Noong nakaraang pagkakataon, napag-usapan namin ang tungkol sa mga tampok ng bagong pamantayan ng NB-IoT mula sa punto ng view ng arkitektura ng network ng access sa radyo. Ngayon ay tatalakayin natin kung ano ang nagbago sa Core Network sa ilalim ng NB-IoT. So, tara na.
Nagkaroon ng mga makabuluhang pagbabago sa core ng network. Magsimula tayo sa katotohanan na lumitaw ang isang bagong elemento, pati na rin ang ilang mga mekanismo, na tinukoy ng pamantayan bilang "CIoT EPS Optimization" o pag-optimize ng pangunahing network para sa cellular Internet of things.
Tulad ng alam mo, sa mga mobile network mayroong dalawang pangunahing channel ng komunikasyon, na tinatawag na Control Plane (CP) at User Plane (UP). Ang Control Plane ay inilaan para sa pagpapalitan ng mga mensahe ng serbisyo sa pagitan ng iba't ibang elemento ng network at ginagamit upang matiyak ang kadaliang mapakilos (Mobility management) ng mga device (UE) at magtatag/magpanatili ng sesyon ng paghahatid ng data (Session Management). Ang User Plane ay, sa katunayan, isang channel para sa pagpapadala ng trapiko ng user. Sa classic na LTE, ang pamamahagi ng CP at UP sa mga interface ay ang mga sumusunod:
Ang mga mekanismo ng pag-optimize ng CP at UP para sa NB-IoT ay ipinapatupad sa mga MME, SGW at PGW node, na karaniwang pinagsama sa isang elementong tinatawag na C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Ipinapalagay din ng pamantayan ang paglitaw ng isang bagong elemento ng network - SCEF (Service Capability Exposure Function). Ang interface sa pagitan ng MME at SCEF ay tinatawag na T6a at ipinatupad batay sa DIAMETER protocol. Sa kabila ng katotohanan na ang DIAMETER ay isang signaling protocol, sa NB-IoT ito ay inangkop para sa paghahatid ng maliit na halaga ng non-IP na data.
Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, ang SCEF ay isang Service Capability Exhibit Node. Sa madaling salita, itinatago ng SCEF ang pagiging kumplikado ng network ng operator, at inaalis din sa mga developer ng application ang pangangailangang tukuyin at patotohanan ang mga mobile device (UE), na nagpapahintulot sa mga server ng application (Application Server, pagkatapos nito bilang AS) na tumanggap ng data at pamahalaan ang mga device sa pamamagitan ng iisang interface ng API.
Ang UE identifier ay hindi nagiging isang numero ng telepono (MSISDN) o isang IP address, tulad ng nangyari sa klasikong 2G/3G/LTE network, ngunit ang tinatawag na "external ID", na tinukoy ng pamantayan sa pamilyar na format. sa mga developer ng application " @ " Ito ay isang hiwalay na malaking paksa na nararapat sa hiwalay na materyal, kaya hindi namin ito pag-uusapan nang detalyado ngayon.
Ngayon tingnan natin ang pinakamahalagang pagbabago. Ang "CIoT EPS Optimization" ay ang pag-optimize ng mga mekanismo ng paghahatid ng trapiko at pamamahala ng session ng subscriber. Narito ang mga pangunahing:
- DoNAS
- NIDD
- Mga mekanismo ng pagtitipid ng kuryente ng PSM at eDRX
- HLCOM
DoNAS (Data sa NAS):
Ito ay isang mekanismo na idinisenyo upang i-optimize ang paglilipat ng maliit na halaga ng data.
Sa classic na LTE, kapag nagrerehistro sa network, ang isang subscriber device ay nagtatatag ng koneksyon sa PDN (mula rito ay tinutukoy bilang PDN) sa pamamagitan ng eNodeB sa MME-SGW-PGW. Ang koneksyon ng UE-eNodeB-MME ay isang tinatawag na “Signal Radio Bearer” (SRB). Kung kinakailangan na magpadala/makatanggap ng data, ang UE ay nagtatatag ng isa pang koneksyon sa eNodeB - "Data Radio Bearer" (DRB), upang magpadala ng trapiko ng user sa SGW at higit pa sa PGW (interfaces S1-U at S5, ayon sa pagkakabanggit) . Sa pagtatapos ng palitan at kung walang trapiko sa loob ng ilang oras (karaniwan ay 5-20 segundo), ang mga koneksyon na ito ay wawakasan at ang device ay mapupunta sa standby mode o "Idle Mode". Kung kinakailangan na magpalitan ng bagong bahagi ng data, nire-reset ang SRB at DRB.
