OmniPGW 操作指南
OmniPGW - 数据包网关控制平面 (PGW-C)
由 Omnitouch 网络服务提供
目录
概述
OmniPGW 是一个高性能的数据包网关控制平面 (PGW-C) 实现，用于 3GPP LTE 演进包核心 (EPC) 网络，由 Omnitouch 网络服务开发。它管理数据会话的控制平面功能，包括：
- 会话管理 - 创建、修改和终止 UE (用户设备) 数据会话
- IP 地址分配 - 从配置的池中为移动设备分配 IP 地址
- 策略与计费控制 - 与 PCRF 接口进行策略执行和计费
- 用户平面协调 - 控制 PGW-U (用户平面) 进行数据包转发
PGW-C 的功能
- 接受来自 SGW-C 的会话请求 通过 S5/S8 接口 (GTP-C)
- 从配置的子网池中分配 UE IP 地址
- 通过 Gx 接口 (Diameter) 向 PCRF 请求策略决策
- 通过 Sxb 接口 (PFCP) 在 PGW-U 中编程转发规则
- 通过承载上下文和 QoS 规则管理 QoS 执行
- 跟踪计费信息 以供计费系统使用
架构
组件概述
过程架构
PGW-C 基于 Elixir/OTP 构建，并使用监督进程架构：
- 应用监督器 - 管理所有组件的顶层监督器
- 协议代理 - 处理进出协议消息
- 会话进程 - 每个活动 PDN 连接一个 GenServer
- 注册表 - 跟踪分配的资源 (IP、TEID、SEID 等)
- PFCP 节点管理器 - 维护与 PGW-U 对等体的 PFCP 关联
每个组件都受到监督，并在故障时会自动重启，确保系统的可靠性。
网络接口
PGW-C 实现了三个主要的 3GPP 接口：
S5/S8 接口 (GTP-C v2)
目的： SGW-C 和 PGW-C 之间的控制平面信令
协议： 基于 UDP 的 GTP-C 版本 2
关键消息：
- 创建会话请求/响应
- 删除会话请求/响应
- 创建承载请求/响应
- 删除承载请求/响应
配置： 请参阅 S5/S8 配置
Sxb 接口 (PFCP)
目的： PGW-C 和 PGW-U 之间的控制平面信令
协议： 基于 UDP 的 PFCP (数据包转发控制协议)
关键消息：
- 关联设置请求/响应
- 会话建立请求/响应
- 会话修改请求/响应
- 会话删除请求/响应
- 心跳请求/响应
配置： 请参阅 PFCP/Sxb 接口文档
Gx ���口 (Diameter)
目的： 策略与计费规则功能 (PCRF) 接口
协议： Diameter (IETF RFC 6733)
关键消息：
- 信用控制初始请求/应答 (CCR-I/CCA-I)
- 信用控制终止请求/应答 (CCR-T/CCA-T)
配置： 请参阅 Diameter Gx 接口文档
关键概念
PDN 会话
PDN (数据包数据网络) 会话表示 UE 与外部网络（如互联网）的数据连接。每个会话具有：
- UE IP 地址 - 从配置的子网池中分配
- APN (接入点名称) - 标识外部网络
- 承载上下文 - 包含 QoS 参数和隧道信息
- 计费 ID - 用于计费的唯一标识符
- TEID (隧道端点 ID) - S5/S8 接口隧道标识符
- SEID (会话端点 ID) - Sxb 接口会话标识符
承载上下文
承载表示具有特定 QoS 特性的流量流：
- 默认承载 - 每个 PDN 会话创建
- 专用承载 - 针对特定 QoS 需求的附加承载
- EBI (EPS 承载 ID) - 每个承载的唯一标识符
- QoS 参数 - QCI、ARP、比特率 (MBR、GBR)
PFCP 规则
PGW-C 向 PGW-U 编程数据包处理规则：
- PDR (数据包检测规则) - 匹配数据包（上行/下行）
- FAR (转发动作规则) - 指定转发行为
- QER (QoS 执行规则) - 强制比特率限制
- BAR (缓冲动作规则) - 控制数据包缓冲
请参阅 PFCP 接口文档 获取详细信息。
IP 地址分配
UE IP 地址从配置的子网池中分配：
- 基于 APN 的选择 - 不同的 APN 可以使用不同的子网
- 动态分配 - 从可用范围中随机选择 IP
- 静态分配 - 支持 UE 请求的 IP 地址
- 冲突检测 - 确保唯一的 IP 分配
请参阅 UE IP 池分配 以获取配置，以及 IPv6 / 双栈 以获取 IPv6 和 IPv4v6 PDN 操作。
快速入门
先决条件
- Elixir ~1.16
- Erlang/OTP 26+
- 与 SGW-C、PGW-U 和 PCRF 的网络连接
- 对 LTE EPC 架构的理解
启动 OmniPGW
- 在
config/runtime.exs中配置运行时设置 - 编译应用程序：
