Dalam artikel “", bercakap tentang seni bina teras paket rangkaian NB-IoT, kami menyebut kemunculan nod SCEF baharu. Kami menerangkan di bahagian ketiga apa itu dan mengapa ia diperlukan?
Apabila membuat perkhidmatan M2M, pembangun aplikasi menghadapi soalan berikut:
- bagaimana untuk mengenal pasti peranti;
- algoritma pengesahan dan pengesahan apa yang hendak digunakan;
- protokol pengangkutan yang manakah untuk dipilih untuk berinteraksi dengan peranti;
- cara menghantar data ke peranti dengan pasti;
- bagaimana untuk mengatur dan mewujudkan peraturan untuk bertukar-tukar data dengan mereka;
- bagaimana untuk memantau dan mendapatkan maklumat tentang keadaan mereka dalam talian;
- cara menghantar data secara serentak kepada sekumpulan peranti anda;
- cara menghantar data secara serentak dari satu peranti kepada beberapa pelanggan;
- bagaimana untuk mendapatkan akses bersatu kepada perkhidmatan pengendali tambahan untuk mengurus peranti anda.
Untuk menyelesaikannya, adalah perlu untuk mencipta penyelesaian "berat" teknikal proprietari, yang membawa kepada peningkatan kos buruh dan perkhidmatan masa ke pasaran. Di sinilah nod SCEF baharu datang untuk menyelamatkan.
Seperti yang ditakrifkan oleh 3GPP, SCEF (fungsi pendedahan keupayaan perkhidmatan) ialah komponen baharu sepenuhnya seni bina 3GPP yang fungsinya adalah untuk mendedahkan perkhidmatan dan keupayaan yang disediakan dengan selamat oleh antara muka rangkaian 3GPP melalui API.
Secara ringkasnya, SCEF ialah perantara antara rangkaian dan pelayan aplikasi (AS), satu tetingkap akses kepada perkhidmatan operator untuk mengurus peranti M2M anda dalam rangkaian NB-IoT melalui antara muka API yang intuitif dan standard.
SCEF menyembunyikan kerumitan rangkaian pengendali, membenarkan pembangun aplikasi mengasingkan mekanisme kompleks khusus peranti untuk berinteraksi dengan peranti.
Dengan mengubah protokol rangkaian menjadi API biasa untuk pembangun aplikasi, API SCEF memudahkan penciptaan perkhidmatan baharu dan mengurangkan masa ke pasaran. Nod baharu juga termasuk fungsi untuk mengenal pasti/mengesahkan peranti mudah alih, mentakrifkan peraturan untuk pertukaran data antara peranti dan AS, menghapuskan keperluan untuk pembangun aplikasi melaksanakan fungsi ini di sisi mereka, mengalihkan fungsi ini ke bahu pengendali.
SCEF meliputi antara muka yang diperlukan untuk pengesahan dan kebenaran pelayan aplikasi, mengekalkan mobiliti UE, pemindahan data dan pencetus peranti, akses kepada perkhidmatan tambahan dan keupayaan rangkaian pengendali.
Ke arah AS terdapat antara muka T8 tunggal, API (HTTP/JSON) yang diseragamkan oleh 3GPP. Semua antara muka, kecuali T8, beroperasi berdasarkan protokol DIAMETER (Rajah 1).
T6a – antara muka antara SCEF dan MME. Digunakan untuk prosedur pengurusan Mobiliti/Sesi, penghantaran data bukan IP, penyediaan acara pemantauan dan menerima laporan mengenainya.
S6t – antara muka antara SCEF dan HSS. Diperlukan untuk pengesahan pelanggan, kebenaran pelayan aplikasi, mendapatkan gabungan ID luaran dan IMSI/MSISDN, menyediakan acara pemantauan dan menerima laporan mengenainya.
S6m/T4 – antara muka dari SCEF ke HSS dan SMS-C (3GPP mentakrifkan nod MTC-IWF, yang digunakan untuk pencetus peranti dan penghantaran SMS dalam rangkaian NB-IoT. Walau bagaimanapun, dalam semua pelaksanaan fungsi nod ini disepadukan ke dalam SCEF, jadi untuk memudahkan litar, kami tidak akan menganggapnya secara berasingan). Digunakan untuk mendapatkan maklumat penghalaan untuk menghantar SMS dan berinteraksi dengan pusat SMS.
