NB-IoT: ki jan li fonksyone? Pati 3: SCEF – yon sèl fenèt aksè nan sèvis operatè yo

Nan atik la "NB-IoT: ki jan li fonksyone? Pati 2", pale sou achitekti nwayo a pake nan rezo a NB-IoT, nou mansyone aparans nan yon nouvo ne SCEF. Nou eksplike nan twazyèm pati a ki sa li ye ak poukisa li nesesè?

Lè y ap kreye yon sèvis M2M, devlopè aplikasyon yo fè fas ak kesyon sa yo:

• ki jan yo idantifye aparèy;
• ki verifikasyon ak otantifikasyon algorithm pou itilize;
• ki pwotokòl transpò yo chwazi pou kominike avèk aparèy;
• ki jan yo delivre done nan aparèy yo;
• ki jan yo òganize ak etabli règ pou fè echanj done ak yo;
• kijan pou kontwole ak jwenn enfòmasyon sou kondisyon yo sou Entènèt;
• ki jan yo bay done ansanm nan yon gwoup aparèy ou yo;
• ki jan yo voye done ansanm nan yon aparèy nan plizyè kliyan;
• ki jan ou kapab jwenn aksè inifye nan sèvis operatè adisyonèl pou jere aparèy ou an.

Pou rezoud yo, li nesesè pou kreye solisyon pwopriyetè teknikman "lou", ki mennen nan ogmante depans travay ak sèvis tan-a-mache. Sa a se kote nouvo ne SCEF la vin pote sekou.

Jan sa defini nan 3GPP, SCEF (fonksyon pou ekspoze kapasite sèvis) se yon eleman konplètman nouvo nan achitekti 3GPP ki gen fonksyon se pou ekspoze an sekirite sèvis ak kapasite koòdone rezo 3GPP yo bay atravè API.

Nan mo senp, SCEF se yon entèmedyè ant rezo a ak sèvè aplikasyon an (AS), yon sèl fenèt aksè nan sèvis operatè pou jere aparèy M2M ou a nan rezo NB-IoT atravè yon koòdone entwisyon, estanda API.

SCEF kache konpleksite rezo yon operatè, sa ki pèmèt devlopè aplikasyon yo abstrè mekanis konplèks, espesifik aparèy pou kominike avèk aparèy yo.

Lè yo transfòme pwotokòl rezo yo nan yon API abitye pou devlopè aplikasyon yo, SCEF API fasilite kreyasyon nouvo sèvis yo epi redwi tan pou mache. Nouvo ne a gen ladan tou fonksyon pou idantifye / otantifye aparèy mobil, defini règ yo pou echanj done ant aparèy la ak AS, retire nesesite pou devlopè aplikasyon yo aplike fonksyon sa yo sou bò yo, deplase fonksyon sa yo nan zepòl yo nan operatè a.

SCEF kouvri koòdone ki nesesè pou otantifikasyon ak otorizasyon nan sèvè aplikasyon yo, kenbe UE mobilite, transfè done ak aparèy deklanche, aksè nan sèvis adisyonèl ak kapasite rezo operatè yo.

Nan direksyon AS la gen yon sèl koòdone T8, yon API (HTTP/JSON) ofisyèl pa 3GPP. Tout koòdone, eksepte T8, fonksyone dapre pwotokòl DYAMETER (Fig. 1).

T6a - koòdone ant SCEF ak MME. Itilize pou pwosedi jesyon Mobilite/Sesyon, transmisyon done ki pa IP, pwovizyon evènman siveyans ak resevwa rapò sou yo.

S6t - koòdone ant SCEF ak HSS. Egzije pou otantifikasyon abònen, otorizasyon nan sèvè aplikasyon yo, jwenn yon konbinezon de ID ekstèn ak IMSI/MSISDN, pwovizyon evènman siveyans ak resevwa rapò sou yo.

S6m/T4 - koòdone soti nan SCEF pou HSS ak SMS-C (3GPP defini ne MTC-IWF, ki itilize pou aparèy deklanche ak transmisyon SMS nan rezo NB-IoT. Sepandan, nan tout aplikasyon yo fonksyonalite ne sa a entegre nan SCEF, kidonk pou senplifikasyon kous la, nou pa pral konsidere li separeman). Itilize pou jwenn enfòmasyon sou routage pou voye SMS ak kominike avèk sant SMS la.

