У чланку „“, говорећи о архитектури пакетног језгра НБ-ИоТ мреже, поменули смо појаву новог СЦЕФ чвора. У трећем делу објашњавамо шта је то и зашто је потребно?
Када креирају М2М услугу, програмери апликација се суочавају са следећим питањима:
- како идентификовати уређаје;
- који алгоритам за верификацију и аутентификацију користити;
- који транспортни протокол изабрати за интеракцију са уређајима;
- како поуздано доставити податке уређајима;
- како организовати и успоставити правила за размену података са њима;
- како пратити и добити информације о њиховом стању на мрежи;
- како истовремено испоручити податке групи ваших уређаја;
- како истовремено слати податке са једног уређаја на више клијената;
- како да добијете обједињени приступ додатним услугама оператера за управљање вашим уређајем.
Да би се они решили, потребно је креирати власничка технички „тешка“ решења, што доводи до повећања трошкова рада и времена до пуштања услуга на тржиште. Овде у помоћ прискаче нови СЦЕФ чвор.
Како је дефинисано 3ГПП, СЦЕФ (сервице цапабилити екпосуре фунцтион) је потпуно нова компонента 3ГПП архитектуре чија је функција да безбедно изложи услуге и могућности које пружају 3ГПП мрежни интерфејси преко АПИ-ја.
Једноставним речима, СЦЕФ је посредник између мреже и сервера апликација (АС), један прозор за приступ услугама оператера за управљање вашим М2М уређајем у НБ-ИоТ мрежи преко интуитивног, стандардизованог АПИ интерфејса.
СЦЕФ скрива сложеност мреже оператера, омогућавајући програмерима апликација да апстрахују сложене механизме специфичне за уређаје за интеракцију са уређајима.
Трансформисањем мрежних протокола у познати АПИ за програмере апликација, СЦЕФ АПИ олакшава креирање нових услуга и скраћује време изласка на тржиште. Нови чвор такође укључује функције за идентификацију/аутентификацију мобилних уређаја, дефинисање правила за размену података између уређаја и АС, уклањање потребе да програмери апликација имплементирају ове функције на својој страни, пребацујући ове функције на рамена оператера.
СЦЕФ покрива интерфејсе неопходне за аутентификацију и ауторизацију сервера апликација, одржавање мобилности УЕ, пренос података и покретање уређаја, приступ додатним услугама и могућности мреже оператера.
Према АС-у постоји један Т8 интерфејс, АПИ (ХТТП/ЈСОН) стандардизован 3ГПП. Сви интерфејси, са изузетком Т8, раде на основу ДИАМЕТЕР протокола (слика 1).
Т6а – интерфејс између СЦЕФ и ММЕ. Користи се за процедуре управљања мобилношћу/сесијом, пренос података који нису ИП, обезбеђивање догађаја праћења и пријем извештаја о њима.
С6т – интерфејс између СЦЕФ и ХСС. Потребан за аутентификацију претплатника, ауторизацију сервера апликација, добијање комбинације екстерног ИД-а и ИМСИ/МСИСДН-а, обезбеђивање догађаја праћења и пријем извештаја о њима.
С6м/Т4 – интерфејси од СЦЕФ до ХСС и СМС-Ц (3ГПП дефинише МТЦ-ИВФ чвор, који се користи за покретање уређаја и СМС пренос у НБ-ИоТ мрежама. Међутим, у свим имплементацијама функционалност овог чвора је интегрисана у СЦЕФ, па га због поједностављења кола нећемо посебно разматрати). Користи се за добијање информација о рутирању за слање СМС-а и интеракцију са СМС центром.
Т8 – АПИ интерфејс за СЦЕФ интеракцију са серверима апликација. Преко овог интерфејса се преносе и контролне команде и саобраћај.
*у стварности постоји више интерфејса; овде су наведени само они најосновнији. Комплетна листа је дата у 3ГПП 23.682 (4.3.2 Листа референтних тачака).
