NB-IoT: როგორ მუშაობს? Მე -2 ნაწილი

ბოლო დროს ვისაუბრეთ ახალი NB-IoT სტანდარტის მახასიათებლებზე რადიო წვდომის ქსელის არქიტექტურის თვალსაზრისით. დღეს ჩვენ განვიხილავთ რა შეიცვალა Core ქსელში NB-IoT-ის ქვეშ. მაშ, წავიდეთ.

მნიშვნელოვანი ცვლილებები მოხდა ქსელის ბირთვში. დავიწყოთ იმით, რომ გამოჩნდა ახალი ელემენტი, ისევე როგორც მთელი რიგი მექანიზმები, რომლებიც განსაზღვრულია სტანდარტით, როგორც "CIoT EPS ოპტიმიზაცია" ან ძირითადი ქსელის ოპტიმიზაცია ნივთების ფიჭური ინტერნეტისთვის.

მოგეხსენებათ, მობილურ ქსელებში არის ორი ძირითადი საკომუნიკაციო არხი, სახელწოდებით Control Plane (CP) და User Plane (UP). საკონტროლო თვითმფრინავი განკუთვნილია სერვისული შეტყობინებების გაცვლისთვის ქსელის სხვადასხვა ელემენტებს შორის და გამოიყენება მოწყობილობების მობილურობის (Mobility Management) უზრუნველსაყოფად (UE) და მონაცემთა გადაცემის სესიის დამყარების/შენარჩუნებისთვის (Session Management). მომხმარებლის თვითმფრინავი, ფაქტობრივად, მომხმარებლის ტრაფიკის გადაცემის არხია. კლასიკურ LTE-ში, CP და UP-ის განაწილება ინტერფეისებში შემდეგია:

NB-IoT CP და UP ოპტიმიზაციის მექანიზმები დანერგილია MME, SGW და PGW კვანძებზე, რომლებიც პირობითად გაერთიანებულია ერთ ელემენტად, რომელსაც ეწოდება C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). სტანდარტი ასევე ითვალისწინებს ახალი ქსელის ელემენტის - SCEF (Service Capability Exposure Function) გაჩენას. MME-სა და SCEF-ს შორის ინტერფეისს ეწოდება T6a და დანერგილია DIAMETER პროტოკოლის საფუძველზე. მიუხედავად იმისა, რომ DIAMETER არის სასიგნალო პროტოკოლი, NB-IoT-ში ის ადაპტირებულია მცირე რაოდენობით არა-IP მონაცემების გადასაცემად.

როგორც მისი სახელი გვთავაზობს, SCEF არის სერვისის შესაძლებლობების გამოფენის კვანძი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, SCEF მალავს ოპერატორის ქსელის სირთულეს და ასევე ათავისუფლებს აპლიკაციის დეველოპერებს მობილური მოწყობილობების (UE) იდენტიფიკაციისა და ავთენტიფიკაციის აუცილებლობისგან, რაც საშუალებას აძლევს აპლიკაციის სერვერებს (Application Server, შემდგომში AS) მიიღონ მონაცემები და მართონ მოწყობილობები ერთიანი საშუალებით. API ინტერფეისი.

UE იდენტიფიკატორი ხდება არა ტელეფონის ნომერი (MSISDN) ან IP მისამართი, როგორც ეს იყო კლასიკურ 2G/3G/LTE ქსელში, არამედ ე.წ. „გარე ID“, რომელიც განსაზღვრულია სტანდარტით ნაცნობ ფორმატში. აპლიკაციის შემქმნელებს“ @ " ეს ცალკე დიდი თემაა, რომელიც ცალკე მასალას იმსახურებს, ამიტომ ახლა დეტალურად არ ვისაუბრებთ.

ახლა მოდით შევხედოთ ყველაზე მნიშვნელოვან ინოვაციებს. „CIoT EPS Optimization“ არის ტრაფიკის გადაცემის მექანიზმების ოპტიმიზაცია და აბონენტთა სესიების მართვა. აქ არის მთავარი:

• DoNAS
• NIDD
• PSM და eDRX ენერგიის დაზოგვის მექანიზმები
• HLCOM

DoNAS (მონაცემები NAS-ზე):

ეს არის მექანიზმი, რომელიც შექმნილია მცირე რაოდენობის მონაცემების გადაცემის ოპტიმიზაციისთვის.