T8 - API koòdone pou entèraksyon SCEF ak sèvè aplikasyon yo. Tou de kòmandman kontwòl ak trafik yo transmèt nan koòdone sa a.

*an reyalite gen plis interfaces sèlman ki pi fondamantal yo ki nan lis isit la. Yo bay yon lis konplè nan 3GPP 23.682 (4.3.2 Lis Pwen Referans).

Anba a se fonksyon kle ak sèvis SCEF:

• konekte idantifikasyon kat SIM (IMSI) ak idantite ekstèn;
• transmisyon trafik ki pa IP (Non-IP Data Delivery, NIDD);
• operasyon gwoup lè l sèvi avèk ekstèn gwoup ID;
• sipò pou mòd transmisyon done ak konfimasyon;
• tanpon done MO (Mobile Originated) ak MT (Mobile Terminated);
• otantifikasyon ak otorizasyon aparèy ak sèvè aplikasyon yo;
• itilizasyon similtane done ki soti nan yon sèl UE pa plizyè AS;
• sipò pou fonksyon espesyal siveyans estati UE (MONTE - Evènman Siveyans);
• aparèy deklanche;
• bay done ki pa IP itinérance.

Prensip debaz entèraksyon ant AS ak SCEF baze sou sa yo rele konplo a. abònman. Si li nesesè pou jwenn aksè nan nenpòt sèvis SCEF pou yon UE espesifik, sèvè aplikasyon an bezwen kreye yon abònman lè li voye yon kòmand nan API espesifik sèvis yo mande a epi resevwa yon idantifyan inik an repons. Apre sa, tout lòt aksyon ak kominikasyon ak UE nan kad sèvis sa a pral fèt lè l sèvi avèk idantifyan sa a.

Ekstèn ID: Idantifyan aparèy inivèsèl

Youn nan chanjman ki pi enpòtan nan konplo a entèraksyon ant AS ak aparèy lè w ap travay nan SCEF se aparans nan yon idantifyan inivèsèl. Koulye a, olye pou yo yon nimewo telefòn (MSISDN) oswa adrès IP, jan sa te ka a nan rezo klasik 2G/3G/LTE, idantifyan aparèy pou sèvè aplikasyon an vin "ID ekstèn". Li defini nan estanda a nan yon fòma abitye ak devlopè aplikasyon yo " @ "

Devlopè yo pa bezwen aplike algorithm otantifikasyon aparèy rezo a konplètman pran sou fonksyon sa a. ID ekstèn mare nan IMSI, epi pwomotè a ka asire w ke lè w ap jwenn aksè nan yon ID ekstèn espesifik, li reyaji avèk yon kat SIM espesifik. Lè w ap itilize yon chip SIM, ou jwenn yon sitiyasyon konplètman inik lè ID ekstèn lan idantifye inikman yon aparèy espesifik!

Anplis, plizyè ID ekstèn yo ka lye nan yon sèl IMSI - yon sitiyasyon menm plis enteresan rive lè ID ekstèn lan idantifye inikman yon aplikasyon espesifik ki responsab pou yon sèvis espesifik sou yon aparèy espesifik.

Yon gwoup idantifyan parèt tou - ekstèn gwoup ID, ki gen ladann yon seri idantite ekstèn endividyèl. Kounye a, avèk yon sèl demann bay SCEF, AS ka kòmanse operasyon gwoup - voye done oswa kòmandman kontwòl nan plizyè aparèy ini nan yon sèl gwoup lojik.

Akòz lefèt ke pou devlopè AS tranzisyon an nan yon nouvo idantifyan aparèy pa ka enstantane, SCEF kite posibilite pou kominikasyon AS ak UE a atravè yon nimewo estanda - MSISDN.