Испод су кључне функције и услуге СЦЕФ-а:
- повезивање идентификатора СИМ картице (ИМСИ) са спољним ИД-ом;
- пренос не-ИП саобраћаја (Нон-ИП Дата Деливери, НИДД);
- групне операције користећи ИД екстерне групе;
- подршка за режим преноса података са потврдом;
- баферовање МО (Мобиле Оригинед) и МТ (Мобиле Терминатед) података;
- аутентификација и ауторизација уређаја и сервера апликација;
- истовремено коришћење података из једног УЕ од стране више АС;
- подршка за посебне функције праћења статуса УЕ (МОНТЕ – Мониторинг Евентс);
- активирање уређаја;
- обезбеђивање роминга података без ИП-а.
Основни принцип интеракције АС и СЦЕФ заснива се на шеми тзв. претплате. Ако је потребно да добијете приступ било којој СЦЕФ услузи за одређено УЕ, сервер апликација треба да креира претплату слањем команде специфичном АПИ-ју захтеване услуге и добије јединствени идентификатор као одговор. Након чега ће се све даље радње и комуникације са УЕ у оквиру ове услуге одвијати користећи овај идентификатор.
Спољни ИД: универзални идентификатор уређаја
Једна од најважнијих промена у шеми интеракције између АС и уређаја при раду кроз СЦЕФ је појава универзалног идентификатора. Сада, уместо телефонског броја (МСИСДН) или ИП адресе, као што је био случај у класичној 2Г/3Г/ЛТЕ мрежи, идентификатор уређаја за сервер апликација постаје „екстерни ИД“. Дефинисан је стандардом у формату познатом програмерима апликација “ @ "
Програмери више не морају да имплементирају алгоритме за аутентификацију уређаја; мрежа у потпуности преузима ову функцију. Екстерни ИД је везан за ИМСИ, а програмер може бити сигуран да када приступа одређеном спољном ИД-у, он ступа у интеракцију са одређеном СИМ картицом. Када користите СИМ чип, добијате потпуно јединствену ситуацију када спољни ИД јединствено идентификује одређени уређај!
Штавише, неколико екстерних ИД-ова може бити повезано са једним ИМСИ-јем – још интересантнија ситуација настаје када спољни ИД јединствено идентификује специфичну апликацију одговорну за одређену услугу на одређеном уређају.
Појављује се и идентификатор групе – ИД екстерне групе, који укључује скуп појединачних екстерних ИД-ова. Сада, са једним захтевом СЦЕФ-у, АС може да покрене групне операције – слање података или контролних команди на више уређаја уједињених у једну логичку групу.
Због чињенице да за програмере АС прелазак на нови идентификатор уређаја не може бити тренутан, СЦЕФ је оставио могућност комуникације АС са УЕ преко стандардног броја - МСИСДН.
Пренос не-ИП саобраћаја (Нон-ИП Дата Деливери, НИДД)
У НБ-ИоТ-у, у оквиру оптимизације механизама за пренос малих количина података, поред већ постојећих типова ПДН, као што су ИПв4, ИПв6 и ИПв4в6, појавио се још један тип – нон-ИП. У овом случају, уређају (УЕ) није додељена ИП адреса и подаци се преносе без коришћења ИП протокола. Саобраћај за такве везе се може рутирати на два начина: класично - ММЕ -> СГВ -> ПГВ и затим кроз ПтП тунел до АС (Сл. 2) или коришћењем СЦЕФ (Сл. 3).
Класични метод не нуди никакве посебне предности у односу на ИП саобраћај, осим смањења величине пренетих пакета због одсуства ИП заглавља. Употреба СЦЕФ-а отвара низ нових могућности и значајно поједностављује процедуре за интеракцију са уређајима.
Приликом преноса података преко СЦЕФ-а појављују се две веома важне предности у односу на класични ИП саобраћај:
Испорука МТ саобраћаја на уређај преко екстерног ИД-а
Да бисте послали поруку класичном ИП уређају, АС мора знати његову ИП адресу. Овде настаје проблем: пошто уређај обично добија „сиву“ ИП адресу приликом регистрације, он комуницира са сервером апликација, који се налази на Интернету, преко НАТ чвора, где се сива адреса преводи у белу. Комбинација сиве и беле ИП адресе траје ограничено време, у зависности од подешавања НАТ-а. У просеку, за ТЦП или УДП - не више од пет минута. То јест, ако не дође до размене података са овим уређајем у року од 5 минута, веза ће се распасти и уређај више неће бити доступан на белој адреси са којом је покренута сесија са АС. Постоји неколико решења:
1. Користите откуцаје срца. Једном када је веза успостављена, уређај мора да размењује пакете са АС сваких неколико минута, чиме се спречава затварање НАТ превода. Али овде се не може говорити ни о каквој енергетској ефикасности.
