Herën e fundit folëm për veçoritë e standardit të ri NB-IoT nga pikëpamja e arkitekturës së rrjetit të aksesit në radio. Sot do të diskutojmë se çfarë ka ndryshuar në Rrjetin Bërthamë nën NB-IoT. Pra, le të shkojmë.
Ka pasur ndryshime të rëndësishme në thelbin e rrjetit. Le të fillojmë me faktin se është shfaqur një element i ri, si dhe një sërë mekanizmash, të cilët përcaktohen nga standardi si "CIoT EPS Optimization" ose optimizim i rrjetit bazë për Internetin celular të gjërave.
Siç e dini, në rrjetet celulare ekzistojnë dy kanale kryesore të komunikimit, të quajtur Plane Kontrolli (CP) dhe Plani i Përdoruesit (UP). Plani i kontrollit është i destinuar për shkëmbimin e mesazheve të shërbimit midis elementëve të ndryshëm të rrjetit dhe përdoret për të siguruar lëvizshmërinë (Menaxhimi i lëvizshmërisë) të pajisjeve (UE) dhe për të vendosur/mirëmbajtur një sesion transmetimi të të dhënave (Menaxhimi i sesionit). Plani i përdoruesit është, në fakt, një kanal për transmetimin e trafikut të përdoruesve. Në LTE klasike, shpërndarja e CP dhe UP nëpër ndërfaqe është si më poshtë:
Mekanizmat e optimizimit të CP dhe UP për NB-IoT zbatohen në nyjet MME, SGW dhe PGW, të cilat kombinohen në mënyrë konvencionale në një element të vetëm të quajtur C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Standardi supozon gjithashtu shfaqjen e një elementi të ri të rrjetit - SCEF (Funksioni i Ekspozimit të Kapacitetit të Shërbimit). Ndërfaqja ndërmjet MME dhe SCEF quhet T6a dhe zbatohet në bazë të protokollit DIAMETER. Pavarësisht se DIAMETER është një protokoll sinjalizimi, në NB-IoT ai është përshtatur për transmetimin e sasive të vogla të të dhënave jo-IP.
Siç sugjeron emri i tij, SCEF është një nyje ekspozuese e aftësive të shërbimit. Me fjalë të tjera, SCEF fsheh kompleksitetin e rrjetit të operatorit dhe gjithashtu i lehtëson zhvilluesit e aplikacioneve nga nevoja për të identifikuar dhe vërtetuar pajisjet celulare (UE), duke lejuar serverët e aplikacioneve (Serveri i aplikacionit, këtu e tutje AS) të marrin të dhëna dhe të menaxhojnë pajisjet përmes një të vetme Ndërfaqja API.
Identifikuesi UE nuk bëhet një numër telefoni (MSISDN) ose një adresë IP, siç ishte rasti në rrjetin klasik 2G/3G/LTE, por i ashtuquajturi "ID i jashtëm", i cili përcaktohet nga standardi në formatin e njohur. për zhvilluesit e aplikacioneve " @ " Kjo është një temë më vete e madhe që meriton material të veçantë, kështu që ne nuk do të flasim për të në detaje tani.
Tani le të shohim risitë më domethënëse. “CIoT EPS Optimization” është optimizimi i mekanizmave të transmetimit të trafikut dhe menaxhimit të sesioneve të pajtimtarëve. Këtu janë ato kryesore:
- DoNAS
- NIDD
- Mekanizmat e kursimit të energjisë PSM dhe eDRX
- HLCOM
DoNAS (Të dhënat mbi NAS):
Ky është një mekanizëm i krijuar për të optimizuar transferimin e sasive të vogla të të dhënave.
Në LTE klasike, kur regjistrohet në rrjet, një pajisje abonenti krijon një lidhje PDN (më tej referuar si PDN) nëpërmjet eNodeB me MME-SGW-PGW. Lidhja UE-eNodeB-MME është një i ashtuquajtur "Signaling Radio Bearer" (SRB). Nëse është e nevojshme për të transmetuar / marrë të dhëna, UE vendos një lidhje tjetër me eNodeB - "Data Radio Bearer" (DRB), për të transmetuar trafikun e përdoruesit në SGW dhe më tej në PGW (ndërfaqet S1-U dhe S5, respektivisht) . Në fund të shkëmbimit dhe nëse nuk ka trafik për ca kohë (zakonisht 5-20 sekonda), këto lidhje ndërpriten dhe pajisja kalon në modalitetin e gatishmërisë ose "Modaliteti i punës". Nëse është e nevojshme të shkëmbeni një pjesë të re të të dhënave, SRB dhe DRB rivendosen.