Transmisyon trafik ki pa IP (Livrezon Done ki pa IP, NIDD)

Nan NB-IoT, kòm yon pati nan optimize mekanis pou transmèt ti kantite done, anplis de kalite PDN ki deja egziste, tankou IPv4, IPv6 ak IPv4v6, yon lòt kalite parèt - ki pa IP. Nan ka sa a, aparèy la (UE) pa asiyen yon adrès IP epi done yo transmèt san yo pa itilize pwotokòl IP la. Trafik pou koneksyon sa yo ka dirije nan de fason: klasik - MME -> SGW -> PGW ak Lè sa a, nan tinèl PtP nan AS (Fig. 2) oswa lè l sèvi avèk SCEF (Fig. 3).

Metòd klasik la pa ofri okenn avantaj espesyal sou trafik IP, eksepte pou diminye gwosè pakè transmèt akòz absans tèt IP. Itilizasyon SCEF ouvè yon kantite nouvo posiblite epi siyifikativman senplifye pwosedi yo pou kominike avèk aparèy yo.

Lè w ap transmèt done atravè SCEF, de avantaj trè enpòtan parèt sou trafik IP klasik:


Livrezon trafik MT nan aparèy la atravè ID ekstèn

Pou voye yon mesaj nan yon aparèy IP klasik, AS la dwe konnen adrès IP li. Men yon pwoblèm rive: piske aparèy la anjeneral resevwa yon adrès IP "gri" lè li anrejistre, li kominike ak sèvè aplikasyon an, ki sitiye sou entènèt la, atravè yon ne NAT, kote adrès gri an tradui an blan. Konbinezon adrès IP gri ak blan dire pou yon tan limite, tou depann de paramèt NAT yo. An mwayèn, pou TCP oswa UDP - pa plis pase senk minit. Sa vle di, si pa gen okenn echanj done ak aparèy sa a nan 5 minit, koneksyon an ap dezentegre epi aparèy la p ap aksesib ankò nan adrès blan ak sesyon an ak AS te inisye. Gen plizyè solisyon:

1. Sèvi ak batman kè. Yon fwa yo te etabli yon koneksyon, aparèy la dwe fè echanj pake ak AS la chak kèk minit, kidonk anpeche tradiksyon NAT fèmen. Men, pa ka pale de nenpòt efikasite enèji isit la.

2. Chak fwa, si sa nesesè, tcheke disponiblite pakè pou aparèy la sou AS la - voye yon mesaj bay uplink la.

3. Kreye yon APN prive (VRF), kote sèvè aplikasyon an ak aparèy yo pral sou menm sous-rezo a, epi bay adrès IP estatik aparèy yo. Li pral travay, men li prèske enposib lè nou ap pale de yon flòt de milye, dè dizèn de milye de aparèy.

4. Finalman, opsyon ki pi apwopriye: sèvi ak IPv6 li pa mande pou NAT, depi adrès IPv6 yo dirèkteman aksesib nan entènèt la. Sepandan, menm nan ka sa a, lè aparèy la re-anrejistre, li pral resevwa yon nouvo adrès IPv6 epi yo p ap aksesib ankò lè l sèvi avèk youn anvan an.

An konsekans, li nesesè voye kèk pake inisyalizasyon ak yon idantifyan aparèy nan sèvè a yo nan lòd yo rapòte nouvo adrès IP aparèy la. Lè sa a, tann pou yon pake konfimasyon soti nan AS, ki tou afekte efikasite enèji.

Metòd sa yo travay byen pou aparèy 2G/3G/LTE, kote aparèy la pa gen kondisyon strik pou otonomi e, kòm yon rezilta, pa gen okenn restriksyon sou lè ak trafik. Metòd sa yo pa apwopriye pou NB-IoT akòz gwo konsomasyon enèji yo.

SCEF rezoud pwoblèm sa a: piske sèl idantifyan aparèy pou yon AS se yon ID ekstèn, AS la sèlman bezwen voye yon pake done bay SCEF pou yon ID ekstèn espesifik, epi SCEF pran swen rès la. Nan ka aparèy la nan mòd ekonomize enèji PSM oswa eDRX, done yo pral tampon epi delivre lè aparèy la vin disponib. Si aparèy la disponib pou trafik, done yo pral delivre imedyatman. Menm bagay la tou pou ekip jesyon yo.

A nenpòt ki lè, AS la ka sonje mesaj tanpon an bay UE a oswa ranplase li ak yon nouvo.

