NB-IoT: kumaha jalanna? Bagian 3: SCEF - jandela tunggal aksés ka jasa operator

Dina tulisan "NB-IoT: kumaha jalanna? Bagian 2", ngobrol ngeunaan arsitéktur inti pakét jaringan NB-IoT, kami nyarioskeun penampilan titik SCEF énggal. Kami ngajelaskeun dina bagian katilu naon éta sareng naha éta diperyogikeun?

Nalika nyieun layanan M2M, pamekar aplikasi nyanghareupan patarosan ieu:

• kumaha ngaidentipikasi alat;
• algoritma verifikasi sareng auténtikasi naon anu dianggo;
• protokol angkutan mana anu kedah dipilih pikeun berinteraksi sareng alat;
• kumaha reliably nganteurkeun data ka alat;
• kumaha ngatur jeung netepkeun aturan pikeun tukeur data sareng maranehna;
• kumaha ngawas sareng kéngingkeun inpormasi ngeunaan kaayaanana sacara online;
• kumaha sakaligus ngirimkeun data ka grup alat anjeun;
• kumaha sakaligus ngirim data tina hiji alat ka sababaraha klien;
• kumaha carana meunang aksés terpadu ka ladenan operator tambahan pikeun ngatur alat Anjeun.

Pikeun ngajawab éta, perlu nyieun proprietary téhnisna "beurat" solusi, nu ngabalukarkeun ngaronjat waragad tanaga gawé sarta jasa waktu-ka-pasar. Ieu dimana titik SCEF anyar datang ka nyalametkeun teh.

Sakumaha anu didefinisikeun ku 3GPP, SCEF (fungsi paparan kamampuan jasa) mangrupikeun komponén énggal tina arsitektur 3GPP anu fungsina pikeun ngalaan jasa sareng kamampuan anu disayogikeun ku antarmuka jaringan 3GPP ngalangkungan API.

Dina kecap basajan, SCEF mangrupa perantara antara jaringan jeung server aplikasi (AS), jandela tunggal aksés ka layanan operator pikeun ngatur alat M2M anjeun dina jaringan NB-IoT ngaliwatan hiji intuitif, panganteur API standardized.

SCEF nyumputkeun pajeulitna jaringan operator, ngamungkinkeun pamekar aplikasi pikeun abstrak jauh kompleks, mékanisme alat-spésifik pikeun berinteraksi sareng alat.

Ku transforming protokol jaringan kana API akrab pikeun pamekar aplikasi, SCEF API mempermudah kreasi jasa anyar jeung ngurangan waktu-ka-pasar. Titik anyar ogé ngawengku fungsi pikeun ngaidentipikasi / auténtikasi alat nu bagerak, nangtukeun aturan pikeun bursa data antara alat jeung AS, nyoplokkeun kabutuhan pamekar aplikasi pikeun nerapkeun fungsi ieu di sisi maranéhna, mindahkeun fungsi ieu kana taktak operator.

SCEF nyertakeun interfaces dipikabutuh pikeun auténtikasi jeung otorisasina tina server aplikasi, ngajaga mobilitas UE, mindahkeun data jeung alat triggering, aksés ka layanan tambahan sarta kamampuhan jaringan operator.

Nuju AS aya hiji panganteur T8 tunggal, hiji API (HTTP / JSON) standardized ku 3GPP. Kabéh interfaces, iwal T8, beroperasi dumasar kana protokol DIAMETER (Gbr. 1).

T6a - panganteur antara SCEF na MME. Dipaké pikeun mobilitas / prosedur manajemén sési, pangiriman data non-IP, provisioning acara ngawas sarta narima laporan on aranjeunna.

S6t - panganteur antara SCEF na HSS. Diperlukeun pikeun auténtikasi palanggan, otorisasina tina server aplikasi, meunangkeun kombinasi ID éksternal na IMSI / MSISDN, provisioning acara monitoring sarta narima laporan on aranjeunna.

S6m / T4 - interfaces ti SCEF mun HSS jeung SMS-C (3GPP ngahartikeun titik MTC-IWF, nu dipaké pikeun triggering alat jeung transmisi SMS dina jaringan NB-IoT. Tapi, dina sakabéh palaksanaan, fungsionalitas titik ieu terpadu kana. SCEF, jadi pikeun nyederhanakeun sirkuit, urang moal nganggap hal éta misah). Dipaké pikeun ménta inpo routing pikeun ngirim SMS jeung interacting jeung puseur SMS.

