Անցյալ անգամ մենք խոսեցինք նոր NB-IoT ստանդարտի առանձնահատկությունների մասին ռադիոմուտքի ցանցի ճարտարապետության տեսանկյունից: Այսօր մենք կքննարկենք, թե ինչ է փոխվել հիմնական ցանցում NB-IoT-ի ներքո: Այսպիսով, եկեք գնանք:
Ցանցի հիմքում զգալի փոփոխություններ են տեղի ունեցել: Սկսենք նրանից, որ հայտնվել է նոր տարր, ինչպես նաև մի շարք մեխանիզմներ, որոնք ստանդարտով սահմանվում են որպես «CIoT EPS Optimization» կամ իրերի բջջային ինտերնետի հիմնական ցանցի օպտիմալացում:
Ինչպես գիտեք, բջջային ցանցերում գոյություն ունեն երկու հիմնական կապի ուղիներ, որոնք կոչվում են Control Plane (CP) և User Plane (UP): Control Plane-ը նախատեսված է ցանցի տարբեր տարրերի միջև ծառայության հաղորդագրությունների փոխանակման համար և օգտագործվում է սարքերի շարժունակությունն ապահովելու (Շարժունակության կառավարում) (UE) և տվյալների փոխանցման նիստ ստեղծելու/պահպանելու համար (Session Management): Օգտվողի ինքնաթիռը, ըստ էության, օգտագործողի տրաֆիկի փոխանցման ալիք է: Դասական LTE-ում CP-ի և UP-ի բաշխումը միջերեսների միջև հետևյալն է.
NB-IoT-ի CP և UP օպտիմալացման մեխանիզմներն իրականացվում են MME, SGW և PGW հանգույցների վրա, որոնք պայմանականորեն միավորվում են մեկ տարրի մեջ, որը կոչվում է C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node): Ստանդարտը ենթադրում է նաև ցանցի նոր տարրի առաջացում՝ SCEF (Service Capability Exposure Function): MME-ի և SCEF-ի միջև ինտերֆեյսը կոչվում է T6a և իրականացվում է DIAMETER արձանագրության հիման վրա: Չնայած այն հանգամանքին, որ DIAMETER-ը ազդանշանային արձանագրություն է, NB-IoT-ում այն հարմարեցված է փոքր քանակությամբ ոչ IP տվյալների փոխանցման համար:
Ինչպես ցույց է տալիս նրա անունը, SCEF-ը սպասարկման հնարավորությունների ցուցադրման հանգույց է: Այլ կերպ ասած, SCEF-ը թաքցնում է օպերատորի ցանցի բարդությունը, ինչպես նաև ծրագրավորողներին ազատում է շարժական սարքերի (UE) նույնականացման և նույնականացման անհրաժեշտությունից՝ թույլ տալով հավելվածի սերվերներին (Application Server, այսուհետ՝ AS) ստանալ տվյալներ և կառավարել սարքերը մեկ միջոցով: API ինտերֆեյս.
UE նույնացուցիչը դառնում է ոչ թե հեռախոսահամար (MSISDN) կամ IP հասցե, ինչպես դա եղավ դասական 2G/3G/LTE ցանցում, այլ այսպես կոչված «արտաքին ID», որը ստանդարտով սահմանված է ծանոթ ձևաչափով։ հավելվածների մշակողների համար «@»: Սա առանձին մեծ թեմա է, որն արժանի է առանձին նյութի, ուստի մենք հիմա դրա մասին մանրամասն չենք խոսի:
Հիմա եկեք նայենք ամենակարևոր նորամուծություններին: «CIoT EPS Optimization»-ը երթևեկության փոխանցման մեխանիզմների և բաժանորդների նիստերի կառավարման օպտիմալացումն է: Ահա հիմնականները.
- DoNAS
- NIDD
- PSM և eDRX էներգախնայողության մեխանիզմներ
- HLCOM
DoNAS (Տվյալներ NAS-ի վերաբերյալ).