mix deps.get
mix compile - 启动应用程序：
mix run --no-halt
验证操作
检查日志以确认成功启动：
[info] 启动 OmniPGW...
[info] 在 127.0.0.42:42069 启动指标导出器
[info] 在 127.0.0.10 启动 S5/S8 代理
[info] 在 127.0.0.20 启动 Sxb 代理
[info] 启动 Gx 代理
[info] 启动 PFCP 节点管理器
[info] OmniPGW 成功启动
访问指标位于 http://127.0.0.42:42069/metrics（配置的地址）。
配置
所有运行时配置在 config/runtime.exs 中定义。此文件在应用程序启动时进行评估。以下是完整示例；每个部分在下面的参考表中描述，并在 配置参考 中详细说明。
# config/runtime.exs
import Config
# 日志配置
config :logger, level: :info
config :pgw_c,
# 指标 (Prometheus)
metrics: %{
enabled: true,
ip_address: "10.0.0.20", # 管理网络
port: 9090,
registry_poll_period_ms: 5_000
},
# Diameter/Gx (PCRF 接口)
diameter: %{
listen_ip: "0.0.0.0",
host: "omnipgw.epc.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org",
realm: "epc.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org",
peer_list: [
%{
host: "pcrf-primary.epc.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org",
realm: "epc.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org",
ip: "10.0.1.30",
initiate_connection: true
},
%{
host: "pcrf-backup.epc.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org",
realm: "epc.mnc001.mcc001.3gppnetwork.org",
ip: "10.0.2.30",
initiate_connection: true
}
]
},
# S5/S8 (SGW-C 接口)
s5s8: %{
local_ipv4_address: "10.0.0.20"
},
# Sxb/PFCP (PGW-U 接口)
sxb: %{
local_ip_address: "10.0.0.20"
},
# UPF 选择
upf_selection: %{
rules: [
%{
name: "默认互联网",
priority: 1,
match_field: :apn,
match_regex: ~r/^internet/,
upf_pool: [
%{remote_ip_address: "10.0.0.21", remote_port: 8805, weight: 100},
%{remote_ip_address: "10.0.0.22", remote_port: 8805, weight: 0} # 备用
]
}
],
fallback_pool: [
%{remote_ip_address: "10.0.0.21", remote_port: 8805, weight: 100}
]
},
# UE IP 池
ue: %{
subnet_map: %{
"internet" => [
"100.64.0.0/18" # 16,382 个 IP
],
"ims" => [
"100.64.64.0/22" # 1,022 个 IP
],
"enterprise.corp" => [
"10.100.0.0/16" # 65,534 个 IP
],
default: [
"100.64.127.0/24" # 254 个 IP
]
}
},
# 协议配置选项
pco: %{
primary_dns_server_address: "8.8.8.8",
secondary_dns_server_address: "8.8.4.4",
p_cscf_ipv4_address_list: ["10.0.0.50", "10.0.0.51"],
