U članku „“, govoreći o arhitekturi paketne jezgre NB-IoT mreže, spomenuli smo pojavu novog SCEF čvora. U trećem dijelu objašnjavamo šta je to i zašto je potrebno?
Kada kreiraju M2M uslugu, programeri aplikacija suočavaju se sa sljedećim pitanjima:
- kako prepoznati uređaje;
- koji algoritam za verifikaciju i autentifikaciju koristiti;
- koji transportni protokol odabrati za interakciju s uređajima;
- kako pouzdano dostaviti podatke uređajima;
- kako organizovati i uspostaviti pravila za razmjenu podataka sa njima;
- kako pratiti i dobiti informacije o njihovom stanju na mreži;
- kako istovremeno dostaviti podatke grupi vaših uređaja;
- kako istovremeno slati podatke sa jednog uređaja na više klijenata;
- kako dobiti objedinjeni pristup dodatnim uslugama operatera za upravljanje vašim uređajem.
Za njihovo rješavanje potrebno je kreirati vlasnička tehnički „teška“ rješenja, što dovodi do povećanja troškova rada i vremena do puštanja usluga na tržište. Tu u pomoć priskače novi SCEF čvor.
Kako je definirao 3GPP, SCEF (service capability exposure function) je potpuno nova komponenta 3GPP arhitekture čija je funkcija da bezbedno izloži usluge i mogućnosti koje pružaju 3GPP mrežna sučelja putem API-ja.
Jednostavnim riječima, SCEF je posrednik između mreže i poslužitelja aplikacija (AS), jedan prozor za pristup uslugama operatera za upravljanje vašim M2M uređajem u NB-IoT mreži putem intuitivnog, standardiziranog API sučelja.
SCEF skriva složenost mreže operatera, omogućavajući programerima aplikacija da apstrahuju složene mehanizme specifične za uređaje za interakciju sa uređajima.
Transformacijom mrežnih protokola u poznati API za programere aplikacija, SCEF API olakšava kreiranje novih usluga i smanjuje vrijeme za izlazak na tržište. Novi čvor također uključuje funkcije za identifikaciju/autentifikaciju mobilnih uređaja, definiranje pravila za razmjenu podataka između uređaja i AS, uklanjajući potrebu za programerima aplikacija da implementiraju ove funkcije sa svoje strane, prebacujući ove funkcije na ramena operatera.
SCEF pokriva interfejse neophodne za autentifikaciju i autorizaciju aplikacijskih servera, održavanje mobilnosti UE, prenos podataka i pokretanje uređaja, pristup dodatnim uslugama i mrežnim mogućnostima operatera.
Prema AS-u postoji jedan T8 interfejs, API (HTTP/JSON) standardizovan 3GPP. Svi interfejsi, sa izuzetkom T8, rade na osnovu DIAMETER protokola (slika 1).
T6a – interfejs između SCEF i MME. Koristi se za procedure upravljanja mobilnošću/sesijom, prijenos podataka koji nisu IP, obezbjeđivanje događaja praćenja i primanje izvještaja o njima.
S6t – interfejs između SCEF i HSS. Potreban za autentifikaciju pretplatnika, autorizaciju aplikacijskih servera, dobijanje kombinacije eksternog ID-a i IMSI/MSISDN-a, obezbjeđivanje događaja praćenja i primanje izvještaja o njima.
S6m/T4 – sučelja od SCEF do HSS i SMS-C (3GPP definira MTC-IWF čvor, koji se koristi za pokretanje uređaja i SMS prijenos u NB-IoT mrežama. Međutim, u svim implementacijama funkcionalnost ovog čvora je integrirana u SCEF, pa ga zbog pojednostavljenja kola nećemo posebno razmatrati). Koristi se za dobijanje informacija o rutiranju za slanje SMS-a i interakciju sa SMS centrom.
T8 – API interfejs za SCEF interakciju sa serverima aplikacija. Preko ovog interfejsa se prenose i kontrolne komande i saobraćaj.
*u stvarnosti ima više sučelja; ovdje su navedeni samo oni najosnovniji. Kompletna lista je data u 3GPP 23.682 (4.3.2 Lista referentnih tačaka).
Ispod su ključne funkcije i usluge SCEF-a:
- povezivanje identifikatora SIM kartice (IMSI) sa eksternim ID-om;
- prijenos ne-IP saobraćaja (Non-IP Data Delivery, NIDD);
- grupne operacije koristeći ID eksterne grupe;
- podrška za način prijenosa podataka s potvrdom;
- baferovanje MO (Mobile Origined) i MT (Mobile Terminated) podataka;
- autentifikacija i autorizacija uređaja i aplikacijskih servera;
- istovremena upotreba podataka iz jednog UE od strane više AS;
- podrška za posebne funkcije praćenja statusa UE (MONTE – Monitoring Events);
- aktiviranje uređaja;
- pružanje ne-IP rominga podataka.
