Kali terakhir kita bercakap tentang ciri-ciri standard NB-IoT baharu dari sudut pandangan seni bina rangkaian capaian radio. Hari ini kita akan membincangkan perkara yang telah berubah dalam Rangkaian Teras di bawah NB-IoT. Jadi, mari pergi.
Terdapat perubahan ketara pada teras rangkaian. Mari kita mulakan dengan fakta bahawa elemen baharu telah muncul, serta beberapa mekanisme, yang ditakrifkan oleh standard sebagai "Pengoptimuman EPS CIoT" atau pengoptimuman rangkaian teras untuk Internet selular perkara.
Seperti yang anda ketahui, dalam rangkaian mudah alih terdapat dua saluran komunikasi utama, dipanggil Control Plane (CP) dan User Plane (UP). Control Plane bertujuan untuk pertukaran mesej perkhidmatan antara pelbagai elemen rangkaian dan digunakan untuk memastikan mobiliti (Pengurusan Mobiliti) peranti (UE) dan mewujudkan/mengekalkan sesi penghantaran data (Pengurusan Sesi). Pesawat Pengguna, sebenarnya, saluran untuk menghantar trafik pengguna. Dalam LTE klasik, pengedaran CP dan UP merentas antara muka adalah seperti berikut:
Mekanisme pengoptimuman CP dan UP untuk NB-IoT dilaksanakan pada nod MME, SGW dan PGW, yang secara konvensional digabungkan menjadi satu elemen yang dipanggil C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Piawaian ini juga menganggap kemunculan elemen rangkaian baharu - SCEF (Fungsi Pendedahan Keupayaan Perkhidmatan). Antara muka antara MME dan SCEF dipanggil T6a dan dilaksanakan berdasarkan protokol DIAMETER. Walaupun fakta bahawa DIAMETER ialah protokol isyarat, dalam NB-IoT ia disesuaikan untuk penghantaran sejumlah kecil data bukan IP.
Seperti namanya, SCEF ialah Nod Pameran Keupayaan Perkhidmatan. Dalam erti kata lain, SCEF menyembunyikan kerumitan rangkaian pengendali, dan juga melegakan pembangun aplikasi daripada keperluan untuk mengenal pasti dan mengesahkan peranti mudah alih (UE), membenarkan pelayan aplikasi (Pelayan Aplikasi, selepas ini AS) menerima data dan mengurus peranti melalui satu Antara muka API.
Pengecam UE menjadi bukan nombor telefon (MSISDN) atau alamat IP, seperti yang berlaku dalam rangkaian 2G/3G/LTE klasik, tetapi apa yang dipanggil "ID luaran", yang ditakrifkan oleh standard dalam format biasa. kepada pembangun aplikasi "@". Ini adalah topik besar yang berasingan yang memerlukan bahan yang berasingan, jadi kami tidak akan membincangkannya secara terperinci sekarang.
Sekarang mari kita lihat inovasi yang paling ketara. βPengoptimuman EPS CIoTβ ialah pengoptimuman mekanisme penghantaran trafik dan pengurusan sesi pelanggan. Berikut adalah yang utama:
- DoNAS
- NIDD
- Mekanisme penjimatan kuasa PSM dan eDRX
- HLCOM
DoNAS (Data atas NAS):
Ini adalah mekanisme yang direka untuk mengoptimumkan pemindahan sejumlah kecil data.
Dalam LTE klasik, apabila mendaftar dalam rangkaian, peranti pelanggan mewujudkan sambungan PDN (selepas ini dirujuk sebagai PDN) melalui eNodeB ke MME-SGW-PGW. Sambungan UE-eNodeB-MME ialah apa yang dipanggil "Pembawa Radio Isyarat" (SRB). Jika perlu untuk menghantar/menerima data, UE mewujudkan sambungan lain dengan eNodeB - βPembawa Radio Dataβ (DRB), untuk menghantar trafik pengguna ke SGW dan seterusnya ke PGW (antara muka S1-U dan S5, masing-masing) . Pada penghujung pertukaran dan jika tiada trafik untuk beberapa waktu (biasanya 5-20 saat), sambungan ini ditamatkan dan peranti masuk ke mod siap sedia atau "Mod Melahu". Jika perlu untuk menukar bahagian baru data, SRB dan DRB ditetapkan semula.