ipv4_link_mtu_size: 1400
}
配置分为几个部分：
配置概述
快速配置参考
| 部分 | 目的 | 文档 |
|---|---|---|
| metrics | Prometheus 指标导出器 | 监控指南 |
| diameter | Gx 接口到 PCRF | Diameter Gx 配置 |
| s5s8 | GTP-C 接口到 SGW-C | S5/S8 配置 |
| sxb | PFCP 接口到 PGW-U | PFCP 配置 |
| ue | UE IP 地址池 | IP 池配置 |
| pco | 协议配置选项 | PCO 配置 |
| CDR | 离线计费和使用报告 | CDR 格式 |
| charging | 在线/离线计费模式，紧急覆盖 | 计费覆盖 |
有关详细信息，请参阅 完整配置指南。
实时操作监控 (OAM API)
OmniPGW 提供一个 OAM REST API 用于实时监控和操作，提供系统状态的即时可见性。根据需要查询这些读取端点（或在轮询间隔/从脚本中）以获取实时操作视图 - 无需对主机的命令行访问或原始指标查询。
访问 OAM API
API 通过 HTTPS/TLS 提供。所有路由都在 /api 前缀下提供。
https://<omnipgw-ip>:8443/
交互式 API 文档 (Swagger UI) 可在以下地址访问：
https://<omnipgw-ip>:8443/api/docs
示例健康检查（使用 -k 进行自签名实验室证书）：
curl -k https://localhost:8443/api/status
{"result":"ok"}
可用端点：
| 目的 | 端点 | 替代 (旧页面) |
|---|---|---|
| 深入了解特定用户 (IMSI/MSISDN/IP) | POST /api/ue_search | UE 搜索 |
| 列出/搜索活动 PDN 会话 | GET /api/sessions[?search=<imsi|msisdn|ip>] | PGW 会话 |
| 按 IMSI 获取一个会话 | GET /api/sessions/<imsi> | PGW 会话 (详细) |
| 会话历史/审计事件 | GET /api/session_history[?type=&search=&page=&page_size=] | 会话历史 |
| 网络拓扑概览 | GET /api/topology | 网络拓扑 |
| UE IP 地址池利用率 | GET /api/ip_pools, GET /api/ip_pools/<name> | IP 池 |
| UPF / PFCP 对等体状态 | GET /api/upf, GET /api/upf/<ip> | PFCP 会话 / UPF 状态 |
| UPF 选择规则、健康、PCO 配置 | GET /api/upf_selection | UPF 选择 |
| Diameter (Gx/Gy) 对等体连接性 | GET /api/diameter[?status=connected|disconnected], GET /api/diameter/<origin-host> | Diameter 对等体 |
| 每个会话的在线计费 (Gy) 状态 | GET /api/charging[?search=<imsi>], GET /api/charging/<imsi> | Gy 状态 |
| 紧急覆盖：禁用在线计费节点范围 | PUT /api/charging/override, GET /api/charging/override, DELETE /api/charging/override | - |
| P-CSCF DNS 发现状态 | GET /api/pcscf_monitor | P-CSCF 监控 |
| 健康检查 | GET /api/status | - |
要获取实时仪表板样式的视图，请在间隔内轮询集合端点，例如：
watch -n 2 'curl -sk https://localhost:8443/api/sessions'
watch -n 1 'curl -sk https://localhost:8443/api/diameter?status=disconnected'
注意：以前的 日志 页面（实时日志流）和 Gy 模拟器 页面没有 OAM API 等效项。从主机/您的日志聚合器流式传输日志，并使用
GET /api/charging检查实时 Gy/在线计费状态。
关键特性
按需和轮询数据：
- 每个端点返回来自 OmniPGW 进程的当前实时状态
- 在间隔内使用
