VAS Experts ePDG Monitoring System

Комплексная система мониторинга шлюза VoWiFi (ePDG)

1. Обзор решения

Система мониторинга VAS Experts ePDG Monitoring обеспечивает полный операционный контроль компонента fast-epdg — шлюза VoWiFi (Voice over WiFi), реализующего пакетный шлюз данных (Evolved Packet Data Gateway) согласно 3GPP TS 29.273 и TS 24.302. Шлюз обеспечивает защищённую передачу голосового и пакетного трафика через недоверенные каналы Wi-Fi с IPSec/IKEv2 туннелированием и интеграцию с EPC-ядром через интерфейсы SWu, SWm, SWx, S2b, S6b.

Решение предоставляет единую платформу мониторинга для оперативных служб мобильного оператора — от уровня IPSec SA (L3 security) до KPI абонентского опыта VoWiFi.

Ключевые преимущества

Мониторинг в реальном времени — обновление метрик каждые 10-15 секунд, непосредственное отображение состояния IKE SA / Child SA и GTP-туннелей в NOC-дашбордах без отложенной агрегации.

Проактивное обнаружение аномалий — 20+ алармов с автоматической эскалацией по важности. Недоступность PGW/AAA, рост задержек IKEv2, рост ошибок EAP-AKA' — детектируются до того, как абоненты заметят проблемы со звонками.

Открытые интерфейсы интеграции — Prometheus, SNMP v2c (EPDG-MIB под официальным enterprise OID VAS Experts .1.3.6.1.4.1.43823 / поддерево ePDG .43823.1), Alertmanager webhooks, Grafana provisioning. Интеграция в существующую NMS/OSS инфраструктуру без vendor lock-in.

Zero external dependencies на plugin-уровне — встроенный /metrics endpoint в fast-epdg, без Java, без JMX, без внешних агентов. Publish в формате Prometheus text exposition поверх HTTP.

Покрытие всего стека SWu→S2b — IKEv2 (SWu), Diameter SWm/SWx/S6b, GTPv2-C (S2b) и GTP-U data plane — в одном endpoint. 33 метрики суммарно, покрывают control plane и data plane.

2. Архитектура системы мониторинга

Четырёхуровневая архитектура мониторинга

Уровень	Компонент	Технология
Сбор (Collection)	Встроенный /metrics endpoint fast-epdg	Prometheus text exposition поверх HTTP
Хранение (Storage)	Prometheus TSDB	Локальное хранение, 15-дневная ретенция по умолчанию
Визуализация (Visualization)	Grafana + JSON provisioning	Автозагрузка 4 дашбордов
Алармирование (Alerting)	Alertmanager + SNMP Trap Sender	PromQL rules → webhook → SNMP v2c trap

3. Компоненты и метрики

Покрытие мониторингом

Количественный обзор по категориям

Категория	Кол-во метрик	Интервал опроса	Ключевые показатели
Config	2	10 с	Статус конфигурации, счётчик reload
Network	1	10 с	Статус соединений к peers (PGW/AAA/HSS)
IKEv2 (SWu)	3	10 с	Сообщения по типам (IKE_SA_INIT, IKE_AUTH, CREATE_CHILD_SA), latency histogram, ошибки
GTPv2-C (S2b)	4	10 с	Сообщения (Create/Modify/Delete Session), latency, ошибки, retransmissions
GTP-U data plane	3	10 с	Packets/bytes, tunnel ошибки
Diameter (SWm/SWx/S6b)	5	10 с	Сообщения по command code (DER/DEA, MAR/MAA, AAR/AAA), latency, ошибки, watchdog, connection status
Service KPI	4	10 с	Attach success rate, attach duration histogram, service availability, uptime
Session State	4	10 с	IKE SA, Child SA, GTP sessions, total subscribers
Application	3	10 с	Threads total, memory, лог-сообщения по уровням
System	4	10 с	CPU usage, memory, disk usage, открытые FD
Итого	33 метрики