Dalam NB-IoT, penghantaran trafik pengguna boleh dilakukan melalui saluran isyarat (SRB), dalam mesej protokol NAS (). Menyediakan DRB tidak lagi diperlukan. Ini dengan ketara mengurangkan beban isyarat, menjimatkan sumber radio rangkaian dan, yang paling penting, memanjangkan hayat bateri peranti.
Dalam bahagian eNodeB - MME, data pengguna mula dihantar melalui antara muka S1-MME, yang tidak berlaku dalam teknologi LTE klasik, dan protokol NAS digunakan untuk ini, di mana "Bekas data pengguna" muncul.
Untuk melaksanakan pemindahan "Pesawat Pengguna" daripada MME ke SGW, antara muka baharu S11-U muncul, yang direka untuk pemindahan sejumlah kecil data pengguna. Protokol S11-U adalah berdasarkan GTP-U v1, yang digunakan untuk penghantaran Plane Pengguna pada antara muka rangkaian lain bagi seni bina 3GPP.
NIDD (penghantaran data bukan IP):
Sebagai sebahagian daripada pengoptimuman selanjutnya mekanisme untuk menghantar sejumlah kecil data, sebagai tambahan kepada jenis PDN yang sedia ada, seperti IPv4, IPv6 dan IPv4v6, jenis lain telah muncul - bukan IP. Dalam kes ini, UE tidak diberikan alamat IP dan data dihantar tanpa menggunakan protokol IP. Terdapat beberapa sebab untuk ini:
- Peranti IoT seperti penderia boleh menghantar jumlah data yang sangat kecil, 20 bait atau kurang. Memandangkan saiz pengepala IP minimum ialah 20 bait, enkapsulasi IP kadangkala boleh menjadi agak mahal;
- Tidak perlu melaksanakan timbunan IP pada cip, yang membawa kepada pengurangan kos mereka (soalan untuk perbincangan dalam komen).
Pada umumnya, alamat IP diperlukan untuk peranti IoT menghantar data melalui Internet. Dalam konsep NB-IoT, SCEF bertindak sebagai titik sambungan AS tunggal, dan pertukaran data antara peranti dan pelayan aplikasi berlaku melalui API. Sekiranya tiada SCEF, data bukan IP boleh dihantar ke AS melalui terowong Point-to-Point (PtP) daripada PGW dan enkapsulasi IP akan dilakukan padanya.
Semua ini sesuai dengan paradigma NB-IoT - pemudahan maksimum dan pengurangan kos peranti.
Mekanisme penjimatan kuasa PSM dan eDRX:
Salah satu kelebihan utama rangkaian LPWAN ialah kecekapan tenaga. Peranti ini didakwa dapat bertahan sehingga 10 tahun hayat bateri pada satu bateri. Mari kita fikirkan bagaimana nilai tersebut dicapai.
Bilakah peranti menggunakan paling sedikit tenaga? Betulkan apabila ia dimatikan. Dan jika mustahil untuk menyahtenagakan peranti sepenuhnya, mari menyahtenagakan modul radio selagi ia tidak diperlukan. Anda hanya perlu menyelaraskan perkara ini dengan rangkaian terlebih dahulu.
PSM (Mod penjimatan kuasa):
Mod penjimatan kuasa PSM membolehkan peranti mematikan modul radio untuk masa yang lama, sambil kekal didaftarkan dalam rangkaian, dan tidak memasang semula PDN setiap kali ia perlu menghantar data.
Untuk memberitahu rangkaian bahawa peranti masih tersedia, ia secara berkala memulakan prosedur kemas kini - Kemas Kini Kawasan Penjejakan (TAU). Kekerapan prosedur ini ditetapkan oleh rangkaian menggunakan pemasa T3412, yang nilainya dihantar ke peranti semasa prosedur Lampirkan atau TAU seterusnya. Dalam LTE klasik, nilai lalai pemasa ini ialah 54 minit dan maksimum ialah 186 minit. Walau bagaimanapun, untuk memastikan kecekapan tenaga yang tinggi, keperluan untuk ke udara setiap 186 minit adalah terlalu mahal. Mekanisme PSM dibangunkan untuk menyelesaikan masalah ini.