watch/cron/a 脚本进行轮询以获取自动刷新的视图 - 状态字段（例如对等体
connected/associated）在 JSON 中明确返回
搜索与过滤：
- 通过
GET /api/sessions?search=...按 IMSI、IP、MSISDN 或 APN 搜索会话 - 通过
?status=connected|disconnected过滤 Diameter 对等体 - 通过
?search=<imsi>过滤计费状态
完整详细记录：
- 每个实体端点 (
/api/sessions/<imsi>、/api/upf/<ip>、/api/diameter/<origin-host>、/api/charging/<imsi>) 返回完整状态作为 JSON - 检查完整的会话、对等体配置和能力
访问控制：
- 通过 HTTPS/TLS 在 8443 端口提供
- 仅绑定到管理 IP，并使用您的访问控制进行前端处理
- 旨在用于 NOC/操作团队和自动化使用
操作工作流程
会话故障排除（深入了解）：
1. 用户报告连接问题
2. POST /api/ue_search，JSON 主体包含 IMSI、MSISDN 或 IP
3. 查看响应中的综合会话详细信息：
a) 活动会话 - 验证会话是否存在且参数正确
b) 当前位置信息 - 检查 TAC、单元 ID、服务网络
c) 承载信息 - 验证默认和专用承载
- QCI、MBR/GBR、计费规则名称
- APN-AMBR 限制
d) 计费信息 - Gy 会话 ID、配额状态（也可 GET /api/charging/<imsi>）
e) 策略信息 - Gx 会话、已安装的 PCC 规则
f) 最近事件 - GET /api/session_history?search=<imsi>
4. 如果未找到会话 → GET /api/diameter?status=disconnected 检查 PCRF 连接性
快��会话查找：
1. 用户报告问题
2. GET /api/sessions?search=<imsi|msisdn> (或 GET /api/sessions/<imsi>)
3. 验证会话是否存在且基本详细信息：
- 分配的 UE IP 地址
- QoS 参数
- 建立的隧道端点
4. 要进行详细分析 → POST /api/ue_search
系统健康检查：
1. GET /api/upf → 验证所有 PGW-U 对等体 "已关联"
2. GET /api/diameter?status=connected → 验证所有 PCRF 对等体 "已连接"
3. GET /api/sessions → 检查活动会话数量与容量
4. GET /api/status → 整体健康检查 ({"result":"ok"})
容量监控：
- 计算
GET /api/sessions返回的条目 - 与许可/预期容量进行比较
- 识别峰值使用时间
- 监控跨 APN 的分布；使用
GET /api/ip_pools获取每个池的利用率
API 与指标
使用 OAM API 进行：
- 深入了解用户故障排除 (
POST /api/ue_search) - 单个会话详细信息和状态检查 (
GET /api/sessions/<imsi>) - 实时对等体状态 (
GET /api/upf,GET /api/diameter) - 跨所有接口的快速健康检查 (
GET /api/status) - 按 IMSI/MSISDN/IP 故障排除特定用户
- 承载 QoS 分析 (MBR、GBR、QCI)
- 策略和计费规则检查 (
GET /api/charging) - 会话历史和审计跟踪 (
GET /api/session_history) - IP 池容量监控 (
GET /api/ip_pools) - 验证配置和规则 (
GET /api/upf_selection)
使用 Prometheus 指标进行：
- 历史趋势
- 警报和通知
- 容量规划图
- 性能分析
- 长期监控
最佳实践： 同时使用两者 - OAM API 用于即时操作，Prometheus 用于趋势和警报。
监控与指标
除了 OAM API，OmniPGW 还提供与 Prometheus 兼容的指标用于监控：
可用指标
-
会话指标
teid_registry_count- 活动 S5/S8 会话seid_registry_count- 活动 PFCP 会话session_id_registry_count- 活动 Gx 会话address_registry_count- 分配的 UE IP 地址charging_id_registry_count- 活动计费 ID
-