T8 - panganteur API pikeun interaksi SCEF kalawan server aplikasi. Duanana paréntah kontrol sareng lalu lintas dikirimkeun ngaliwatan antarmuka ieu.

* dina kanyataanana aya deui interfaces; ngan anu paling dasar didaptarkeun di dieu. Daptar lengkep dirumuskeun dina 3GPP 23.682 (4.3.2 Daptar Titik Rujukan).

Di handap ieu fungsi utama sareng jasa SCEF:

• ngahubungkeun identifier kartu SIM (IMSI) ka ID éksternal;
• pangiriman lalulintas non-IP (Pangiriman Data Non-IP, NIDD);
• operasi grup ngagunakeun ID grup éksternal;
• rojongan pikeun mode pangiriman data kalawan konfirmasi;
• buffering data MO (Mobile Asalna) jeung MT (Mobile Terminated);
• auténtikasi sareng otorisasi alat sareng server aplikasi;
• pamakéan sakaligus data ti hiji UE ku sababaraha ASes;
• rojongan pikeun fungsi monitoring status UE husus (MONTE - Ngawas Kajadian);
• alat pemicu;
• nyadiakeun roaming data non-IP.

Prinsip dasar interaksi antara AS jeung SCEF dumasar kana skéma nu disebut. langganan. Lamun perlu pikeun meunangkeun aksés ka sagala jasa SCEF pikeun UE husus, server aplikasi kudu nyieun langganan ku ngirimkeun paréntah ka API husus tina jasa dipénta tur nampa hiji identifier unik dina respon. Saatos éta, sadaya tindakan sareng komunikasi salajengna sareng UE dina kerangka jasa ieu bakal dilaksanakeun nganggo idéntifikasi ieu.

ID éksternal: identifier alat universal

Salah sahiji parobahan anu paling penting dina skéma interaksi antara AS sareng alat nalika damel ngaliwatan SCEF nyaéta penampilan identifier universal. Ayeuna, tinimbang nomer telepon (MSISDN) atanapi alamat IP, sapertos dina jaringan 2G / 3G / LTE klasik, identifier alat pikeun server aplikasi janten "ID éksternal". Éta ditetepkeun ku standar dina format anu biasa pikeun pamekar aplikasi " @ "

Pamekar henteu kedah deui nerapkeun algoritma auténtikasi alat; jaringan lengkep nyandak fungsi ieu. ID éksternal dihijikeun ka IMSI, sarta pamekar bisa yakin yén nalika ngakses hiji ID éksternal husus, interaksi jeung kartu SIM husus. Lamun maké chip SIM, anjeun meunang kaayaan lengkep unik nalika ID éksternal uniquely ngaidentipikasi hiji alat husus!

Leuwih ti éta, sababaraha ID éksternal bisa numbu ka hiji IMSI - hiji kaayaan malah leuwih narik timbul nalika ID éksternal uniquely ngaidentipikasi hiji aplikasi husus jawab layanan husus dina alat husus.

Identifier grup ogé muncul - ID grup éksternal, anu kalebet sakumpulan ID éksternal individu. Ayeuna, kalayan hiji pamundut ka SCEF, AS tiasa ngamimitian operasi grup - ngirim data atanapi paréntah kontrol ka sababaraha alat anu dihijikeun dina hiji grup logis.

Kusabab kanyataan yén pikeun pamekar AS transisi ka identifier alat anyar teu bisa sakedapan, SCEF ninggalkeun kamungkinan komunikasi AS jeung UE ngaliwatan angka baku - MSISDN.

Pangiriman lalu lintas non-IP (Pangiriman Data Non-IP, NIDD)

Dina NB-IoT, salaku bagian tina optimasi mékanisme pikeun ngirimkeun jumlah leutik data, salian ti jenis PDN geus aya, kayaning IPv4, IPv6 na IPv4v6, tipe séjén geus mucunghul - non-IP. Dina hal ieu, alat (UE) henteu dipasihan alamat IP sareng data dikirimkeun tanpa nganggo protokol IP. Lalulintas pikeun sambungan misalna bisa routed ku dua cara: Palasik - MME -> SGW -> PGW lajeng ngaliwatan torowongan PtP ka AS (Gbr. 2) atawa ngagunakeun SCEF (Gbr. 3).

