Síðast þegar við ræddum eiginleika nýja NB-IoT staðalsins út frá sjónarhóli útvarpsaðgangsnetkerfis. Í dag munum við ræða hvað hefur breyst í kjarnanetinu undir NB-IoT. Svo, við skulum fara.
Miklar breytingar hafa orðið á kjarna netsins. Við skulum byrja á þeirri staðreynd að nýr þáttur hefur birst, sem og fjöldi aðferða, sem eru skilgreindar af staðlinum sem „CIoT EPS Optimization“ eða hagræðingu á grunnnetinu fyrir farsímanetið.
Eins og þú veist eru í farsímakerfum tvær meginsamskiptaleiðir, sem kallast Control Plane (CP) og User Plane (UP). Control Plane er ætlað til að skiptast á þjónustuskilaboðum milli ýmissa netþátta og er notað til að tryggja hreyfanleika (Mobility Management) tækja (UE) og koma á/halda uppi gagnaflutningslotu (Session Management). User Plane er í raun rás til að senda notendaumferð. Í klassískum LTE er dreifing CP og UP yfir viðmót sem hér segir:
CP og UP hagræðingaraðferðir fyrir NB-IoT eru útfærðar á MME, SGW og PGW hnútum, sem eru venjulega sameinaðir í einn þátt sem kallast C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Staðallinn gerir einnig ráð fyrir tilkomu nýs netþáttar - SCEF (Service Capability Exposure Function). Viðmótið milli MME og SCEF er kallað T6a og er útfært á grundvelli DIAMETER samskiptareglunnar. Þrátt fyrir þá staðreynd að DIAMETER er merkjasamskiptareglur, í NB-IoT er það aðlagað fyrir sendingu á litlu magni af gögnum sem ekki eru IP.
Eins og nafnið gefur til kynna er SCEF sýningarhnútur fyrir þjónustugetu. Með öðrum orðum, SCEF felur flókið netkerfi símafyrirtækisins og leysir einnig forritara frá þörfinni á að bera kennsl á og auðkenna farsíma (UE), sem gerir forritaþjónum (Application Server, hér eftir kallaður AS) kleift að taka á móti gögnum og stjórna tækjum í gegnum einn API viðmót.
UE auðkennið verður ekki símanúmer (MSISDN) eða IP-tölu, eins og var í hinu klassíska 2G/3G/LTE neti, heldur svokallað „ytri auðkenni“ sem er skilgreint af staðlinum á því sniði sem þekkist. til forritara“ @ " Þetta er sérstakt stórt efni sem á skilið sérstakt efni, svo við munum ekki tala um það í smáatriðum núna.
Nú skulum við líta á mikilvægustu nýjungarnar. „CIoT EPS Optimization“ er hagræðing á umferðarflutningsbúnaði og stjórnun áskrifendalota. Hér eru þær helstu:
- DoNAS
- NIDD
- PSM og eDRX orkusparnaðarkerfi
- HLCOM
DoNAS (gögn yfir NAS):
Þetta er vélbúnaður sem er hannaður til að hámarka flutning á litlu magni af gögnum.
Í klassískum LTE, þegar áskrifandi er skráð á netið, kemur áskrifandi tæki á PDN tengingu (hér eftir nefnt PDN) í gegnum eNodeB við MME-SGW-PGW. UE-eNodeB-MME tengingin er svokallaður „Signaling Radio Bearer“ (SRB). Ef nauðsynlegt er að senda/móttaka gögn, kemur UE á annarri tengingu við eNodeB - „Data Radio Bearer“ (DRB), til að senda notendaumferð til SGW og áfram til PGW (viðmót S1-U og S5, í sömu röð) . Í lok skipti og ef engin umferð er í nokkurn tíma (venjulega 5-20 sekúndur), er þessum tengingum slitið og tækið fer í biðham eða „aðgerðalaus“. Ef nauðsynlegt er að skiptast á nýjum hluta af gögnum eru SRB og DRB endurstillt.