消息指标
s5s8_inbound_messages_total- 接收到的 GTP-C 消息sxb_inbound_messages_total- 接收到的 PFCP 消息gx_inbound_messages_total- 接收到的 Diameter 消息- 消息处理持续时间分布
-
错误指标
s5s8_inbound_errors_total- S5/S8 协议错误sxb_inbound_errors_total- PFCP 协议错误gx_inbound_errors_total- Diameter 错误
-
会话生命周期指标
pgw_session_create_total{result,cause,pdn_type,rat_type}- PDN 会话创建尝试，按结果（success/failure）、返回的 GTP 原因、PDN 类型（ipv4/ipv6/ipv4v6）和 RAT 类型进行细分pgw_session_delete_total{pdn_type}- 按 PDN 类型的 PDN 会话删除pgw_session_modify_total- 处理的修改承载请求
-
UE IP 池指标
ue_pool_addresses_allocated{pool,ip_version}- 每个池（APN 模式）和 IP 版本的分配 UE 地址ue_pool_addresses_total{pool,ip_version}- 池的总容量ue_pool_addresses_utilization_ratio{pool,ip_version}- 分配的比例（0.0-1.0）；用于池耗尽警报。注意共享地址范围的池各自计算共享分配ue_ip_allocation_failures_total{ip_version,reason}- 分配失败（pool_exhausted，already_registered）
-
每个对等 UPF / PFCP 指标
upf_peer_associated{peer_ip}- 每个对等体的 PFCP 关联状态 1/0upf_peer_healthy{peer_ip}- 每个对等体的健康状态 1/0upf_peer_missed_heartbeats{peer_ip}- 每个对等体连续错过的心跳upf_heartbeat_rtt- 按peer_ip的 PFCP 心跳往返时间分布
-
承载和 QoS 指标
pgw_bearer_create_total{type,qci}- 按类型（default/dedicated）和 QCI 创建的承载pgw_bearer_delete_total{type}- 按类型删除的承载
-
Diameter 对等体指标
diameter_peers_connected{application}- 按应用（gx/gy/all）连接的 Diameter 对等体
访问指标
指标通过 HTTP 在配置的端点公开：
curl http://127.0.0.42:42069/metrics
请参见 监控与指标指南 以获取仪表板设置和警报信息。
详细文档
本节提供 OmniPGW 文档的全面概述。文档按主题和用例组织。
文档结构
OmniPGW 文档
├── OPERATIONS.md (本指南)
│
└── docs/
├── 配置与设置
│ ├── configuration.md ��整的 runtime.exs 参考
│ ├── ue-ip-allocation.md IP 池配置
│ └── pco-configuration.md DNS、P-CSCF、MTU 设置
│
├── 网络接口
│ ├── pfcp-interface.md Sxb/PFCP (PGW-U 通信)
│ ├── diameter-gx.md Gx (PCRF 通信)
│ ├── diameter-gy.md Gy/Ro (OCS 通信)
│ └── s5s8-interface.md S5/S8 (SGW-C 通信)
│
└── 操作
├── session-management.md PDN 会话生命周期
├── charging-override.md 破玻璃在线计费覆盖
└── monitoring.md Prometheus 指标与警报
按主题的文档
🚀 入门
| 文档 | 描述 | 目的 |
|---|---|---|
| OPERATIONS.md | 主要操作指南（本文件） | 概述和快速入门 |
⚙️ 配置
| 文档 | 描述 | 行数 |
|---|---|---|
| configuration.md | 完整的 runtime.exs 配置参考 | 1,600+ |
| ue-ip-allocation.md | UE IP 池管理和分配 | 943 |