Принципы именования

Все метрики имеют префикс epdg_ и организованы по иерархии:

epdg_
├── config_* # Конфигурация
├── network_* # Сетевой уровень
├── ikev2_* # SWu (IKEv2/IPSec)
├── gtp_* # S2b control-plane GTPv2-C
├── gtpu_* # S2b data-plane GTP-U
├── diameter_* # SWm/SWx/S6b
├── service_* # KPI сервисов (attach, availability, uptime)
├── session_* # Состояние сессий (IKE SA, Child SA, GTP, subscribers)
├── app_* # Метрики приложения (memory, threads, logs)
└── system_* # Системные метрики (CPU, disk, network)

4. Перечень метрик

Все метрики экспортируются через единый /metrics endpoint в формате Prometheus text exposition. Именование следует конвенции Prometheus: epdg_<группа>_<имя>[_unit], тип Counter имеет суффикс _total, Histogram — суффикс _seconds / _bytes.

4.1 Config (2)

Имя	Тип	Назначение
epdg_config_status	Gauge	Статус конфигурации компонента (0=error, 1=ok)
epdg_config_reload_total	Counter	Счётчик конфигурационных reload (success/failure)

4.2 Network (1)

Имя	Тип	Назначение
epdg_network_connection_status	Gauge	Статус TCP/UDP-соединения к peer (0=down, 1=up) — применяется к PGW (S2b), AAA (SWm), HSS (SWx)

4.3 IKEv2 SWu (3)

Имя	Тип	Назначение
epdg_ikev2_messages_total	Counter	Счётчик IKEv2 сообщений (IKE_SA_INIT / IKE_AUTH / CREATE_CHILD_SA / INFORMATIONAL)
epdg_ikev2_request_duration_seconds	Histogram	Распределение времени ответа на IKEv2 request
epdg_ikev2_errors_total	Counter	IKEv2 ошибки (NO_PROPOSAL_CHOSEN, AUTHENTICATION_FAILED, INVALID_SYNTAX и т.д.)

4.4 GTPv2-C S2b (4)

Имя	Тип	Назначение
epdg_gtp_messages_total	Counter	Сообщения GTPv2-C (Create/Modify/Delete Session, Echo)
epdg_gtp_request_duration_seconds	Histogram	Latency request→response
epdg_gtp_errors_total	Counter	GTP-C ошибки по Cause Code
epdg_gtp_retransmissions_total	Counter	Ретрансмиссии GTP-C запросов

4.5 GTP-U data plane (3)

Имя	Тип	Назначение
epdg_gtpu_packets_total	Counter	Пакеты через GTP-U tunnel (uplink/downlink)
epdg_gtpu_bytes_total	Counter	Байты через GTP-U tunnel
epdg_gtpu_errors_total	Counter	Ошибки туннелирования (TEID mismatch, decap fail)

4.6 Diameter SWm/SWx/S6b (5)

Имя	Тип	Назначение
epdg_diameter_messages_total	Counter	DER/DEA (SWm), MAR/MAA (SWx), AAR/AAA (S6b), STR/STA
epdg_diameter_request_duration_seconds	Histogram	Latency Diameter request→answer
epdg_diameter_errors_total	Counter	Ошибки по Experimental-Result-Code
epdg_diameter_watchdog_status	Gauge	Статус DWR/DWA watchdog per peer (0=timeout, 1=ok)
epdg_diameter_connection_status	Gauge	Статус Diameter connection per peer (0=disconnected, 1=connected)

4.7 Service KPI (4)

Имя	Тип	Назначение
epdg_service_attach_total	Counter	Попытки attach (success/failure) по APN
epdg_service_attach_duration_seconds	Histogram	Длительность attach (IKE_SA_INIT → session ready)
epdg_service_availability	Gauge	Availability flag (0=down, 1=up)
epdg_service_uptime_seconds	Gauge	Service uptime

