Verlede keer het ons gepraat oor die kenmerke van die nuwe NB-IoT-standaard vanuit die oogpunt van radiotoegangsnetwerkargitektuur. Vandag sal ons bespreek wat in die Core Network onder NB-IoT verander het. So, kom ons gaan.
Daar was aansienlike veranderinge aan die kern van die netwerk. Kom ons begin met die feit dat 'n nuwe element verskyn het, sowel as 'n aantal meganismes, wat deur die standaard gedefinieer word as "CIoT EPS Optimization" of optimalisering van die kernnetwerk vir die sellulêre internet van dinge.
Soos u weet, is daar in mobiele netwerke twee hoofkommunikasiekanale, genaamd Control Plane (CP) en User Plane (UP). Control Plane is bedoel vir die uitruil van diensboodskappe tussen verskeie netwerkelemente en word gebruik om mobiliteit (Mobiliteitsbestuur) van toestelle (UE) te verseker en 'n data-oordragsessie (Session Management) te vestig/onderhou. User Plane is in werklikheid 'n kanaal vir die oordrag van gebruikersverkeer. In klassieke LTE is die verspreiding van CP en UP oor koppelvlakke soos volg:
CP- en UP-optimeringsmeganismes vir NB-IoT word op MME-, SGW- en PGW-nodes geïmplementeer, wat konvensioneel gekombineer word in 'n enkele element genaamd C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Die standaard veronderstel ook die ontstaan van 'n nuwe netwerkelement - SCEF (Service Capability Exposure Function). Die koppelvlak tussen MME en SCEF word T6a genoem en word geïmplementeer gebaseer op die DIAMETER-protokol. Ten spyte van die feit dat DIAMETER 'n seinprotokol is, is dit in NB-IoT aangepas vir die oordrag van klein hoeveelhede nie-IP-data.
Soos die naam aandui, is SCEF 'n diensvermoë-uitstallingsnode. Met ander woorde, SCEF verberg die kompleksiteit van die operateur se netwerk, en onthef ook toepassingsontwikkelaars van die behoefte om mobiele toestelle (UE) te identifiseer en te verifieer, wat toepassingsbedieners (Application Server, hierna AS) toelaat om data te ontvang en toestelle te bestuur deur 'n enkele API-koppelvlak.
Die UE-identifiseerder word nie 'n telefoonnommer (MSISDN) of 'n IP-adres, soos die geval was in die klassieke 2G/3G/LTE-netwerk nie, maar die sogenaamde "eksterne ID", wat deur die standaard gedefinieer word in die bekende formaat aan toepassingsontwikkelaars “@. Dit is 'n aparte groot onderwerp wat aparte materiaal verdien, so ons sal nie nou in detail daaroor praat nie.
Kom ons kyk nou na die belangrikste innovasies. "CIoT EPS Optimization" is die optimalisering van verkeersoordragmeganismes en intekenaarsessiebestuur. Hier is die belangrikstes:
- DoNAS
- NIDD
- PSM- en eDRX-kragbesparingsmeganismes
- HLCOM
DoNAS (data oor NAS):
Dit is 'n meganisme wat ontwerp is om die oordrag van klein hoeveelhede data te optimaliseer.
In klassieke LTE, wanneer in die netwerk geregistreer word, vestig 'n intekenaartoestel 'n PDN-verbinding (hierna verwys as PDN) via eNodeB na die MME-SGW-PGW. Die UE-eNodeB-MME-verbinding is 'n sogenaamde "Signaling Radio Bearer" (SRB). Indien dit nodig is om data te versend/ontvang, vestig die UE nog 'n verbinding met die eNodeB - "Data Radio Bearer" (DRB), om gebruikersverkeer na die SGW en verder na die PGW te stuur (onderskeidelik koppelvlakke S1-U en S5) . Aan die einde van die uitruil en as daar vir 'n geruime tyd geen verkeer is nie (gewoonlik 5-20 sekondes), word hierdie verbindings beëindig en gaan die toestel in bystandmodus of "Idle Mode". As dit nodig is om 'n nuwe gedeelte data uit te ruil, word SRB en DRB teruggestel.