| ipv6-dual-stack.md | PGW-C 和 UPF 之间的 IPv6 / IPv4v6 PDN 操作 | - |
| pco-configuration.md | 协议��置选项（DNS、P-CSCF、MTU） | 344 |
🔌 网络接口
| 文档 | 描述 | 行数 |
|---|---|---|
| pfcp-interface.md | PFCP/Sxb 接口到 PGW-U | 1,355 |
| diameter-gx.md | Diameter Gx 接口到 PCRF（策略控制） | 941 |
| diameter-gy.md | Diameter Gy/Ro 接口到 OCS（在线计费） | 1,100+ |
| charging-override.md | 破玻璃覆盖以在 OCS 事件期间禁用在线计费 | - |
| s5s8-interface.md | GTP-C S5/S8 接口到 SGW-C | 456 |
📊 操作与监控
| 文档 | 描述 | 行数 |
|---|---|---|
| session-management.md | PDN 会话生命周期和操作 | 435 |
| monitoring.md | Prometheus 指标、Grafana 仪表板、警报 | 807 |
| data-cdr-format.md | CDR 文件格式、URR 配置、离线计费 | 847 |
| qos-bearers.md | QoS 和承载管理、策略控制 | 448 |
| troubleshooting.md | 故障排除程序和常见问题 | 687 |
🔧 高级功能
| 文档 | 描述 | 行数 |
|---|---|---|
| pcscf-monitoring.md | P-CSCF 发现和健康监控 | 894 |
文档特点
📈 Mermaid 图表
所有文档都包含 Mermaid 图表 以便于理解：
- 架构图
- 时序图（消息流）
- 状态机
- 网络拓扑
💡 实用示例
每个文档包括：
- 真实的配置示例
- 可直接复制粘贴的配置
- 常见用例
🔍 故障排除
每个接口文档包括：
- 常见问题和解决方案
- 调试命令
- 诊断指标
🔗 交叉引用
文档之间进行了广泛的交叉链接，以便于导航。
阅读路径
对于网络运营商
- OPERATIONS.md - 概述（本文件）
- configuration.md - 设置
- monitoring.md - 监控
- session-management.md - 日常操作
对于网络工程师
- OPERATIONS.md - 架构概述（本文件）
- pfcp-interface.md - 用户平面控制
- diameter-gx.md - 策略控制
- diameter-gy.md - 在线计费
- s5s8-interface.md - 会话管理
- ue-ip-allocation.md - IP 管理
对于配置与部署
- configuration.md - 完整参考
- ue-ip-allocation.md - IP 池
- pco-configuration.md - 网络参数
- monitoring.md - 设置监控
文档统计
- 文档总数： 14
- 总行数： ~10,900+
- 总大小： ~265 KB
- Mermaid 图表： 75+
- 代码示例： 150+
涉及的关键概念
架构
- ✅ 控制/用户平面分离
- ✅ OTP/Elixir 架构
- ✅ 进程监督
- ✅ 基于 GenServer 的会话
协议
- ✅ PFCP（数据包转发控制协议）
- ✅ GTP-C v2（GPRS 隧道协议）
- ✅ Diameter（RFC 6733）
3GPP 接口
- ✅ Sxb（PGW-C ↔ PGW-U）
- ✅ Gx（PGW-C ↔ PCRF）
- ✅ Gy/Ro（PGW-C ↔ OCS）
- ✅ S5/S8（SGW-C ↔ PGW-C）
操作
- ✅ 会话管理
- ✅ IP 分配策略
- ✅ QoS 执行
- ✅ 计费集成
- ✅ 监控与警报
其他资源
3GPP 规范
| 规范 | 标题 |
|---|---|
| TS 29.274 | GTP-C v2（S5/S8 接口） |
| TS 29.244 | PFCP（Sxb 接口） |
| TS 29.212 | Diameter Gx 接口（策略控制） |
| TS 32.299 | Diameter 计费应用（Gy/Ro） |
| TS 32.251 | 分组交换域计费 |
| TS 23.401 | EPC 架构 |
相关文档
- 配置参考： configuration.md - 完整的
config/runtime.exs参考