2. Сваки пут, ако је потребно, проверите доступност пакета за уређај на АС-у - пошаљите поруку на уплинк.
3. Направите приватни АПН (ВРФ), где ће сервер апликација и уређаји бити на истој подмрежи, и доделите статичке ИП адресе уређајима. Радиће, али је готово немогуће када говоримо о флоти од хиљада, десетина хиљада уређаја.
4. Коначно, најпогоднија опција: користите ИПв6, не захтева НАТ, пошто су ИПв6 адресе директно доступне са Интернета. Међутим, чак и у овом случају, када се уређај поново региструје, он ће добити нову ИПв6 адресу и више неће бити доступан користећи претходну.
Сходно томе, потребно је послати неки иницијализациони пакет са идентификатором уређаја на сервер како би се пријавила нова ИП адреса уређаја. Затим сачекајте пакет потврде од АС, што такође утиче на енергетску ефикасност.
Ове методе добро функционишу за 2Г/3Г/ЛТЕ уређаје, где уређај нема строге захтеве за аутономијом и, као резултат, нема ограничења у времену емитовања и саобраћаја. Ове методе нису погодне за НБ-ИоТ због велике потрошње енергије.
СЦЕФ решава овај проблем: пошто је једини идентификатор уређаја за АС спољни ИД, АС треба само да пошаље пакет података СЦЕФ-у за одређени спољни ИД, а СЦЕФ се брине за остало. У случају да је уређај у ПСМ или еДРКС режиму уштеде енергије, подаци ће бити баферовани и испоручени када уређај постане доступан. Ако је уређај доступан за саобраћај, подаци ће бити испоручени одмах. Исто важи и за менаџерске тимове.
У било ком тренутку, АС може да опозове баферовану поруку у УЕ или да је замени новом.
Механизам баферовања се такође може користити приликом преноса МО података од УЕ до АС. Ако СЦЕФ није био у могућности да одмах испоручи податке АС-у, на пример ако су радови на одржавању у току на АС серверима, ови пакети ће бити баферовани и гарантовано ће бити испоручени чим АС постане доступан.
Као што је горе наведено, приступ специфичној услузи и УЕ за АС (а НИДД је услуга) је регулисан правилима и политикама на страни СЦЕФ-а, што омогућава јединствену могућност истовремене употребе података из једног УЕ од стране више АС-а. Оне. ако се неколико АС претплатило на једно УЕ, онда ће након пријема података од УЕ, СЦЕФ их послати свим претплаћеним АС. Ово је веома погодно за случајеве када креатор флоте специјализованих уређаја дели податке између неколико клијената. На пример, креирањем мреже метеоролошких станица које раде на НБ-ИоТ-у, можете истовремено продавати податке са њих многим сервисима.
Гарантован механизам испоруке поруке
Релиабле Дата Сервице је механизам за гарантовану испоруку МО и МТ порука без употребе специјализованих алгоритама на нивоу протокола, као што је, на пример, руковање у ТЦП-у. Ради тако што укључује посебну заставицу у сервисни део поруке када се размењује између УЕ и СЦЕФ. АС одлучује да ли да се активира овај механизам приликом преноса саобраћаја.
Ако је механизам активиран, УЕ укључује посебну заставицу у горњи део пакета када захтева гарантовану испоруку МО саобраћаја. По пријему таквог пакета, СЦЕФ одговара УЕ са потврдом. Ако УЕ не прими пакет потврде, пакет према СЦЕФ-у ће бити поново послан. Иста ствар се дешава и са МТ саобраћајем.
Мониторинг уређаја (надгледање догађаја - МОНТЕ)
Као што је горе поменуто, функционалност СЦЕФ-а, између осталог, укључује функције за праћење стања УЕ, тзв. праћење уређаја. А ако су нови идентификатори и механизми преноса података оптимизације (иако веома озбиљне) постојећих процедура, онда је МОНТЕ потпуно нова функционалност која није доступна у 2Г/3Г/ЛТЕ мрежама. МОНТЕ омогућава АС-у да прати параметре уређаја као што су статус везе, доступност комуникације, локација, статус роминга итд. О сваком ћемо детаљније говорити мало касније.
