IepriekÅ”Äjo reizi runÄjÄm par jaunÄ NB-IoT standarta iezÄ«mÄm no radiopiekļuves tÄ«kla arhitektÅ«ras viedokļa. Å odien mÄs apspriedÄ«sim, kas ir mainÄ«jies pamattÄ«klÄ saskaÅÄ ar NB-IoT. TÄtad, ejam.
TÄ«kla kodolÄ ir notikuÅ”as bÅ«tiskas izmaiÅas. SÄksim ar to, ka ir parÄdÄ«jies jauns elements, kÄ arÄ« vairÄki mehÄnismi, kas standartÄ definÄti kÄ āCIoT EPS optimizÄcijaā jeb pamattÄ«kla optimizÄcija mobilajam lietu internetam.
KÄ zinÄms, mobilajos tÄ«klos ir divi galvenie sakaru kanÄli, ko sauc par vadÄ«bas plakni (CP) un lietotÄja plakni (UP). Control Plane ir paredzÄts pakalpojumu ziÅojumu apmaiÅai starp dažÄdiem tÄ«kla elementiem un tiek izmantots, lai nodroÅ”inÄtu ierÄ«Äu mobilitÄti (Mobility management) (UE) un izveidotu/uzturÄtu datu pÄrraides sesiju (Session Management). LietotÄja plakne faktiski ir kanÄls lietotÄju trafika pÄrsÅ«tÄ«Å”anai. KlasiskajÄ LTE CP un UP sadalÄ«jums pa saskarnÄm ir Å”Äds:
CP un UP optimizÄcijas mehÄnismi NB-IoT ir ieviesti MME, SGW un PGW mezglos, kas parasti tiek apvienoti vienÄ elementÄ, ko sauc par C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Standarts paredz arÄ« jauna tÄ«kla elementa raÅ”anos - SCEF (Service Capability Exposure Function). Saskarne starp MME un SCEF tiek saukta par T6a, un tÄ tiek ieviesta, pamatojoties uz DIAMETER protokolu. Neskatoties uz to, ka DIAMETER ir signalizÄcijas protokols, NB-IoT tas ir pielÄgots neliela apjoma ne-IP datu pÄrraidei.
KÄ norÄda nosaukums, SCEF ir pakalpojumu spÄju eksponÄÅ”anas mezgls. Citiem vÄrdiem sakot, SCEF slÄpj operatora tÄ«kla sarežģītÄ«bu, kÄ arÄ« atbrÄ«vo lietojumprogrammu izstrÄdÄtÄjus no nepiecieÅ”amÄ«bas identificÄt un autentificÄt mobilÄs ierÄ«ces (UE), ļaujot lietojumprogrammu serveriem (Application Server, turpmÄk AS) saÅemt datus un pÄrvaldÄ«t ierÄ«ces, izmantojot vienu API saskarne.
UE identifikators kļūst nevis par tÄlruÅa numuru (MSISDN) vai IP adresi, kÄ tas bija klasiskajÄ 2G/3G/LTE tÄ«klÄ, bet gan par tÄ saukto āÄrÄjo IDā, ko standarts definÄ pazÄ«stamÄ formÄtÄ. lietojumprogrammu izstrÄdÄtÄjiem ā@ā. Å Ä« ir atseviŔķa liela tÄma, kas ir pelnÄ«jusi atseviŔķu materiÄlu, tÄpÄc tagad par to sÄ«kÄk nerunÄsim.
Tagad apskatÄ«sim nozÄ«mÄ«gÄkos jauninÄjumus. āCIoT EPS optimizÄcijaā ir trafika pÄrraides mehÄnismu un abonentu sesiju pÄrvaldÄ«bas optimizÄcija. Å eit ir galvenie:
- DoNAS
- NIDD
- PSM un eDRX enerÄ£ijas taupÄ«Å”anas mehÄnismi
- HLCOM
DoNAS (dati, izmantojot NAS):
Å is ir mehÄnisms, kas paredzÄts, lai optimizÄtu mazu datu apjomu pÄrsÅ«tÄ«Å”anu.