T8 – Antara muka API untuk interaksi SCEF dengan pelayan aplikasi. Kedua-dua arahan kawalan dan lalu lintas dihantar melalui antara muka ini.
*sebenarnya terdapat lebih banyak antara muka; hanya yang paling asas disenaraikan di sini. Senarai lengkap diberikan dalam 3GPP 23.682 (4.3.2 Senarai Mata Rujukan).
Berikut ialah fungsi dan perkhidmatan utama SCEF:
- memautkan pengecam kad SIM (IMSI) kepada ID luaran;
- penghantaran trafik bukan IP (Penghantaran Data Bukan IP, NIDD);
- operasi kumpulan menggunakan ID kumpulan luaran;
- sokongan untuk mod penghantaran data dengan pengesahan;
- penimbalan data MO (Asal Mudah Alih) dan MT (Ditamatkan Mudah Alih);
- pengesahan dan kebenaran peranti dan pelayan aplikasi;
- penggunaan data secara serentak dari satu UE oleh beberapa AS;
- sokongan untuk fungsi pemantauan status UE khas (MONTE – Acara Pemantauan);
- pencetus peranti;
- menyediakan perayauan data bukan IP.
Prinsip asas interaksi antara AS dan SCEF adalah berdasarkan skema yang dipanggil. langganan. Jika perlu untuk mendapatkan akses kepada mana-mana perkhidmatan SCEF untuk UE tertentu, pelayan aplikasi perlu membuat langganan dengan menghantar arahan kepada API khusus perkhidmatan yang diminta dan menerima pengecam unik sebagai tindak balas. Selepas itu semua tindakan dan komunikasi lanjut dengan UE dalam rangka kerja perkhidmatan ini akan berlaku menggunakan pengecam ini.
ID Luaran: Pengecam peranti universal
Salah satu perubahan terpenting dalam skema interaksi antara AS dan peranti apabila bekerja melalui SCEF ialah penampilan pengecam universal. Kini, bukannya nombor telefon (MSISDN) atau alamat IP, seperti yang berlaku dalam rangkaian 2G/3G/LTE klasik, pengecam peranti untuk pelayan aplikasi menjadi "ID luaran". Ia ditakrifkan oleh standard dalam format yang biasa kepada pembangun aplikasi " @ "
Pembangun tidak perlu lagi melaksanakan algoritma pengesahan peranti; rangkaian mengambil alih sepenuhnya fungsi ini. ID Luaran terikat dengan IMSI dan pembangun boleh memastikan bahawa apabila mengakses ID luaran tertentu, ia berinteraksi dengan kad SIM tertentu. Apabila menggunakan cip SIM, anda mendapat situasi yang benar-benar unik apabila ID luaran secara unik mengenal pasti peranti tertentu!
Selain itu, beberapa ID luaran boleh dipautkan kepada satu IMSI - situasi yang lebih menarik timbul apabila ID luaran secara unik mengenal pasti aplikasi khusus yang bertanggungjawab untuk perkhidmatan tertentu pada peranti tertentu.
Pengecam kumpulan juga muncul - ID kumpulan luaran, yang termasuk set ID luaran individu. Kini, dengan satu permintaan kepada SCEF, AS boleh memulakan operasi kumpulan - menghantar data atau arahan kawalan ke berbilang peranti yang disatukan dalam satu kumpulan logik.
Disebabkan hakikat bahawa untuk pembangun AS peralihan kepada pengecam peranti baharu tidak boleh serta-merta, SCEF meninggalkan kemungkinan komunikasi AS dengan UE melalui nombor standard - MSISDN.
Penghantaran trafik bukan IP (Penghantaran Data Bukan IP, NIDD)
Dalam NB-IoT, sebagai sebahagian daripada pengoptimuman 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, peranti (UE) tidak diberikan alamat IP dan data dihantar tanpa menggunakan protokol IP. Trafik untuk sambungan sedemikian boleh dialihkan dalam dua cara: klasik - MME -> SGW -> PGW dan kemudian melalui terowong PtP ke AS (Rajah 2) atau menggunakan SCEF (Rajah 3).
