Lêste kear hawwe wy praat oer de funksjes fan 'e nije NB-IoT standert út it eachpunt fan radio tagong netwurk arsjitektuer. Hjoed sille wy beprate wat is feroare yn it Core Network ûnder NB-IoT. Dus, litte wy gean.
D'r binne wichtige feroarings west yn 'e kearn fan it netwurk. Litte wy begjinne mei it feit dat der in nij elemint is ferskynd, lykas ek in oantal meganismen, dy't wurde definieare troch de standert as "CIoT EPS Optimization" of optimisaasje fan it kearnnetwurk foar it sellulêre ynternet fan dingen.
Lykas jo witte, binne d'r yn mobile netwurken twa haadkommunikaasjekanalen, neamd Control Plane (CP) en User Plane (UP). Control Plane is bedoeld foar de útwikseling fan tsjinst berjochten tusken ferskate netwurk eleminten en wurdt brûkt om te garandearjen mobiliteit (Mobility behear) fan apparaten (UE) en fêstigje / ûnderhâlde in gegevens oerdracht sesje (Session Management). User Plane is, yn feite, in kanaal foar it ferstjoeren fan brûkersferkear. Yn klassike LTE is de ferdieling fan CP en UP oer ynterfaces as folget:
CP- en UP-optimisaasjemeganismen foar NB-IoT wurde ymplementearre op MME-, SGW- en PGW-knooppunten, dy't konvinsjoneel wurde kombineare yn ien elemint neamd C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). De standert giet ek út fan it ûntstean fan in nij netwurkelemint - SCEF (Service Capability Exposure Function). De ynterface tusken MME en SCEF hjit T6a en wurdt ymplementearre basearre op it DIAMETER-protokol. Nettsjinsteande it feit dat DIAMETER in sinjaalprotokol is, is it yn NB-IoT oanpast foar de oerdracht fan lytse hoemannichten net-IP-gegevens.
Lykas de namme al fermoeden docht, is SCEF in tentoanstellingsknooppunt foar tsjinstfermogen. Mei oare wurden, SCEF ferberget de kompleksiteit fan it netwurk fan 'e operator, en ûntlêst ek applikaasje-ûntwikkelders fan' e needsaak om mobile apparaten (UE) te identifisearjen en te autentisearjen, wêrtroch applikaasjeservers (Applikaasjetsjinner, hjirnei AS) gegevens kinne ûntfange en apparaten beheare fia ien inkelde API ynterface.
De UE-identifikaasje wurdt net in telefoannûmer (MSISDN) of in IP-adres, lykas it gefal wie yn it klassike 2G/3G/LTE-netwurk, mar de saneamde "eksterne ID", dy't troch de standert definiearre wurdt yn it fertroude formaat oan applikaasje-ûntwikkelders "@". Dit is in apart grut ûnderwerp dat apart materiaal fertsjinnet, dus wy sille der no net yn detail oer prate.
Litte wy no sjen nei de meast wichtige ynnovaasjes. "CIoT EPS Optimalisaasje" is de optimalisaasje fan ferkearsferfiermeganismen en abonnee-sesjebehear. Hjir binne de wichtichste:
- DoNAS
- NIDD
- PSM en eDRX enerzjybesparring meganismen
- HLCOM
DoNAS (Data oer NAS):
Dit is in meganisme ûntworpen om de oerdracht fan lytse hoemannichten gegevens te optimalisearjen.
Yn klassike LTE, by registrearjen yn it netwurk, makket in abonnee-apparaat in PDN-ferbining (hjirnei oantsjutten as PDN) fia eNodeB nei de MME-SGW-PGW. De UE-eNodeB-MME-ferbining is in saneamde "Signaling Radio Bearer" (SRB). As it nedich is om gegevens te ferstjoeren / te ûntfangen, stelt de UE in oare ferbining mei de eNodeB - "Data Radio Bearer" (DRB), om brûkersferkear oer te stjoeren nei de SGW en fierder nei de PGW (ynterfaces S1-U en S5, respektivelik) . Oan 'e ein fan' e útwikseling en as der in skoft gjin ferkear is (meastentiids 5-20 sekonden), wurde dizze ferbiningen beëinige en it apparaat giet yn standby-modus of "Idle Mode". As it nedich is om in nij diel fan gegevens te wikseljen, wurde SRB en DRB weromset.