Սա մեխանիզմ է, որը նախատեսված է փոքր քանակությամբ տվյալների փոխանցումը օպտիմալացնելու համար:
Դասական LTE-ում ցանցում գրանցվելիս բաժանորդային սարքը eNodeB-ի միջոցով հաստատում է PDN կապ (այսուհետ՝ PDN) MME-SGW-PGW-ին: UE-eNodeB-MME կապը այսպես կոչված «Ազդանշանային ռադիոհաղորդիչ» է (SRB): Եթե անհրաժեշտ է տվյալներ փոխանցել/ստանալ, UE-ն մեկ այլ կապ է հաստատում eNodeB-ի հետ՝ «Տվյալների ռադիոհաղորդիչ» (DRB)՝ օգտվողի տրաֆիկը SGW-ին և հետագայում PGW-ին փոխանցելու համար (համապատասխանաբար S1-U և S5 միջերեսներ): . Փոխանակման վերջում, և եթե որոշ ժամանակով երթևեկություն չկա (սովորաբար 5-20 վայրկյան), այդ կապերը դադարեցվում են, և սարքը անցնում է սպասման ռեժիմի կամ «Պարապ ռեժիմի»: Եթե անհրաժեշտ է փոխանակել տվյալների նոր մասը, SRB-ն և DRB-ն զրոյացվում են:
NB-IoT-ում օգտատերերի տրաֆիկի փոխանցումը կարող է իրականացվել ազդանշանային ալիքի (SRB) միջոցով, NAS արձանագրության հաղորդագրություններում () DRB-ի կարգավորումն այլևս չի պահանջվում: Սա զգալիորեն նվազեցնում է ազդանշանի ծանրաբեռնվածությունը, խնայում է ցանցի ռադիո ռեսուրսները և, ամենակարևորը, երկարացնում է սարքի մարտկոցի կյանքը:
eNodeB - MME բաժնում օգտվողի տվյալները սկսում են փոխանցվել S1-MME ինտերֆեյսի միջոցով, ինչը չկար դասական LTE տեխնոլոգիայի դեպքում, և դրա համար օգտագործվում է NAS արձանագրությունը, որում հայտնվում է «Օգտվողի տվյալների բեռնարկղը»:
«Օգտվողի ինքնաթիռը» MME-ից SGW տեղափոխելու համար հայտնվում է նոր ինտերֆեյս S11-U, որը նախատեսված է փոքր քանակությամբ օգտատերերի տվյալների փոխանցման համար: S11-U արձանագրությունը հիմնված է GTP-U v1-ի վրա, որն օգտագործվում է 3GPP ճարտարապետության այլ ցանցային ինտերֆեյսների վրա User Plane փոխանցման համար:
NIDD (ոչ IP տվյալների առաքում).
Փոքր քանակությամբ տվյալների փոխանցման մեխանիզմների հետագա օպտիմալացման շրջանակներում, բացի արդեն գոյություն ունեցող PDN տեսակներից, ինչպիսիք են IPv4, IPv6 և IPv4v6, հայտնվել է ևս մեկ տեսակ՝ ոչ IP: Այս դեպքում UE-ին IP հասցե չի հատկացվում, և տվյալները փոխանցվում են առանց IP արձանագրության օգտագործման: Դրա համար կան մի քանի պատճառներ.
- IoT սարքերը, ինչպիսիք են սենսորները, կարող են փոխանցել շատ փոքր քանակությամբ տվյալներ՝ 20 բայթ կամ ավելի քիչ: Հաշվի առնելով, որ IP վերնագրի նվազագույն չափը 20 բայթ է, IP ինկապսուլյացիան երբեմն կարող է բավականին թանկ լինել;
- Չիպի վրա IP stack ներդրման կարիք չկա, ինչը հանգեցնում է դրանց արժեքի նվազմանը (քննարկման հարց մեկնաբանություններում):
Ընդհանուր առմամբ, IP հասցեն անհրաժեշտ է IoT սարքերին ինտերնետով տվյալներ փոխանցելու համար: NB-IoT հայեցակարգում SCEF-ը գործում է որպես մեկ AS միացման կետ, և տվյալների փոխանակումը սարքերի և հավելվածների սերվերների միջև տեղի է ունենում API-ի միջոցով: SCEF-ի բացակայության դեպքում ոչ IP-ի տվյալները կարող են փոխանցվել ՀԾ-ին PGW-ից կետ առ կետ (PtP) թունելի միջոցով, և դրա վրա կկատարվի IP ինկապսուլյացիան:
Այս ամենը տեղավորվում է NB-IoT պարադիգմի մեջ՝ սարքերի առավելագույն պարզեցում և արժեքի նվազեցում:
PSM և eDRX էներգախնայողության մեխանիզմներ.