Metodeu klasik henteu nawiskeun kaunggulan khusus pikeun lalu lintas IP, kecuali pikeun ngirangan ukuran pakét anu dikirimkeun kusabab henteuna header IP. Pamakéan SCEF muka sababaraha kamungkinan anyar sareng sacara signifikan nyederhanakeun prosedur pikeun berinteraksi sareng alat.

Nalika ngirimkeun data liwat SCEF, dua kaunggulan anu penting pisan muncul dina lalu lintas IP klasik:


Pangiriman lalulintas MT ka alat via ID éksternal

Pikeun ngirim pesen ka alat IP klasik, AS kedah terang alamat IP na. Di dieu masalah timbul: saprak alat biasana narima alamat IP "abu" nalika pendaptaran, komunikasi jeung server aplikasi, anu lokasina di Internet, ngaliwatan titik NAT, dimana alamat abu ditarjamahkeun kana bodas. Kombinasi alamat IP kulawu sareng bodas salami waktos kawates, gumantung kana setélan NAT. Rata-rata, pikeun TCP atanapi UDP - henteu langkung ti lima menit. Nyaéta, upami teu aya pertukaran data sareng alat ieu dina 5 menit, sambunganna bakal rusak sareng alatna moal tiasa diaksés deui di alamat bodas anu ngamimitian sési sareng AS. Aya sababaraha solusi:

1. Paké keteg jajantung. Saatos sambungan parantos didamel, alat kedah tukeur pakét sareng AS unggal sababaraha menit, ku kituna nyegah tarjamahan NAT ditutup. Tapi teu aya anu tiasa nyarios ngeunaan efisiensi énergi di dieu.

2. Unggal waktos, upami diperlukeun, pariksa kasadiaan bungkusan pikeun alat dina AS - ngirim pesen ka uplink.

3. Jieun APN swasta (VRF), dimana server aplikasi jeung alat bakal on subnet sarua, sarta napelkeun alamat IP statik ka alat. Éta bakal tiasa dianggo, tapi ampir teu mungkin nalika urang nyarioskeun ngeunaan armada rébuan, puluhan rébu alat.

4. Tungtungna, pilihan nu paling merenah: make IPv6, teu merlukeun NAT, saprak alamat IPv6 langsung diaksés tina Internét. Sanajan kitu, sanajan dina hal ieu, nalika alat geus didaptarkeun deui, éta bakal nampa alamat IPv6 anyar jeung moal bisa diaksés deui maké saméméhna.

Sasuai, perlu pikeun ngirim sababaraha pakét initialization kalawan identifier alat ka server guna ngalaporkeun alamat IP anyar alat. Teras ngantosan pakét konfirmasi ti AS, anu ogé mangaruhan efisiensi énergi.

Métode ieu dianggo saé pikeun alat 2G / 3G / LTE, dimana alatna henteu ngagaduhan syarat anu ketat pikeun otonomi sareng, akibatna, henteu aya larangan dina airtime sareng lalu lintas. Métode ieu henteu cocog pikeun NB-IoT kusabab konsumsi énergi anu luhur.

SCEF solves masalah ieu: saprak hijina alat identifier pikeun AS mangrupa ID éksternal, AS ngan perlu ngirim pakét data ka SCEF pikeun ID éksternal husus, sarta SCEF ngurus sésana. Upami alatna dina modeu hemat daya PSM atanapi eDRX, data bakal disangga sareng dikirimkeun nalika alat parantos sayogi. Lamun alat geus sadia pikeun lalulintas, data bakal dikirimkeun langsung. Sami bener keur tim manajemen.

Iraha wae, AS tiasa ngelingan pesen buffered ka UE atawa ngaganti eta ku nu anyar.

Mékanisme buffering ogé bisa dipaké nalika ngirimkeun data MO ti UE ka AS. Upami SCEF henteu tiasa langsung ngirimkeun data ka AS, contona upami padamelan pangropéa lumangsung dina server AS, pakét ieu bakal disangga sareng dijamin bakal dikirimkeun pas AS sayogi.

