پچھلی بار ہم نے ریڈیو ایکسیس نیٹ ورک فن تعمیر کے نقطہ نظر سے نئے NB-IoT معیار کی خصوصیات کے بارے میں بات کی تھی۔ آج ہم اس بات پر تبادلہ خیال کریں گے کہ NB-IoT کے تحت کور نیٹ ورک میں کیا تبدیلی آئی ہے۔ تو چلو چلتے ہیں۔
نیٹ ورک کے بنیادی حصے میں اہم تبدیلیاں ہوئی ہیں۔ آئیے اس حقیقت کے ساتھ شروع کرتے ہیں کہ ایک نیا عنصر ظاہر ہوا ہے، ساتھ ہی بہت سے میکانزم، جن کی تعریف معیار کے مطابق "CIoT EPS آپٹیمائزیشن" یا چیزوں کے سیلولر انٹرنیٹ کے لیے بنیادی نیٹ ورک کی اصلاح کے طور پر کی گئی ہے۔
جیسا کہ آپ جانتے ہیں، موبائل نیٹ ورکس میں دو اہم مواصلاتی چینلز ہوتے ہیں، جن کو کنٹرول پلین (CP) اور یوزر پلین (UP) کہتے ہیں۔ کنٹرول پلین کا مقصد مختلف نیٹ ورک عناصر کے درمیان سروس پیغامات کے تبادلے کے لیے ہے اور اس کا استعمال ڈیوائسز (UE) کی نقل و حرکت (موبلٹی مینجمنٹ) کو یقینی بنانے اور ڈیٹا ٹرانسمیشن سیشن (سیشن مینجمنٹ) کو قائم/ برقرار رکھنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ یوزر پلین درحقیقت صارف کی ٹریفک کو منتقل کرنے کا ایک چینل ہے۔ کلاسک LTE میں، انٹرفیس میں CP اور UP کی تقسیم درج ذیل ہے:
NB-IoT کے لیے CP اور UP آپٹیمائزیشن میکانزم MME، SGW اور PGW نوڈس پر لاگو کیے جاتے ہیں، جو روایتی طور پر ایک عنصر میں مل جاتے ہیں جسے C-SGN (سیلولر IoT سرونگ گیٹ وے نوڈ) کہتے ہیں۔ معیار ایک نئے نیٹ ورک عنصر - SCEF (Service Capability Exposure Function) کے ظہور کو بھی فرض کرتا ہے۔ MME اور SCEF کے درمیان انٹرفیس کو T6a کہا جاتا ہے اور اسے DIAMETER پروٹوکول کی بنیاد پر لاگو کیا جاتا ہے۔ اس حقیقت کے باوجود کہ DIAMETER ایک سگنلنگ پروٹوکول ہے، NB-IoT میں اسے نان-IP ڈیٹا کی چھوٹی مقدار کی ترسیل کے لیے ڈھال لیا گیا ہے۔
جیسا کہ اس کے نام سے پتہ چلتا ہے، SCEF ایک خدمت کی صلاحیت کا نمائشی نوڈ ہے۔ دوسرے لفظوں میں، SCEF آپریٹر کے نیٹ ورک کی پیچیدگی کو چھپاتا ہے، اور ایپلیکیشن ڈویلپرز کو موبائل ڈیوائسز (UE) کی شناخت اور تصدیق کرنے کی ضرورت سے بھی نجات دلاتا ہے، جس سے ایپلیکیشن سرورز (ایپلی کیشن سرور، اس کے بعد AS) کو ڈیٹا حاصل کرنے اور آلات کا نظم کرنے کی اجازت ملتی ہے۔ API انٹرفیس۔
UE شناخت کنندہ ٹیلی فون نمبر (MSISDN) یا IP ایڈریس نہیں بنتا، جیسا کہ کلاسک 2G/3G/LTE نیٹ ورک میں ہوتا ہے، بلکہ نام نہاد "بیرونی ID" بنتا ہے، جس کی وضاحت مانوس شکل میں معیار سے ہوتی ہے۔ ایپلیکیشن ڈویلپرز کو " @ " یہ ایک الگ بڑا موضوع ہے جو علیحدہ مواد کا مستحق ہے، اس لیے ہم ابھی اس پر تفصیل سے بات نہیں کریں گے۔
اب آئیے سب سے اہم اختراعات کو دیکھتے ہیں۔ "CIoT EPS آپٹیمائزیشن" ٹریفک ٹرانسمیشن میکانزم اور سبسکرائبر سیشن مینجمنٹ کی اصلاح ہے۔ یہاں اہم ہیں:
- ڈوناس
- این آئی ڈی ڈی
- PSM اور eDRX پاور سیونگ میکانزم
- HLCOM
DoNAS (NAS پر ڈیٹا):
یہ ایک ایسا طریقہ کار ہے جو ڈیٹا کی چھوٹی مقدار کی منتقلی کو بہتر بنانے کے لیے بنایا گیا ہے۔
