PFCP

بروتوكول التحكم في توجيه الحزم ( PFCP ) هو بروتوكول من بروتوكولات 3GPP يُستخدم على واجهة Sx/N4 بين مستوى التحكم ومستوى المستخدم، والمحدد في المواصفة الفنية TS 29.244. ^{[ 1 ]} وهو أحد البروتوكولات الرئيسية المُستخدمة في شبكة الجيل الخامس الأساسية للهواتف المحمولة ( 5GC ) ^{[ 2 ]} ، ولكنه يُستخدم أيضًا في شبكة الجيل الرابع/LTE EPC لتطبيق فصل مستوى التحكم عن مستوى المستخدم (CUPS). ^{[ 3 ]} يسعى بروتوكول PFCP والواجهات المرتبطة به إلى تنظيم التفاعلات بين مختلف أنواع العناصر الوظيفية المستخدمة في شبكات الجيل الخامس الأساسية للهواتف المحمولة، كما هو مُطبق من قِبل معظم مُشغلي خدمات الجيل الرابع والخامس لمشتركي خدمات الهاتف المحمول. وهذان النوعان من المكونات هما:

1. تتولى عناصر مستوى التحكم (CP) الوظيفية في الغالب إجراءات الإشارة (مثل إجراءات ربط الشبكة، وإدارة مسارات مستوى بيانات المستخدم، وحتى تقديم بعض الخدمات الخفيفة مثل الرسائل النصية القصيرة ).
2. تتولى العناصر الوظيفية لمستوى بيانات المستخدم (UP) معالجة إعادة توجيه الحزم في الغالب، استنادًا إلى القواعد التي تحددها عناصر CP (على سبيل المثال إعادة توجيه الحزم لـ IPv4 و IPv6 - أو ربما حتى Ethernet مع عمليات نشر 5G المستقبلية - بين شبكات الوصول الراديوي اللاسلكية المختلفة المدعومة و PDN التي تمثل الإنترنت أو شبكة المؤسسة).

نطاق بروتوكول PFCP مشابه لنطاق بروتوكول OpenFlow ، إلا أنه تم تصميمه لخدمة حالة الاستخدام الخاصة بشبكات الجيل الرابع .

يتم استخدام PFCP أيضًا على الواجهة بين وظائف مستوى التحكم ومستوى المستخدم لـ BNG المفكك ، كما هو محدد من قبل منتدى النطاق العريض في TR-459 .

على الرغم من تشابه بروتوكول PFCP مع بروتوكول GTP في المفاهيم والتنفيذ، إلا أنه يُعد مكملاً له. فهو يوفر وسائل التحكم لمكون الإشارة في مستوى التحكم لإدارة معالجة الحزم وإعادة توجيهها بواسطة مكون مستوى المستخدم. عادةً ما يقسم البروتوكول بوابات حزم EPC أو 5G إلى جزأين وظيفيين، مما يسمح بتطور أكثر سلاسة وقابلية للتوسع.

يُستخدم بروتوكول PFCP على واجهات الشبكة الأساسية المتنقلة التالية التابعة لـ 3GPP :

• Sxa - بين SGW-C و SGW-U
• Sxb - بين PGW-C و PGW-U
• Sxc - بين TDF-C و TDF-U (وظيفة كشف حركة المرور)
• N4 - بين SMF و UPF

ملاحظة: يمكن دمج Sxa و Sxb في حالة تنفيذ SGW/PGW المدمج.

يتحكم العنصر الوظيفي لمستوى التحكم (مثل PGW-C، SMF) في معالجة الحزم وإعادة توجيهها في العناصر الوظيفية لمستوى المستخدم (مثل PGW-U، UPF)، عن طريق إنشاء جلسات PFCP أو تعديلها أو حذفها.

يتم توجيه حزم بيانات مستوى المستخدم بين وظيفتي CP وUP عن طريق تغليفها باستخدام بروتوكول GTP-U (انظر 3GPP TS 29.281 [3]). ولتوجيه البيانات من وظيفة UP إلى وظيفة CP، تُهيئ وظيفة CP قواعد كشف الحزم (PDR) لكل سياق جلسة PFCP، حيث تُحدد معلومات كشف الحزم (PDI) حركة بيانات مستوى المستخدم المراد توجيهها إلى وظيفة CP، ويتم تعيين قاعدة إجراء التوجيه (FAR) لواجهة الوجهة "جانب وظيفة CP" لتنفيذ تغليف GTP-U وتوجيه الحزم إلى مُعرّف TEID كامل (F-TEID) خاص بـ GTP-u، مُخصص بشكل فريد في وظيفة CP لكل جلسة PFCP وPDR. بعد ذلك، تُحدد وظيفة CP اتصال PDN والحامل الذي تنتمي إليه البيانات المُوجّهة من خلال مُعرّف TEID الكامل (F-TEID) الموجود في رأس حزمة GTP-U المُغلّفة. لإعادة توجيه البيانات من وظيفة CP إلى وظيفة UP، يجب على وظيفة CP توفير سجل بيانات واحد أو أكثر (PDR) لكل سياق جلسة PFCP، مع ضبط PDI على واجهة المصدر "جانب وظيفة CP" وتحديد GTP-u F-TEID المُخصص بشكل فريد في وظيفة UP لكل سجل بيانات، مع ضبط FAR لتنفيذ فك تغليف GTP-U وإعادة توجيه الحزم إلى الوجهة المقصودة. يمكن أيضًا تكوين URRs وQERs.