კლასიკურ LTE-ში, ქსელში რეგისტრაციისას, აბონენტის მოწყობილობა ამყარებს PDN კავშირს (შემდგომში PDN) eNodeB-ის საშუალებით MME-SGW-PGW-თან. UE-eNodeB-MME კავშირი არის ეგრეთ წოდებული "სიგნალიზაციის რადიოგამტარი" (SRB). თუ საჭიროა მონაცემთა გადაცემა/მიღება, UE ამყარებს სხვა კავშირს eNodeB-თან - „Data Radio Bearer“ (DRB), რათა გადასცეს მომხმარებლის ტრაფიკი SGW-ზე და შემდგომ PGW-ზე (ინტერფეისები S1-U და S5, შესაბამისად). . გაცვლის ბოლოს და თუ ტრაფიკი არ არის გარკვეული დროის განმავლობაში (ჩვეულებრივ 5-20 წამი), ეს კავშირები წყდება და მოწყობილობა გადადის ლოდინის რეჟიმში ან "უსაქმურ რეჟიმში". თუ საჭიროა მონაცემთა ახალი ნაწილის გაცვლა, SRB და DRB გადატვირთულია.

NB-IoT-ში მომხმარებლის ტრაფიკის გადაცემა შეიძლება განხორციელდეს სასიგნალო არხის (SRB) მეშვეობით, NAS პროტოკოლის შეტყობინებებში (http://www.3gpp.org/more/96-nas). DRB-ის დაყენება საჭირო აღარ არის. ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს სიგნალის დატვირთვას, დაზოგავს ქსელის რადიო რესურსებს და, რაც მთავარია, ახანგრძლივებს მოწყობილობის ბატარეის ხანგრძლივობას.

eNodeB - MME განყოფილებაში მომხმარებლის მონაცემების გადაცემა იწყება S1-MME ინტერფეისით, რაც არ იყო კლასიკურ LTE ტექნოლოგიაში და ამისათვის გამოიყენება NAS პროტოკოლი, რომელშიც ჩნდება "მომხმარებლის მონაცემების კონტეინერი".

"მომხმარებლის თვითმფრინავის" MME-დან SGW-ზე გადაცემის განსახორციელებლად, ჩნდება ახალი ინტერფეისი S11-U, რომელიც განკუთვნილია მცირე რაოდენობით მომხმარებლის მონაცემების გადასაცემად. S11-U პროტოკოლი დაფუძნებულია GTP-U v1-ზე, რომელიც გამოიყენება მომხმარებლის თვითმფრინავის გადაცემისთვის 3GPP არქიტექტურის სხვა ქსელურ ინტერფეისებზე.

NIDD (არა-IP მონაცემთა მიწოდება):

მცირე რაოდენობის მონაცემების გადაცემის მექანიზმების შემდგომი ოპტიმიზაციის ფარგლებში, უკვე არსებული PDN ტიპების გარდა, როგორიცაა IPv4, IPv6 და IPv4v6, გამოჩნდა სხვა ტიპი - არა-IP. ამ შემთხვევაში, UE-ს არ ენიჭება IP მისამართი და მონაცემები გადაცემულია IP პროტოკოლის გამოყენების გარეშე. ამის რამდენიმე მიზეზი არსებობს:

1. IoT მოწყობილობებს, როგორიცაა სენსორები, შეუძლიათ გადასცეს ძალიან მცირე რაოდენობით მონაცემები, 20 ბაიტი ან ნაკლები. იმის გათვალისწინებით, რომ IP სათაურის მინიმალური ზომაა 20 ბაიტი, IP encapsulation ზოგჯერ შეიძლება საკმაოდ ძვირი იყოს;
2. არ არის საჭირო ჩიპზე IP სტეკის დანერგვა, რაც იწვევს მათ ღირებულების შემცირებას (საკითხი განხილვისთვის არის კომენტარებში).

ზოგადად, IP მისამართი აუცილებელია IoT მოწყობილობებისთვის მონაცემთა ინტერნეტით გადასაცემად. NB-IoT კონცეფციაში, SCEF მოქმედებს როგორც ერთი AS კავშირის წერტილი და მონაცემთა გაცვლა მოწყობილობებსა და აპლიკაციის სერვერებს შორის ხდება API-ის საშუალებით. SCEF-ის არარსებობის შემთხვევაში, არა-IP მონაცემები შეიძლება გადაეცეს AS-ს PGW-დან წერტილიდან წერტილამდე (PtP) გვირაბის მეშვეობით და მასზე განხორციელდება IP ინკაფსულაცია.

