PFCP

El Protocolo de Control de Reenvío de Paquetes ( PFCP ) es un protocolo 3GPP utilizado en la interfaz Sx/N4 entre el plano de control y la función del plano de usuario, especificado en TS 29.244. ^{[ 1 ]} Es uno de los principales protocolos introducidos en la Red Central Móvil de Próxima Generación 5G (también conocida como 5GC ^{[ 2 ]} ), pero también se utiliza en el EPC 4G/LTE para implementar la Separación del Plano de Control y del Plano de Usuario (CUPS). ^{[ 3 ]} El PFCP y las interfaces asociadas buscan formalizar las interacciones entre diferentes tipos de elementos funcionales utilizados en las Redes Centrales Móviles, tal como las implementan la mayoría de los operadores que brindan servicios 4G y 5G a los suscriptores móviles. Estos dos tipos de componentes son:

1. Los elementos funcionales del plano de control (CP), que manejan principalmente procedimientos de señalización (por ejemplo, procedimientos de conexión a la red, gestión de rutas del plano de datos del usuario e incluso entrega de algunos servicios ligeros como SMS ).
2. Los elementos funcionales del plano de datos de usuario (UP), que gestionan principalmente el reenvío de paquetes, se basan en las reglas establecidas por los elementos CP (por ejemplo, el reenvío de paquetes para IPv4 , IPv6 o posiblemente incluso Ethernet con futuras implementaciones de 5G , entre las distintas RAN inalámbricas compatibles y la PDN que representa Internet o una red empresarial).

El alcance de PFCP es similar al de OpenFlow , sin embargo, fue diseñado para servir al caso de uso particular de las redes centrales móviles .

PFCP también se utiliza en la interfaz entre las funciones del plano de control y del plano de usuario de un BNG desagregado , tal como lo define el BroadBand Forum en TR-459 .

Aunque similar a GTP en conceptos e implementación, PFCP es complementario. Proporciona los medios de control para que un componente de señalización del plano de control gestione el procesamiento y reenvío de paquetes realizado por un componente del plano de usuario. Las pasarelas de paquetes EPC o 5G típicas se dividen mediante el protocolo en dos partes funcionales, lo que permite una evolución y escalabilidad más naturales.

El protocolo PFCP se utiliza en las siguientes interfaces centrales móviles de 3GPP :

• Sxa - entre SGW-C y SGW-U
• Sxb - entre PGW-C y PGW-U
• Sxc - entre TDF-C y TDF-U (Función de detección de tráfico)
• N4 - entre SMF y UPF

Nota: Sxa y Sxb se pueden combinar, en caso de que se implemente un SGW/PGW fusionado.

El elemento funcional del plano de control (por ejemplo, PGW-C, SMF) controla el procesamiento y el reenvío de paquetes en los elementos funcionales del plano de usuario (por ejemplo, PGW-U, UPF), estableciendo, modificando o eliminando sesiones PFCP.

Los paquetes del plano de usuario se reenviarán entre las funciones CP y UP encapsulándolos mediante la encapsulación GTP-U (véase 3GPP TS 29.281 [3]). Para reenviar datos de la función UP a la función CP, esta última deberá configurar reglas de detección de paquetes (PDR) por contexto de sesión PFCP, con información de detección de paquetes (PDI) que identifique el tráfico del plano de usuario que se reenviará a la función CP y una regla de acción de reenvío (FAR) configurada con la interfaz de destino "lado de la función CP" y configurada para realizar la encapsulación GTP-U y reenviar los paquetes a un F-TEID GTP-u asignado de forma única en la función CP por sesión PFCP y PDR. La función CP identificará entonces la conexión PDN y el portador al que pertenecen los datos reenviados mediante el TEID totalmente cualificado (F-TEID) en la cabecera del paquete GTP-U encapsulado. Para reenviar datos desde la función CP a la función UP, la función CP deberá aprovisionar uno o más PDR por contexto de sesión PFCP, con el PDI configurado con la interfaz de origen "lado de la función CP" e identificando el F-TEID GTP-u asignado de forma única en la función UP por PDR, y con un FAR configurado para realizar la desencapsulación GTP-U y reenviar los paquetes al destino previsto. También se pueden configurar URR y QER.

En cada sesión se envían múltiples PDR, FAR, reglas de aplicación de QoS (QER), reglas de informes de uso (URR) y/o reglas de acción de almacenamiento en búfer (BAR).

A continuación se presentan los conceptos principales utilizados, organizados según su modelo de asociación lógica:

• Las PDR (reglas de detección de paquetes) contienen información para hacer coincidir los paquetes de datos con ciertas reglas de procesamiento. Se pueden hacer coincidir tanto la encapsulación externa como las cabeceras internas del plano de usuario. Las siguientes reglas se pueden aplicar en caso de coincidencia positiva:
  • FAR (Reglas de Acción de Reenvío): determinan si los paquetes que coinciden con las PDR deben descartarse, reenviarse, almacenarse en búfer o duplicarse, e incluyen un activador para la notificación del primer paquete; también incluyen reglas de encapsulación de paquetes o de enriquecimiento de encabezados. En caso de almacenamiento en búfer, se pueden aplicar las siguientes reglas:
    • BARs - Reglas de acción de almacenamiento en búfer - cuántos datos almacenar en búfer y cómo notificar al plano de control.
  • QERs - Reglas de aplicación de QoS - reglas para proporcionar control de acceso y QoS, marcado de flujo y nivel de servicio.
  • Las URR (Reglas de Informes de Uso) contienen reglas para contabilizar e informar sobre el tráfico gestionado por la función del plano de usuario, generando informes para habilitar la funcionalidad de tarificación en las funciones del plano de control.

Los elementos de información (IE) se definen según tengan una codificación propietaria o estén agrupados. Los IE agrupados son simplemente una lista de otros IE, codificados uno tras otro, como en la carga útil del mensaje PFCP.

Los tipos IE 0..32767 son específicos de 3GPP y no tienen un Enterprise-ID configurado. Los tipos IE 32768..65535 pueden ser utilizados por implementaciones personalizadas y el Enterprise-ID debe configurarse con los códigos de empresa privada de gestión de red IANA SMI ^{[ 4 ]} de la parte emisora.

Muy similar a GTP-C , PFCP utiliza UDP . El puerto 8805 está reservado. ^{[ 5 ]}

Para garantizar la fiabilidad, se emplea una estrategia de retransmisión similar a la de GTP-C , en la que los mensajes perdidos se envían N1 veces a intervalos T1. Las transacciones se identifican mediante el número de secuencia de 3 bytes, la dirección IP y el puerto del interlocutor.

El protocolo incluye un modelo propio de solicitud/respuesta de latido, que permite supervisar la disponibilidad de los pares de comunicación y detectar reinicios (mediante el uso de un elemento de información de marca de tiempo de recuperación).

Para el intercambio de paquetes del plano de usuario entre los elementos funcionales del plano de control y del plano de usuario, se utiliza GTP-U para la interfaz Sx-u, o bien una encapsulación UDP o Ethernet más sencilla para la interfaz N4-u (esto último está por confirmar, ya que los estándares aún no están completos).