Mekanis nan tanpon kapab tou itilize lè transmèt done MO soti nan UE a AS la. Si SCEF pa t 'kapab delivre done bay AS la imedyatman, pou egzanp si travay antretyen ap kontinye sou sèvè AS yo, pake sa yo pral tampon ak garanti yo dwe delivre le pli vit ke AS la vin disponib.

Kòm te note pi wo a, aksè a yon sèvis espesifik ak UE pou yon AS (ak NIDD se yon sèvis) se reglemante pa règ ak règleman sou bò SCEF, ki pèmèt pou posibilite inik pou itilizasyon similtane nan done ki soti nan yon sèl UE pa plizyè AS. Moun sa yo. si plizyè AS te abònman nan yon sèl UE, Lè sa a, apre li fin resevwa done ki soti nan UE a, SCEF ap voye li bay tout AS ki abònman. Sa a se byen adapte pou ka kote kreyatè a nan yon flòt nan aparèy espesyalize pataje done ant plizyè kliyan. Pa egzanp, lè w kreye yon rezo estasyon metewolojik ki fonksyone sou NB-IoT, ou ka vann done yo nan plizyè sèvis ansanm.

Mekanis livrezon mesaj garanti

Reliable Data Service se yon mekanis pou garanti livrezon MO ak MT mesaj san yo pa itilize algoritm espesyalize nan nivo pwotokòl, tankou, pou egzanp, lanmen nan TCP. Li travay lè yo enkli yon drapo espesyal nan pati sèvis la nan mesaj la lè echanje ant UE a ak SCEF. Si ou pa aktive mekanis sa a lè transmèt trafik se AS la deside.

Si mekanis la aktive, UE a gen ladann yon drapo espesyal nan pati anlè pake a lè li mande garanti livrezon trafik MO. Lè li resevwa yon pake konsa, SCEF reponn UE a ak yon rekonesans. Si UE a pa resevwa pake rekonesans la, yo pral voye pake a nan direksyon SCEF. Menm bagay la rive pou trafik MT.

Siveyans aparèy (siveyans evènman - MONTE)

Kòm mansyone pi wo a, fonksyonalite SCEF a, pami lòt bagay, gen ladan fonksyon pou kontwole eta a nan UE, sa yo rele an. siveyans aparèy. Men, si nouvo idantifyan ak mekanis transfè done yo optimize (kwake trè grav) nan pwosedi ki egziste deja, Lè sa a, MONTE se yon fonksyonalite konplètman nouvo ki pa disponib nan rezo 2G/3G/LTE. MONTE pèmèt AS kontwole paramèt aparèy tankou estati koneksyon, disponiblite kominikasyon, kote, estati itinérance, elatriye. Nou pral pale sou chak nan plis detay yon ti kras pita.

Si li nesesè pou aktive nenpòt evènman siveyans pou yon aparèy oswa gwoup aparèy, AS a abònman nan sèvis ki koresponn lan lè li voye kòmandman API MONTE ki koresponn lan bay SCEF, ki gen ladann paramèt tankou id ekstèn oswa idantite gwoup ekstèn, idantifyan AS, siveyans. kalite, kantite rapò, ki AS vle resevwa. Si AS la gen otorizasyon pou egzekite demann lan, SCEF, selon kalite a, ap bay evènman an HSS oswa MME (Fig. 4). Lè yon evènman rive, MME oswa HSS jenere yon rapò bay SCEF, ki voye li bay AS la.

Pwovizyon pou tout evènman yo, eksepte "Kantite UE ki prezan nan yon zòn jeyografik", fèt atravè HSS. De evènman "Chanjman nan IMSI-IMEI Asosyasyon" ak "Estati Itinérance" yo swiv dirèkteman sou HSS, rès la pral pwovizyon pa HSS sou MME.
Evènman yo ka swa yon sèl fwa oswa peryodik, epi yo detèmine pa kalite yo.

Voye yon rapò sou yon evènman (rapò) fèt pa ne ki swiv evènman an dirèkteman nan SCEF (Fig. 5).

Pwen enpòtan: Siveyans evènman yo ka aplike nan tou de aparèy ki pa IP ki konekte atravè SCEF ak aparèy IP transmèt done nan fason klasik atravè MME-SGW-PGW.