Sakumaha didadarkeun di luhur, aksés ka layanan husus sarta UE pikeun AS (jeung NIDD nyaéta layanan a) diatur ku aturan jeung kawijakan di sisi SCEF, nu ngamungkinkeun pikeun kamungkinan unik pamakéan simultaneous data ti hiji UE ku sababaraha AS. Jelema. upami sababaraha AS parantos ngalanggan hiji UE, teras saatos nampi data ti UE, SCEF bakal ngirimkeun ka sadaya AS anu ngalanggan. Ieu cocog pisan pikeun kasus dimana panyipta armada alat khusus ngabagi data antara sababaraha klien. Contona, ku nyieun jaringan stasiun cuaca ngajalankeun on NB-IoT, Anjeun bisa ngajual data ti aranjeunna ka loba jasa sakaligus.

Mekanisme pangiriman pesen dijamin

Service Data Reliable mangrupakeun mékanisme pikeun pangiriman dijamin pesen MO na MT tanpa ngagunakeun algoritma husus dina tingkat protokol, kayaning, contona, sasalaman dina TCP. Gawéna ku ngalebetkeun bandéra khusus dina bagian jasa pesen nalika ditukeurkeun antara UE sareng SCEF. Naha atanapi henteu ngaktifkeun mékanisme ieu nalika ngirimkeun lalu lintas diputuskeun ku AS.

Mun mékanisme nu diaktipkeun, UE ngawengku hiji bandéra husus dina bagian overhead pakét lamun merlukeun pangiriman dijamin lalulintas MO. Saatos nampi pakét sapertos kitu, SCEF ngabales UE kalayan pangakuan. Upami UE henteu nampi pakét pangakuan, pakét nuju SCEF bakal dikirim deui. Hal anu sarua kajadian pikeun lalulintas MT.

Ngawaskeun alat (ngawaskeun acara - MONTE)

Sakumaha didadarkeun di luhur, fungsionalitas SCEF, antara séjén, ngawengku fungsi pikeun ngawas kaayaan UE, nu disebut. ngawaskeun alat. Tur upami identifiers anyar jeung mékanisme mindahkeun data anu optimizations (sanajan pisan serius) tina prosedur aya, lajeng MONTE mangrupakeun fungsionalitas lengkep anyar nu teu sadia dina jaringan 2G / 3G / LTE. MONTE ngamungkinkeun AS pikeun ngawas parameter alat sapertos status sambungan, kasadiaan komunikasi, lokasi, status roaming, jsb. Urang bakal ngobrol ngeunaan masing-masing sacara langkung rinci engké.

Upami diperlukeun pikeun ngaktipkeun acara ngawaskeun naon waé pikeun alat atanapi grup alat, AS ngalanggan jasa anu saluyu ku ngirim paréntah API MONTE ka SCEF, anu kalebet parameter sapertos ID éksternal atanapi ID grup éksternal, identifier AS, monitoring. jenis, Jumlah laporan, nu AS hayang nampa. Mun AS otorisasi pikeun ngaéksekusi pamundut nu, SCEF, gumantung kana jenis, bakal nyadiakeun acara ka HSS atanapi MME (Gbr. 4). Nalika aya kajadian, MME atanapi HSS ngahasilkeun laporan ka SCEF, anu ngirimkeunana ka AS.

Provisioning sadaya acara, iwal "Jumlah UEs hadir dina wewengkon géografis", lumangsung ngaliwatan HSS. Dua acara "Robah Asosiasi IMSI-IMEI" sareng "Status Roaming" dilacak langsung dina HSS, sésana bakal disayogikeun ku HSS on MME.
Kajadian tiasa sakali atanapi périodik, sareng ditangtukeun ku jinisna.

Ngirim laporan ngeunaan hiji acara (ngalaporkeun) dilaksanakeun ku titik nu ngalacak acara langsung ka SCEF (Gbr. 5).

Hiji titik penting: Kajadian pangimeutan tiasa diterapkeun ka kadua alat non-IP anu disambungkeun via SCEF sareng alat IP anu ngirimkeun data ku cara klasik via MME-SGW-PGW.