Í NB-IoT getur sending notendaumferðar farið fram í gegnum merkjarás (SRB), í NAS samskiptaskilaboðum (). Ekki er lengur þörf á að setja upp DRB. Þetta dregur verulega úr merkjaálagi, sparar netútvarpsauðlindir og, síðast en ekki síst, lengir endingu rafhlöðu tækisins.
Í eNodeB - MME hlutanum byrjar að senda notendagögn yfir S1-MME viðmótið, sem var ekki raunin í klassískri LTE tækni, og NAS samskiptareglur eru notaðar til þess, þar sem „User data container“ birtist.
Til að framkvæma flutning á „User Plane“ frá MME til SGW birtist nýtt viðmót S11-U, sem er hannað til að flytja lítið magn af notendagögnum. S11-U samskiptareglur eru byggðar á GTP-U v1, sem er notað fyrir sending notendaplans á öðrum netviðmótum 3GPP arkitektúrsins.
NIDD (afhending gagna sem ekki er IP):
Sem hluti af frekari hagræðingu á aðferðum til að senda lítið magn af gögnum, til viðbótar við núverandi PDN gerðir, eins og IPv4, IPv6 og IPv4v6, hefur önnur tegund birst - ekki IP. Í þessu tilviki er UE ekki úthlutað IP tölu og gögn eru send án þess að nota IP samskiptareglur. Það eru nokkrar ástæður fyrir þessu:
- IoT tæki eins og skynjarar geta sent mjög lítið magn af gögnum, 20 bæti eða minna. Í ljósi þess að lágmarksstærð IP-haus er 20 bæti, getur IP-hjúpun stundum verið ansi dýr;
- Það er engin þörf á að innleiða IP stafla á flísinn, sem leiðir til lækkunar á kostnaði þeirra (spurning til umræðu í athugasemdum).
Í stórum dráttum er IP-tala nauðsynlegt fyrir IoT tæki til að senda gögn yfir internetið. Í NB-IoT hugtakinu virkar SCEF sem einn AS tengipunktur og gagnaskipti milli tækja og forritaþjóna eiga sér stað í gegnum API. Ef SCEF er ekki til staðar er hægt að senda gögn sem ekki eru IP til AS um Point-to-Point (PtP) göng frá PGW og IP hjúpun verður framkvæmd á þeim.
Allt þetta passar inn í NB-IoT hugmyndafræðina - hámarks einföldun og lækkun á kostnaði tækja.
PSM og eDRX orkusparnaðarkerfi:
Einn af helstu kostum LPWAN neta er orkunýting. Talið er að tækið endist allt að 10 ára rafhlöðuendingu á einni rafhlöðu. Við skulum reikna út hvernig slíkum gildum er náð.
Hvenær eyðir tæki minnstu orku? Leiðrétta þegar slökkt er á honum. Og ef það er ómögulegt að gera tækið algjörlega rafmagnslaust, skulum við aftengja útvarpseininguna svo lengi sem þess er ekki þörf. Þú þarft bara að samræma þetta við netið fyrst.
PSM (orkusparnaðarstilling):
PSM orkusparnaðarstillingin gerir tækinu kleift að slökkva á útvarpseiningunni í langan tíma, á meðan það er skráð á netinu, og ekki setja upp PDN aftur í hvert skipti sem það þarf að senda gögn.
Til að láta netið vita að tækið sé enn tiltækt, byrjar það reglulega uppfærsluferli - Tracking Area Update (TAU). Tíðni þessarar aðferðar er stillt af símkerfinu með því að nota T3412 tímamæli, en gildi þess er sent til tækisins meðan á tengingunni stendur eða næsta TAU. Í klassískum LTE er sjálfgefið gildi þessa tímamælis 54 mínútur og hámarkið er 186 mínútur. Hins vegar, til að tryggja mikla orkunýtni, er þörfin á að fara í loftið á 186 mínútna fresti of dýr. PSM vélbúnaðurinn var þróaður til að leysa þetta vandamál.