Kaedah klasik tidak menawarkan sebarang kelebihan istimewa berbanding trafik IP, kecuali untuk mengurangkan saiz paket yang dihantar kerana ketiadaan pengepala IP. Penggunaan SCEF membuka beberapa kemungkinan baharu dan dengan ketara memudahkan prosedur untuk berinteraksi dengan peranti.
Apabila menghantar data melalui SCEF, dua kelebihan yang sangat penting muncul berbanding trafik IP klasik:
Penghantaran trafik MT ke peranti melalui ID luaran
Untuk menghantar mesej kepada peranti IP klasik, AS mesti mengetahui alamat IPnya. Di sini masalah timbul: kerana peranti biasanya menerima alamat IP "kelabu" semasa pendaftaran, ia berkomunikasi dengan pelayan aplikasi, yang terletak di Internet, melalui nod NAT, di mana alamat kelabu diterjemahkan ke dalam putih. Gabungan alamat IP kelabu dan putih berlangsung untuk masa yang terhad, bergantung pada tetapan NAT. Secara purata, untuk TCP atau UDP - tidak lebih daripada lima minit. Iaitu, jika tiada pertukaran data dengan peranti ini dalam masa 5 minit, sambungan akan terputus dan peranti tidak lagi boleh diakses di alamat putih yang dengannya sesi dengan AS dimulakan. Terdapat beberapa penyelesaian:
1. Gunakan degupan jantung. Setelah sambungan telah diwujudkan, peranti mesti menukar paket dengan AS setiap beberapa minit, dengan itu menghalang terjemahan NAT daripada ditutup. Tetapi tidak boleh bercakap tentang kecekapan tenaga di sini.
2. Setiap kali, jika perlu, semak ketersediaan pakej untuk peranti pada AS - hantar mesej ke pautan atas.
3. Buat APN (VRF) peribadi, di mana pelayan aplikasi dan peranti akan berada pada subnet yang sama, dan tetapkan alamat IP statik kepada peranti. Ia akan berfungsi, tetapi hampir mustahil apabila kita bercakap tentang armada beribu-ribu, berpuluh-puluh ribu peranti.
4. Akhir sekali, pilihan yang paling sesuai: gunakan IPv6; ia tidak memerlukan NAT, kerana alamat IPv6 boleh diakses terus dari Internet. Walau bagaimanapun, walaupun dalam kes ini, apabila peranti didaftarkan semula, ia akan menerima alamat IPv6 baharu dan tidak lagi boleh diakses menggunakan yang sebelumnya.
Sehubungan itu, adalah perlu untuk menghantar beberapa paket permulaan dengan pengecam peranti kepada pelayan untuk melaporkan alamat IP baharu peranti tersebut. Kemudian tunggu paket pengesahan daripada AS, yang turut menjejaskan kecekapan tenaga.
Kaedah ini berfungsi dengan baik untuk peranti 2G/3G/LTE, di mana peranti tidak mempunyai keperluan yang ketat untuk autonomi dan, akibatnya, tiada sekatan pada masa siaran dan trafik. Kaedah ini tidak sesuai untuk NB-IoT kerana penggunaan tenaga yang tinggi.
SCEF menyelesaikan masalah ini: memandangkan satu-satunya pengecam peranti untuk AS ialah ID luaran, AS hanya perlu menghantar paket data kepada SCEF untuk ID luaran tertentu dan SCEF menguruskan yang lain. Sekiranya peranti berada dalam mod penjimatan kuasa PSM atau eDRX, data akan ditimbal dan dihantar apabila peranti tersedia. Jika peranti tersedia untuk trafik, data akan dihantar serta-merta. Perkara yang sama berlaku untuk pasukan pengurusan.
Pada bila-bila masa, AS boleh memanggil semula mesej buffer ke UE atau menggantikannya dengan yang baharu.
Mekanisme penimbal juga boleh digunakan apabila menghantar data MO dari UE ke AS. Jika SCEF tidak dapat menghantar data kepada AS dengan segera, contohnya jika kerja penyelenggaraan sedang dijalankan pada pelayan AS, paket ini akan ditimbal dan dijamin akan dihantar sebaik sahaja AS tersedia.