Hayu urang nempo leuwih deukeut unggal acara monitoring:

Leungitna konektipitas - ngawartosan AS yén UE henteu sayogi pikeun lalu lintas data atanapi sinyal. Kajadian lumangsung nalika "timer jangkauan mobile" kanggo UE kadaluwarsa dina MME. Dina pamundut pikeun jenis ieu monitoring, AS tiasa nunjukkeun nilai "Waktu Deteksi Maksimum" - upami salami ieu UE henteu nunjukkeun kagiatan naon waé, AS bakal diinpokeun yén UE henteu sayogi, nunjukkeun alesanana. Kajadian ogé lumangsung lamun UE ieu paksa dihapus ku jaringan pikeun alesan naon.

* Pikeun ngabéjaan jaringan yén alatna masih sayogi, éta périodik ngamimitian prosedur pembaruan - Apdet Area Tracking (TAU). Frékuénsi prosedur ieu diatur ku jaringan ngagunakeun timer T3412 atawa (T3412_extended dina kasus PSM), nilai nu dikirimkeun ka alat salila prosedur Gantelkeun atawa TAU salajengna. Timer jangkauan mobile biasana sababaraha menit leuwih panjang batan T3412. Upami UE teu acan ngadamel TAU sateuacan béakna "Timer jangkauan mobile", jaringan nganggap éta henteu tiasa dicapai deui.

jangkauan UE - Nunjukkeun iraha UE sayogi pikeun lalu lintas DL atanapi SMS. Ieu lumangsung nalika UE sadia pikeun paging (pikeun UE dina modeu eDRX) atawa nalika UE asup kana mode ECM-nyambung (pikeun UE dina modeu PSM atanapi eDRX), i.e. ngajadikeun TAU atawa ngirim pakét uplink.

Pelaporan lokasi - Jenis acara ngawaskeun ieu ngamungkinkeun AS pikeun naroskeun lokasi UE. Boh lokasi ayeuna (Lokasi Ayeuna) atawa lokasi panungtungan dipikawanoh (Lokasi Terakhir Dipikawanoh, ditangtukeun ku ID sél ti mana alat dijieun TAU atawa lalulintas dikirimkeun panungtungan waktu) bisa dipénta, nu relevan pikeun alat dina PSM atanapi eDRX hemat daya modeu. Pikeun "Lokasi Ayeuna", AS tiasa nyuhunkeun balesan anu diulang-ulang, sareng MME nginpokeun ka AS unggal waktos lokasi alatna robih.

Robah Asosiasi IMSI-IMEI - Nalika acara ieu diaktipkeun, SCEF mimiti ngawas parobahan dina kombinasi IMSI (kartu SIM identifier) ​​jeung IMEI (alat identifier). Nalika hiji kajadian lumangsung, informs AS. Bisa dipaké pikeun otomatis rebind hiji ID éksternal ka alat salila pagawean ngagantian dijadwalkeun atawa ngawula ka salaku identifier pikeun maling hiji alat.

Status roaming - jenis ieu monitoring dipaké ku AS pikeun nangtukeun naha UE aya dina jaringan asal atawa dina jaringan tina pasangan roaming. Optionally, PLMN (Public Land Mobile Network) tina operator nu alat nu didaptarkeun bisa dikirimkeun.

Gagal komunikasi - jenis ieu ngawaskeun informs AS ngeunaan gagal dina komunikasi sareng alat, dumasar kana alesan pikeun leungitna sambungan (ngaleupaskeun kode sabab) narima ti jaringan aksés radio (S1-AP protokol). Kajadian ieu tiasa ngabantosan naha komunikasi gagal - kusabab masalah dina jaringan, contona, nalika eNodeb overloaded (Sumber radio henteu sayogi) atanapi kusabab gagalna alatna sorangan (Radio Connection With UE Lost).

Kasadiaan sanggeus gagal DDN - acara ieu informs AS yén alat geus sadia sanggeus gagal komunikasi. Bisa dipaké nalika aya anu peryogi pikeun mindahkeun data ka alat, tapi usaha saméméhna teu hasil sabab UE teu ngabales bewara ti jaringan (paging) jeung data teu dikirimkeun. Lamun jenis ieu ngawaskeun geus dipénta pikeun UE, lajeng pas alat nyieun komunikasi asup, ngajadikeun TAU atawa ngirim data ka uplink, AS bakal informed yén alat geus sadia. Kusabab prosedur DDN (downlink data bewara) jalan antara MME jeung S/P-GW, jenis ieu monitoring ngan sadia pikeun alat IP.

