Praėjusį kartą kalbėjome apie naujojo NB-IoT standarto ypatybes radijo prieigos tinklo architektūros požiūriu. Šiandien aptarsime, kas pasikeitė pagrindiniame tinkle pagal NB-IoT. Taigi, eime.
Tinklo branduolyje įvyko reikšmingų pakeitimų. Pradėkime nuo to, kad atsirado naujas elementas, taip pat daugybė mechanizmų, kurie standarte apibrėžiami kaip „CIoT EPS optimizavimas“ arba pagrindinio tinklo optimizavimas koriniam daiktų internetui.
Kaip žinote, mobiliuosiuose tinkluose yra du pagrindiniai ryšio kanalai, vadinami valdymo plokštuma (CP) ir vartotojo plokštuma (UP). „Control Plane“ yra skirta apsikeitimui paslaugų pranešimais tarp įvairių tinklo elementų ir naudojama įrenginių mobilumui (Mobility management) užtikrinti (UE) bei duomenų perdavimo seanso sukūrimui/palaikymui (Session Management). „User Plane“ iš tikrųjų yra vartotojų srauto perdavimo kanalas. Klasikinėje LTE CP ir UP paskirstymas tarp sąsajų yra toks:
NB-IoT CP ir UP optimizavimo mechanizmai yra įdiegti MME, SGW ir PGW mazguose, kurie paprastai yra sujungti į vieną elementą, vadinamą C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Standartas taip pat numato naujo tinklo elemento – SCEF (Service Capability Exposure Function) – atsiradimą. Sąsaja tarp MME ir SCEF vadinama T6a ir įgyvendinama remiantis DIAMETER protokolu. Nepaisant to, kad DIAMETER yra signalizacijos protokolas, NB-IoT jis pritaikytas perduoti nedidelius kiekius ne IP duomenų.
Kaip rodo jo pavadinimas, SCEF yra paslaugų pajėgumų parodos mazgas. Kitaip tariant, SCEF paslepia operatoriaus tinklo sudėtingumą ir taip pat atleidžia programų kūrėjus nuo būtinybės identifikuoti ir autentifikuoti mobiliuosius įrenginius (UE), todėl programų serveriai (Application Server, toliau AS) gali gauti duomenis ir valdyti įrenginius per vieną API sąsaja.
UE identifikatorius tampa ne telefono numeriu (MSISDN) ar IP adresu, kaip buvo klasikiniame 2G/3G/LTE tinkle, o vadinamuoju „išoriniu ID“, kurį standartas apibrėžia pažįstamu formatu. programų kūrėjams “ @ “ Tai yra atskira didelė tema, kuri nusipelno atskiros medžiagos, todėl dabar apie tai nekalbėsime išsamiai.
Dabar pažvelkime į svarbiausias naujoves. „CIoT EPS optimizavimas“ – tai srauto perdavimo mechanizmų optimizavimas ir abonentų seansų valdymas. Štai pagrindiniai:
- DoNAS
- NIDD
- PSM ir eDRX energijos taupymo mechanizmai
- HLCOM
DoNAS (duomenys per NAS):
Tai mechanizmas, skirtas optimizuoti nedidelių duomenų kiekių perdavimą.
Klasikinėje LTE, registruodamasis tinkle, abonento įrenginys per eNodeB užmezga PDN ryšį (toliau – PDN) su MME-SGW-PGW. UE-eNodeB-MME ryšys yra vadinamasis „Signaling Radio Bearer“ (SRB). Jei reikia perduoti / priimti duomenis, UE užmezga kitą ryšį su eNodeB – „Data Radio Bearer“ (DRB), kad vartotojų srautas būtų perduotas į SGW ir toliau į PGW (atitinkamai S1-U ir S5 sąsajos). . Pasibaigus keitimui ir jei tam tikrą laiką (dažniausiai 5-20 sekundžių) nėra srauto, šie ryšiai nutraukiami ir įrenginys pereina į budėjimo režimą arba „Idle Mode“. Jei reikia keistis nauja duomenų dalimi, SRB ir DRB nustatomi iš naujo.