Ако је потребно активирати било који догађај праћења за уређај или групу уређаја, АС се претплаћује на одговарајућу услугу слањем одговарајуће АПИ МОНТЕ команде СЦЕФ-у, која укључује параметре као што су спољни ИД или ИД спољне групе, АС идентификатор, праћење тип, број извештаја, које АС жели да прими. Ако је АС овлашћен да изврши захтев, СЦЕФ ће, у зависности од типа, обезбедити догађај ХСС или ММЕ (слика 4). Када дође до догађаја, ММЕ или ХСС генерише извештај за СЦЕФ, који га шаље АС.
Обезбеђивање свих догађаја, са изузетком „Број УЕ присутних у географској области“, одвија се преко ХСС-а. Два догађаја „Промена ИМСИ-ИМЕИ асоцијације“ и „Статус роминга“ се прате директно на ХСС-у, а остале ће обезбедити ХСС на ММЕ.
Догађаји могу бити једнократни или периодични, а одређени су по свом типу.
Слање извештаја о догађају (извештавање) врши чвор који прати догађај директно у СЦЕФ (слика 5).
Важна тачка: Догађаји праћења могу се применити и на не-ИП уређаје повезане преко СЦЕФ-а и на ИП уређаје који преносе податке на класичан начин преко ММЕ-СГВ-ПГВ.
Хајде да детаљније погледамо сваки од догађаја праћења:
Губитак везе — обавештава АС да УЕ више није доступно ни за пренос података ни за сигнализацију. Догађај се дешава када „тајмер доступности мобилног уређаја” за УЕ истекне на ММЕ. У захтеву за ову врсту надгледања, АС може назначити своју вредност „Максимално време детекције“ – ако током овог времена УЕ не покаже никакву активност, АС ће бити обавештен да је УЕ недоступан, наводећи разлог. Догађај се такође дешава ако је УЕ из било ког разлога насилно уклоњено од стране мреже.
* Да би мрежа обавестила да је уређај још увек доступан, периодично покреће процедуру ажурирања - Трацкинг Ареа Упдате (ТАУ). Учесталост ове процедуре поставља мрежа помоћу тајмера Т3412 или (Т3412_проширено у случају ПСМ-а), чија се вредност преноси на уређај током процедуре Аттацх или следећег ТАУ. Тајмер мобилног приступа је обично неколико минута дужи од Т3412. Ако УЕ није направила ТАУ пре истека „тајмера доступности за мобилне уређаје“, мрежа сматра да више није доступна.
УЕ досегљивост – Означава када УЕ постане доступно за ДЛ саобраћај или СМС. Ово се дешава када УЕ постане доступно за пејџинг (за УЕ у еДРКС режиму) или када УЕ уђе у ЕЦМ-ЦОННЕЦТЕД режим (за УЕ у ПСМ или еДРКС режиму), тј. прави ТАУ или шаље пакет узлазне везе.
Извештавање о локацији – Овај тип догађаја праћења омогућава АС-у да упита локацију УЕ. Може се захтевати или тренутна локација (Тренутна локација) или последња позната локација (Последња позната локација, одређена ИД-ом ћелије са које је уређај последњи пут направио ТАУ или пренео саобраћај), што је релевантно за уређаје у ПСМ или еДРКС уштеди енергије режими. За „Тренутну локацију“, АС може да захтева поновљене одговоре, при чему ММЕ обавештава АС сваки пут када се промени локација уређаја.
Промена ИМСИ-ИМЕИ асоцијације – Када се овај догађај активира, СЦЕФ почиње да прати промене у комбинацији ИМСИ (идентификатор СИМ картице) и ИМЕИ (идентификатор уређаја). Када дође до догађаја, обавештава АС. Може се користити за аутоматско поновно повезивање спољног ИД-а са уређајем током планираног рада замене или служи као идентификатор за крађу уређаја.
Статус роминга – овај тип надгледања користи АС да одреди да ли је УЕ у матичној мрежи или у мрежи партнера у ромингу. Опционо, може се преносити ПЛМН (Публиц Ланд Мобиле Нетворк) оператера код којег је уређај регистрован.