Osnovni princip interakcije AS i SCEF zasniva se na šemi tzv. pretplate. Ako je potrebno dobiti pristup bilo kojoj SCEF usluzi za određeno UE, poslužitelj aplikacija treba kreirati pretplatu slanjem naredbe specifičnom API-ju tražene usluge i kao odgovor primiti jedinstveni identifikator. Nakon čega će se sve daljnje radnje i komunikacije sa UE u okviru ove usluge odvijati korištenjem ovog identifikatora.
Vanjski ID: univerzalni identifikator uređaja
Jedna od najvažnijih promjena u shemi interakcije između AS-a i uređaja pri radu kroz SCEF je pojava univerzalnog identifikatora. Sada, umjesto telefonskog broja (MSISDN) ili IP adrese, kao što je to bio slučaj u klasičnoj 2G/3G/LTE mreži, identifikator uređaja za aplikacijski server postaje “eksterni ID”. Definiran je standardom u formatu poznatom programerima aplikacija “ @ "
Programeri više ne moraju implementirati algoritme za provjeru autentičnosti uređaja; mreža u potpunosti preuzima ovu funkciju. Eksterni ID je vezan za IMSI, a programer može biti siguran da kada pristupa određenom eksternom ID-u, on stupa u interakciju sa određenom SIM karticom. Kada koristite SIM čip, dobijate potpuno jedinstvenu situaciju kada eksterni ID jedinstveno identifikuje određeni uređaj!
Štaviše, nekoliko eksternih ID-ova može se povezati na jedan IMSI - još zanimljivija situacija nastaje kada eksterni ID jedinstveno identifikuje specifičnu aplikaciju odgovornu za određenu uslugu na određenom uređaju.
Pojavljuje se i identifikator grupe - ID eksterne grupe, koji uključuje skup pojedinačnih eksternih ID-ova. Sada, sa jednim zahtjevom prema SCEF-u, AS može pokrenuti grupne operacije - slanje podataka ili kontrolnih komandi na više uređaja ujedinjenih u jednu logičku grupu.
Zbog činjenice da za programere AS prelazak na novi identifikator uređaja ne može biti trenutan, SCEF je ostavio mogućnost komunikacije AS sa UE putem standardnog broja - MSISDN.
Prijenos ne-IP prometa (Non-IP Data Delivery, NIDD)
U NB-IoT-u, u sklopu optimizacije mehanizama za prenos malih količina podataka, pored već postojećih PDN tipova, kao što su IPv4, IPv6 i IPv4v6, pojavio se još jedan tip - non-IP. U ovom slučaju, uređaju (UE) nije dodijeljena IP adresa i podaci se prenose bez korištenja IP protokola. Saobraćaj za takve veze može se usmjeriti na dva načina: klasično - MME -> SGW -> PGW i zatim kroz PtP tunel do AS (slika 2) ili korištenjem SCEF-a (slika 3).
Klasična metoda ne nudi nikakve posebne prednosti u odnosu na IP saobraćaj, osim smanjenja veličine prenetih paketa zbog odsustva IP zaglavlja. Upotreba SCEF-a otvara niz novih mogućnosti i značajno pojednostavljuje procedure za interakciju sa uređajima.
Prilikom prijenosa podataka putem SCEF-a pojavljuju se dvije vrlo važne prednosti u odnosu na klasični IP promet:
Isporuka MT saobraćaja na uređaj preko eksternog ID-a
Za slanje poruke klasičnom IP uređaju, AS mora znati njegovu IP adresu. Ovdje nastaje problem: pošto uređaj obično pri registraciji dobije „sivu“ IP adresu, on komunicira sa serverom aplikacija, koji se nalazi na Internetu, preko NAT čvora, gdje se siva adresa prevodi u bijelu. Kombinacija sive i bijele IP adrese traje ograničeno vrijeme, ovisno o postavkama NAT-a. U prosjeku, za TCP ili UDP - ne više od pet minuta. Odnosno, ako ne dođe do razmjene podataka sa ovim uređajem u roku od 5 minuta, veza će se raspasti i uređaj više neće biti dostupan na bijeloj adresi s kojom je pokrenuta sesija sa AS-om. Postoji nekoliko rješenja:
1. Koristite otkucaje srca. Jednom kada je veza uspostavljena, uređaj mora razmjenjivati pakete sa AS svakih nekoliko minuta, čime se sprječava zatvaranje NAT prijevoda. Ali o energetskoj efikasnosti ovdje ne može biti govora.
