Terakhir kali kita berbicara tentang fitur standar NB-IoT baru dalam hal arsitektur jaringan akses radio. Hari ini kita akan membahas apa yang berubah di Jaringan Inti di bawah NB-IoT. Jadi ayo pergi.
Ada perubahan signifikan pada inti jaringan. Mari kita mulai dengan fakta bahwa elemen baru telah muncul, serta sejumlah mekanisme, yang didefinisikan oleh standar sebagai “CIoT EPS Optimization” atau optimalisasi jaringan inti untuk Internet seluler.
Seperti yang Anda ketahui, dalam jaringan seluler terdapat dua saluran komunikasi utama yang disebut Control Plane (CP) dan User Plane (UP). Control Plane ditujukan untuk pertukaran pesan layanan antara berbagai elemen jaringan dan digunakan untuk memastikan mobilitas (Mobility Management) perangkat (UE) dan membangun/mempertahankan sesi transmisi data (Session Management). User Plane sebenarnya adalah saluran untuk mentransmisikan lalu lintas pengguna. Dalam LTE klasik, distribusi CP dan UP antar antarmuka adalah sebagai berikut:
Mekanisme optimasi CP dan UP untuk NB-IoT diimplementasikan pada node MME, SGW dan PGW, yang secara konvensional digabungkan menjadi satu elemen yang disebut C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Standar ini juga mengasumsikan munculnya elemen jaringan baru - SCEF (Service Capability Exposure Function). Antarmuka antara MME dan SCEF disebut T6a dan diimplementasikan berdasarkan protokol DIAMETER. Meskipun DIAMETER adalah protokol pensinyalan, di NB-IoT protokol ini disesuaikan untuk transmisi sejumlah kecil data non-IP.
Seperti namanya, SCEF adalah Node Pameran Kemampuan Layanan. Dengan kata lain, SCEF menyembunyikan kompleksitas jaringan operator, dan juga menghilangkan kebutuhan pengembang aplikasi untuk mengidentifikasi dan mengautentikasi perangkat seluler (UE), memungkinkan server aplikasi (Server Aplikasi, selanjutnya disebut AS) untuk menerima data dan mengelola perangkat melalui satu antarmuka API.
Pengidentifikasi UE tidak lagi menjadi nomor telepon (MSISDN) atau alamat IP, seperti yang terjadi pada jaringan 2G/3G/LTE klasik, tetapi menjadi apa yang disebut “ID eksternal”, yang ditentukan oleh standar dalam format yang sudah dikenal. kepada pengembang aplikasi “ @ " Ini adalah topik besar terpisah yang memerlukan materi terpisah, jadi kami tidak akan membicarakannya secara mendetail sekarang.
Sekarang mari kita lihat inovasi yang paling signifikan. “CIoT EPS Optimization” adalah optimalisasi mekanisme transmisi lalu lintas dan manajemen sesi pelanggan. Inilah yang utama:
- DoNAS
- NIDD
- Mekanisme penghematan daya PSM dan eDRX
- HLCOM
DoNAS (Data melalui NAS):
Ini adalah mekanisme yang dirancang untuk mengoptimalkan transfer data dalam jumlah kecil.
Dalam LTE klasik, saat mendaftar di jaringan, perangkat pelanggan membuat koneksi PDN (selanjutnya disebut PDN) melalui eNodeB ke MME-SGW-PGW. Koneksi UE-eNodeB-MME disebut “Signaling Radio Bearer” (SRB). Jika diperlukan untuk mengirim/menerima data, UE membuat koneksi lain dengan eNodeB - “Data Radio Bearer” (DRB), untuk mengirimkan lalu lintas pengguna ke SGW dan selanjutnya ke PGW (masing-masing antarmuka S1-U dan S5) . Di akhir pertukaran dan jika tidak ada lalu lintas selama beberapa waktu (biasanya 5-20 detik), koneksi ini dihentikan dan perangkat masuk ke mode siaga atau “Mode Idle”. Jika perlu untuk menukar sebagian data baru, SRB dan DRB direset.