4.8 Session State (4)

Имя	Тип	Назначение
epdg_session_ike_sa_total	Gauge	Активные IKE SA
epdg_session_child_sa_total	Gauge	Активные Child SA (IPSec tunnels)
epdg_session_gtp_sessions_total	Gauge	Активные GTP-C sessions на S2b
epdg_session_subscribers_total	Gauge	Уникальные абоненты (подключённые UE)

4.9 Application (3)

Имя	Тип	Назначение
epdg_app_threads_total	Gauge	Общее число рабочих потоков
epdg_app_memory_bytes	Gauge	Память процесса по типам
epdg_app_log_messages_total	Counter	Лог-сообщения по уровням (debug/info/warn/error/fatal)

4.10 System (4)

Имя	Тип	Назначение
epdg_system_cpu_usage_percent	Gauge	CPU usage процесса
epdg_system_memory_bytes	Gauge	Системная память
epdg_system_disk_bytes	Gauge	Дисковое пространство
epdg_system_open_fds	Gauge	Открытые file descriptors

Типы метрик (напоминание)

Тип	Назначение
Counter	Монотонно растущий счётчик (сообщения, ошибки, reload-ы)
Gauge	Текущее значение (активные сессии, память, статус)
Histogram	Распределение значений с автоматическими percentile bucket'ами (latency, lifetime)

5. Интерфейсы интеграции

5.1 Prometheus (CNCF Standard)

Нативный /metrics endpoint на порту 9817 встроен в fast-epdg. Формат — стандартный Prometheus text exposition v0.0.4 (OpenMetrics compatible). Поддерживается federation для агрегации с центральным Prometheus оператора; remote_write для долгосрочного хранения в Thanos, Cortex, Grafana Mimir.

5.2 SNMP v2c — EPDG-MIB

Enterprise OID VAS Experts (vas.expert): .1.3.6.1.4.1.43823 (регистрация IANA PEN). ePDG MIB живёт поддеревом .1.3.6.1.4.1.43823.1. Другие продукты VAS Experts используют соседние поддеревья (например EPC Monitoring на .43823.100).

Итого 47 OID покрывают SMI-аналог Prometheus-метрик + 14 trap notifications (с парами raise/clear согласно RFC 3877 ALARM-MIB). Совместимость с HP OpenView, IBM Tivoli NetCool, Nokia NetAct, Huawei U2000.

Примеры SNMP-запросов:

# Все дерево ePDG snmpwalk -v2c -c public <host> .1.3.6.1.4.1.43823.1 # Service availability (Gauge 0..1) snmpget -v2c -c public <host> .1.3.6.1.4.1.43823.1.1.1.1.0

5.3 Grafana

4 JSON-провизионированных дашборда (35+ панелей суммарно):

ePDG Overview — availability, attach KPI, sessions, interfaces status

IKEv2 Details — messages, performance, errors, IKE SA lifecycle

GTP Details — GTPv2-C + GTP-U данные по PGW peers

Diameter Details — messages по applications, latency, watchdog

Автоматическая установка через Grafana provisioning API. Адаптивный дизайн для NOC wall displays с авто-refresh 15 секунд.

5.4 Alertmanager Webhooks

Webhook-интерфейс для интеграции с любой системой оповещений: Telegram Bot, Slack, PagerDuty Events API v2, OpsGenie, Microsoft Teams. Отдельный SNMP Trap Sender service конвертирует Alertmanager webhooks в SNMP v2c traps с Enterprise OID.

6. Система алармов

Категории алармов

Severity	Алармы	Описание	Реакция
Critical	ePDG_Service_Down, ePDG_High_Attach_Failure_Rate, ePDG_PGW_Unreachable, ePDG_AAA_Unreachable, ePDG_Diameter_Watchdog_Timeout	Компонент недоступен, массовый отказ attach, peer unreachable	Немедленная эскалация: Email + SNMP Trap + Webhook. Repeat 1 час
Warning	ePDG_High_IKEv2_Latency, ePDG_High_GTP_Latency, ePDG_High_IKEv2_Error_Rate, ePDG_High_GTP_Error_Rate, ePDG_High_Memory_Usage, ePDG_High_CPU_Usage, ePDG_Low_Disk_Space, ePDG_High_Error_Log_Rate	Деградация производительности, аномалии ресурсов	Email. Repeat 4 часа. Подавляется при наличии Critical на том же компоненте