2. Svaki put, ako je potrebno, provjerite dostupnost paketa za uređaj na AS-u - pošaljite poruku na uplink.
3. Kreirajte privatni APN (VRF), gdje će poslužitelj aplikacija i uređaji biti na istoj podmreži, i dodijelite statičke IP adrese uređajima. Radiće, ali je gotovo nemoguće kada govorimo o floti od hiljada, desetina hiljada uređaja.
4. Konačno, najpogodnija opcija: koristite IPv6, ne zahteva NAT, pošto su IPv6 adrese direktno dostupne sa Interneta. Međutim, čak i u ovom slučaju, kada se uređaj ponovo registruje, on će dobiti novu IPv6 adresu i više neće biti dostupan koristeći prethodnu.
Shodno tome, potrebno je poslati neki inicijalizacijski paket sa identifikatorom uređaja na server kako bi se prijavila nova IP adresa uređaja. Zatim sačekajte paket potvrde od AS-a, što takođe utiče na energetsku efikasnost.
Ove metode dobro funkcioniraju za 2G/3G/LTE uređaje, gdje uređaj nema stroge zahtjeve za autonomijom i, kao rezultat, nema ograničenja u vremenu emitiranja i saobraćaju. Ove metode nisu prikladne za NB-IoT zbog velike potrošnje energije.
SCEF rješava ovaj problem: budući da je jedini identifikator uređaja za AS vanjski ID, AS treba samo poslati paket podataka SCEF-u za određeni vanjski ID, a SCEF se brine za ostalo. U slučaju da je uređaj u PSM ili eDRX modu za uštedu energije, podaci će biti baferovani i isporučeni kada uređaj postane dostupan. Ako je uređaj dostupan za saobraćaj, podaci će biti isporučeni odmah. Isto važi i za menadžerske timove.
U bilo kom trenutku, AS može opozvati međuspremnu poruku u UE ili je zamijeniti novom.
Mehanizam baferovanja se takođe može koristiti kada se prenose MO podaci od UE do AS. Ako SCEF nije mogao odmah isporučiti podatke AS-u, na primjer ako su radovi na održavanju u toku na AS serverima, ovi paketi će biti baferovani i garantovano će biti isporučeni čim AS postane dostupan.
Kao što je gore navedeno, pristup određenoj usluzi i UE za AS (a NIDD je usluga) je regulisan pravilima i politikama na strani SCEF-a, što omogućava jedinstvenu mogućnost istovremene upotrebe podataka iz jednog UE od strane više AS-a. One. ako se nekoliko AS pretplatilo na jedno UE, tada će nakon primanja podataka od UE-a, SCEF ih poslati svim pretplaćenim AS. Ovo je dobro za slučajeve u kojima kreator flote specijalizovanih uređaja dijeli podatke između nekoliko klijenata. Na primjer, kreiranjem mreže meteoroloških stanica koje rade na NB-IoT-u, možete prodavati podatke s njih mnogim uslugama istovremeno.
Zagarantovan mehanizam isporuke poruke
Pouzdan servis podataka je mehanizam za garantovanu isporuku MO i MT poruka bez upotrebe specijalizovanih algoritama na nivou protokola, kao što je, na primer, rukovanje u TCP-u. Radi tako što uključuje posebnu zastavicu u servisni dio poruke kada se razmjenjuje između UE i SCEF-a. Da li će se ovaj mehanizam aktivirati ili ne prilikom prijenosa prometa odlučuje AS.
Ako je mehanizam aktiviran, UE uključuje posebnu zastavicu u gornji dio paketa kada zahtijeva zagarantovanu isporuku MO saobraćaja. Po prijemu takvog paketa, SCEF odgovara UE sa potvrdom. Ako UE ne primi paket potvrde, paket prema SCEF-u će biti ponovo poslan. Ista stvar se dešava i sa MT saobraćajem.
Monitoring uređaja (praćenje događaja - MONTE)
Kao što je već spomenuto, funkcionalnost SCEF-a, između ostalog, uključuje funkcije za praćenje stanja UE, tzv. praćenje uređaja. A ako su novi identifikatori i mehanizmi prijenosa podataka optimizacije (iako vrlo ozbiljne) postojećih procedura, onda je MONTE potpuno nova funkcionalnost koja nije dostupna u 2G/3G/LTE mrežama. MONTE omogućava AS-u da prati parametre uređaja kao što su status veze, dostupnost komunikacije, lokacija, status rominga itd. O svakom ćemo detaljnije govoriti malo kasnije.