ეს ყველაფერი ჯდება NB-IoT პარადიგმაში - მოწყობილობების მაქსიმალური გამარტივება და ღირებულების შემცირება.

PSM და eDRX ენერგიის დაზოგვის მექანიზმები:

LPWAN ქსელების ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა არის ენერგოეფექტურობა. ამტკიცებენ, რომ მოწყობილობა ერთ ბატარეაზე მუშაობს 10 წლამდე. მოდით გაერკვნენ, თუ როგორ მიიღწევა ასეთი ღირებულებები.

როდის მოიხმარს მოწყობილობა ყველაზე ნაკლებ ენერგიას? შეასწორეთ, როდესაც ის გამორთულია. და თუ შეუძლებელია მოწყობილობის სრულად გამორთვა, მოდით გამოვრთოთ რადიო მოდული მანამ, სანამ არ არის საჭირო. თქვენ უბრალოდ გჭირდებათ ამის კოორდინაცია ჯერ ქსელთან.

PSM (ენერგიის დაზოგვის რეჟიმი):

PSM ენერგიის დაზოგვის რეჟიმი საშუალებას აძლევს მოწყობილობას გამორთოს რადიო მოდული დიდი ხნის განმავლობაში, დარჩეს ქსელში რეგისტრირებული და არ დააინსტალიროს PDN ყოველ ჯერზე, როდესაც მას სჭირდება მონაცემთა გადაცემა.

იმისათვის, რომ ქსელმა იცოდეს, რომ მოწყობილობა ჯერ კიდევ ხელმისაწვდომია, ის პერიოდულად იწყებს განახლების პროცედურას - Tracking Area Update (TAU). ამ პროცედურის სიხშირეს ადგენს ქსელი T3412 ტაიმერის გამოყენებით, რომლის მნიშვნელობა გადაეცემა მოწყობილობას Attach პროცედურის ან შემდეგი TAU-ის დროს. კლასიკურ LTE-ში ამ ტაიმერის ნაგულისხმევი მნიშვნელობა არის 54 წუთი, მაქსიმალური კი 186 წუთი. თუმცა, მაღალი ენერგოეფექტურობის უზრუნველსაყოფად, ყოველ 186 წუთში ეთერში გასვლის აუცილებლობა ძალიან ძვირია. ამ პრობლემის გადასაჭრელად შეიქმნა PSM მექანიზმი.

მოწყობილობა ააქტიურებს PSM რეჟიმს ორი ტაიმერის T3324 და T3412-Extended მნიშვნელობების გადაცემით შეტყობინებებში "მიმაგრება მოთხოვნა" ან "თვალის უბნის მოთხოვნა". პირველი განსაზღვრავს იმ დროს, როდესაც მოწყობილობა ხელმისაწვდომი იქნება "უსაქმურ რეჟიმში" გადასვლის შემდეგ. მეორე არის დრო, რომლის შემდეგაც TAU უნდა გაკეთდეს, მხოლოდ ახლა მისი ღირებულება შეიძლება მიაღწიოს 35712000 წამს ან 413 დღეს. პარამეტრებიდან გამომდინარე, MME-ს შეუძლია მიიღოს მოწყობილობიდან მიღებული ტაიმერის მნიშვნელობები ან შეცვალოს ისინი ახალი მნიშვნელობების გაგზავნით შეტყობინებებში „მიმაგრება მიღება“ ან „თვალის უბნის განახლების მიღება“. ახლა მოწყობილობა ვერ ჩართავს რადიოს მოდულს 413 დღის განმავლობაში და რჩება რეგისტრირებული ქსელში. შედეგად, ჩვენ ვიღებთ უზარმაზარ ეკონომიას ქსელის რესურსებში და მოწყობილობების ენერგოეფექტურობაში!

