Guia de Operações do OmniSGW

OmniSGW - Serving Gateway (SGW)

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. Web UI - 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

OmniSGW é uma implementação de Serving Gateway (SGW) de alto desempenho para redes 3GPP LTE Evolved Packet Core (EPC), desenvolvida pela Omnitouch Network Services. Ele gerencia as funções de mobilidade do UE e gerenciamento de bearer, incluindo:

• Gerenciamento de Sessão - Criar, modificar e encerrar sessões de dados do UE (Equipamento do Usuário)
• Coordenação de Mobilidade - Gerenciar transferências entre eNodeBs com encaminhamento de dados
• Gerenciamento de Bearer - Criar e modificar bearers dedicados para diferentes requisitos de QoS
• Informações de Cobrança - Rastrear eventos de sessão para cobrança offline
• Coordenação do Plano do Usuário - Controlar o SGW-U (Plano do Usuário) para encaminhamento de pacotes

O que o SGW-C faz

• Aceita solicitações de sessão do MME via interface S11 (GTP-C)
• Coordena com o PGW-C para conectividade PDN via interface S5/S8 (GTP-C)
• Gerencia o ciclo de vida do bearer incluindo criação, modificação e exclusão
• Programa regras de encaminhamento no SGW-U via interface Sxa (PFCP)
• Gerencia a mobilidade do UE controlando as transferências entre eNodeBs
• Fornece paginação de dados de downlink para sessões suspensas
• Rastreia informações de cobrança para sistemas de faturamento offline

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Arquitetura

Visão Geral dos Componentes

Arquitetura de Processos

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

• Supervisor de Aplicação - Supervisor de nível superior gerenciando todos os componentes
• Corretores de Protocolo - Gerenciam mensagens de protocolo de entrada/saída (S11, S5/S8, Sxa)
• Processos de Sessão - Um GenServer por sessão ativa do UE
• Registros - Rastreiam recursos alocados (TEIDs, SEIDs, IDs de Cobrança, etc.)
• Gerenciador de Nó PFCP - Mantém associações PFCP com peers SGW-U

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

Métricas de saúde do sistema em tempo real podem ser monitoradas via a página da Aplicação Web UI:

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Interfaces de Rede

O SGW-C implementa três interfaces principais do 3GPP:

Interface S11 (GTP-C v2)

Propósito: Sinalização do plano de controle entre MME e SGW-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 Modificação de Bearer
• Solicitação/Resposta de Criação de Bearer
• Solicitação/Resposta de Exclusão de Bearer
• Notificação/Acknowledgment de Dados de Downlink

Configuração: Veja Documentação da Interface S11

Interface Sxa (PFCP)

Propósito: Sinalização do plano de controle entre SGW-C e SGW-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 Relatório de Sessão
• Solicitação/Resposta de Heartbeat

Configuração: Veja Documentação da Interface PFCP/Sxa

Interface S5/S8 (GTP-C v2)

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

Protocolo: GTP-C Versão 2 sobre UDP

Mensagens Chave:

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

Configuração: Veja Documentação da Interface S5/S8

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Conceitos Chave

Sessão do UE

Uma Sessão do UE representa um dispositivo móvel ativo conectado à rede. Cada sessão gerencia:

• IMSI (Identidade Internacional do Assinante Móvel) - Identificador único do assinante
• GUTI (Identificador Temporário Globalmente Único) - Identificador temporário do UE do MME
• MSISDN - Número de telefone móvel
• TAI (Identificador da Área de Rastreamento) - Área de localização atual
• TEIDs de Sessão - Identificadores de ponto final de túnel para S11 e S5/S8
• Bearers Ativos - Lista de bearers de dados associados

Conexão PDN

Uma Conexão PDN (Rede de Dados de Pacotes) representa a conexão de dados de um UE através de um PGW-C específico. Cada sessão possui:

• APN (Nome do Ponto de Acesso) - Identifica a rede externa
• ID de Cobrança - Identificador único para faturamento entre SGW e PGW
• TEID (Identificador de Ponto Final de Túnel) - Identificador de túnel da interface S5/S8
• SEID (Identificador de Ponto Final de Sessão) - Identificador de sessão da interface Sxa
• Bearer Padrão - Criado com cada conexão PDN
• Bearers Dedicados - Bearers adicionais para necessidades específicas de QoS

Contexto do Bearer

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

• Bearer Padrão - Criado com cada conexão PDN para tráfego de melhor esforço
• Bearers Dedicados - Bearers adicionais para requisitos específicos de serviço (voz, vídeo, etc.)
• EBI (Identificador de Bearer EPS) - Identificador único para cada bearer dentro de uma sessão
• Parâmetros de QoS - QCI (Identificador de Classe de QoS), ARP (Prioridade de Alocação e Retenção), taxas de bits (MBR, GBR)

Regras PFCP

O SGW-C programa o SGW-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) - Impõe limites de taxa de bits
• BAR (Regra de Ação de Bufferização) - Controla a bufferização de pacotes durante transferências

Veja Documentação da Interface Sxa para detalhes.

Mobilidade & Transferência

O SGW-C suporta a mobilidade do UE entre eNodeBs:

• Transferência Intra-MME - Transferência dentro do mesmo MME (sem mudança de SGW)
• Transferência Inter-MME - Transferência entre MMEs com realocação de SGW
• Encaminhamento de Dados - Bufferização e encaminhamento de dados durante a transferência
• Atualização da Área de Rastreamento - Re-registrar o UE ao se mover entre áreas

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Introdução

Pré-requisitos

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

Verificando a Operação

Verifique os logs para um início bem-sucedido:

[info] Iniciando OmniSGW...
[info] Iniciando Exportador de Métricas em 127.0.0.40:42068
[info] Iniciando Broker S11 em 127.0.0.10
[info] Iniciando Broker S5/S8 em 127.0.0.15
[info] Iniciando Broker Sxa em 127.0.0.20
[info] Iniciando Gerenciador de Nó PFCP
[info] OmniSGW iniciado com sucesso

Acesse as métricas em http://127.0.0.40:42068/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
s11	Interface GTP-C para MME	Configuração S11
s5s8	Interface GTP-C para PGW-C	Configuração S5/S8
sxa	Interface PFCP para SGW-U	Configuração Sxa

Veja o Guia Completo de Configuração para informações detalhadas.

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Web UI - Painel de Operações em Tempo Real

O OmniSGW inclui uma Web UI embutida para monitoramento e operações em tempo real, proporcionando visibilidade instantânea do status do sistema sem a necessidade de ferramentas de linha de comando ou consultas de métricas.

Acessando a Web UI

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

Páginas Disponíveis:

Página	URL	Propósito	Taxa de Atualização
Sessões UE	/ue_sessions	Ver todas as sessões e bearers ativos do UE	2 segundos
Sessões PFCP	/pfcp_sessions	Ver sessões PFCP com SGW-U	2 segundos
Status SGW-U	/sgwu_status	Monitorar associações de peers PFCP	2 segundos
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 OmniSGW
• Indicadores de status codificados por cores (verde/vermelho)

Busca & Filtro:

• Pesquisar sessões por IMSI, GUTI, número de telefone
• Filtragem instantânea sem recarregar a página

Detalhes Expansíveis:

• Clique em qualquer linha para ver detalhes completos da sessão
• Inspecione todos os bearers ativos e parâmetros de QoS
• Veja a configuração e capacidades dos peers

Nenhuma Autenticação Necessária (Uso Interno):

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

Fluxos de Trabalho Operacionais

Solução de Problemas de Sessão:

1. Usuário relata problema de conectividade
2. Abra a página de Sessões UE
3. Pesquise por IMSI ou número de telefone
4. Verifique se a sessão existe e possui:
   - Área de Rastreamento
   - Bearers ativos e suas QoS
   - Pontos finais de túnel estabelecidos
   - Associação correta com PGW-C
5. Se nenhuma sessão encontrada → Verifique logs para razão de rejeição

Verificação de Saúde do Sistema:

1. Abra a página de Status SGW-U → Verifique se todos os peers SGW-U estão "Associados"
2. Abra Sessões UE → Verifique a contagem de sessões ativas em comparação com a capacidade
3. Monitore a distribuição de bearers entre APNs

Monitoramento de Capacidade:

• Olhe a contagem de Sessões UE
• Compare com a capacidade licenciada/esperada
• Identifique horários de pico de uso
• Monitore a distribuição por tipo de serviço

Web UI vs. Métricas

Use a Web UI para:

• Detalhes individuais de sessão e bearer
• Status de peers em tempo real
• Verificações rápidas de saúde
• Solução de problemas de usuários específicos
• Verificaç��o de configuração

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 - Web UI para operações imediatas, Prometheus para tendências e alertas.

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Monitoramento & Métricas

Além da Web UI, o OmniSGW expõe métricas compatíveis com Prometheus para monitoramento:

Métricas Disponíveis

• Métricas de Sessão

  • teid_registry_count - TEIDs S11/S5S8 ativos
  • seid_registry_count - Sessões PFCP ativas
  • charging_id_registry_count - IDs de cobrança ativos
  • active_ue_sessions - Total de sessões ativas do UE
  • active_bearers - Total de bearers ativos em todas as sessões

• Métricas de Mensagens

  • s11_inbound_messages_total - Mensagens GTP-C recebidas no S11
  • s5s8_inbound_messages_total - Mensagens GTP-C recebidas no S5/S8
  • sxa_inbound_messages_total - Mensagens PFCP recebidas
  • Distribuições de duração de manuseio de mensagens

• Métricas de Erro

  • s11_inbound_errors_total - Erros de protocolo S11
  • s5s8_inbound_errors_total - Erros de protocolo S5/S8
  • sxa_inbound_errors_total - Erros de protocolo Sxa

Acessando Métricas

As métricas são expostas via HTTP no endpoint configurado:

curl http://127.0.0.40:42068/metrics

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

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Documentação Detalhada

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

Estrutura da Documentação

Documentação OmniSGW
├── OPERATIONS.md (Este Guia)
│
└── docs/
    ├── Configuração & Configuração
    │   ├── configuration.md          Referência completa do runtime.exs
    │
    ├── Interfaces de Rede
    │   ├── sxa-interface.md          Sxa/PFCP (comunicação SGW-U)
    │   ├── s11-interface.md          S11 (comunicação MME)
    │   └── s5s8-interface.md         S5/S8 (comunicação PGW-C)
    │
    └── Operações
        ├── session-management.md     Ciclo de vida da sessão do UE
        ├── bearer-management.md      Operações de Bearer
        ├── cdr-format.md             Registros de cobrança offline
        └── 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
configuration.md	Referência completa da configuração runtime.exs

🔌 Interfaces de Rede

Documento	Descrição
sxa-interface.md	Interface PFCP/Sxa para SGW-U
s11-interface.md	Interface GTP-C S11 para MME
s5s8-interface.md	Interface GTP-C S5/S8 para PGW-C

📊 Operações & Monitoramento

Documento	Descrição
session-management.md	Ciclo de vida e operações da sessão do UE
bearer-management.md	Criação, modificação, exclusão de Bearer
cdr-format.md	Formato de registro de dados de cobrança offline
monitoring.md	Métricas Prometheus, dashboards Grafana, alertas

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. sxa-interface.md - Controle do plano do usuário
3. s11-interface.md - Gerenciamento móvel
4. s5s8-interface.md - Conectividade PDN
5. session-management.md - Ciclo de vida da sessão
6. bearer-management.md - Operações de Bearer

Para Configuração & Implantação

1. configuration.md - Referência completa
2. monitoring.md - Configurar monitoramento

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Recursos Adicionais

Especificações 3GPP

Especificação	Título
TS 29.274	GTP-C v2 (interfaces S11 e S5/S8)
TS 29.244	PFCP (interface Sxa)
TS 32.251	Cobrança do domínio de Pacotes
TS 32.298	Codificação de CDR
TS 23.401	Arquitetura EPC