NB-IoT naudotojo srautas gali būti perduodamas signalizacijos kanalu (SRB), NAS protokolo pranešimais (). DRB nustatyti nebereikia. Tai žymiai sumažina signalo apkrovą, taupo tinklo radijo išteklius ir, svarbiausia, pailgina įrenginio baterijos tarnavimo laiką.
Skiltyje „eNodeB - MME“ vartotojo duomenys pradedami perduoti per S1-MME sąsają, ko nebuvo klasikinėje LTE technologijoje, o tam naudojamas NAS protokolas, kuriame pasirodo „Vartotojo duomenų konteineris“.
Norint perkelti „User Plane“ iš MME į SGW, atsiranda nauja sąsaja S11-U, skirta nedideliems vartotojo duomenų kiekiams perduoti. S11-U protokolas yra pagrįstas GTP-U v1, kuris naudojamas vartotojo plokštumos perdavimui kitose 3GPP architektūros tinklo sąsajose.
NIDD (ne IP duomenų pristatymas):
Toliau optimizuojant nedidelių duomenų kiekių perdavimo mechanizmus, be jau esamų PDN tipų, tokių kaip IPv4, IPv6 ir IPv4v6, atsirado dar vienas tipas – ne IP. Tokiu atveju UE nepriskiriamas IP adresas ir duomenys perduodami nenaudojant IP protokolo. Tam yra keletas priežasčių:
- IoT įrenginiai, pvz., jutikliai, gali perduoti labai mažus duomenų kiekius, 20 baitų ar mažiau. Atsižvelgiant į tai, kad minimalus IP antraštės dydis yra 20 baitų, IP inkapsuliavimas kartais gali būti gana brangus;
- Nereikia įdiegti lusto IP kamino, dėl kurio sumažėja jų kaina (klausimas diskusijai komentaruose).
Apskritai IP adresas yra būtinas, kad daiktų interneto įrenginiai galėtų perduoti duomenis internetu. NB-IoT koncepcijoje SCEF veikia kaip vienas AS ryšio taškas, o duomenų mainai tarp įrenginių ir taikomųjų programų serverių vyksta per API. Jei SCEF nėra, ne IP duomenys gali būti perduodami AS per tašką į tašką (PtP) iš PGW ir jame bus atlikta IP inkapsuliacija.
Visa tai atitinka NB-IoT paradigmą – maksimalų supaprastinimą ir įrenginių kainos sumažinimą.
PSM ir eDRX energijos taupymo mechanizmai:
Vienas iš pagrindinių LPWAN tinklų privalumų yra energijos vartojimo efektyvumas. Teigiama, kad naudojant vieną bateriją prietaisas gali veikti iki 10 metų. Išsiaiškinkime, kaip tokios vertės pasiekiamos.
Kada įrenginys sunaudoja mažiausiai energijos? Teisingai, kai jis išjungtas. O jei visiškai atjungti įrenginio neįmanoma, išjunkite radijo modulį tol, kol jo nereikia. Pirmiausia turite tai suderinti su tinklu.
PSM (Energijos taupymo režimas):
PSM energijos taupymo režimas leidžia įrenginiui ilgam išjungti radijo modulį, išliekant registruotam tinkle ir nenustatant PDN kiekvieną kartą, kai reikia perduoti duomenis.
Kad tinklas žinotų, kad įrenginys vis dar pasiekiamas, jis periodiškai pradeda atnaujinimo procedūrą – sekimo srities atnaujinimą (TAU). Šios procedūros dažnį nustato tinklas naudodamas laikmatį T3412, kurio reikšmė į įrenginį perduodama Attach procedūros metu arba kito TAU metu. Klasikinėje LTE numatytoji šio laikmačio reikšmė yra 54 minutės, o maksimali – 186 minutės. Tačiau norint užtikrinti aukštą energijos vartojimo efektyvumą, būtinybė leistis į eterį kas 186 minutes yra per brangu. Šiai problemai išspręsti buvo sukurtas PSM mechanizmas.