თუმცა, ამ რეჟიმში მოწყობილობა არ არის ხელმისაწვდომი მხოლოდ შემომავალი კომუნიკაციებისთვის. თუ საჭიროა რაიმეს გადაცემა აპლიკაციის სერვერზე, მოწყობილობას შეუძლია ნებისმიერ დროს გამოვიდეს PSM და გაგზავნოს მონაცემები, რის შემდეგაც იგი აქტიური რჩება T3324 ტაიმერის დროს, რათა მიიღოს საინფორმაციო შეტყობინებები AS-დან (ასეთის არსებობის შემთხვევაში).

eDRX (გახანგრძლივებული უწყვეტი მიღება):

eDRX, გაძლიერებული წყვეტილი მიღება. მონაცემთა გადასატანად მოწყობილობაზე, რომელიც იმყოფება „უსაქმურ რეჟიმში“, ქსელი ასრულებს შეტყობინების პროცედურას - „პეიჯინგს“. პეიჯინგის მიღებისთანავე, მოწყობილობა იწყებს SRB-ის შექმნას ქსელთან შემდგომი კომუნიკაციისთვის. მაგრამ იმისათვის, რომ არ გამოტოვოთ მასზე მიმართული პეიჯინგის შეტყობინება, მოწყობილობამ მუდმივად უნდა აკონტროლოს რადიოჰაერი, რაც ასევე საკმაოდ ენერგომოხმარებაა.

eDRX არის რეჟიმი, რომელშიც მოწყობილობა არ იღებს შეტყობინებებს ქსელიდან მუდმივად, არამედ პერიოდულად. მიმაგრების ან TAU პროცედურების დროს მოწყობილობა ეთანხმება ქსელს დროის ინტერვალებზე, რომლის დროსაც ის „მოუსმენს“ გადაცემას. შესაბამისად, პეიჯინგის პროცედურა ჩატარდება იმავე ინტერვალებით. eDRX რეჟიმში, მოწყობილობის მუშაობა დაყოფილია ციკლებად (eDRX ციკლი). ყოველი ციკლის დასაწყისში არის ეგრეთ წოდებული „პეიჯინგის ფანჯარა“ (Paging Time Window, შემდგომში PTW) - ეს არის დრო, როდესაც მოწყობილობა უსმენს რადიო არხს. PTW-ის ბოლოს, მოწყობილობა გამორთავს რადიოს მოდულს ციკლის დასრულებამდე.

HLCOM (მაღალი შეყოვნების კომუნიკაცია):

თუ მას სჭირდება მონაცემთა გადაცემა Uplink-ზე, მოწყობილობას შეუძლია გამოვიდეს ენერგიის დაზოგვის ამ ორი რეჟიმიდან PSM ან eDRX ციკლის დასრულებამდე მოლოდინის გარეშე. მაგრამ მონაცემთა გადაცემა მოწყობილობაზე შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როცა ის აქტიურია.

HLCOM ფუნქციონალობა ან მაღალი შეყოვნების კომუნიკაცია არის Downlink პაკეტების ბუფერირება SGW-ზე, როდესაც მოწყობილობა ენერგიის დაზოგვის რეჟიმშია და მიუწვდომელია კომუნიკაციისთვის. ბუფერული პაკეტების მიწოდება მოხდება როგორც კი მოწყობილობა PSM-დან გამოდის TAU ან Uplink ტრაფიკის გავლის გზით, ან როდესაც PTW მოხდება.

ეს, რა თქმა უნდა, მოითხოვს IoT პროდუქტების დეველოპერების ცნობიერებას, რადგან მოწყობილობასთან კომუნიკაცია რეალურ დროში არ მიიღწევა და მოითხოვს გარკვეულ მიდგომას აპლიკაციების ბიზნეს ლოგიკის შემუშავებაში.

დასასრულს, ვთქვათ: რაღაც ახლის დანერგვა ყოველთვის ამაღელვებელია, მაგრამ ახლა საქმე გვაქვს სტანდარტთან, რომელიც ბოლომდე არ გამოსცადეს მსოფლიოს „ბიზონების“ მიერაც კი, როგორიცაა Vodafone და Telefonica - ასე რომ ორმაგად ამაღელვებელია. მასალის ჩვენი პრეზენტაცია არ არის პრეტენზია, რომ იყოს აბსოლუტურად სრული, მაგრამ ვიმედოვნებთ, რომ ის უზრუნველყოფს ტექნოლოგიის საკმარის გაგებას. ჩვენ ვაფასებთ თქვენს გამოხმაურებას.

ავტორი: კონვერგენტული გადაწყვეტილებებისა და მულტიმედიური სერვისების დეპარტამენტის ექსპერტი ალექსეი ლაპშინი
 ასლაფშ

წყარო: www.habr.com