LPWAN ցանցերի հիմնական առավելություններից մեկը էներգաարդյունավետությունն է: Համարվում է, որ սարքը մեկ մարտկոցի վրա կարող է աշխատել մինչև 10 տարի: Եկեք պարզենք, թե ինչպես են ձեռք բերվում նման արժեքներ:
Ե՞րբ է սարքը ամենաքիչ էներգիան սպառում: Ուղղեք, երբ այն անջատված է: Եվ եթե անհնար է ամբողջությամբ անջատել սարքը, եկեք անջատենք ռադիոմոդուլը այնքան ժամանակ, քանի դեռ դրա կարիքը չկա: Պարզապես նախ պետք է դա համակարգել ցանցի հետ:
PSM (Էներգախնայողության ռեժիմ).
PSM էներգախնայողության ռեժիմը թույլ է տալիս սարքին երկար ժամանակ անջատել ռադիոմոդուլը` միաժամանակ գրանցված մնալով ցանցում, և չվերատեղադրել PDN-ն ամեն անգամ, երբ անհրաժեշտ է տվյալներ փոխանցել:
Ցանցին տեղեկացնելու համար, որ սարքը դեռ հասանելի է, այն պարբերաբար սկսում է թարմացման ընթացակարգ՝ Հետագծման տարածքի թարմացում (TAU): Այս ընթացակարգի հաճախականությունը սահմանվում է ցանցի կողմից՝ օգտագործելով T3412 ժմչփը, որի արժեքը փոխանցվում է սարքին Attach ընթացակարգի կամ հաջորդ TAU-ի ընթացքում: Դասական LTE-ում այս ժմչփի լռելյայն արժեքը 54 րոպե է, իսկ առավելագույնը՝ 186 րոպե: Այնուամենայնիվ, բարձր էներգաարդյունավետություն ապահովելու համար 186 րոպեն մեկ եթեր դուրս գալու անհրաժեշտությունը չափազանց թանկ է: Այս խնդիրը լուծելու համար մշակվել է PSM մեխանիզմը:
Սարքն ակտիվացնում է PSM ռեժիմը՝ փոխանցելով երկու ժամանակաչափերի՝ T3324 և T3412-Extended արժեքները «Կցել հարցում» կամ «Հետևման տարածքի հարցում» հաղորդագրություններում: Առաջինը որոշում է այն ժամանակը, երբ սարքը հասանելի կլինի «Անգործուն ռեժիմին» անցնելուց հետո: Երկրորդը այն ժամանակն է, որից հետո պետք է արվի TAU-ն, միայն այժմ դրա արժեքը կարող է հասնել 35712000 վայրկյանի կամ 413 օրվա: Կախված կարգավորումներից՝ MME-ն կարող է ընդունել սարքից ստացված ժամաչափի արժեքները կամ փոխել դրանք՝ ուղարկելով նոր արժեքներ «Կցել Ընդունել» կամ «Հետևման տարածքի թարմացում ընդունել» հաղորդագրություններում: Այժմ սարքը չի կարող միացնել ռադիոմոդուլը 413 օր և մնալ գրանցված ցանցում։ Արդյունքում մենք ստանում ենք ցանցային ռեսուրսների և սարքերի էներգաարդյունավետության հսկայական խնայողություններ:
Այնուամենայնիվ, այս ռեժիմում սարքը հասանելի չէ միայն մուտքային հաղորդակցությունների համար: Եթե անհրաժեշտ է ինչ-որ բան փոխանցել հավելվածի սերվերին, սարքը կարող է ցանկացած պահի դուրս գալ PSM-ից և ուղարկել տվյալներ, որից հետո այն ակտիվ է մնում T3324 ժամաչափի ընթացքում՝ ՀԾ-ից տեղեկատվական հաղորդագրություններ ստանալու համար (եթե այդպիսիք կան):
eDRX (ընդլայնված ընդհատվող ընդունում).