Неуспех у комуникацији — Ова врста надгледања обавештава АС о кваровима у комуникацији са уређајем, на основу разлога за губитак везе (код узрока отпуштања) примљених из радио приступне мреже (С1-АП протокол). Овај догађај може помоћи да се утврди зашто комуникација није успела - због проблема на мрежи, на пример, када је еНодеб преоптерећен (радио ресурси нису доступни) или због квара самог уређаја (Радио Цоннецтион Витх УЕ Лост).
Доступност након ДДН грешке – овај догађај обавештава АС да је уређај постао доступан након прекида комуникације. Може се користити када постоји потреба за преносом података на уређај, али претходни покушај није био успешан јер УЕ није одговорила на обавештење са мреже (пејџинг) и подаци нису испоручени. Ако је ова врста праћења захтевана за УЕ, онда чим уређај успостави долазну комуникацију, направи ТАУ или пошаље податке на узлазну везу, АС ће бити обавештен да је уређај постао доступан. Пошто процедура ДДН (обавештавање о подацима према долазној вези) функционише између ММЕ и С/П-ГВ, овај тип надгледања је доступан само за ИП уређаје.
Статус ПДН везе – обавештава АС када се статус уређаја промени (статус ПДН везе) - повезивање (активација ПДН) или прекид (брисање ПДН). АС ово може користити да започне комуникацију са УЕ, или обрнуто, да схвати да комуникација више није могућа. Ова врста надзора је доступна за ИП и не-ИП уређаје.
Број УЕ присутних у географској области – Ову врсту праћења користи АС за одређивање броја УЕ у одређеном географском подручју.
Покретање уређаја)
У 2Г/3Г мрежама, процедура регистрације у мрежи била је двостепена: прво се уређај регистровао код СГСН-а (процедура причвршћивања), а затим је, ако је потребно, активирао ПДП контекст - везу са гејтвејем за пакете (ГГСН) за пренос података. У 3Г мрежама ове две процедуре су се одвијале узастопно, тј. уређај није чекао тренутак када је требало да пренесе податке, већ је активирао ПДП одмах по завршетку процедуре прилагања. У ЛТЕ-у су ове две процедуре комбиноване у једну, односно, приликом повезивања, уређај је одмах затражио активацију ПДН везе (аналогно ПДП-у у 2Г/3Г) преко еНодеБ-а на ММЕ-СГВ-ПГВ.
НБ-ИоТ дефинише метод повезивања као „прикачи без ПДН“, то јест, УЕ се повезује без успостављања ПДН везе. У овом случају, није доступан за пренос саобраћаја и може само да прима или шаље СМС. Да би се послала команда таквом уређају за активирање ПДН-а и повезивање са АС, развијена је функционалност „Покретање уређаја“.
Када прими команду за повезивање таквог УЕ са АС-а, СЦЕФ иницира слање контролног СМС-а уређају преко СМС центра. Када прими СМС, уређај активира ПДН и повезује се са АС да би примио даља упутства или пренео податке.
Можда ће бити тренутака када ваша претплата на уређај истиче на СЦЕФ-у. Да, претплата има свој век трајања, који је одредио оператер или договорен са АС. По истеку, ПДН ће бити деактивиран на ММЕ и уређај ће постати недоступан АС. У овом случају, функција „Покретање уређаја“ ће такође помоћи. Приликом пријема нових података од АС, СЦЕФ ће сазнати статус везе уређаја и доставити податке путем СМС канала.
Закључак
Функционалност СЦЕФ-а, наравно, није ограничена на горе описане услуге и стално се развија и шири. Тренутно је за СЦЕФ стандардизовано више од десет услуга. Сада смо се дотакли само главних функција које су тражене од програмера, о осталом ћемо говорити у будућим чланцима.
Одмах се поставља питање: како добити тестни приступ овом „чудотворном“ чвору за прелиминарно тестирање и отклањање грешака у могућим случајевима? Све је врло једноставно. Сваки програмер може да поднесе захтев [емаил заштићен], у коме је довољно навести сврху повезивања, опис могућег случаја и контакт податке за комуникацију.
До следећег пута!
Аутори:
- виши стручњак одељења за конвергентна решења и мултимедијалне услуге Сергеј Новиков ,
- експерт одељења за конвергентна решења и мултимедијалне услуге Алексеј Лапшин
Извор: ввв.хабр.цом