Sa NB-IoT, ang paghahatid ng trapiko ng gumagamit ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng isang signaling channel (SRB), sa mga mensahe ng NAS protocol (). Hindi na kailangan ang pag-set up ng DRB. Ito ay makabuluhang binabawasan ang pagkarga ng signal, nakakatipid ng mga mapagkukunan ng radyo sa network at, higit sa lahat, nagpapahaba ng buhay ng baterya ng device.
Sa seksyong eNodeB - MME, nagsisimulang ipadala ang data ng user sa interface ng S1-MME, na hindi nangyari sa klasikal na teknolohiya ng LTE, at ginagamit ang NAS protocol para dito, kung saan lumalabas ang "Lalagyan ng data ng user".
Upang maisakatuparan ang paglipat ng "User Plane" mula sa MME patungo sa SGW, lilitaw ang isang bagong interface na S11-U, na idinisenyo para sa paglipat ng maliit na halaga ng data ng user. Ang S11-U protocol ay batay sa GTP-U v1, na ginagamit para sa paghahatid ng User Plane sa iba pang mga interface ng network ng 3GPP architecture.
NIDD (hindi IP na paghahatid ng data):
Bilang bahagi ng karagdagang pag-optimize ng mga mekanismo para sa pagpapadala ng maliit na halaga ng data, bilang karagdagan sa mga umiiral nang uri ng PDN, tulad ng IPv4, IPv6 at IPv4v6, lumitaw ang isa pang uri - hindi IP. Sa kasong ito, ang UE ay hindi nakatalaga ng isang IP address at ang data ay ipinadala nang hindi gumagamit ng IP protocol. Mayroong ilang mga dahilan para dito:
- Ang mga IoT device gaya ng mga sensor ay maaaring magpadala ng napakaliit na halaga ng data, 20 byte o mas kaunti. Dahil ang pinakamababang laki ng IP header ay 20 bytes, ang IP encapsulation ay maaaring medyo mahal minsan;
- Hindi na kailangang magpatupad ng IP stack sa chip, na humahantong sa kanilang pagbawas sa gastos (isang tanong para sa talakayan sa mga komento).
Sa pangkalahatan, ang isang IP address ay kinakailangan para sa mga IoT device na magpadala ng data sa Internet. Sa konsepto ng NB-IoT, ang SCEF ay gumaganap bilang isang AS connection point, at ang pagpapalitan ng data sa pagitan ng mga device at application server ay nangyayari sa pamamagitan ng API. Sa kawalan ng SCEF, ang data na hindi IP ay maaaring ipadala sa AS sa pamamagitan ng isang Point-to-Point (PtP) tunnel mula sa PGW at isasagawa ang IP encapsulation dito.
Ang lahat ng ito ay umaangkop sa paradigm ng NB-IoT - maximum na pagpapasimple at pagbawas sa halaga ng mga device.
Mga mekanismo ng pagtitipid ng kuryente ng PSM at eDRX:
Ang isa sa mga pangunahing bentahe ng mga network ng LPWAN ay ang kahusayan ng enerhiya. Sinasabing ang device ay magtatagal ng hanggang 10 taon ng buhay ng baterya sa isang baterya. Alamin natin kung paano nakakamit ang mga naturang halaga.
Kailan kumukonsumo ng pinakamababang enerhiya ang isang device? Tama kapag naka-off ito. At kung imposibleng ganap na ma-de-energize ang device, i-de-energize natin ang radio module hangga't hindi ito kailangan. Kailangan mo lang muna itong i-coordinate sa network.
PSM (Power saving mode):
Ang PSM power saving mode ay nagbibigay-daan sa device na patayin ang radio module sa loob ng mahabang panahon, habang nananatiling nakarehistro sa network, at hindi muling i-install ang PDN sa tuwing kailangan nitong magpadala ng data.
Upang ipaalam sa network na available pa rin ang device, pana-panahon itong nagpapasimula ng pamamaraan sa pag-update - Tracking Area Update (TAU). Ang dalas ng pamamaraang ito ay itinakda ng network gamit ang timer T3412, ang halaga nito ay ipinadala sa device sa panahon ng Attach procedure o sa susunod na TAU. Sa classic na LTE, ang default na halaga ng timer na ito ay 54 minuto, at ang maximum ay 186 minuto. Gayunpaman, upang matiyak ang mataas na kahusayan ng enerhiya, ang pangangailangang mag-air sa bawat 186 minuto ay masyadong mahal. Ang mekanismo ng PSM ay binuo upang malutas ang problemang ito.