Полный перечень алармов (20+ правил)

Процесс обработки алармов

Особенности

Inhibition: Critical-алармы автоматически подавляют Warning для того же компонента

Grouping: Алармы группируются по alertname + component с 30-секундным окном

Dead time / Hysteresis: for parameter от 1 до 10 минут предотвращает ложные срабатывания

Trap pairing: raise/clear parallel notifications для соответствия RFC 3877 ALARM-MIB

7. Визуализация и операционные дашборды

Состав дашбордов

Дашборд	Панели	Назначение
ePDG Overview	10	Доступность сервиса, коэффициент успешного подключения, количество активных сеансов, состояние SWu/SWm/S2b, пропускная способность по интерфейсам
IKEv2 Details	10	Сообщения в секунду по типам, гистограмма продолжительности запросов, задержка в 95-м процентиле, ошибки по типам, жизненный цикл IKE SA
GTP Details	8	Сообщения GTPv2-C по PGW, повторные передачи, ошибки по коду причины, GTP-U (восходящий/нисходящий канал), несущие
Diameter Details	7	Количество сообщений по приложениям (SWm/SWx/S6b), продолжительность запросов, состояние сторожевого таймера, распределение кодов результатов, хронология состояний соединений

Дизайн для NOC

Автообновление: 15-секундный refresh rate

Адаптивная цветовая схема: зелёный → жёлтый → красный по пороговым значениям

Drill-down: от Overview к детализации per-component

Time-range selector: от 5 минут до 30 дней истории

JSON provisioning: дашборды разворачиваются автоматически

8. Интеграция в единый стек EPC Monitoring

ePDG мониторинг полностью интегрирован в общий мониторинг пакетного ядра:

Оператор NOC видит все компоненты EPC (DPI, SMF, PCEF, FastPCRF, ePDG) в одном интерфейсе Grafana, с единой системой алармов и маршрутизации уведомлений через один Alertmanager.

9. Покрытие метрик по уровням OSI

Детализация метрик по уровням

Модель OSI:

Уровень	Метрики	Примеры
L1/L2 Physical / Data Link	—	Покрывается отдельным node_exporter / аналогом на уровне ОС (не входит в перечень метрик ePDG)
L3 Network / IPSec tunnels	3	epdg_gtpu_packets_total, epdg_gtpu_bytes_total, epdg_gtpu_errors_total — GTP-U data plane
L4 Transport	1	epdg_network_connection_status — TCP к peers (PGW/AAA/HSS)
L5 Session	3	epdg_session_ike_sa_total, epdg_session_child_sa_total, epdg_session_gtp_sessions_total
L6 Presentation/Security	3	epdg_ikev2_messages_total, epdg_ikev2_request_duration_seconds, epdg_ikev2_errors_total — IKEv2/IPSec шифрование и EAP-AKA' аутентификация
L7 Application	9	epdg_diameter_* (SWm/SWx/S6b, 5 метрик), epdg_gtp_* (GTPv2-C, 4 метрики)

Операторский уровень:

Уровень	Метрики	Примеры
Operations	11	epdg_service_availability, epdg_service_uptime_seconds, epdg_app_* (3), epdg_system_* (4), epdg_config_* (2)
Customer Experience	3	epdg_service_attach_duration_seconds p95, epdg_service_attach_total (success rate), epdg_ikev2_request_duration_seconds p99