Seperti yang dinyatakan di atas, akses kepada perkhidmatan tertentu dan UE untuk AS (dan NIDD ialah perkhidmatan) dikawal oleh peraturan dan dasar di sisi SCEF, yang membenarkan kemungkinan unik penggunaan data serentak daripada satu UE oleh beberapa AS. Itu. jika beberapa AS telah melanggan satu UE, maka selepas menerima data daripada UE, SCEF akan menghantarnya kepada semua AS yang dilanggan. Ini sangat sesuai untuk kes di mana pencipta kumpulan peranti khusus berkongsi data antara beberapa pelanggan. Contohnya, dengan mencipta rangkaian stesen cuaca yang berjalan pada NB-IoT, anda boleh menjual data daripadanya kepada banyak perkhidmatan secara serentak.
Mekanisme penghantaran mesej terjamin
Perkhidmatan Data Boleh Dipercayai ialah mekanisme untuk penghantaran mesej MO dan MT yang dijamin tanpa menggunakan algoritma khusus di peringkat protokol, seperti, sebagai contoh, jabat tangan dalam TCP. Ia berfungsi dengan memasukkan bendera khas dalam bahagian perkhidmatan mesej apabila ditukar antara UE dan SCEF. Sama ada untuk mengaktifkan mekanisme ini atau tidak semasa menghantar trafik diputuskan oleh AS.
Jika mekanisme itu diaktifkan, UE menyertakan bendera khas di bahagian atas paket apabila ia memerlukan penghantaran trafik MO yang dijamin. Setelah menerima paket sedemikian, SCEF bertindak balas kepada UE dengan pengakuan. Jika UE tidak menerima paket pengakuan, paket ke SCEF akan dihantar semula. Perkara yang sama berlaku untuk trafik MT.
Pemantauan peranti (peristiwa pemantauan - MONTE)
Seperti yang dinyatakan di atas, fungsi SCEF, antara lain, termasuk fungsi untuk memantau keadaan UE, yang dipanggil. pemantauan peranti. Dan jika pengecam baharu dan mekanisme pemindahan data adalah pengoptimuman (walaupun sangat serius) bagi prosedur sedia ada, maka MONTE ialah fungsi baharu sepenuhnya yang tidak tersedia dalam rangkaian 2G/3G/LTE. MONTE membenarkan AS memantau parameter peranti seperti status sambungan, ketersediaan komunikasi, lokasi, status perayauan, dsb. Kami akan bercakap tentang setiap satu dengan lebih terperinci kemudian.
Jika perlu untuk mengaktifkan sebarang acara pemantauan untuk peranti atau kumpulan peranti, AS melanggan perkhidmatan yang sepadan dengan menghantar arahan API MONTE yang sepadan kepada SCEF, yang termasuk parameter seperti Id luaran atau ID kumpulan luaran, pengecam AS, pemantauan jenis, bilangan laporan, yang AS mahu terima. Jika AS diberi kuasa untuk melaksanakan permintaan itu, SCEF, bergantung pada jenis, akan memperuntukkan acara tersebut kepada HSS atau MME (Gamb. 4). Apabila peristiwa berlaku, MME atau HSS menjana laporan kepada SCEF, yang menghantarnya kepada AS.
Peruntukan semua acara, kecuali "Bilangan UE yang terdapat dalam kawasan geografi", berlaku melalui HSS. Dua peristiwa "Perubahan Persatuan IMSI-IMEI" dan "Status Perayauan" dijejaki terus pada HSS, selebihnya akan diperuntukkan oleh HSS pada MME.
Acara boleh sama ada sekali atau berkala, dan ditentukan mengikut jenisnya.
Menghantar laporan tentang peristiwa (pelaporan) dijalankan oleh nod yang menjejaki acara terus ke SCEF (Rajah 5).
Titik penting: Peristiwa pemantauan boleh digunakan pada kedua-dua peranti bukan IP yang disambungkan melalui SCEF dan peranti IP yang menghantar data dengan cara klasik melalui MME-SGW-PGW.
