Eelmisel korral rääkisime uue NB-IoT standardi omadustest raadiopöördusvõrgu arhitektuuri vaatenurgast. Täna arutame, mis on NB-IoT raames põhivõrgus muutunud. Nii et lähme.
Võrgu tuumas on toimunud olulisi muudatusi. Alustame sellest, et on ilmunud uus element, aga ka hulk mehhanisme, mis on standardis määratletud kui “CIoT EPS Optimization” ehk tuumikvõrgu optimeerimine asjade mobiilse Interneti jaoks.
Nagu teate, on mobiilsidevõrkudes kaks peamist sidekanalit, mida nimetatakse juhtimistasandiks (CP) ja kasutajatasandiks (UP). Juhttasand on mõeldud teenuseteadete vahetamiseks erinevate võrguelementide vahel ning seda kasutatakse seadmete (UE) mobiilsuse (Mobility management) tagamiseks ja andmeedastuse seansi loomiseks/säilitamiseks (Session Management). User Plane on tegelikult kanal kasutajaliikluse edastamiseks. Klassikalises LTE-s on CP ja UP jaotus liideste vahel järgmine:
NB-IoT CP ja UP optimeerimismehhanismid on rakendatud MME, SGW ja PGW sõlmedes, mis on tavapäraselt ühendatud üheks elemendiks, mida nimetatakse C-SGN-iks (Cellular IoT Serving Gateway Node). Standard eeldab ka uue võrguelemendi – SCEF (Service Capability Exposure Function) – tekkimist. MME ja SCEF-i vahelist liidest nimetatakse T6a ja seda rakendatakse protokolli DIAMETER alusel. Vaatamata sellele, et DIAMETER on signalisatsiooniprotokoll, on see NB-IoT-s kohandatud väikese koguse mitte-IP-andmete edastamiseks.
Nagu nimigi ütleb, on SCEF Service Capability Exhibit Node. Teisisõnu varjab SCEF operaatori võrgu keerukust ning vabastab rakenduste arendajad vajadusest tuvastada ja autentida mobiilseadmeid (UE), võimaldades rakendusserveritel (Application Server, edaspidi AS) andmeid vastu võtta ja seadmeid hallata üheainsa kaudu. API liides.
UE identifikaator ei muutu mitte telefoninumbriks (MSISDN) ega IP-aadressiks, nagu see oli klassikalises 2G/3G/LTE võrgus, vaid nn väliseks ID-ks, mis on standardiga defineeritud tuttavas vormingus. rakenduste arendajatele" @ " See on eraldi suur teema, mis väärib eraldi materjali, nii et me ei räägi sellest praegu üksikasjalikult.
Vaatame nüüd kõige olulisemaid uuendusi. "CIoT EPS optimeerimine" on liikluse edastusmehhanismide ja abonendi seansside haldamise optimeerimine. Siin on peamised:
- DoNAS
- NIDD
- PSM ja eDRX energiasäästumehhanismid
- HLCOM
DoNAS (andmed üle NAS-i):
See on mehhanism, mis on loodud väikeste andmemahtude edastamise optimeerimiseks.
Klassikalises LTE-s loob abonendiseade võrku registreerimisel PDN-ühenduse (edaspidi PDN) eNodeB kaudu MME-SGW-PGW-ga. UE-eNodeB-MME ühendus on niinimetatud "Signaling Radio Bearer" (SRB). Kui on vaja andmeid edastada/vastu võtta, loob kasutajaseade eNodeB-ga teise ühenduse – “Data Radio Bearer” (DRB), et edastada kasutajaliiklust SGW-le ja edasi PGW-le (vastavalt liidesed S1-U ja S5). . Vahetuse lõppedes ja kui liiklust mõnda aega (tavaliselt 5-20 sekundit) ei toimu, katkestatakse need ühendused ja seade lülitub ooterežiimi ehk "jõuderežiimi". Kui on vaja vahetada uus andmeosa, lähtestatakse SRB ja DRB.