In NB-IoT kan oordrag van gebruikersverkeer deur 'n seinkanaal (SRB) in NAS-protokolboodskappe uitgevoer word (). Die opstel van 'n DRB is nie meer nodig nie. Dit verminder die seinlading aansienlik, bespaar netwerkradiobronne en, bowenal, verleng die leeftyd van die toestel se battery.
In die eNodeB - MME-afdeling begin gebruikersdata oor die S1-MME-koppelvlak versend word, wat nie die geval was in klassieke LTE-tegnologie nie, en die NAS-protokol word hiervoor gebruik, waarin die "Gebruikerdatahouer" verskyn.
Om die oordrag van "User Plane" van MME na SGW uit te voer, verskyn 'n nuwe koppelvlak S11-U, wat ontwerp is vir die oordrag van klein hoeveelhede gebruikersdata. Die S11-U-protokol is gebaseer op GTP-U v1, wat gebruik word vir Gebruikervliegtuig-oordrag op ander netwerkkoppelvlakke van die 3GPP-argitektuur.
NIDD (nie-IP data aflewering):
As deel van verdere optimalisering van meganismes vir die oordrag van klein hoeveelhede data, bykomend tot die reeds bestaande PDN-tipes, soos IPv4, IPv6 en IPv4v6, het 'n ander tipe verskyn - nie-IP. In hierdie geval word die UE nie 'n IP-adres toegeken nie en data word versend sonder om die IP-protokol te gebruik. Daar is verskeie redes hiervoor:
- IoT-toestelle soos sensors kan baie klein hoeveelhede data, 20 grepe of minder, oordra. Gegewe dat die minimum IP-kopgrootte 20 grepe is, kan IP-inkapseling soms redelik duur wees;
- Dit is nie nodig om 'n IP-stapel op die skyfie te implementeer nie, wat lei tot hul kostevermindering ('n vraag vir bespreking in die kommentaar).
Oor die algemeen is 'n IP-adres nodig vir IoT-toestelle om data oor die internet te stuur. In die NB-IoT-konsep tree die SCEF op as 'n enkele AS-verbindingspunt, en data-uitruiling tussen toestelle en toepassingsbedieners vind plaas via API. In die afwesigheid van SCEF, kan nie-IP-data na die AS oorgedra word via 'n punt-tot-punt (PtP) tonnel vanaf die PGW en IP-inkapseling sal daarop uitgevoer word.
Dit alles pas in die NB-IoT-paradigma - maksimum vereenvoudiging en vermindering in koste van toestelle.
PSM- en eDRX-kragbesparingsmeganismes:
Een van die belangrikste voordele van LPWAN-netwerke is energiedoeltreffendheid. Daar word beweer dat die toestel tot 10 jaar se batterylewe op 'n enkele battery hou. Kom ons kyk hoe sulke waardes bereik word.
Wanneer verbruik 'n toestel die minste energie? Maak reg wanneer dit afgeskakel is. En as dit onmoontlik is om die toestel heeltemal af te skakel, laat ons die radiomodule ontkoppel solank dit nie nodig is nie. U hoef dit net eers met die netwerk te koördineer.
PSM (kragbesparingsmodus):
Die PSM-kragbesparingsmodus laat die toestel toe om die radiomodule vir 'n lang tyd af te skakel, terwyl dit in die netwerk geregistreer bly, en om nie die PDN te herinstalleer elke keer as dit data moet oordra nie.
Om die netwerk te laat weet dat die toestel nog beskikbaar is, begin dit van tyd tot tyd 'n opdateringsprosedure - Tracking Area Update (TAU). Die frekwensie van hierdie prosedure word deur die netwerk gestel met timer T3412, waarvan die waarde tydens die Aanheg-prosedure of die volgende TAU na die toestel oorgedra word. In klassieke LTE is die verstekwaarde van hierdie timer 54 minute, en die maksimum is 186 minute. Om hoë energiedoeltreffendheid te verseker, is die behoefte om elke 186 minute op die lug te gaan egter te duur. Die PSM-meganisme is ontwikkel om hierdie probleem op te los.