KlasiskajÄ LTE, reÄ£istrÄjoties tÄ«klÄ, abonenta ierÄ«ce izveido PDN savienojumu (turpmÄk PDN) caur eNodeB ar MME-SGW-PGW. UE-eNodeB-MME savienojums ir tÄ sauktais āSignalizÄcijas radio nesÄjsā (SRB). Ja ir nepiecieÅ”ams pÄrraidÄ«t/saÅemt datus, UE izveido citu savienojumu ar eNodeB - āData Radio Bearerā (DRB), lai pÄrraidÄ«tu lietotÄja trafiku uz SGW un tÄlÄk uz PGW (saskarnes attiecÄ«gi S1-U un S5). . ApmaiÅas beigÄs un ja kÄdu laiku (parasti 5-20 sekundes) nav satiksmes, Å”ie savienojumi tiek pÄrtraukti un ierÄ«ce pÄriet gaidÄ«Å”anas režīmÄ vai ādÄ«kstÄves režīmÄā. Ja nepiecieÅ”ams apmainÄ«ties ar jaunu datu daļu, SRB un DRB tiek atiestatÄ«ti.
NB-IoT lietotÄju trafika pÄrraidi var veikt, izmantojot signalizÄcijas kanÄlu (SRB), NAS protokola ziÅojumos (). DRB iestatÄ«Å”ana vairs nav nepiecieÅ”ama. Tas ievÄrojami samazina signÄla slodzi, ietaupa tÄ«kla radio resursus un, pats galvenais, pagarina ierÄ«ces akumulatora darbÄ«bas laiku.
SadaÄ¼Ä eNodeB - MME lietotÄja dati sÄk pÄrsÅ«tÄ«t pa S1-MME interfeisu, kÄ tas nebija klasiskajÄ LTE tehnoloÄ£ijÄ, un tam tiek izmantots NAS protokols, kurÄ parÄdÄs āLietotÄja datu konteinersā.
Lai veiktu āUser Planeā pÄrsÅ«tÄ«Å”anu no MME uz SGW, parÄdÄs jauns interfeiss S11-U, kas paredzÄts neliela apjoma lietotÄja datu pÄrsÅ«tÄ«Å”anai. S11-U protokols ir balstÄ«ts uz GTP-U v1, kas tiek izmantots lietotÄja plaknes pÄrraidei citÄs 3GPP arhitektÅ«ras tÄ«kla saskarnÄs.
NIDD (datu piegÄde bez IP):
Neliela datu apjoma pÄrsÅ«tÄ«Å”anas mehÄnismu turpmÄkÄs optimizÄcijas ietvaros papildus jau esoÅ”ajiem PDN veidiem, piemÄram, IPv4, IPv6 un IPv4v6, ir parÄdÄ«jies vÄl viens veids - ne-IP. Å ajÄ gadÄ«jumÄ UE netiek pieŔķirta IP adrese un dati tiek pÄrsÅ«tÄ«ti, neizmantojot IP protokolu. Tam ir vairÄki iemesli:
- IoT ierÄ«ces, piemÄram, sensori, var pÄrsÅ«tÄ«t ļoti mazus datu apjomus, 20 baitus vai mazÄk. Å emot vÄrÄ, ka minimÄlais IP galvenes izmÄrs ir 20 baiti, IP iekapsulÄÅ”ana dažkÄrt var bÅ«t diezgan dÄrga;
- MikroshÄmÄ nav nepiecieÅ”ams ieviest IP steku, kas samazina to izmaksas (jautÄjums diskusijai komentÄros).
KopumÄ IP adrese ir nepiecieÅ”ama IoT ierÄ«cÄm, lai pÄrraidÄ«tu datus internetÄ. NB-IoT koncepcijÄ SCEF darbojas kÄ viens AS savienojuma punkts, un datu apmaiÅa starp ierÄ«cÄm un lietojumprogrammu serveriem notiek, izmantojot API. Ja nav SCEF, datus, kas nav IP, var pÄrsÅ«tÄ«t uz AS caur Point-to-Point (PtP) tuneli no PGW, un tajÄ tiks veikta IP iekapsulÄÅ”ana.
Tas viss iekļaujas NB-IoT paradigmÄ ā maksimÄla vienkÄrÅ”oÅ”ana un ierÄ«Äu izmaksu samazinÄÅ”ana.