NB-IoT-s saab kasutajaliiklust edastada signaalikanali (SRB) kaudu, NAS-i protokolli sõnumites (). DRB seadistamine pole enam vajalik. See vähendab oluliselt signaali koormust, säästab võrgu raadioressursse ja mis kõige tähtsam, pikendab seadme aku eluiga.
Jaotises eNodeB - MME hakatakse kasutajaandmeid edastama S1-MME liidese kaudu, mida klassikalises LTE-tehnoloogias ei olnud, ja selleks kasutatakse NAS-i protokolli, milles kuvatakse kasutajaandmete konteiner.
Kasutajalennuki MME-lt SGW-le ülekandmiseks ilmub uus liides S11-U, mis on mõeldud väikeste kasutajaandmete edastamiseks. S11-U protokoll põhineb GTP-U v1-l, mida kasutatakse kasutajatasandil edastamiseks teistel 3GPP arhitektuuri võrguliidestel.
NIDD (mitte-IP andmeedastus):
Väikeste andmemahtude edastamise mehhanismide edasise optimeerimise osana on lisaks juba olemasolevatele PDN-tüüpidele, nagu IPv4, IPv6 ja IPv4v6, ilmunud veel üks tüüp - mitte-IP. Sel juhul UE-le IP-aadressi ei omistata ja andmed edastatakse ilma IP-protokolli kasutamata. Sellel on mitu põhjust:
- IoT-seadmed, nagu andurid, suudavad edastada väga väikeseid andmemahtusid, kuni 20 baiti. Arvestades, et IP-päise minimaalne suurus on 20 baiti, võib IP-kapseldamine mõnikord olla üsna kulukas;
- Kiibil pole vaja IP-virnu rakendada, mis viib nende maksumuse vähenemiseni (küsimus kommentaarides).
Üldiselt on IP-aadress vajalik asjade Interneti-seadmete jaoks andmete Interneti kaudu edastamiseks. NB-IoT kontseptsioonis toimib SCEF ühtse AS-i ühenduspunktina ning andmevahetus seadmete ja rakendusserverite vahel toimub API kaudu. SCEF-i puudumisel saab mitte-IP-andmeid AS-ile edastada PGW-st punkt-punkti (PtP) tunneli kaudu ja sellel tehakse IP-kapseldamine.
Kõik see sobib NB-IoT paradigmaga – maksimaalne lihtsustamine ja seadmete maksumuse vähendamine.
PSM ja eDRX energiasäästumehhanismid:
LPWAN-võrkude üks peamisi eeliseid on energiatõhusus. Väidetavalt peab seade ühe akuga vastu kuni 10 aastat. Mõelgem välja, kuidas sellised väärtused saavutatakse.
Millal tarbib seade kõige vähem energiat? Õige, kui see on välja lülitatud. Ja kui seadet ei ole võimalik täielikult pingest välja lülitada, lülitame raadiomooduli pingest välja seniks, kuni seda vaja pole. Kõigepealt peate selle lihtsalt võrguga kooskõlastama.
PSM (energiasäästurežiim):
PSM-i energiasäästurežiim võimaldab seadmel raadiomooduli pikaks ajaks välja lülitada, jäädes samal ajal võrku registreerituks, ja mitte installida PDN-i uuesti iga kord, kui tal on vaja andmeid edastada.
Et anda võrgule teada, et seade on endiselt saadaval, käivitab see perioodiliselt värskendusprotseduuri – Tracking Area Update (TAU). Selle protseduuri sageduse määrab võrk taimeriga T3412, mille väärtus edastatakse seadmele Attach protseduuri või järgmise TAU ajal. Klassikalises LTE-s on selle taimeri vaikeväärtus 54 minutit ja maksimaalne 186 minutit. Kõrge energiatõhususe tagamiseks on aga vajadus iga 186 minuti järel eetrisse minna liiga kulukas. Selle probleemi lahendamiseks töötati välja PSM-mehhanism.