Status Konektipitas PDN – informs AS lamun status alat robah (status konektipitas PDN) - sambungan (aktivasina PDN) atawa disconnection (PDN hapusan). Ieu tiasa dianggo ku AS pikeun ngamimitian komunikasi sareng UE, atanapi sabalikna, pikeun ngartos yén komunikasi henteu mungkin deui. Jenis monitoring ieu sayogi pikeun alat IP sareng non-IP.

Jumlah UE anu aya dina daérah géografis - Jenis monitoring ieu dianggo ku AS pikeun nangtukeun jumlah UE dina daérah géografis anu tangtu.

Alat pemicu)

Dina jaringan 2G / 3G, prosedur pendaptaran dina jaringan éta dua-tahap: kahiji, alat didaptarkeun jeung SGSN (prosedur attach), lajeng, upami diperlukeun, eta diaktipkeun konteks PDP - sambungan jeung packet gateway (GGSN). pikeun ngirimkeun data. Dina jaringan 3G, dua prosedur ieu lumangsung sequentially, i.e. alat teu ngadagoan momen nalika eta diperlukeun pikeun mindahkeun data, tapi PDP diaktipkeun langsung saatos prosedur ngagantelkeun ieu réngsé. Dina LTE, dua prosedur ieu digabungkeun jadi hiji, nyaéta, nalika ngagantelkeun, alat langsung dipénta aktivasina sambungan PDN (analog jeung PDP dina 2G/3G) via eNodeB ka MME-SGW-PGW.

NB-IoT ngahartikeun metoda sambungan salaku "gantelkeun tanpa PDN", nyaeta, UE nempel tanpa nyieun sambungan PDN. Dina hal ieu, teu sadia pikeun ngirimkeun lalulintas, sarta ngan bisa nampa atawa ngirim SMS. Pikeun ngirim paréntah ka alat sapertos pikeun ngaktipkeun PDN sareng nyambung ka AS, pungsionalitas "Micu Alat" dikembangkeun.

Nalika nampi paréntah pikeun nyambungkeun UE sapertos ti AS, SCEF ngamimitian ngirim SMS kontrol ka alat ngalangkungan pusat SMS. Lamun narima SMS, alat nu ngaktifkeun PDN tur nyambung ka AS pikeun nampa parentah salajengna atawa mindahkeun data.

Aya waktosna langganan alat anjeun kadaluwarsa dina SCEF. Sumuhun, langganan boga hirupna sorangan, diatur ku operator atawa sapuk jeung AS. Saatos kadaluwarsa, PDN bakal dinonaktipkeun dina MME sareng alatna moal sayogi pikeun AS. Dina hal ieu, pungsionalitas "Alat pemicu" ogé bakal ngabantosan. Nalika nampi data anyar ti AS, SCEF bakal mendakan status sambungan alat sareng nganteurkeun data liwat saluran SMS.

kacindekan

Pungsi SCEF, tangtosna, henteu dugi ka jasa anu dijelaskeun di luhur sareng terus-terusan mekar sareng ngalegaan. Ayeuna, langkung ti belasan jasa parantos standarisasi pikeun SCEF. Ayeuna urang ngan ukur nyabak kana fungsi utama anu dipénta ku pamekar; urang bakal ngobrol ngeunaan sésana dina tulisan anu bakal datang.

Patarosan langsung timbul: kumaha carana kéngingkeun aksés tés kana titik "kaajaiban" ieu pikeun uji awal sareng debugging kasus anu mungkin? Sagalana basajan pisan. Sakur pamekar tiasa ngalebetkeun pamundut ka [email dijaga], dimana éta cukup pikeun nunjukkeun tujuan sambungan, pedaran ngeunaan kasus anu mungkin sareng inpormasi kontak pikeun komunikasi.

Dugi waktos salajengna!

Pangarang:

• ahli senior ti departemen solusi konvergen jeung jasa multimédia Sergey Novikov sanov,
• ahli tina solusi konvergen jeung departemén jasa multimédia Alexey Lapshin aslaps

sumber: www.habr.com