PSM un eDRX enerÄ£ijas taupÄ«Å”anas mehÄnismi:
Viena no galvenajÄm LPWAN tÄ«klu priekÅ”rocÄ«bÄm ir energoefektivitÄte. Tiek apgalvots, ka ierÄ«ce var darboties lÄ«dz pat 10 gadiem ar vienu akumulatoru. IzdomÄsim, kÄ Å”Ädas vÄrtÄ«bas tiek sasniegtas.
Kad ierÄ«ce patÄrÄ vismazÄk enerÄ£ijas? Pareizi, kad tas ir izslÄgts. Un, ja ierÄ«ci nav iespÄjams pilnÄ«bÄ atslÄgt no sprieguma, atslÄgsim radio moduli uz laiku, kamÄr tas nav nepiecieÅ”ams. Vispirms tas ir jÄsaskaÅo ar tÄ«klu.
PSM (enerģijas taupīŔanas režīms):
PSM enerÄ£ijas taupÄ«Å”anas režīms ļauj ierÄ«cei uz ilgu laiku izslÄgt radio moduli, vienlaikus paliekot reÄ£istrÄtam tÄ«klÄ, un nepÄrinstalÄt PDN katru reizi, kad tai ir jÄpÄrraida dati.
Lai tÄ«kls zinÄtu, ka ierÄ«ce joprojÄm ir pieejama, tas periodiski uzsÄk atjauninÄÅ”anas procedÅ«ru - izsekoÅ”anas apgabala atjauninÄÅ”anu (TAU). Å Ä«s procedÅ«ras biežumu iestata tÄ«kls, izmantojot taimeri T3412, kura vÄrtÄ«ba tiek pÄrsÅ«tÄ«ta uz ierÄ«ci Attach procedÅ«ras vai nÄkamÄs TAU laikÄ. KlasiskajÄ LTE Ŕī taimera noklusÄjuma vÄrtÄ«ba ir 54 minÅ«tes, bet maksimÄlÄ vÄrtÄ«ba ir 186 minÅ«tes. TomÄr, lai nodroÅ”inÄtu augstu energoefektivitÄti, nepiecieÅ”amÄ«ba ÄterÄ ik pÄc 186 minÅ«tÄm ir pÄrÄk dÄrga. Lai atrisinÄtu Å”o problÄmu, tika izstrÄdÄts PSM mehÄnisms.
IerÄ«ce aktivizÄ PSM režīmu, pÄrsÅ«tot divu taimeru T3324 un T3412-Extended vÄrtÄ«bas ziÅojumos āPievienot pieprasÄ«jumuā vai āIzsekoÅ”anas apgabala pieprasÄ«jumsā. Pirmais nosaka laiku, kurÄ ierÄ«ce bÅ«s pieejama pÄc pÄrslÄgÅ”anÄs uz gaidÄ«Å”anas režīmu. Otrais ir laiks, pÄc kura jÄveic TAU, tikai tagad tÄ vÄrtÄ«ba var sasniegt 35712000 413 413 sekundes jeb XNUMX dienas. AtkarÄ«bÄ no iestatÄ«jumiem MME var pieÅemt no ierÄ«ces saÅemtÄs taimera vÄrtÄ«bas vai mainÄ«t tÄs, nosÅ«tot jaunas vÄrtÄ«bas ziÅojumos āPievienot akceptuā vai āIzsekoÅ”anas apgabala atjauninÄjuma apstiprinÄÅ”anuā. Tagad ierÄ«ce nevar ieslÄgt radio moduli XNUMX dienas un palikt reÄ£istrÄta tÄ«klÄ. RezultÄtÄ mÄs iegÅ«stam milzÄ«gu ietaupÄ«jumu tÄ«kla resursos un ierÄ«Äu energoefektivitÄtÄ!