کلاسک LTE میں، نیٹ ورک میں رجسٹر ہونے پر، ایک سبسکرائبر ڈیوائس ENodeB کے ذریعے MME-SGW-PGW سے PDN کنکشن (جسے بعد میں PDN کہا جاتا ہے) قائم کرتا ہے۔ UE-eNodeB-MME کنکشن ایک نام نہاد "سگنلنگ ریڈیو بیئرر" (SRB) ہے۔ اگر ڈیٹا منتقل کرنا/وصول کرنا ضروری ہو تو، UE eNodeB - "ڈیٹا ریڈیو بیئرر" (DRB) کے ساتھ ایک اور کنکشن قائم کرتا ہے، تاکہ صارف ٹریفک کو SGW اور آگے PGW تک منتقل کیا جا سکے (بالترتیب S1-U اور S5 انٹرفیس) . تبادلے کے اختتام پر اور اگر کچھ وقت (عام طور پر 5-20 سیکنڈ) تک ٹریفک نہ ہو، تو یہ کنکشن ختم ہو جاتے ہیں اور ڈیوائس سٹینڈ بائی موڈ یا "Idle Mode" میں چلا جاتا ہے۔ اگر ڈیٹا کے نئے حصے کا تبادلہ کرنا ضروری ہو تو، SRB اور DRB کو دوبارہ ترتیب دیا جاتا ہے۔
NB-IoT میں، صارف کی ٹریفک کی ترسیل سگنلنگ چینل (SRB) کے ذریعے کی جا سکتی ہے، NAS پروٹوکول پیغامات میں ()۔ DRB قائم کرنے کی مزید ضرورت نہیں ہے۔ یہ نمایاں طور پر سگنل لوڈ کو کم کرتا ہے، نیٹ ورک ریڈیو کے وسائل کو بچاتا ہے اور، سب سے اہم بات، ڈیوائس کی بیٹری کی زندگی کو بڑھاتا ہے۔
eNodeB - MME سیکشن میں، صارف کا ڈیٹا S1-MME انٹرفیس پر منتقل ہونا شروع ہوتا ہے، جو کلاسیکل LTE ٹیکنالوجی میں نہیں تھا، اور اس کے لیے NAS پروٹوکول استعمال کیا جاتا ہے، جس میں "صارف ڈیٹا کنٹینر" ظاہر ہوتا ہے۔
MME سے SGW میں "یوزر پلین" کی منتقلی کو انجام دینے کے لیے، ایک نیا انٹرفیس S11-U ظاہر ہوتا ہے، جو صارف کے ڈیٹا کی تھوڑی مقدار کی منتقلی کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ S11-U پروٹوکول GTP-U v1 پر مبنی ہے، جو 3GPP فن تعمیر کے دوسرے نیٹ ورک انٹرفیس پر یوزر پلین ٹرانسمیشن کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
NIDD (غیر IP ڈیٹا کی ترسیل):
چھوٹی مقدار میں ڈیٹا کی ترسیل کے لیے میکانزم کی مزید اصلاح کے حصے کے طور پر، پہلے سے موجود PDN اقسام، جیسے IPv4، IPv6 اور IPv4v6 کے علاوہ، ایک اور قسم سامنے آئی ہے - نان-IP۔ اس صورت میں، UE کو IP ایڈریس تفویض نہیں کیا جاتا ہے اور ڈیٹا کو IP پروٹوکول استعمال کیے بغیر منتقل کیا جاتا ہے۔ اس کی کئی وجوہات ہیں:
- IoT آلات جیسے کہ سینسر بہت کم مقدار میں ڈیٹا، 20 بائٹس یا اس سے کم منتقل کر سکتے ہیں۔ یہ دیکھتے ہوئے کہ IP ہیڈر کا کم از کم سائز 20 بائٹس ہے، IP encapsulation بعض اوقات کافی مہنگا ہو سکتا ہے۔
- چپ پر آئی پی اسٹیک کو لاگو کرنے کی ضرورت نہیں ہے، جو ان کی لاگت میں کمی کا باعث بنتا ہے (تبصرے میں بحث کے لیے ایک سوال)۔
بڑے پیمانے پر، IoT آلات کے لیے انٹرنیٹ پر ڈیٹا منتقل کرنے کے لیے ایک IP ایڈریس ضروری ہے۔ NB-IoT تصور میں، SCEF ایک واحد AS کنکشن پوائنٹ کے طور پر کام کرتا ہے، اور آلات اور ایپلیکیشن سرورز کے درمیان ڈیٹا کا تبادلہ API کے ذریعے ہوتا ہے۔ SCEF کی غیر موجودگی میں، نان آئی پی ڈیٹا کو PGW سے پوائنٹ ٹو پوائنٹ (PtP) ٹنل کے ذریعے AS میں منتقل کیا جا سکتا ہے اور اس پر IP encapsulation انجام دیا جائے گا۔
یہ سب NB-IoT پیراڈائم میں فٹ بیٹھتا ہے - زیادہ سے زیادہ آسانیاں اور آلات کی قیمت میں کمی۔