Në NB-IoT, transmetimi i trafikut të përdoruesit mund të kryhet përmes një kanali sinjalizues (SRB), në mesazhet e protokollit NAS (). Vendosja e një DRB nuk kërkohet më. Kjo zvogëlon ndjeshëm ngarkesën e sinjalit, kursen burimet e radios në rrjet dhe, më e rëndësishmja, zgjat jetën e baterisë së pajisjes.
Në seksionin eNodeB - MME, të dhënat e përdoruesit fillojnë të transmetohen përmes ndërfaqes S1-MME, gjë që nuk ishte rasti në teknologjinë klasike LTE, dhe për këtë përdoret protokolli NAS, në të cilin shfaqet "Kontejneri i të dhënave të përdoruesit".
Për të kryer transferimin e "User Plane" nga MME në SGW, shfaqet një ndërfaqe e re S11-U, e cila është krijuar për transferimin e sasive të vogla të të dhënave të përdoruesit. Protokolli S11-U bazohet në GTP-U v1, i cili përdoret për transmetimin e Planit të Përdoruesit në ndërfaqet e tjera të rrjetit të arkitekturës 3GPP.
NIDD (dorëzimi i të dhënave jo-IP):
Si pjesë e optimizimit të mëtejshëm të mekanizmave për transmetimin e sasive të vogla të të dhënave, përveç llojeve tashmë ekzistuese PDN, si IPv4, IPv6 dhe IPv4v6, është shfaqur një lloj tjetër - jo-IP. Në këtë rast, UE-së nuk i caktohet një adresë IP dhe të dhënat transmetohen pa përdorur protokollin IP. Ka disa arsye për këtë:
- Pajisjet IoT si sensorët mund të transmetojnë sasi shumë të vogla të dhënash, 20 bajt ose më pak. Duke pasur parasysh që madhësia minimale e kokës së IP-së është 20 bajt, kapsulimi i IP-së ndonjëherë mund të jetë mjaft i shtrenjtë;
- Nuk ka nevojë të zbatoni një pirg IP në çip, gjë që çon në uljen e kostos së tyre (një pyetje për diskutim në komente).
Në përgjithësi, një adresë IP është e nevojshme që pajisjet IoT të transmetojnë të dhëna përmes Internetit. Në konceptin NB-IoT, SCEF vepron si një pikë e vetme e lidhjes AS dhe shkëmbimi i të dhënave midis pajisjeve dhe serverëve të aplikacionit ndodh nëpërmjet API. Në mungesë të SCEF, të dhënat jo-IP mund të transmetohen në AS nëpërmjet një tuneli Point-to-Point (PtP) nga PGW dhe në të do të kryhet inkapsulimi i IP-së.
E gjithë kjo përshtatet në paradigmën NB-IoT - thjeshtimi maksimal dhe reduktimi i kostos së pajisjeve.
Mekanizmat e kursimit të energjisë PSM dhe eDRX:
Një nga avantazhet kryesore të rrjeteve LPWAN është efikasiteti i energjisë. Pajisja pretendohet të zgjasë deri në 10 vjet jetëgjatësi të baterisë me një bateri të vetme. Le të kuptojmë se si arrihen vlera të tilla.
Kur një pajisje harxhon më pak energji? Korrigjohet kur është i fikur. Dhe nëse është e pamundur të çaktivizoni plotësisht pajisjen, le të çaktivizojmë modulin e radios për aq kohë sa nuk është e nevojshme. Ju vetëm duhet ta koordinoni këtë fillimisht me rrjetin.
PSM (Modaliteti i kursimit të energjisë):
Modaliteti i kursimit të energjisë PSM lejon pajisjen të fikë modulin e radios për një kohë të gjatë, duke mbetur i regjistruar në rrjet, dhe të mos riinstalojë PDN sa herë që i duhet të transmetojë të dhëna.
Për të njoftuar rrjetin që pajisja është ende e disponueshme, ajo fillon periodikisht një procedurë përditësimi - Përditësimi i zonës së gjurmimit (TAU). Frekuenca e kësaj procedure caktohet nga rrjeti duke përdorur kohëmatësin T3412, vlera e të cilit i transmetohet pajisjes gjatë procedurës Attach ose TAU-së tjetër. Në LTE klasike, vlera e paracaktuar e këtij kohëmatësi është 54 minuta, dhe maksimumi është 186 minuta. Megjithatë, për të siguruar efikasitet të lartë të energjisë, nevoja për të dalë në transmetim çdo 186 minuta është shumë e shtrenjtë. Mekanizmi PSM u zhvillua për të zgjidhur këtë problem.