TomÄr Å”ajÄ režīmÄ ierÄ«ce nav pieejama tikai ienÄkoÅ”ajiem sakariem. Ja nepiecieÅ”ams kaut ko pÄrsÅ«tÄ«t uz lietojumprogrammu serveri, ierÄ«ce jebkurÄ laikÄ var iziet no PSM un nosÅ«tÄ«t datus, pÄc tam tÄ paliek aktÄ«va T3324 taimera laikÄ, lai saÅemtu informÄcijas ziÅojumus no AS (ja tÄdi ir).
eDRX (pagarinÄta pÄrtraukta uztverÅ”ana):
eDRX, uzlabota intermitÄjoÅ”a uztverÅ”ana. Lai pÄrsÅ«tÄ«tu datus uz ierÄ«ci, kas atrodas āgaidÄ«Å”anas režīmÄā, tÄ«kls veic paziÅoÅ”anas procedÅ«ru - āPidžeruā. SaÅemot peidžeru, ierÄ«ce sÄk SRB izveidi turpmÄkai saziÅai ar tÄ«klu. Bet, lai nepalaistu garÄm tai adresÄto Peidžeru ziÅojumu, ierÄ«cei nepÄrtraukti jÄuzrauga radio gaiss, kas arÄ« ir diezgan energoietilpÄ«gs.
eDRX ir režīms, kurÄ ierÄ«ce nesaÅem ziÅojumus no tÄ«kla pastÄvÄ«gi, bet periodiski. Attach vai TAU procedÅ«ru laikÄ ierÄ«ce vienojas ar tÄ«klu par laika intervÄliem, kuros tÄ āklausÄ«siesā pÄrraidi. AttiecÄ«gi peidžeru procedÅ«ra tiks veikta ar tÄdiem paÅ”iem intervÄliem. eDRX režīmÄ ierÄ«ces darbÄ«ba ir sadalÄ«ta ciklos (eDRX cikls). Katra cikla sÄkumÄ ir tÄ sauktais āpeidžeru logsā (Pidžeru laika logs, turpmÄk tekstÄ PTW) ā tas ir laiks, kad ierÄ«ce klausÄs radio kanÄlu. PTW beigÄs ierÄ«ce izslÄdz radio moduli lÄ«dz cikla beigÄm.
HLCOM (augsta latentuma komunikÄcija):
Ja tai ir jÄpÄrsÅ«ta dati uz augÅ”upsaiti, ierÄ«ce var iziet no viena no Å”iem diviem enerÄ£ijas taupÄ«Å”anas režīmiem, negaidot PSM vai eDRX cikla pabeigÅ”anu. Bet ir iespÄjams pÄrsÅ«tÄ«t datus uz ierÄ«ci tikai tad, kad tÄ ir aktÄ«va.
HLCOM funkcionalitÄte vai augsta latentuma komunikÄcija ir lejupsaites pakeÅ”u buferizÄcija SGW, kamÄr ierÄ«ce ir enerÄ£ijas taupÄ«Å”anas režīmÄ un nav pieejama saziÅai. BuferÄtÄs paketes tiks piegÄdÄtas, tiklÄ«dz ierÄ«ce iziet no PSM, veicot TAU āāvai nododot augÅ”upsaites trafiku, vai kad notiek PTW.
Tas, protams, prasa IoT produktu izstrÄdÄtÄju izpratni, jo saziÅa ar ierÄ«ci netiek panÄkta reÄllaikÄ un prasa noteiktu pieeju lietojumprogrammu biznesa loÄ£ikas izstrÄdÄ.
NobeigumÄ teiksim: kaut kÄ jauna ievieÅ”ana vienmÄr ir aizraujoÅ”a, bet tagad mums ir darÄ«Å”ana ar standartu, kuru nav pilnÄ«bÄ pÄrbaudÄ«juÅ”i pat pasaules āsumbriā, piemÄram, Vodafone un Telefonica ā tÄpÄc tas ir divtik aizraujoÅ”i. MÅ«su materiÄla izklÄsts nepretendÄ uz absolÅ«ti pilnÄ«gu, taÄu ceram, ka tas sniegs pietiekamu izpratni par tehnoloÄ£iju. BÅ«sim pateicÄ«gi par jÅ«su atsauksmÄm.
Autors: KonverÄ£ento risinÄjumu un multivides pakalpojumu departamenta eksperts Aleksejs LapÅ”insāØ
Avots: www.habr.com