Di NB-IoT, transmisi lalu lintas pengguna dapat dilakukan melalui saluran sinyal (SRB), dalam pesan protokol NAS (). Menyiapkan DRB tidak lagi diperlukan. Hal ini secara signifikan mengurangi beban sinyal, menghemat sumber daya radio jaringan, dan yang terpenting, memperpanjang umur baterai perangkat.
Di bagian eNodeB - MME, data pengguna mulai dikirimkan melalui antarmuka S1-MME, yang tidak terjadi pada teknologi LTE klasik, dan protokol NAS digunakan untuk ini, di mana "Wadah data pengguna" muncul.
Untuk melakukan transfer “User Plane” dari MME ke SGW, muncul antarmuka baru S11-U, yang dirancang untuk mentransfer sejumlah kecil data pengguna. Protokol S11-U didasarkan pada GTP-U v1, yang digunakan untuk transmisi User Plane pada antarmuka jaringan lain dari arsitektur 3GPP.
NIDD (pengiriman data non-IP):
Sebagai bagian dari optimalisasi lebih lanjut mekanisme transmisi data dalam jumlah kecil, selain tipe PDN yang sudah ada, seperti IPv4, IPv6 dan IPv4v6, tipe lain telah muncul - non-IP. Dalam hal ini, UE tidak diberi alamat IP dan data dikirimkan tanpa menggunakan protokol IP. Ada beberapa alasan untuk ini:
- Perangkat IoT seperti sensor dapat mengirimkan data dalam jumlah yang sangat kecil, 20 byte atau kurang. Mengingat ukuran header IP minimum adalah 20 byte, enkapsulasi IP terkadang cukup mahal;
- Tidak perlu menerapkan tumpukan IP pada chip, yang menyebabkan pengurangan biaya (pertanyaan untuk diskusi di komentar).
Secara umum, alamat IP diperlukan perangkat IoT untuk mengirimkan data melalui Internet. Dalam konsep NB-IoT, SCEF bertindak sebagai titik koneksi AS tunggal, dan pertukaran data antara perangkat dan server aplikasi terjadi melalui API. Dengan tidak adanya SCEF, data non-IP dapat ditransmisikan ke AS melalui terowongan Point-to-Point (PtP) dari PGW dan enkapsulasi IP akan dilakukan padanya.
Semua ini sesuai dengan paradigma NB-IoT - penyederhanaan maksimum dan pengurangan biaya perangkat.
Mekanisme penghematan daya PSM dan eDRX:
Salah satu keunggulan utama jaringan LPWAN adalah efisiensi energi. Perangkat ini diklaim mampu bertahan hingga 10 tahun masa pakai baterai dalam satu baterai. Mari kita cari tahu bagaimana nilai-nilai tersebut dicapai.
Kapan suatu perangkat mengonsumsi energi paling sedikit? Benar ketika dimatikan. Dan jika tidak mungkin untuk mematikan daya perangkat sepenuhnya, matikan modul radio selama tidak diperlukan. Anda hanya perlu mengoordinasikan hal ini dengan jaringan terlebih dahulu.
PSM (Mode hemat daya):
Mode hemat daya PSM memungkinkan perangkat mematikan modul radio untuk waktu yang lama, namun tetap terdaftar di jaringan, dan tidak menginstal ulang PDN setiap kali perlu mengirimkan data.
Untuk memberi tahu jaringan bahwa perangkat masih tersedia, jaringan memulai prosedur pembaruan secara berkala - Pembaruan Area Pelacakan (TAU). Frekuensi prosedur ini diatur oleh jaringan menggunakan timer T3412, yang nilainya dikirimkan ke perangkat selama prosedur Lampirkan atau TAU berikutnya. Di LTE klasik, nilai default pengatur waktu ini adalah 54 menit, dan maksimum adalah 186 menit. Namun, untuk menjamin efisiensi energi yang tinggi, kebutuhan untuk mengudara setiap 186 menit terlalu mahal. Mekanisme PSM dikembangkan untuk mengatasi masalah ini.
