandos de depuração
• Métricas para diagnóstico

🔗 Referências Cruzadas

Os documentos estão extensivamente interligados para fácil navegação.

Caminhos de Leitura

Para Operadores de Rede

1. OPERATIONS.md - Visão geral (este documento)
2. configuration.md - Configuração
3. monitoring.md - Monitoramento
4. session-management.md - Operações do dia a dia

Para Engenheiros de Rede

1. OPERATIONS.md - Visão geral da arquitetura (este documento)
2. pfcp-interface.md - Controle do plano do usuário
3. diameter-gx.md - Controle de políticas
4. diameter-gy.md - Cobrança online
5. s5s8-interface.md - Gerenciamento de sessões
6. ue-ip-allocation.md - Gerenciamento de IP

Para Configuração & Implantação

1. configuration.md - Referência completa
2. ue-ip-allocation.md - Pools de IP
3. pco-configuration.md - Parâmetros de rede
4. monitoring.md - Configurar monitoramento

Estatísticas do Documento

• Total de Documentos: 14
• Total de Linhas: ~10.900+
• Tamanho Total: ~265 KB
• Diagramas Mermaid: 75+
• Exemplos de Código: 150+

Conceitos Chave Cobertos

Arquitetura

• ✅ Separação do plano de controle/plano do usuário
• ✅ Arquitetura OTP/Elixir
• ✅ Supervisão de processos
• ✅ Sessões baseadas em GenServer

Protocolos

• ✅ PFCP (Protocolo de Controle de Encaminhamento de Pacotes)
• ✅ GTP-C v2 (Protocolo de Tunelamento GPRS)
• ✅ Diameter (RFC 6733)

Interfaces 3GPP

• ✅ Sxb (PGW-C ↔ PGW-U)
• ✅ Gx (PGW-C ↔ PCRF)
• ✅ Gy/Ro (PGW-C ↔ OCS)
• ✅ S5/S8 (SGW-C ↔ PGW-C)

Operações

• ✅ Gerenciamento de sessões
• ✅ Estratégias de alocação de IP
• ✅ Aplicação de QoS
• ✅ Integração de cobrança
• ✅ Monitoramento & alertas

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Recursos Adicionais

Especificações 3GPP

Especificação	Título
TS 29.274	GTP-C v2 (interface S5/S8)
TS 29.244	PFCP (interface Sxb)
TS 29.212	Interface Diameter Gx (Controle de Políticas)
TS 32.299	Aplicações de Cobrança Diameter (Gy/Ro)
TS 32.251	Cobrança do domínio de Pacotes
TS 23.401	Arquitetura EPC

Documentação Relacionada

• Arquivo de configuração: config/runtime.exs

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