Ako je potrebno aktivirati bilo koji nadzorni događaj za uređaj ili grupu uređaja, AS se pretplaćuje na odgovarajuću uslugu slanjem odgovarajuće API MONTE naredbe SCEF-u, koja uključuje parametre kao što su vanjski ID ili ID eksterne grupe, AS identifikator, praćenje tip, broj izvještaja, koje AS želi primiti. Ako je AS ovlašten da izvrši zahtjev, SCEF će, ovisno o tipu, dati događaj HSS-u ili MME-u (slika 4). Kada se dogodi neki događaj, MME ili HSS generira izvještaj SCEF-u, koji ga šalje AS-u.
Obezbeđivanje svih događaja, sa izuzetkom „Broj UE prisutnih u geografskom području“, odvija se preko HSS-a. Dva događaja “Promjena IMSI-IMEI asocijacije” i “Roaming status” se prate direktno na HSS-u, ostatak će HSS obezbijediti na MME.
Događaji mogu biti jednokratni ili periodični, a određeni su po svom tipu.
Slanje izvještaja o događaju (izvještavanje) vrši čvor koji prati događaj direktno u SCEF (slika 5).
Važna tačka: Događaji praćenja mogu se primijeniti i na ne-IP uređaje povezane preko SCEF-a i na IP uređaje koji prenose podatke na klasičan način putem MME-SGW-PGW.
Pogledajmo detaljnije svaki od događaja praćenja:
Gubitak veze — obavještava AS da UE više nije dostupno ni za promet podataka ni za signalizaciju. Događaj se događa kada "tajmer dostupnosti mobilnog uređaja" za UE istekne na MME. U zahtjevu za ovu vrstu nadzora, AS može naznačiti svoju vrijednost “Maksimalno vrijeme detekcije” - ako za to vrijeme UE ne pokaže nikakvu aktivnost, AS će biti obaviješten da je UE nedostupan, navodeći razlog. Događaj se također događa ako je UE iz bilo kojeg razloga nasilno uklonjeno od strane mreže.
* Da bi mreža obavijestila da je uređaj još uvijek dostupan, periodično pokreće proceduru ažuriranja - Tracking Area Update (TAU). Učestalost ove procedure postavlja mreža pomoću tajmera T3412 ili (T3412_prošireno u slučaju PSM-a), čija se vrijednost prenosi na uređaj tokom procedure Attach ili sljedećeg TAU-a. Tajmer za mobilnu dostupnost je obično nekoliko minuta duži od T3412. Ako UE nije napravila TAU prije isteka “Mobile dosegljivosti tajmera”, mreža smatra da više nije dostupna.
UE dosegljivost – Označava kada UE postane dostupno za DL saobraćaj ili SMS. Ovo se dešava kada UE postane dostupno za pejdžing (za UE u eDRX modu) ili kada UE uđe u ECM-CONNECTED mod (za UE u PSM ili eDRX modu), tj. pravi TAU ili šalje paket uzlazne veze.
Izvještavanje o lokaciji – Ova vrsta događaja praćenja omogućava AS-u da upita lokaciju UE. Može se zatražiti ili trenutna lokacija (Trenutna lokacija) ili posljednja poznata lokacija (Određena ID-om ćelije s koje je uređaj posljednji put napravio TAU ili prenio promet), što je relevantno za uređaje u PSM ili eDRX načinima štednje energije. Za "Trenutnu lokaciju", AS može zahtijevati ponovljene odgovore, pri čemu MME obavještava AS svaki put kada se lokacija uređaja promijeni.
Promjena IMSI-IMEI asocijacije – Kada se ovaj događaj aktivira, SCEF počinje pratiti promjene u kombinaciji IMSI (identifikator SIM kartice) i IMEI (identifikator uređaja). Kada dođe do događaja, obavještava AS. Može se koristiti za automatsko ponovno povezivanje eksternog ID-a na uređaj tokom planiranog rada zamjene ili služi kao identifikator za krađu uređaja.
Status rominga – ovu vrstu nadzora koristi AS da odredi da li je UE u kućnoj mreži ili u mreži roaming partnera. Opciono se može prenijeti PLMN (Public Land Mobile Network) operatera kod kojeg je uređaj registriran.