Ann pran yon gade pi pre nan chak nan evènman siveyans yo:

Pèt koneksyon — enfòme AS a ke UE a pa disponib ankò ni pou trafik done oswa siyal. Evènman an rive lè "revèy mobil pou jwenn aksè" pou UE a ekspire sou MME la. Nan yon demann pou kalite siveyans sa a, AS la ka endike valè "Maksimòm Deteksyon Tan" li - si pandan tan sa a UE a pa montre okenn aktivite, AS la pral enfòme ke UE a pa disponib, ki endike rezon an. Evènman an rive tou si rezo a te retire UE a lafòs pou nenpòt ki rezon.

* Pou fè rezo a konnen ke aparèy la toujou disponib, li detanzantan kòmanse yon pwosedi aktyalizasyon - Tracking Area Update (TAU). Se rezo a ki tabli frekans pwosedi sa a lè l sèvi avèk revèy T3412 oswa (T3412_extended nan ka PSM), valè ki transmèt nan aparèy la pandan pwosedi Attach la oswa TAU pwochen an. Revèy mobil aksè se nòmalman plizyè minit pi long pase T3412. Si UE a pa te fè yon TAU anvan ekspirasyon nan "Mobile Resevwa Revèy la", rezo a konsidere li pa ka jwenn ankò.

UE aksesiblite – Endike lè UE a vin disponib pou trafik DL oswa SMS. Sa rive lè UE a vin disponib pou paging (pou yon UE nan mòd eDRX) oswa lè UE a antre nan mòd ECM-CONNECTED (pou yon UE nan mòd PSM oswa eDRX), sa vle di. fè yon TAU oswa voye yon pake uplink.

Rapò kote yo ye – Kalite evènman siveyans sa a pèmèt AS la mande kote UE a. Swa kote aktyèl la (Kote aktyèl la) oswa dènye kote li te ye a (Dènye Kote li te ye a, ki detèmine pa ID selil kote aparèy la te fè TAU oswa trafik transmèt dènye fwa a) ka mande, ki enpòtan pou aparèy nan PSM oswa eDRX ekonomize enèji. mòd. Pou "Kote aktyèl la", AS a ka mande repons repete, ak MME a enfòme AS a chak fwa kote aparèy la chanje.

Chanjman IMSI-IMEI Asosyasyon – Lè evènman sa a aktive, SCEF kòmanse kontwole chanjman ki fèt nan konbinezon IMSI (idantifyan kat SIM) ak IMEI (idantifyan aparèy). Lè yon evènman rive, enfòme AS. Ou ka itilize otomatikman relye yon ID ekstèn nan yon aparèy pandan travay ranplasman pwograme oswa sèvi kòm yon idantifyan pou vòl yon aparèy.

Estati itinérance – se kalite siveyans sa a itilize pa AS pou detèmine si UE a nan rezo lakay ou oswa nan rezo a nan yon patnè itinérance. Opsyonèlman, yo ka transmèt PLMN (Public Land Mobile Network) operatè kote aparèy la anrejistre.

Kominikasyon echèk — Kalite siveyans sa a enfòme AS la sou echèk nan kominikasyon ak aparèy la, ki baze sou rezon ki fè pèt koneksyon an (kòd kòz lage) resevwa nan rezo aksè radyo a (pwotokòl S1-AP). Evènman sa a ka ede detèmine poukisa kominikasyon echwe - akòz pwoblèm sou rezo a, pou egzanp, lè eNodeb a twò chaje (resous radyo pa disponib) oswa akòz yon echèk nan aparèy la li menm (Koneksyon radyo ak UE pèdi).

Disponibilite apre echèk DDN – evènman sa a enfòme AS la ke aparèy la vin disponib apre yon echèk kominikasyon. Èske yo ka itilize lè gen yon bezwen transfere done nan yon aparèy, men tantativ anvan an pa te reyisi paske UE a pa t 'reponn a yon notifikasyon ki soti nan rezo a (paging) ak done yo pa te delivre. Si yo te mande kalite siveyans sa a pou UE a, lè sa a le pli vit ke aparèy la fè yon kominikasyon fèk ap rantre, fè yon TAU oswa voye done nan uplink la, AS la pral enfòme ke aparèy la te vin disponib. Depi DDN (downlink done notifikasyon) pwosedi travay ant MME ak S/P-GW, kalite siveyans sa a disponib sèlman pou aparèy IP.