Yn NB-IoT kin oerdracht fan brûkersferkear wurde útfierd fia in sinjaalkanaal (SRB), yn NAS-protokolberjochten (). It opsetten fan in DRB is net mear nedich. Dit ferminderet de sinjaalbelêsting signifikant, besparret netwurkradioboarnen en, it wichtichste, ferlingt it libben fan 'e batterij fan it apparaat.
Yn 'e eNodeB - MME-seksje begjinne brûkersgegevens te ferstjoeren oer de S1-MME-ynterface, wat net it gefal wie yn klassike LTE-technology, en it NAS-protokol wurdt dêrfoar brûkt, wêryn de "User data container" ferskynt.
Om de oerdracht fan "User Plane" fan MME nei SGW út te fieren, ferskynt in nije ynterface S11-U, dy't ûntwurpen is foar de oerdracht fan lytse hoemannichten brûkersgegevens. It S11-U-protokol is basearre op GTP-U v1, dat wurdt brûkt foar oerdracht fan User Plane op oare netwurkynterfaces fan 'e 3GPP-arsjitektuer.
NIDD (non-IP data delivery):
As ûnderdiel fan fierdere optimalisaasje fan meganismen foar it oerdragen fan lytse hoemannichten gegevens, neist de al besteande PDN-typen, lykas IPv4, IPv6 en IPv4v6, is in oar type ferskynde - net-IP. Yn dit gefal wurdt de UE gjin IP-adres tawiisd en gegevens wurde oerdroegen sûnder it IP-protokol te brûken. D'r binne ferskate redenen foar dit:
- IoT-apparaten lykas sensors kinne heul lytse hoemannichten gegevens oerjaan, 20 bytes of minder. Jûn dat de minimale IP-headergrutte 20 bytes is, kin IP-ynkapseling soms frij djoer wêze;
- It is net nedich om in IP-stapel op 'e chip te ymplementearjen, wat liedt ta har fermindering fan kosten (in fraach foar diskusje yn' e kommentaren).
Oer it algemien is in IP-adres nedich foar IoT-apparaten om gegevens oer it ynternet te ferstjoeren. Yn it NB-IoT-konsept fungearret de SCEF as ien AS-ferbiningspunt, en gegevensútwikseling tusken apparaten en applikaasjeservers komt foar fia API. By it ûntbrekken fan SCEF kinne net-IP-gegevens fia in Point-to-Point (PtP) tunnel nei de AS oerbrocht wurde fanút de PGW en sil IP-ynkapseling derop wurde útfierd.
Dit alles past yn it NB-IoT-paradigma - maksimale ferienfâldiging en fermindering fan kosten fan apparaten.
PSM en eDRX enerzjybesparjende meganismen:
Ien fan 'e wichtichste foardielen fan LPWAN-netwurken is enerzjy-effisjinsje. It apparaat wurdt beweare dat it oant 10 jier batterijlibben duorje kin op ien batterij. Litte wy útfine hoe't sokke wearden wurde berikt.
Wannear verbruikt in apparaat it minste enerzjy? Korrekt as it is útskeakele. En as it ûnmooglik is om it apparaat folslein te de-enerzjearjen, litte wy de radiomodule de-energize sa lang as it net nedich is. Jo moatte dit gewoan earst koördinearje mei it netwurk.
PSM (Enerzjybesparjende modus):
De PSM-enerzjybesparjende modus lit it apparaat de radiomodule foar in lange tiid útsette, wylst registrearre bliuwt yn it netwurk, en de PDN net elke kear opnij ynstalleare as it gegevens ferstjoere moat.
Om it netwurk te litten witte dat it apparaat noch beskikber is, begjint it periodyk in updateproseduere - Tracking Area Update (TAU). De frekwinsje fan dizze proseduere wurdt ynsteld troch it netwurk mei help fan timer T3412, wêrfan de wearde wurdt oerdroegen oan it apparaat tidens de Attach-proseduere as de folgjende TAU. Yn klassike LTE is de standertwearde fan dizze timer 54 minuten, en it maksimum is 186 minuten. Om hege enerzjy-effisjinsje te garandearjen is de needsaak om elke 186 minuten yn 'e loft te gean lykwols te djoer. It PSM-meganisme is ûntwikkele om dit probleem op te lossen.