يتم إرسال العديد من PDRs و FARs و QoS Enforce Rules (QER) و Usage Reporting Rules (URR) و / أو Buffering Action Rules (BAR) لكل جلسة.

فيما يلي المفاهيم الرئيسية المستخدمة، مرتبة وفقًا لنموذج الارتباط المنطقي الخاص بها:

• تحتوي قواعد اكتشاف الحزم (PDRs) على معلومات لمطابقة حزم البيانات مع قواعد معالجة محددة. يمكن مطابقة كل من الغلاف الخارجي ورؤوس مستوى المستخدم الداخلية. يمكن تطبيق القواعد التالية عند المطابقة الإيجابية:
  • قواعد توجيه الحزم (FARs) - تحدد هذه القواعد ما إذا كان ينبغي إسقاط الحزم المطابقة لبيانات توجيه الحزم (PDRs) أو إعادة توجيهها أو تخزينها مؤقتًا أو تكرارها، وكيفية القيام بذلك، بما في ذلك آلية إشعار أول حزمة؛ وتشمل قواعد تغليف الحزم أو إثراء رأسها. في حالة التخزين المؤقت، يمكن تطبيق القواعد التالية:
    • قواعد إجراءات التخزين المؤقت (BARs) - مقدار البيانات التي يجب تخزينها مؤقتًا وكيفية إخطار مستوى التحكم.
  • قواعد إنفاذ جودة الخدمة (QERs) - قواعد لتوفير التحكم في البوابة وجودة الخدمة، وتحديد التدفق ومستوى الخدمة.
  • قواعد الإبلاغ عن الاستخدام (URRs) - تحتوي على قواعد لحساب حركة المرور التي يتم التعامل معها بواسطة وظيفة مستوى المستخدم والإبلاغ عنها، مما يؤدي إلى إنشاء تقارير لتمكين وظيفة الفوترة في وظائف مستوى التحكم.

تُعرَّف عناصر المعلومات إما بأنها ذات ترميز خاص، أو بأنها مُجمَّعة. عناصر المعلومات المُجمَّعة هي ببساطة قائمة بعناصر معلومات أخرى، مُرمَّزة واحدة تلو الأخرى كما هو الحال في حمولة رسالة PFCP.

تُعدّ أنواع عناصر المعلومات من 0 إلى 32767 خاصة بـ 3GPP ولا تحتوي على مُعرّف مؤسسة مُحدد. أما أنواع عناصر المعلومات من 32768 إلى 65535 فيمكن استخدامها في التطبيقات المُخصصة، ويجب تعيين مُعرّف المؤسسة إلى رموز إدارة الشبكة الخاصة بالجهات المُصدرة (IANA SMI) ^{[ 4 ] .}

يشبه بروتوكول PFCP إلى حد كبير بروتوكول GTP-C ، ويستخدم بروتوكول UDP . المنفذ 8805 محجوز. ^{[ 5 ]}

لضمان الموثوقية، تُستخدم استراتيجية إعادة إرسال مماثلة لتلك المستخدمة في بروتوكول GTP-C ، حيث تُرسل الرسائل المفقودة N1 مرة على فترات زمنية T1. وتُحدد المعاملات بواسطة رقم التسلسل المكون من 3 بايتات، وعنوان IP، ومنفذ الطرف المقابل في الاتصال.

يتضمن البروتوكول نموذج طلب/استجابة نبضات القلب الخاص به، والذي يسمح بمراقبة توافر نظراء الاتصال واكتشاف عمليات إعادة التشغيل (باستخدام عنصر معلومات الطابع الزمني للاسترداد).

بالنسبة لتبادل حزم البيانات بين عناصر التحكم وعناصر المستخدم الوظيفية، GTP-U لواجهة Sx-u، أو بدلاً من ذلك تغليف UDP أو Ethernet أبسط لواجهة N4-u (سيتم تأكيد ذلك، حيث أن المعايير لا تزال غير مكتملة).