Mari kita lihat dengan lebih dekat setiap peristiwa pemantauan:
Kehilangan sambungan — memberitahu AS bahawa UE tidak lagi tersedia untuk trafik data atau isyarat. Peristiwa ini berlaku apabila "pemasa kebolehcapaian mudah alih" untuk UE tamat tempoh pada MME. Dalam permintaan untuk jenis pemantauan ini, AS boleh menunjukkan nilai "Masa Pengesanan Maksimum" - jika pada masa ini UE tidak menunjukkan sebarang aktiviti, AS akan dimaklumkan bahawa UE tidak tersedia, menunjukkan sebabnya. Peristiwa itu juga berlaku jika UE telah dialih keluar secara paksa oleh rangkaian atas sebarang sebab.
* 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 atau (T3412_dilanjutkan dalam kes PSM), nilai yang dihantar ke peranti semasa prosedur Lampirkan atau TAU seterusnya. Pemasa kebolehcapaian mudah alih biasanya beberapa minit lebih lama daripada T3412. Jika UE tidak membuat TAU sebelum tamat tempoh "Pemasa kebolehcapaian mudah alih", rangkaian menganggapnya tidak lagi boleh dihubungi.
Kebolehcapaian UE – Menunjukkan apabila UE tersedia untuk trafik DL atau SMS. Ini berlaku apabila UE tersedia untuk paging (untuk UE dalam mod eDRX) atau apabila UE memasuki mod ECM-CONNECTED (untuk UE dalam mod PSM atau eDRX), i.e. membuat TAU atau menghantar paket uplink.
Pelaporan lokasi – Jenis peristiwa pemantauan ini membolehkan AS menanyakan lokasi UE. Sama ada lokasi semasa (Lokasi Semasa) atau lokasi terakhir yang diketahui (Ditentukan oleh ID sel dari mana peranti itu membuat TAU atau trafik dihantar kali terakhir) boleh diminta, yang berkaitan untuk peranti dalam mod penjimatan kuasa PSM atau eDRX. Untuk "Lokasi Semasa", AS boleh meminta balasan berulang, dengan MME memaklumkan AS setiap kali lokasi peranti berubah.
Perubahan Persatuan IMSI-IMEI – Apabila acara ini diaktifkan, SCEF mula memantau perubahan dalam gabungan IMSI (pengecam kad SIM) dan IMEI (pengecam peranti). Apabila sesuatu peristiwa berlaku, maklumkan kepada AS. Boleh digunakan untuk mengikat semula ID luaran secara automatik pada peranti semasa kerja penggantian yang dijadualkan atau berfungsi sebagai pengecam untuk kecurian peranti.
Status Perayauan – jenis pemantauan ini digunakan oleh AS untuk menentukan sama ada UE berada dalam rangkaian rumah atau dalam rangkaian rakan kongsi perayauan. Secara pilihan, PLMN (Rangkaian Mudah Alih Tanah Awam) pengendali di mana peranti didaftarkan boleh dihantar.
Kegagalan komunikasi — Jenis pemantauan ini memberitahu AS tentang kegagalan dalam komunikasi dengan peranti, berdasarkan sebab kehilangan sambungan (kod punca pelepasan) yang diterima daripada rangkaian capaian radio (protokol S1-AP). Peristiwa ini boleh membantu menentukan sebab komunikasi gagal - disebabkan masalah pada rangkaian, contohnya, apabila eNodeb terlebih beban (Sumber radio tidak tersedia) atau disebabkan kegagalan peranti itu sendiri (Sambungan Radio Dengan UE Hilang).
Ketersediaan selepas Kegagalan DDN – peristiwa ini memberitahu AS bahawa peranti telah tersedia selepas kegagalan komunikasi. Boleh digunakan apabila terdapat keperluan untuk memindahkan data ke peranti, tetapi percubaan sebelumnya tidak berjaya kerana UE tidak bertindak balas kepada pemberitahuan daripada rangkaian (paging) dan data tidak dihantar. Jika pemantauan jenis ini telah diminta untuk UE, maka sebaik sahaja peranti membuat komunikasi masuk, membuat TAU atau menghantar data ke pautan atas, AS akan dimaklumkan bahawa peranti itu telah tersedia. Memandangkan prosedur DDN (pemberitahuan data pautan bawah) berfungsi antara MME dan S/P-GW, pemantauan jenis ini hanya tersedia untuk peranti IP.