Tækið virkjar PSM-stillingu með því að senda gildi tveggja tímamæla T3324 og T3412-Extended í „Attach Request“ eða „Tracking Area Request“ skilaboðin. Sá fyrsti ákvarðar tímann sem tækið verður tiltækt eftir að skipt er yfir í „aðgerðalaus stilling“. Annað er tíminn sem TAU verður að gera eftir, aðeins núna getur gildi þess orðið 35712000 sekúndur eða 413 dagar. Það fer eftir stillingum, MME getur samþykkt tímamælisgildin sem berast frá tækinu eða breytt þeim með því að senda ný gildi í "Attach Accept" eða "Tracking Area Update Accept" skilaboðin. Nú getur tækið ekki kveikt á útvarpseiningunni í 413 daga og verið skráð á netinu. Fyrir vikið fáum við gífurlegan sparnað í netauðlindum og orkunýtingu tækja!
Hins vegar, í þessari stillingu er tækið ekki aðeins tiltækt fyrir móttekinn fjarskipti. Ef nauðsynlegt er að senda eitthvað í átt að forritaþjóninum getur tækið hætt við PSM hvenær sem er og sent gögn, eftir það er það virkt meðan á T3324 tímamælinum stendur til að taka á móti upplýsingaskilaboðum frá AS (ef einhver er).
eDRX (lengd ósamfelld móttaka):
eDRX, aukin hlé móttaka. Til að flytja gögn í tæki sem er í „aðgerðalausri stillingu“ framkvæmir netið tilkynningarferli - „Símboð“. Við móttöku boðs fer tækið af stað stofnun SRB fyrir frekari samskipti við netið. En til að missa ekki af Paging-skilaboðunum sem beint er til þess þarf tækið stöðugt að fylgjast með útvarpsloftinu, sem er líka ansi orkufrekt.
eDRX er stilling þar sem tækið tekur ekki við skilaboðum frá netinu stöðugt, heldur reglulega. Meðan á Attach eða TAU ferlum stendur, samþykkir tækið við netkerfið á hvaða tíma það mun „hlusta“ á útsendinguna. Í samræmi við það mun boðsferlið fara fram með sama millibili. Í eDRX ham er virkni tækisins skipt í lotur (eDRX cycle). Í upphafi hverrar lotu er svokallaður „paging window“ (Paging Time Window, hér á eftir PTW) - þetta er tíminn sem tækið hlustar á útvarpsrásina. Í lok PTW slekkur tækið á útvarpseiningunni þar til lotunni lýkur.
HLCOM (mikil leynd samskipti):
Ef það þarf að flytja gögn yfir á Uplink getur tækið farið úr annarri af þessum tveimur orkusparnaðarstillingum án þess að bíða eftir að PSM eða eDRX hringrásinni ljúki. En það er aðeins hægt að flytja gögn yfir í tækið þegar það er virkt.
HLCOM virkni eða samskipti með mikilli leynd er biðmögnun á Downlink pakka á SGW meðan tækið er í orkusparnaðarham og er ekki tiltækt fyrir samskipti. Pakkar sem eru í biðminni verða afhentir um leið og tækið fer úr PSM með því að gera TAU eða senda Uplink umferð, eða þegar PTW á sér stað.
Þetta krefst auðvitað meðvitundar af hálfu þróunaraðila IoT vara, þar sem samskipti við tæki næst ekki í rauntíma og krefst ákveðinnar nálgunar við hönnun viðskiptarökfræði forrita.
Að lokum skulum við segja: kynning á einhverju nýju er alltaf spennandi, en nú erum við að fást við staðal sem hefur ekki verið fullreyndur jafnvel af „bisónum“ heimsins, eins og Vodafone og Telefonica - svo það er tvöfalt spennandi. Framsetning okkar á efninu þykist ekki vera algjörlega fullkomin, en við vonum að hún veiti nægan skilning á tækninni. Við kunnum að meta álit þitt.
Höfundur: Sérfræðingur deildarinnar fyrir samrunalausnir og margmiðlunarþjónustu Alexey Lapshin
Heimild: www.habr.com