Peranti mengaktifkan mod PSM dengan menghantar nilai dua pemasa T3324 dan T3412-Extended dalam mesej "Lampirkan Permintaan" atau "Permintaan Kawasan Penjejakan". Yang pertama menentukan masa peranti akan tersedia selepas bertukar kepada "Mod Melahu". Kedua ialah masa selepas itu TAU mesti dibuat, cuma sekarang nilainya boleh mencecah 35712000 saat atau 413 hari. Bergantung pada tetapan, MME boleh menerima nilai pemasa yang diterima daripada peranti atau menukarnya dengan menghantar nilai baharu dalam mesej "Lampirkan Terima" atau "Penjejakan Kemas Kini Terima Kemas Kini". Kini peranti tidak boleh menghidupkan modul radio selama 413 hari dan kekal didaftarkan dalam rangkaian. Hasilnya, kami mendapat penjimatan besar dalam sumber rangkaian dan kecekapan tenaga peranti!
Walau bagaimanapun, dalam mod ini peranti tidak tersedia untuk komunikasi masuk sahaja. Jika perlu untuk menghantar sesuatu ke pelayan aplikasi, peranti boleh keluar dari PSM pada bila-bila masa dan menghantar data, selepas itu ia kekal aktif semasa pemasa T3324 untuk menerima mesej maklumat daripada AS (jika ada).
eDRX (penerimaan tidak berterusan lanjutan):
eDRX, Penerimaan Selang-seli Dipertingkat. Untuk memindahkan data ke peranti yang berada dalam "mod Idle", rangkaian melakukan prosedur pemberitahuan - "Paging". Setelah menerima paging, peranti memulakan penubuhan SRB untuk komunikasi selanjutnya dengan rangkaian. Tetapi untuk tidak terlepas mesej Paging yang ditujukan kepadanya, peranti mesti sentiasa memantau udara radio, yang juga agak memakan tenaga.
eDRX ialah mod di mana peranti tidak menerima mesej daripada rangkaian secara berterusan, tetapi secara berkala. Semasa prosedur Attach atau TAU, peranti bersetuju dengan rangkaian pada selang masa semasa ia akan "mendengar" siaran. Sehubungan itu, prosedur Paging akan dilakukan pada selang masa yang sama. Dalam mod eDRX, operasi peranti dibahagikan kepada kitaran (kitaran eDRX). Pada permulaan setiap kitaran terdapat apa yang dipanggil "tetingkap paging" (Tetingkap Masa Paging, selepas ini PTW) - inilah masanya peranti mendengar saluran radio. Pada penghujung PTW, peranti mematikan modul radio sehingga akhir kitaran.
HLCOM (komunikasi kependaman tinggi):
Jika ia perlu memindahkan data ke Uplink, peranti boleh keluar dari salah satu daripada dua mod penjimatan kuasa ini tanpa menunggu kitaran PSM atau eDRX selesai. Tetapi adalah mungkin untuk memindahkan data ke peranti hanya apabila ia aktif.
Kefungsian HLCOM atau komunikasi kependaman tinggi ialah penimbalan paket Downlink pada SGW semasa peranti berada dalam mod penjimatan kuasa dan tidak tersedia untuk komunikasi. Paket buffer akan dihantar sebaik sahaja peranti keluar dari PSM dengan melakukan TAU atau melepasi trafik Uplink, atau apabila PTW berlaku.
Ini, sudah tentu, memerlukan kesedaran di pihak pembangun produk IoT, kerana komunikasi dengan peranti tidak dicapai dalam masa nyata dan memerlukan pendekatan tertentu untuk mereka bentuk logik perniagaan aplikasi.
Sebagai kesimpulan, katakan: pengenalan sesuatu yang baharu sentiasa menarik, tetapi kini kami berhadapan dengan piawaian yang belum diuji sepenuhnya walaupun oleh "bison" dunia seperti Vodafone dan Telefonica - jadi ia adalah dua kali ganda mengujakan. Penyampaian bahan kami tidak berpura-pura lengkap sepenuhnya, tetapi kami berharap ia memberikan pemahaman yang mencukupi tentang teknologi. Kami akan menghargai maklum balas anda.
Pengarang: Pakar Jabatan Penyelesaian Konvergen dan Perkhidmatan Multimedia Alexey Lapshinβ¨
Sumber: www.habr.com