It apparaat aktivearret de PSM-modus troch de wearden fan twa timers T3324 en T3412-útwreide te ferstjoeren yn 'e berjochten "Attach Request" of "Tracking Area Request". De earste bepaalt de tiid dat it apparaat beskikber sil wêze nei it wikseljen nei "Idle Mode". De twadde is de tiid wêrnei't de TAU makke wurde moat, allinich no kin har wearde 35712000 sekonden of 413 dagen berikke. Ofhinklik fan 'e ynstellings kin de MME de timerwearden akseptearje dy't ûntfongen binne fan it apparaat of feroarje troch nije wearden te ferstjoeren yn' e berjochten "Attach Accept" of "Tracking Area Update Accept". No kin it apparaat de radiomodule 413 dagen net ynskeakelje en registrearre bliuwe yn it netwurk. As gefolch krije wy enoarme besparring yn netwurkboarnen en enerzjy-effisjinsje fan apparaten!
Yn dizze modus is it apparaat lykwols net allinich beskikber foar ynkommende kommunikaasje. As it nedich is om wat oer te stjoeren nei de applikaasje-tsjinner, kin it apparaat op elk momint PSM ferlitte en gegevens ferstjoere, wêrnei't it aktyf bliuwt tidens de T3324-timer om ynformaasjeberjochten fan 'e AS te ûntfangen (as der is).
eDRX (útwreide diskontinue ûntfangst):
eDRX, Ferbettere intermitterende ûntfangst. Om gegevens oer te bringen nei in apparaat dat yn "Idle modus" is, fiert it netwurk in notifikaasjeproseduere - "Paging". By it ûntfangen fan in paging begjint it apparaat de oprjochting fan in SRB foar fierdere kommunikaasje mei it netwurk. Mar om it dêroan rjochte Paging-berjocht net te missen, moat it apparaat de radiolucht konstant kontrolearje, dy't ek nochal enerzjyferbrûk is.
eDRX is in modus wêryn it apparaat net konstant, mar periodyk berjochten fan it netwurk ûntfangt. Tidens de Attach- as TAU-prosedueres is it apparaat it iens mei it netwurk oer de tiidintervallen wêryn't it nei de útstjoering sil "harkje". Dêrtroch sil de Paging-proseduere mei deselde yntervallen útfierd wurde. Yn eDRX-modus wurdt de operaasje fan it apparaat ferdield yn syklusen (eDRX-syklus). Oan it begjin fan elke syklus is der in saneamde "paging finster" (Paging Time Window, hjirnei PTW) - dit is de tiid dat it apparaat harket nei it radiokanaal. Oan 'e ein fan PTW slút it apparaat de radiomodule út oant it ein fan' e syklus.
HLCOM (kommunikaasje mei hege latency):
As it gegevens nei Uplink moat oerdrage, kin it apparaat ien fan dizze twa enerzjybesparringsmodi ferlitte sûnder te wachtsjen foar de PSM- of eDRX-syklus om te foltôgjen. Mar it is mooglik om oerdrage gegevens nei it apparaat allinne as it is aktyf.
HLCOM-funksjonaliteit of kommunikaasje mei hege latency is de buffering fan Downlink-pakketten op 'e SGW wylst it apparaat yn enerzjybesparjende modus is en net beskikber is foar kommunikaasje. Gebufferde pakketten sille wurde levere sa gau as it apparaat PSM útgiet troch TAU te dwaan of Uplink ferkear troch te jaan, of as PTW optreedt.
Dit fereasket fansels bewustwêzen fan 'e kant fan ûntwikkelders fan IoT-produkten, om't kommunikaasje mei in apparaat net yn realtime wurdt berikt en in bepaalde oanpak fereasket foar it ûntwerpen fan' e saaklike logika fan applikaasjes.
As konklúzje, litte wy sizze: de ynfiering fan wat nijs is altyd spannend, mar no hawwe wy te krijen mei in standert dy't sels net folslein hifke is troch de "bizons" fan 'e wrâld, lykas Vodafone en Telefonica - dus it is dûbel spannend. Us presintaasje fan it materiaal docht net as absolút folslein, mar wy hoopje dat it in foldwaande begryp fan 'e technology leveret. Wy soene wurdearje jo feedback.
Auteur: Ekspert fan 'e ôfdieling Convergent Solutions en Multimedia Services Alexey Lapshin
Boarne: www.habr.com