Perangkat mengaktifkan mode PSM dengan mengirimkan nilai dua pengatur waktu T3324 dan T3412-Extend dalam pesan “Lampirkan Permintaan” atau “Permintaan Area Pelacakan”. Yang pertama menentukan waktu perangkat akan tersedia setelah beralih ke "Mode Idle". Yang kedua adalah waktu setelahnya harus dibuat TAU, hanya saja sekarang nilainya bisa mencapai 35712000 detik atau 413 hari. Tergantung pada pengaturannya, MME dapat menerima nilai pengatur waktu yang diterima dari perangkat atau mengubahnya dengan mengirimkan nilai baru dalam pesan “Lampirkan Terima” atau “Terima Pembaruan Area Pelacakan”. Sekarang perangkat tidak dapat menyalakan modul radio selama 413 hari dan tetap terdaftar di jaringan. Hasilnya, kami mendapatkan penghematan besar dalam sumber daya jaringan dan efisiensi energi perangkat!
Namun, dalam mode ini perangkat tidak tersedia untuk komunikasi masuk saja. Jika diperlukan untuk mengirimkan sesuatu ke server aplikasi, perangkat dapat keluar dari PSM kapan saja dan mengirim data, setelah itu tetap aktif selama pengatur waktu T3324 untuk menerima pesan informasi dari AS (jika ada).
eDRX (penerimaan terputus-putus yang diperpanjang):
eDRX, Penerimaan Intermiten yang Ditingkatkan. Untuk mentransfer data ke perangkat yang berada dalam "Mode Idle", jaringan melakukan prosedur pemberitahuan - "Paging". Setelah menerima paging, perangkat memulai pembentukan SRB untuk komunikasi lebih lanjut dengan jaringan. Namun agar tidak ketinggalan pesan Paging yang ditujukan padanya, perangkat harus terus memantau udara radio, yang juga cukup memakan energi.
eDRX adalah mode di mana perangkat tidak menerima pesan dari jaringan secara terus-menerus, tetapi secara berkala. Selama prosedur Lampirkan atau TAU, perangkat menyetujui interval waktu dengan jaringan untuk “mendengarkan” siaran. Oleh karena itu, prosedur Paging akan dilakukan pada interval yang sama. Dalam mode eDRX, pengoperasian perangkat dibagi menjadi beberapa siklus (siklus eDRX). Pada awal setiap siklus ada apa yang disebut "jendela paging" (Paging Time Window, selanjutnya disebut PTW) - ini adalah waktu perangkat mendengarkan saluran radio. Di akhir PTW, perangkat mematikan modul radio hingga akhir siklus.
HLCOM (komunikasi latensi tinggi):
Jika perlu mentransfer data ke Uplink, perangkat dapat keluar dari salah satu dari dua mode hemat daya ini tanpa menunggu siklus PSM atau eDRX selesai. Namun transfer data ke perangkat hanya mungkin dilakukan saat aktif.
Fungsionalitas HLCOM atau komunikasi latensi tinggi adalah buffering paket Downlink di SGW saat perangkat dalam mode hemat daya dan tidak tersedia untuk komunikasi. Paket buffer akan dikirimkan segera setelah perangkat keluar dari PSM dengan melakukan TAU atau melewati lalu lintas Uplink, atau ketika PTW terjadi.
Hal ini tentu saja memerlukan kesadaran dari pihak pengembang produk IoT, karena komunikasi dengan perangkat tidak dapat dicapai secara real-time dan memerlukan pendekatan tertentu dalam merancang logika bisnis aplikasi.
Sebagai kesimpulan, katakanlah: pengenalan sesuatu yang baru selalu menarik, tetapi sekarang kita berhadapan dengan standar yang belum sepenuhnya diuji bahkan oleh “bison” dunia seperti Vodafone dan Telefonica - jadi ini sangat menarik. Pemaparan materi yang kami sampaikan tidak berpura-pura lengkap, namun kami berharap dapat memberikan pemahaman yang cukup tentang teknologi. Kami sangat menghargai tanggapan Anda.
Penulis: Pakar dari Departemen Solusi Konvergen dan Layanan Multimedia Alexei Lapshin
Sumber: www.habr.com