Įrenginys įjungia PSM režimą, perduodamas dviejų laikmačių T3324 ir T3412-Extended reikšmes pranešimuose „Pridėti užklausą“ arba „Sekimo zonos užklausa“. Pirmasis nustato laiką, per kurį įrenginys bus pasiekiamas perjungus į laukimo režimą. Antrasis – laikas, po kurio turi būti padarytas TAU, tik dabar jo reikšmė gali siekti 35712000 413 413 sekundžių arba XNUMX dienų. Priklausomai nuo nustatymų, MME gali priimti iš įrenginio gautas laikmačio reikšmes arba jas pakeisti, siųsdamas naujas reikšmes pranešimuose „Prijungti“ arba „Sekimo srities atnaujinimo priėmimas“. Dabar įrenginys negali įjungti radijo modulio XNUMX dienų ir likti registruotas tinkle. Dėl to labai sutaupome tinklo resursų ir įrenginių energijos vartojimo efektyvumo!
Tačiau šiuo režimu įrenginys nepasiekiamas tik įeinantiems ryšiams. Jei reikia ką nors perduoti į aplikacijų serverį, įrenginys gali bet kada išeiti iš PSM ir siųsti duomenis, o po to išlieka aktyvus T3324 laikmačio metu, kad gautų informacinius pranešimus iš AS (jei toks yra).
eDRX (pratęstas nenutrūkstamas priėmimas):
eDRX, patobulintas pertraukiamas priėmimas. Norėdami perkelti duomenis į įrenginį, kuris veikia laukimo režimu, tinklas atlieka pranešimo procedūrą - "Page". Gavęs ieškojimą, įrenginys inicijuoja SRB sukūrimą tolesniam ryšiui su tinklu. Tačiau tam, kad nepraleistų jam skirto pranešimo „Paging“, įrenginys turi nuolat stebėti radijo eterį, o tai taip pat gana daug energijos sunaudoja.
eDRX yra režimas, kai įrenginys iš tinklo gauna ne nuolat, o periodiškai pranešimus. Atliekant Attach arba TAU procedūras, įrenginys susitaria su tinklu dėl laiko intervalų, per kuriuos „klausys“ transliacijos. Atitinkamai, paieškos procedūra bus atliekama tais pačiais intervalais. eDRX režimu įrenginio veikimas skirstomas į ciklus (eDRX ciklas). Kiekvieno ciklo pradžioje yra vadinamasis ieškos langas (Paging Time Window, toliau PTW) – tai laikas, per kurį įrenginys klausosi radijo kanalo. PTW pabaigoje įrenginys išjungia radijo modulį iki ciklo pabaigos.
HLCOM (didelės delsos ryšys):
Jei reikia perkelti duomenis į Uplink, įrenginys gali išeiti iš bet kurio iš šių dviejų energijos taupymo režimų nelaukdamas, kol baigsis PSM arba eDRX ciklas. Tačiau duomenis į įrenginį galima perkelti tik tada, kai jis aktyvus.
HLCOM funkcionalumas arba didelės delsos ryšys yra „Downlink“ paketų saugojimas SGW, kai įrenginys veikia energijos taupymo režimu ir nepasiekiamas ryšiui. Buferiniai paketai bus pristatyti, kai tik įrenginys išeis iš PSM, atlikdamas TAU arba perduodamas uplink srautą, arba kai įvyks PTW.
Tai, žinoma, reikalauja iš IoT produktų kūrėjų sąmoningumo, nes ryšys su įrenginiu nepasiekiamas realiuoju laiku ir reikalauja tam tikro požiūrio į programų verslo logikos kūrimą.
Apibendrinant, sakykime: kažko naujo įvedimas visada įdomus, bet dabar susiduriame su standartu, kurio dar neišbandė net geriausios pasaulio kompanijos, tokios kaip „Vodafone“ ir „Telefonica“, todėl tai yra dvigubai įdomu. Mūsų pateikta medžiaga nepretenduoja į visiškai išsamų, bet tikimės, kad ji suteiks pakankamai supratimo apie technologiją. Būsime dėkingi už jūsų atsiliepimus.
Autorius: Konvergentinių sprendimų ir daugialypės terpės paslaugų katedros ekspertas Aleksejus Lapšinas
Šaltinis: www.habr.com