Estati Koneksyon PDN – enfòme AS lè estati aparèy la chanje (siti koneksyon PDN) - koneksyon (activation PDN) oswa dekoneksyon (suppression PDN). Sa a ka itilize pa AS la kòmanse kominikasyon ak UE a, oswa vis vèrsa, yo konprann ke kominikasyon an pa posib ankò. Kalite siveyans sa a disponib pou aparèy IP ak aparèy ki pa IP.

Kantite UE ki prezan nan yon zòn jeyografik – Kalite siveyans sa a itilize pa AS la pou detèmine kantite UE nan yon sèten zòn jeyografik.

Aparèy deklanche)

Nan rezo 2G/3G, pwosedi enskripsyon an nan rezo a te de etap: premye, aparèy la anrejistre ak SGSN a (tache pwosedi a), Lè sa a, si sa nesesè, li aktive kontèks PDP a - yon koneksyon ak pòtay la pake (GGSN). pou transmèt done. Nan rezo 3G, de pwosedi sa yo te fèt an sekans, i.e. aparèy la pa t 'tann pou moman sa a lè li te bezwen transfere done, men aktive PDP imedyatman apre pwosedi a tache te konplete. Nan LTE, de pwosedi sa yo te konbine nan yon sèl, se sa ki, lè atache, aparèy la imedyatman mande aktivasyon nan koneksyon PDN la (analòg ak PDP nan 2G/3G) atravè eNodeB a MME-SGW-PGW la.

NB-IoT defini yon metòd koneksyon kòm "tache san PDN", sa vle di, UE a tache san yo pa etabli yon koneksyon PDN. Nan ka sa a, li pa disponib pou transmèt trafik, epi li ka sèlman resevwa oswa voye SMS. Yo nan lòd yo voye yon lòd nan yon aparèy konsa aktive PDN ak konekte ak AS, yo te devlope fonksyonalite "Aparèy deklanche".

Lè w ap resevwa yon lòd pou konekte tankou yon UE soti nan AS la, SCEF inisye voye yon SMS kontwòl nan aparèy la atravè sant la SMS. Lè w ap resevwa yon SMS, aparèy la aktive PDN a epi konekte ak AS la pou resevwa plis enstriksyon oswa transfere done.

Ka gen kèk fwa lè abònman aparèy ou an ekspire sou SCEF. Wi, abònman an gen pwòp lavi li, ki tabli pa operatè a oswa ki dakò ak AS. Lè ekspirasyon an, PDN a pral dezaktive sou MME a epi aparèy la ap vin pa disponib pou AS la. Nan ka sa a, fonksyonalite "Deklanche Aparèy" la pral ede tou. Lè w ap resevwa nouvo done ki soti nan AS, SCEF ap chèche konnen sitiyasyon koneksyon aparèy la epi li pral delivre done yo atravè chanèl SMS.

Konklizyon

Fonksyonalite SCEF, nan kou, pa limite a sèvis ki dekri pi wo a epi li toujou ap evolye ak elaji. Kounye a, plis pase yon douzèn sèvis yo deja estandadize pou SCEF. Koulye a, nou te manyen sèlman sou fonksyon prensipal yo ki nan demann devlopè nou pral pale sou rès la nan atik nan lavni.

Kesyon an rive touswit: kijan pou jwenn aksè tès nan nœud "mirak" sa a pou tès preliminè ak debogaj ka posib yo? Tout bagay trè senp. Nenpòt devlopè ka voye yon demann bay iot.info@mts.ru, kote li sifi pou endike objektif koneksyon an, yon deskripsyon sou ka posib la ak enfòmasyon kontak pou kominikasyon.

Nou wè byento!

Otè yo:

• ansyen ekspè nan depatman solisyon konvèjan ak sèvis miltimedya Sergey Novikov sanov,
• ekspè nan solisyon yo konvèjan ak depatman sèvis miltimedya Alexey Lapshin aslapsh

Sous: www.habr.com