eDRX, Ընդլայնված ընդհատվող ընդունում: Տվյալները «անգործուն ռեժիմում» գտնվող սարքին փոխանցելու համար ցանցն իրականացնում է ծանուցման ընթացակարգ՝ «Paging»: Փեյջինգ ստանալուց հետո սարքը նախաձեռնում է SRB-ի ստեղծումը ցանցի հետ հետագա հաղորդակցության համար: Բայց որպեսզի բաց չթողնի իրեն ուղղված Paging հաղորդագրությունը, սարքը պետք է մշտապես վերահսկի ռադիոեթերը, որը նույնպես բավականին էներգիա է ծախսում։
eDRX-ը ռեժիմ է, որի դեպքում սարքը ոչ թե անընդհատ, այլ պարբերաբար հաղորդագրություններ է ստանում ցանցից: Attach կամ TAU ընթացակարգերի ընթացքում սարքը համաձայնեցնում է ցանցի հետ այն ժամանակային ընդմիջումները, որոնց ընթացքում նա «կլսի» հեռարձակումը: Համապատասխանաբար, Paging պրոցեդուրան կկատարվի նույն պարբերականությամբ: eDRX ռեժիմում սարքի աշխատանքը բաժանվում է ցիկլերի (eDRX ցիկլ): Յուրաքանչյուր ցիկլի սկզբում կա այսպես կոչված «փեյջինգային պատուհան» (Paging Time Window, այսուհետ՝ PTW) - սա այն ժամանակն է, երբ սարքը լսում է ռադիոալիքը: PTW-ի վերջում սարքն անջատում է ռադիոմոդուլը մինչև ցիկլի ավարտը:
HLCOM (բարձր հետաձգման հաղորդակցություն).
Եթե անհրաժեշտ է տվյալներ փոխանցել Uplink-ին, սարքը կարող է դուրս գալ էներգախնայողության այս երկու ռեժիմներից որևէ մեկից՝ առանց սպասելու PSM կամ eDRX ցիկլը ավարտելուն: Բայց տվյալ սարքին հնարավոր է փոխանցել միայն այն դեպքում, երբ այն ակտիվ է:
HLCOM ֆունկցիոնալությունը կամ բարձր հետաձգման հաղորդակցությունը դա Downlink փաթեթների բուֆերացումն է SGW-ում, երբ սարքը գտնվում է էներգախնայողության ռեժիմում և հասանելի չէ կապի համար: Բուֆերացված փաթեթները կառաքվեն հենց սարքը դուրս գա PSM-ից՝ կատարելով TAU կամ անցնելով Uplink տրաֆիկ, կամ երբ տեղի է ունենում PTW:
Սա, իհարկե, պահանջում է IoT արտադրանքի մշակողների իրազեկվածությունը, քանի որ սարքի հետ շփումը իրական ժամանակում չի իրականացվում և պահանջում է որոշակի մոտեցում հավելվածների բիզնես տրամաբանության նախագծման համար:
Եզրափակելով, ասենք. ինչ-որ նոր բանի ներդրումը միշտ էլ հուզիչ է, բայց հիմա մենք գործ ունենք ստանդարտի հետ, որը լիովին չի փորձարկվել նույնիսկ աշխարհի «բիսոնների» կողմից, ինչպիսիք են Vodafone-ը և Telefonica-ն, ուստի այն կրկնակի հուզիչ է: Նյութի մեր ներկայացումը չի հավակնում լինել բացարձակապես ամբողջական, բայց մենք հուսով ենք, որ այն ապահովում է տեխնոլոգիայի բավարար պատկերացում: Մենք կգնահատենք ձեր կարծիքը:
Հեղինակ՝ Կոնվերգենտ լուծումների և մուլտիմեդիա ծառայությունների բաժնի փորձագետ Ալեքսեյ Լապշին
Source: www.habr.com