Kvar u komunikaciji — Ova vrsta nadzora obavještava AS o kvarovima u komunikaciji sa uređajem, na osnovu razloga za gubitak veze (kod uzroka otpuštanja) primljenih iz radio pristupne mreže (S1-AP protokol). Ovaj događaj može pomoći da se utvrdi zašto komunikacija nije uspjela - zbog problema na mreži, na primjer, kada je eNodeb preopterećen (radio resursi nisu dostupni) ili zbog kvara samog uređaja (Radio Connection With UE Lost).
Dostupnost nakon kvara DDN-a – ovaj događaj obavještava AS da je uređaj postao dostupan nakon prekida komunikacije. Može se koristiti kada postoji potreba za prijenosom podataka na uređaj, ali prethodni pokušaj nije bio uspješan jer UE nije odgovorilo na obavijest iz mreže (paging) i podaci nisu isporučeni. Ako je ova vrsta praćenja zatražena za UE, onda čim uređaj uspostavi dolaznu komunikaciju, napravi TAU ili pošalje podatke na uzlaznu vezu, AS će biti obaviješten da je uređaj postao dostupan. Budući da DDN (obavještavanje podataka o downlink-u) procedura radi između MME i S/P-GW, ovaj tip nadzora je dostupan samo za IP uređaje.
Status PDN veze – obavještava AS kada se status uređaja promijeni (status PDN veze) - povezivanje (aktivacija PDN) ili prekid (brisanje PDN). AS ovo može koristiti da započne komunikaciju sa UE-om, ili obrnuto, da shvati da komunikacija više nije moguća. Ova vrsta nadzora je dostupna za IP i ne-IP uređaje.
Broj UE prisutnih u geografskom području – Ovu vrstu praćenja koristi AS za određivanje broja UE u određenom geografskom području.
Pokretanje uređaja)
U 2G/3G mrežama, postupak registracije u mreži bio je dvofazan: prvo se uređaj registrirao na SGSN (procedura pričvršćivanja), a zatim je, ako je potrebno, aktivirao PDP kontekst - vezu s paketnim gateway-om (GGSN) za prenos podataka. U 3G mrežama ove dvije procedure su se odvijale uzastopno, tj. uređaj nije čekao trenutak kada je trebalo prenijeti podatke, već je aktivirao PDP odmah nakon završetka procedure pripajanja. U LTE-u su ove dvije procedure spojene u jednu, odnosno, prilikom povezivanja, uređaj je odmah zatražio aktivaciju PDN veze (analogno PDP-u u 2G/3G) preko eNodeB-a na MME-SGW-PGW.
NB-IoT definiše metodu povezivanja kao „prikači bez PDN-a“, to jest, UE se povezuje bez uspostavljanja PDN veze. U tom slučaju nije dostupan za prijenos saobraćaja i može samo primati ili slati SMS. Da bi se takvom uređaju poslala naredba za aktiviranje PDN-a i povezivanje na AS, razvijena je funkcionalnost „Pokretanje uređaja“.
Kada primi komandu za povezivanje takvog UE od AS-a, SCEF inicira slanje kontrolnog SMS-a uređaju preko SMS centra. Kada primi SMS, uređaj aktivira PDN i povezuje se na AS radi primanja daljnjih instrukcija ili prijenosa podataka.
Možda će biti trenutaka kada vaša pretplata za uređaj ističe na SCEF-u. Da, pretplata ima svoj vijek trajanja, koji postavlja operater ili je dogovoren sa AS. Po isteku, PDN će se deaktivirati na MME-u i uređaj će postati nedostupan AS-u. U ovom slučaju će vam pomoći i funkcija „Pokretanje uređaja“. Prilikom prijema novih podataka od AS, SCEF će saznati status veze uređaja i dostaviti podatke putem SMS kanala.
zaključak
Funkcionalnost SCEF-a, naravno, nije ograničena na gore opisane usluge i stalno se razvija i širi. Trenutno je za SCEF standardizovano više od deset usluga. Sada smo se dotakli samo glavnih funkcija koje su tražene od programera, a o ostalom ćemo govoriti u budućim člancima.
Odmah se postavlja pitanje: kako dobiti probni pristup ovom "čudotvornom" čvoru za preliminarno testiranje i otklanjanje grešaka u mogućim slučajevima? Sve je vrlo jednostavno. Svaki programer može podnijeti zahtjev [email zaštićen], u kojem je dovoljno navesti svrhu povezivanja, opis mogućeg slučaja i kontakt podatke za komunikaciju.
Do novyh vstreč!
Autori:
- viši stručnjak odjela za konvergentna rješenja i multimedijalne usluge Sergej Novikov ,
- stručnjak odeljenja za konvergentna rešenja i multimedijalne usluge Aleksej Lapšin
izvor: www.habr.com