PGW in LTE: Funzione e Posizionamento nel Core Network

PGW in LTE: Funzione e Posizionamento nel Core Network

In questa analisi tecnica ci concentriamo sul ruolo e la posizione del Packet Gateway (PGW) all’interno dell’architettura LTE. Questo elemento, fondamentale per la gestione del traffico dati, opera come punto di uscita verso le reti esterne e svolge funzioni chiave di policy, routing e gestione IP. Capire come e dove si colloca il PGW nella rete LTE è essenziale per progettare e ottimizzare un’infrastruttura efficiente e scalabile.

Il contesto architetturale della rete LTE

La rete LTE si basa su un’architettura semplificata chiamata EPS (Evolved Packet System), suddivisa in due blocchi principali:

  • E-UTRAN (Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network): composta dagli eNodeB che gestiscono la parte radio e la comunicazione con l’UE (User Equipment).
  • EPC (Evolved Packet Core): costituisce il core IP-based e include gli elementi MME, SGW, PGW e HSS.

Il PGW si colloca all’interno dell’EPC e interagisce direttamente con il Serving Gateway (SGW) e con reti esterne come Internet o intranet aziendali.

Funzioni principali del PGW

Il PGW è molto più di un semplice gateway IP: rappresenta il nodo attraverso cui tutto il traffico dati dell’utente accede a servizi esterni. Di seguito sono riportate le funzioni più rilevanti:

  1. Assegnazione e gestione indirizzi IP: assegna dinamicamente un indirizzo IP a ogni UE durante la procedura di attivazione del bearer default.
  2. Routing e forwarding: indirizza i pacchetti verso Internet o verso reti private sulla base di tabelle di instradamento configurate.
  3. Enforcement delle policy: applica le regole di QoS (Quality of Service) e le direttive PCC (Policy and Charging Control) provenienti dal PCRF.
  4. Contabilità del traffico: raccoglie informazioni per il billing dell’utente finale, tenendo traccia del volume e del tipo di traffico generato.
  5. Supporto alla mobilità: in coordinamento con SGW, consente la continuità della sessione dati quando l’utente si sposta geograficamente.

Collocazione logica e interfacce

Dal punto di vista della topologia logica, il PGW si trova in una posizione centrale nella parte core della rete, interfacciandosi verso:

  • SGW tramite l’interfaccia S5/S8: dove S5 è usata in scenari nazionali e S8 in roaming.
  • Reti esterne tramite l’interfaccia SGi: verso Internet, reti aziendali o IMS (IP Multimedia Subsystem).
  • PCRF tramite Gx: per ricevere le regole di controllo di policy.

PGW in LTE: Funzione e Posizionamento nel Core Network

Gestione IP e NAT

Il PGW si occupa dell’assegnazione IP a livello di sessione PDN (Packet Data Network) e può anche eseguire operazioni di NAT (Network Address Translation) nel caso in cui sia necessario mascherare gli IP interni della rete operatore rispetto alla rete pubblica. In molti scenari, un singolo PGW può gestire migliaia di sessioni concorrenti, il che richiede meccanismi sofisticati di gestione IP e allocazione efficiente delle risorse.

Controllo di policy e billing

Attraverso il collegamento con il PCRF, il PGW applica le policy relative alla larghezza di banda, alla priorità dei servizi e alle restrizioni legate all’abbonamento. Il controllo avviene tramite l’interfaccia Gx, su cui transitano messaggi Diameter contenenti le direttive per ciascun bearer attivo. In parallelo, il PGW genera record di traffico (CDR – Charging Data Records) usati per la contabilizzazione e fatturazione da parte del sistema di billing.

Funzionalità Descrizione Componente associato
QoS Enforcement Applicazione livelli di priorità e larghezza di banda PCRF
Usage Reporting Generazione CDR per ogni sessione utente Billing System
Bearer Management Controllo dei bearer dedicati per servizi specifici SGW e PCRF

Esempio di flusso dati con il PGW

Quando un utente si connette alla rete LTE, il MME avvia la procedura di attivazione EPS Bearer Context. Una volta autenticato l’utente e allocato il SGW, viene selezionato un PGW associato all’APN richiesto. Questo PGW assegna un indirizzo IP e attiva la sessione PDN, configurando le policy di traffico secondo le indicazioni del PCRF. Da quel momento, tutto il traffico dati passa attraverso il PGW, che ne gestisce il routing e la qualità fino alla fine della sessione.

Ruolo del PGW in scenari evolutivi

Con l’introduzione di reti 5G NSA (Non-Standalone), il PGW continua a essere usato come ancoraggio del traffico dati, fungendo da punto d’integrazione tra rete 5G e core 4G (EPC). Tuttavia, nelle implementazioni standalone (5GC), il ruolo del PGW viene separato tra i nuovi componenti UPF (User Plane Function) e SMF (Session Management Function), seguendo l’architettura service-based.

Questo passaggio sottolinea quanto il PGW abbia rappresentato un elemento cruciale nell’evoluzione della mobilità dati, fungendo da snodo strategico tra la rete d’accesso LTE e il mondo IP.

Per continuare a esplorare il funzionamento interno delle reti mobili, ti consiglio di leggere l’approfondimento sul ruolo del SGW nella gestione del traffico utente LTE.

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