Seade aktiveerib PSM-režiimi, edastades kahe taimerite T3324 ja T3412-Extended väärtused sõnumites “Attach Request” või “Tracking Area Request”. Esimene määrab aja, mille jooksul seade on pärast ooterežiimile lülitumist saadaval. Teine on aeg, mille möödudes tuleb TAU teha, alles nüüd võib selle väärtus ulatuda 35712000 413 413 sekundini ehk XNUMX päevani. Olenevalt sätetest võib MME aktsepteerida seadmelt saadud taimeri väärtusi või neid muuta, saates uued väärtused sõnumites "Attach Accept" või "Tracking Area Update Accept". Nüüd ei saa seade raadiomoodulit XNUMX päeva sisse lülitada ja jääb võrgus registreerituks. Tänu sellele säästame tohutult võrguressursse ja seadmete energiatõhusust!
Kuid selles režiimis pole seade saadaval ainult sissetuleva side jaoks. Kui on vaja midagi rakendusserveri suunas edastada, saab seade igal ajal PSM-ist väljuda ja andmeid saata, misjärel jääb see T3324 taimeri ajal aktiivseks, et saada AS-ilt infoteateid (kui neid on).
eDRX (laiendatud katkendlik vastuvõtt):
eDRX, täiustatud katkendlik vastuvõtt. Andmete edastamiseks seadmesse, mis on ooterežiimis, teostab võrk teavitusprotseduuri - "Paging". Pärast otsingu saamist alustab seade SRB loomist edasiseks võrguga suhtlemiseks. Kuid selleks, et talle adresseeritud Pagingi teade ei tuleks, peab seade pidevalt jälgima raadioõhku, mis on ka üsna energiakulukas.
eDRX on režiim, milles seade ei saa võrgust sõnumeid pidevalt, vaid perioodiliselt. Attach või TAU protseduuride ajal lepib seade võrguga kokku ajaintervallid, mille jooksul ta ülekannet “kuulab”. Sellest lähtuvalt tehakse otsinguprotseduur samade ajavahemike järel. eDRX-režiimis on seadme töö jagatud tsükliteks (eDRX-tsükkel). Iga tsükli alguses on nn otsinguaken (Paging Time Window, edaspidi PTW) – see on aeg, mil seade kuulab raadiokanalit. PTW lõpus lülitab seade raadiomooduli välja kuni tsükli lõpuni.
HLCOM (high latency communication):
Kui seadmel on vaja andmeid Uplinki edastada, saab seade väljuda kummastki neist kahest energiasäästurežiimist, ootamata PSM- või eDRX-tsükli lõppemist. Kuid andmeid on võimalik seadmesse edastada ainult siis, kui see on aktiivne.
HLCOM-i funktsionaalsus ehk suure latentsusega side on allalingi pakettide puhverdamine SGW-s, kui seade on energiasäästurežiimis ja pole sidepidamiseks saadaval. Puhverdatud paketid toimetatakse kohale kohe, kui seade väljub PSM-ist, tehes TAU-d või edastades üleslingi liiklust, või kui toimub PTW.
See eeldab muidugi IoT-toodete arendajate teadlikkust, kuna seadmega suhtlemine ei toimu reaalajas ja nõuab teatud lähenemist rakenduste äriloogika kujundamisele.
Kokkuvõtteks ütleme nii: millegi uue tutvustamine on alati põnev, kuid nüüd on meil tegemist standardiga, mida pole täielikult testinud isegi maailma "piisonid", nagu Vodafone ja Telefonica - nii et see on kahekordselt põnev. Meie materjali esitlus ei pretendeeri absoluutselt täielikule, kuid loodame, et see annab tehnoloogiast piisava ülevaate. Oleksime tänulikud teie tagasiside eest.
Autor: Konvergentsete lahenduste ja multimeediateenuste osakonna ekspert Aleksei Lapšin
Allikas: www.habr.com