Status Ketersambungan PDN – memberitahu AS apabila status peranti berubah (status kesambungan PDN) - sambungan (pengaktifan PDN) atau pemotongan (pemadaman PDN). Ini boleh digunakan oleh AS untuk memulakan komunikasi dengan UE, atau sebaliknya, untuk memahami bahawa komunikasi tidak lagi boleh dilakukan. Jenis pemantauan ini tersedia untuk peranti IP dan bukan IP.
Bilangan UE yang terdapat dalam kawasan geografi – Jenis pemantauan ini digunakan oleh AS untuk menentukan bilangan UE dalam kawasan geografi tertentu.
Pencetusan peranti)
Dalam rangkaian 2G/3G, prosedur pendaftaran dalam rangkaian adalah dua peringkat: pertama, peranti yang didaftarkan dengan SGSN (lampirkan prosedur), kemudian, jika perlu, ia mengaktifkan konteks PDP - sambungan dengan gerbang paket (GGSN) untuk menghantar data. Dalam rangkaian 3G, kedua-dua prosedur ini berlaku secara berurutan, i.e. peranti tidak menunggu saat ia perlu memindahkan data, tetapi mengaktifkan PDP serta-merta selepas prosedur lampiran selesai. Dalam LTE, kedua-dua prosedur ini digabungkan menjadi satu, iaitu, apabila melampirkan, peranti segera meminta pengaktifan sambungan PDN (bersamaan dengan PDP dalam 2G/3G) melalui eNodeB kepada MME-SGW-PGW.
NB-IoT mentakrifkan kaedah sambungan sebagai "lampirkan tanpa PDN", iaitu, UE melekat tanpa membuat sambungan PDN. Dalam kes ini, ia tidak tersedia untuk menghantar trafik, dan hanya boleh menerima atau menghantar SMS. Untuk menghantar arahan kepada peranti sedemikian untuk mengaktifkan PDN dan menyambung ke AS, fungsi "Pencetusan peranti" telah dibangunkan.
Apabila menerima arahan untuk menyambungkan UE sedemikian daripada AS, SCEF memulakan penghantaran SMS kawalan ke peranti melalui pusat SMS. Apabila menerima SMS, peranti mengaktifkan PDN dan menyambung kepada AS untuk menerima arahan lanjut atau memindahkan data.
Mungkin ada kalanya langganan peranti anda tamat tempoh pada SCEF. Ya, langganan mempunyai hayatnya sendiri, ditetapkan oleh pengendali atau dipersetujui dengan AS. Selepas tamat tempoh, PDN akan dinyahaktifkan pada MME dan peranti akan menjadi tidak tersedia kepada AS. Dalam kes ini, fungsi "Pencetusan peranti" juga akan membantu. Apabila menerima data baharu daripada AS, SCEF akan mengetahui status sambungan peranti dan menghantar data melalui saluran SMS.
Kesimpulan
Fungsi SCEF, sudah tentu, tidak terhad kepada perkhidmatan yang diterangkan di atas dan sentiasa berkembang dan berkembang. Pada masa ini, lebih daripada sedozen perkhidmatan telah pun diseragamkan untuk SCEF. Kini kami hanya menyentuh fungsi utama yang menjadi permintaan daripada pembangun; kami akan bercakap tentang selebihnya dalam artikel akan datang.
Persoalannya segera timbul: bagaimana untuk mendapatkan akses ujian ke nod "keajaiban" ini untuk ujian awal dan penyahpepijatan kemungkinan kes? Semuanya sangat mudah. Mana-mana pembangun boleh menyerahkan permintaan kepada [e-mel dilindungi], di mana ia cukup untuk menunjukkan tujuan sambungan, penerangan tentang kemungkinan kes dan maklumat hubungan untuk komunikasi.
Sehingga masa depan!
Pengarang:
- pakar kanan jabatan penyelesaian konvergen dan perkhidmatan multimedia Sergey Novikov ,
- pakar bahagian penyelesaian konvergen dan perkhidmatan multimedia Alexey Lapshin
Sumber: www.habr.com