Pajisja aktivizon modalitetin PSM duke transmetuar vlerat e dy kohëmatësve T3324 dhe T3412-Extended në mesazhet "Bashkë kërkesën" ose "Kërkesa e zonës së gjurmimit". E para përcakton kohën në të cilën pajisja do të jetë e disponueshme pas kalimit në "Modaliteti Idle". E dyta është koha pas së cilës duhet të bëhet TAU, vetëm tani vlera e saj mund të arrijë në 35712000 sekonda ose 413 ditë. Në varësi të cilësimeve, MME mund të pranojë vlerat e kohëmatësit të marra nga pajisja ose t'i ndryshojë ato duke dërguar vlera të reja në mesazhet "Bashngjit Prano" ose "Përditësimi i Zonës së Ndjekjes Prano". Tani pajisja nuk mund të aktivizojë modulin e radios për 413 ditë dhe të mbetet e regjistruar në rrjet. Si rezultat, ne marrim kursime të mëdha në burimet e rrjetit dhe efikasitetin e energjisë të pajisjeve!
Megjithatë, në këtë modalitet pajisja nuk është e disponueshme vetëm për komunikimet në hyrje. Nëse është e nevojshme të transmetoni diçka drejt serverit të aplikacionit, pajisja mund të dalë nga PSM në çdo kohë dhe të dërgojë të dhëna, pas së cilës ajo mbetet aktive gjatë kohëmatësit T3324 për të marrë mesazhe informacioni nga AS (nëse ka).
eDRX (marrja e zgjatur e ndërprerë):
eDRX, Pritje e Përparuar e Përparuar. Për të transferuar të dhëna në një pajisje që është në "Modalitetin e punës", rrjeti kryen një procedurë njoftimi - "Paging". Me marrjen e faqes, pajisja fillon krijimin e një SRB për komunikim të mëtejshëm me rrjetin. Por për të mos humbur mesazhin Paging që i drejtohet, pajisja duhet të monitorojë vazhdimisht ajrin e radios, i cili gjithashtu konsumon mjaft energji.
eDRX është një modalitet në të cilin pajisja nuk merr mesazhe nga rrjeti vazhdimisht, por periodikisht. Gjatë procedurave Attach ose TAU, pajisja bie dakord me rrjetin për intervalet kohore gjatë të cilave do të "dëgjojë" transmetimin. Prandaj, procedura e Paging do të kryhet në të njëjtat intervale. Në modalitetin eDRX, funksionimi i pajisjes ndahet në cikle (cikli eDRX). Në fillim të çdo cikli ekziston e ashtuquajtura "dritare e faqes" (Dritarja e Kohës së Paging, më poshtë PTW) - kjo është koha kur pajisja dëgjon kanalin e radios. Në fund të PTW, pajisja fiket modulin e radios deri në fund të ciklit.
HLCOM (komunikim me vonesë të lartë):
Nëse duhet të transferojë të dhëna në Uplink, pajisja mund të dalë nga njëra nga këto dy mënyra të kursimit të energjisë pa pritur që të përfundojë cikli PSM ose eDRX. Por është e mundur të transferoni të dhëna në pajisje vetëm kur ajo është aktive.
Funksionaliteti HLCOM ose komunikimi me vonesë të lartë është buferimi i paketave Downlink në SGW ndërsa pajisja është në modalitetin e kursimit të energjisë dhe nuk është e disponueshme për komunikim. Paketat e buferuara do të dorëzohen sapo pajisja të dalë nga PSM duke bërë TAU ose duke kaluar trafikun Uplink, ose kur ndodh PTW.
Kjo, natyrisht, kërkon ndërgjegjësim nga ana e zhvilluesve të produkteve IoT, pasi komunikimi me një pajisje nuk arrihet në kohë reale dhe kërkon një qasje të caktuar në hartimin e logjikës së biznesit të aplikacioneve.
Si përfundim, le të themi: prezantimi i diçkaje të re është gjithmonë emocionues, por tani kemi të bëjmë me një standard që nuk është testuar plotësisht as nga "bizonët" e botës, si Vodafone dhe Telefonica - pra është dyfish emocionues. Prezantimi ynë i materialit nuk pretendon të jetë absolutisht i plotë, por shpresojmë që të sigurojë një kuptim të mjaftueshëm të teknologjisë. Ne do të vlerësonim komentet tuaja.
Autori: Eksperti i Departamentit të Zgjidhjeve Konvergjente dhe Shërbimeve Multimediale Alexey Lapshin
Burimi: www.habr.com