Уровень 9: Качество восприятия сервиса VoWiFi

QoE-индикатор	Метрики-источники	Интерпретация
Время подключения VoWiFi	epdg_service_attach_duration_seconds p95	> 3 сек — абонент замечает задержку при переключении на WiFi
Непрерывность сервиса	epdg_session_ike_sa_total delta	Массовый сброс > 50 IKE SA = проблема доступности
Успешность аутентификации	ePDG_High_Attach_Failure_Rate alert rate	> 5% = проблема с HSS/AAA peers
Задержка назначения bearer	epdg_gtp_request_duration_seconds{msg=create-session} p99	> 500 мс — задержка готовности voice path
Ошибки GTP-U tunnel	epdg_gtpu_errors_total rate / epdg_gtpu_packets_total	> 0.1% = деградация качества голоса
IKEv2-надёжность	epdg_ikev2_errors_total по типам	NO_PROPOSAL_CHOSEN / AUTHENTICATION_FAILED — проблемы с certs / UE

10. Стандарты и совместимость

Стандарт	Область	Применение
3GPP TS 29.273	SWx/S6b/SWm	Методология учёта Diameter-сообщений и результирующих кодов
3GPP TS 24.302	SWu (IKEv2)	Определение IKEv2 message types и error codes
3GPP TS 33.402	3GPP security for non-3GPP access	EAP-AKA' / IKEv2 security parameters
3GPP TS 23.402	Non-3GPP access architecture	Структура interfaces (SWu/SWm/SWx/S6b/S2b)
3GPP TS 32.421	Performance Measurement	Методология KPI сбора
3GPP TS 32.409	Performance measurement charging	Структура счётчиков
IETF RFC 7296	IKEv2	Message types, error notifications, SA states
IETF RFC 6733	Diameter	Command codes, Result-Codes
IETF RFC 4187	EAP-AKA	Аутентификация через SIM
IETF RFC 3877	ALARM MIB	Структура Enterprise MIB для алармов
IETF RFC 3418	SNMPv2 MIB	Совместимость SNMP v2c
Prometheus Exposition Format	Metrics (v0.0.4)	Формат экспорта метрик
OpenMetrics	CNCF Standard	Перспективная совместимость

11. Модель развёртывания

Характеристики развёртывания

Параметр	Значение
Metrics footprint	In-process (~2 MB memory overhead)
Внешние зависимости	Самодостаточный пакет fast-epdg (rpm)
Управление	fast-epdg.service systemd
Конфигурация	Секция monitoring в fast-epdg.conf
Обновление	Hot reload конфигурации без даунтайма
ОС	Linux (RHEL/CentOS 8+, Ubuntu 22.04+)
Порт	9817 TCP (listen 0.0.0.0, настраивается)
Время развёртывания	< 5 минут (enable plugin в config + restart)

Варианты размещения

On-premise — plugin работает в адресном пространстве fast-epdg, нулевой footprint

Co-located Prometheus — Prometheus рядом с ePDG, scrape через localhost

Централизованный — единый Prometheus собирает со всех ePDG узлов (federation)

12. Конфигурация экспортёра метрик

Секция monitoring в fast-epdg.conf:

monitoring {
enabled = yes
listen_port = 9817
listen_address = 0.0.0.0
update_interval = 10
metrics {
ikev2 = yes
gtp = yes
diameter = yes
service = yes
session = yes
app = yes
system = yes
}
}

Каждая группа метрик может быть независимо включена/выключена без перекомпиляции.

13. План развития системы мониторинга

Следующие направления развития запланированы в ближайших релизах для расширения наблюдаемости и упрощения интеграции с операторскими NOC-процессами. Приоритизация определяется запросами клиентов и incident-ретроспективами.

13.1 Расширение перечня метрик

Блок	Планируемые метрики	Задача
Network	epdg_network_packets_total, epdg_network_bytes_total, epdg_network_errors_total (по interface/protocol/direction)	Детализация L3/L4 трафика до уровня peer-interface
Session Extended	epdg_session_ike_sa_lifetime_seconds (Histogram), epdg_session_gtp_bearers_total (по apn/qci), epdg_session_diameter_sessions_total (per-application), epdg_session_subscribers_by_apn	Subscriber-level analytics для capacity planning
Service KPI Extended	epdg_service_detach_total (по reason/initiator), epdg_service_bearer_operations_total, epdg_service_throughput_bytes_per_second, epdg_service_packets_lost_total	Полноценный set KPI уровня QoE
Application Extended	epdg_app_threads_active, epdg_app_memory_allocations_total, epdg_app_io_operations_total, epdg_app_io_bytes_total, epdg_app_io_wait_seconds_total, epdg_app_event_loop_lag_seconds, epdg_app_file_descriptors_limit	Глубокая app-level observability для performance tuning
System Extended	epdg_system_cpu_load_average (1m/5m/15m), epdg_system_disk_io_operations_total, epdg_system_disk_io_time_seconds_total, epdg_system_network_bytes_total, epdg_system_network_errors_total	Комплексная картина ресурсов без внешних node_exporter'ов