Die toestel aktiveer die PSM-modus deur die waardes van twee timers T3324 en T3412-Extended in die boodskappe "heg aan versoek" of "nasporingsareaversoek" oor te stuur. Die eerste bepaal die tyd wat die toestel beskikbaar sal wees nadat oorgeskakel is na "Idle Mode". Die tweede is die tyd waarna die TLU gemaak moet word, nou eers kan die waarde daarvan 35712000 413 413 sekondes of XNUMX dae bereik. Afhangende van die instellings, kan die MME die timerwaardes wat vanaf die toestel ontvang is, aanvaar of dit verander deur nuwe waardes te stuur in die "Heg Aan Aanvaar" of "Nasporing Area Update Accept" boodskappe. Nou kan die toestel nie die radiomodule vir XNUMX dae aanskakel nie en in die netwerk geregistreer bly. As gevolg hiervan kry ons enorme besparings in netwerkhulpbronne en energiedoeltreffendheid van toestelle!
In hierdie modus is die toestel egter nie slegs vir inkomende kommunikasie beskikbaar nie. As dit nodig is om iets na die toepassingsbediener toe te stuur, kan die toestel enige tyd PSM verlaat en data stuur, waarna dit aktief bly gedurende die T3324-tydhouer om inligtingsboodskappe van die AS te ontvang (indien enige).
eDRX (uitgebreide diskontinue ontvangs):
eDRX, Verbeterde Intermitterende Ontvangs. Om data oor te dra na 'n toestel wat in "Idle mode" is, voer die netwerk 'n kennisgewingprosedure uit - "Paging". By ontvangs van 'n oproep, begin die toestel die vestiging van 'n SRB vir verdere kommunikasie met die netwerk. Maar om nie die Paging-boodskap wat daaraan gerig is, te mis nie, moet die toestel voortdurend die radiolug monitor, wat ook redelik energieverbruik is.
eDRX is 'n modus waarin die toestel nie voortdurend boodskappe van die netwerk ontvang nie, maar periodiek. Tydens die Aanheg- of TAU-prosedures stem die toestel met die netwerk ooreen oor die tydintervalle waartydens dit na die uitsending sal "luister". Gevolglik sal die Blaaiprosedure met dieselfde intervalle uitgevoer word. In eDRX-modus word die toestel se werking in siklusse (eDRX-siklus) verdeel. Aan die begin van elke siklus is daar 'n sogenaamde "paging window" (Paging Time Window, hierna PTW) - dit is die tyd wat die toestel na die radiokanaal luister. Aan die einde van PTW skakel die toestel die radiomodule af tot aan die einde van die siklus.
HLCOM (hoë latency kommunikasie):
As dit data na Uplink moet oordra, kan die toestel enige van hierdie twee kragbesparingsmodusse verlaat sonder om te wag vir die PSM- of eDRX-siklus om te voltooi. Maar dit is moontlik om slegs data na die toestel oor te dra wanneer dit aktief is.
HLCOM-funksionaliteit of hoë latensie-kommunikasie is die buffering van afskakelpakkies op die SGW terwyl die toestel in kragbesparingsmodus is en nie vir kommunikasie beskikbaar is nie. Gebufferde pakkies sal afgelewer word sodra die toestel PSM verlaat deur TAU te doen of Uplink-verkeer deur te gee, of wanneer PTW plaasvind.
Dit vereis natuurlik bewustheid aan die kant van ontwikkelaars van IoT-produkte, aangesien kommunikasie met 'n toestel nie intyds bereik word nie en 'n sekere benadering tot die ontwerp van die besigheidslogika van toepassings vereis.
Ten slotte, kom ons sê: die bekendstelling van iets nuuts is altyd opwindend, maar nou het ons te doen met 'n standaard wat nie eens deur die wêreld se "bisons" getoets is nie, soos Vodafone en Telefonica - so dit is dubbel opwindend. Ons aanbieding van die materiaal gee nie voor om absoluut volledig te wees nie, maar ons hoop dit bied 'n voldoende begrip van die tegnologie. Ons sal jou terugvoer waardeer.
Skrywer: Deskundige van die departement van konvergente oplossings en multimediadienste Alexey Lapshin
Bron: will.com