Ina-activate ng device ang PSM mode sa pamamagitan ng pagpapadala ng mga value ng dalawang timer na T3324 at T3412-Extended sa mga mensaheng “Attach Request” o “Tracking Area Request”. Tinutukoy ng una ang oras na magiging available ang device pagkatapos lumipat sa “Idle Mode”. Ang pangalawa ay ang oras pagkatapos kung saan dapat gawin ang TAU, ngayon lamang ay maaaring umabot sa 35712000 segundo o 413 araw ang halaga nito. Depende sa mga setting, maaaring tanggapin ng MME ang mga halaga ng timer na natanggap mula sa device o baguhin ang mga ito sa pamamagitan ng pagpapadala ng mga bagong halaga sa mga mensaheng “Attach Accept” o “Tracking Area Update Accept”. Ngayon ay hindi ma-on ng device ang radio module sa loob ng 413 araw at mananatiling nakarehistro sa network. Bilang resulta, nakakakuha kami ng napakalaking pagtitipid sa mga mapagkukunan ng network at kahusayan sa enerhiya ng mga device!
Gayunpaman, sa mode na ito ang aparato ay hindi magagamit para sa mga papasok na komunikasyon lamang. Kung kinakailangan na magpadala ng isang bagay patungo sa server ng aplikasyon, ang aparato ay maaaring lumabas sa PSM anumang oras at magpadala ng data, pagkatapos nito ay mananatiling aktibo sa panahon ng T3324 timer upang makatanggap ng mga mensahe ng impormasyon mula sa AS (kung mayroon man).
eDRX (extended discontinuous reception):
eDRX, Pinahusay na Intermittent Reception. Upang maglipat ng data sa isang device na nasa "Idle mode", ang network ay nagsasagawa ng isang notification procedure - "Paging". Sa pagtanggap ng paging, sinisimulan ng device ang pagtatatag ng SRB para sa karagdagang komunikasyon sa network. Ngunit upang hindi makaligtaan ang mensahe ng Paging na naka-address dito, dapat na patuloy na subaybayan ng aparato ang hangin ng radyo, na medyo nakakaubos din ng enerhiya.
Ang eDRX ay isang mode kung saan ang device ay hindi tumatanggap ng mga mensahe mula sa network palagi, ngunit pana-panahon. Sa panahon ng mga pamamaraan ng Attach o TAU, sumasang-ayon ang device sa network sa mga agwat ng oras kung kailan ito "makikinig" sa broadcast. Alinsunod dito, ang pamamaraan ng Paging ay isasagawa sa parehong mga pagitan. Sa eDRX mode, ang pagpapatakbo ng device ay nahahati sa mga cycle (eDRX cycle). Sa simula ng bawat pag-ikot ay mayroong tinatawag na "paging window" (Paging Time Window, pagkatapos nito PTW) - ito ang oras na nakikinig ang device sa channel ng radyo. Sa pagtatapos ng PTW, pinapatay ng device ang radio module hanggang sa katapusan ng cycle.
HLCOM (mataas na latency na komunikasyon):
Kung kailangan nitong maglipat ng data sa Uplink, maaaring lumabas ang device sa alinman sa dalawang power saving mode na ito nang hindi naghihintay na makumpleto ang PSM o eDRX cycle. Ngunit posible lamang na maglipat ng data sa device kapag ito ay aktibo.
Ang functionality ng HLCOM o high latency na komunikasyon ay ang pag-buffer ng mga Downlink packet sa SGW habang nasa power saving mode ang device at hindi available para sa komunikasyon. Ang mga naka-buffer na packet ay ihahatid sa sandaling lumabas ang device sa PSM sa pamamagitan ng paggawa ng TAU o pagpasa sa trapiko ng Uplink, o kapag nangyari ang PTW.
Ito, siyempre, ay nangangailangan ng kamalayan sa bahagi ng mga developer ng mga produkto ng IoT, dahil ang komunikasyon sa isang aparato ay hindi nakakamit sa real time at nangangailangan ng isang tiyak na diskarte sa pagdidisenyo ng lohika ng negosyo ng mga application.
Sa konklusyon, sabihin natin: ang pagpapakilala ng isang bagong bagay ay palaging kapana-panabik, ngunit ngayon ay nakikitungo tayo sa isang pamantayan na hindi pa ganap na nasubok kahit na ng mga "bison" sa mundo, tulad ng Vodafone at Telefonica - kaya ito ay dobleng kapana-panabik. Ang aming presentasyon ng materyal ay hindi nagpapanggap na ganap na kumpleto, ngunit umaasa kaming nagbibigay ito ng sapat na pag-unawa sa teknolohiya. Pinahahalagahan namin ang iyong puna.
May-akda: Eksperto ng Department of Convergent Solutions at Multimedia Services Alexey Lapshin
Pinagmulan: www.habr.com