13.2 Планируемые функциональные расширения

Направление	Описание
REST API для просмотра сессий	OpenAPI 3.0-совместимый API с поиском по IMSI/MSISDN/IP, детализацией IKE SA / Child SA / GTP-bearer; Swagger UI для интерактивного использования
Web UI Session Browser (SPA	Встроенный web-интерфейс для техподдержки: real-time поиск сессий, фильтрация по APN/state, визуализация IPSec SA и bearer lifetime
Zabbix Template pack	Готовые YAML-шаблоны Zabbix 7.0 с HTTP Agent + Prometheus Pattern preprocessing, auto-discovery items, dependent items, trigger expressions
Alert Config UI	Web-интерфейс создания/редактирования Prometheus alert rules без ручного YAML-редактирования, с validation и preview
Расширение EPDG-MIB	Доведение SNMP OID покрытия до 60+ (включая плановые метрики из §13.1), generation MIB-subtree на лету при изменении экспортёра
Distributed tracing hooks	OpenTelemetry export для корреляции IKEv2 → Diameter → GTP-C latency в одном trace (отладка end-to-end attach задержек)
QoE MOS proxy	Косвенная оценка MOS / R-factor через packet loss + jitter estimation на GTP-U data plane (без polling probe-решений)

13.3 Интеграционный roadmap

Конкретные сроки реализации определяются дорожной картой релизов VAS Experts и согласуются с клиентскими проектами.

14. Заключение

VAS Experts ePDG Monitoring — встроенный мониторинг шлюза VoWiFi с полным покрытием всех интерфейсов 3GPP EPC non-3GPP access:

Сквозное покрытие SWu → S2b — IKEv2 (SWu), Diameter SWm/SWx/S6b, GTPv2-C + GTP-U (S2b), на всех уровнях L2–L9. 33 метрики 47 SNMP OID 14 trap notifications

Скорость реагирования — 10-секундный цикл сбора, 13+ алармов с hysteresis, автоэскалация через Email/SNMP Trap/Webhook.

Открытость интеграции — Prometheus, SNMP v2c Enterprise MIB, Grafana, Alertmanager webhooks. Совместимость с Nokia NetAct, HP OpenView, IBM Tivoli, Zabbix, PRTG.

Полнота визуализации — 4 дашборда Grafana, 35+ панелей, 34 recording rules для pre-aggregated KPI (attach success rate, p95/p99 latency, throughput).

Минимальная стоимость владения — самодостаточный пакет fast-epdg, без внешних агентов / runtime-зависимостей, развёртывание за 5 минут, нативный /metrics endpoint.

Единый стек с EPC Monitoring — полная интеграция в общий Prometheus/Grafana/Alertmanager оператора вместе с DPI/SMF/PCEF/FastPCRF.

Следующие шаги

Для получения демонстрации, технической спецификации или коммерческого предложения:

Сайт: vasexperts.ru

Техническая поддержка: support@vasexperts.ru

Отдел продаж: sales@vasexperts.ru

VAS Experts — российский разработчик решений глубокой инспекции трафика (DPI), управления политиками и тарификации, шлюзов VoWiFi для операторов мобильной и фиксированной связи. Продукты VAS Experts используются операторами в России и странах СНГ для СОРМ, BRAS, NAT/CG-NAT, QoS, пакетного ядра LTE и VoWiFi.