PSM اور eDRX پاور سیونگ میکانزم:
LPWAN نیٹ ورکس کے اہم فوائد میں سے ایک توانائی کی کارکردگی ہے۔ ڈیوائس کے بارے میں دعویٰ کیا جاتا ہے کہ وہ ایک بیٹری پر 10 سال تک بیٹری لائف تک چل سکتی ہے۔ آئیے معلوم کریں کہ ایسی اقدار کیسے حاصل کی جاتی ہیں۔
ایک آلہ سب سے کم توانائی کب استعمال کرتا ہے؟ جب یہ آف ہو تو درست کریں۔ اور اگر ڈیوائس کو مکمل طور پر ڈی انرجائز کرنا ناممکن ہے تو آئیے جب تک اس کی ضرورت نہ ہو ریڈیو ماڈیول کو ڈی انرجائز کریں۔ آپ کو پہلے اسے نیٹ ورک کے ساتھ مربوط کرنے کی ضرورت ہے۔
PSM (پاور سیونگ موڈ):
PSM پاور سیونگ موڈ ڈیوائس کو ریڈیو ماڈیول کو طویل عرصے تک بند کرنے کی اجازت دیتا ہے، نیٹ ورک میں رجسٹرڈ رہتے ہوئے، اور PDN کو جب بھی ڈیٹا منتقل کرنے کی ضرورت ہو اسے دوبارہ انسٹال نہیں کرتا ہے۔
نیٹ ورک کو یہ بتانے کے لیے کہ ڈیوائس ابھی بھی دستیاب ہے، یہ وقتاً فوقتاً ایک اپ ڈیٹ کا طریقہ کار شروع کرتا ہے - ٹریکنگ ایریا اپڈیٹ (TAU)۔ اس طریقہ کار کی فریکوئنسی نیٹ ورک کے ذریعے ٹائمر T3412 کا استعمال کرتے ہوئے سیٹ کی جاتی ہے، جس کی قدر اٹیچ کے طریقہ کار یا اگلے TAU کے دوران ڈیوائس میں منتقل ہوتی ہے۔ کلاسک LTE میں، اس ٹائمر کی ڈیفالٹ ویلیو 54 منٹ ہے، اور زیادہ سے زیادہ 186 منٹ ہے۔ تاہم، اعلی توانائی کی کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے، ہر 186 منٹ پر آن ایئر جانے کی ضرورت بہت مہنگی ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے PSM میکانزم تیار کیا گیا تھا۔
ڈیوائس دو ٹائمرز T3324 اور T3412 کی قدروں کو منتقل کرکے PSM موڈ کو چالو کرتی ہے- "Atach Request" یا "Tracking Area Request" پیغامات میں توسیع شدہ۔ سب سے پہلے اس وقت کا تعین کرتا ہے جب آلہ "آئیڈل موڈ" پر سوئچ کرنے کے بعد دستیاب ہوگا۔ دوسرا وہ وقت ہے جس کے بعد TAU بنانا ضروری ہے، صرف اب اس کی قدر 35712000 سیکنڈ یا 413 دن تک پہنچ سکتی ہے۔ سیٹنگز پر منحصر ہے، MME ڈیوائس سے موصول ہونے والی ٹائمر ویلیوز کو قبول کر سکتا ہے یا "Attch Accept" یا "Tracking Area Update Accept" پیغامات میں نئی ویلیوز بھیج کر انہیں تبدیل کر سکتا ہے۔ اب ڈیوائس 413 دنوں تک ریڈیو ماڈیول کو آن نہیں کر سکتی اور نیٹ ورک میں رجسٹرڈ رہ سکتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، ہم نیٹ ورک کے وسائل اور آلات کی توانائی کی کارکردگی میں بہت زیادہ بچت حاصل کرتے ہیں!
تاہم، اس موڈ میں ڈیوائس صرف آنے والی مواصلات کے لیے دستیاب نہیں ہے۔ اگر ایپلی کیشن سرور کی طرف کچھ منتقل کرنا ضروری ہو تو، ڈیوائس کسی بھی وقت PSM سے باہر نکل سکتی ہے اور ڈیٹا بھیج سکتی ہے، جس کے بعد AS (اگر کوئی ہے) سے معلوماتی پیغامات موصول کرنے کے لیے T3324 ٹائمر کے دوران یہ فعال رہتا ہے۔
eDRX (توسیع منقطع استقبال):
eDRX، بہتر وقفے وقفے سے استقبالیہ۔ ڈیٹا کو کسی ایسے آلے میں منتقل کرنے کے لیے جو "آئیڈل موڈ" میں ہے، نیٹ ورک ایک اطلاع کا طریقہ کار انجام دیتا ہے - "پیجنگ"۔ صفحہ بندی حاصل کرنے پر، آلہ نیٹ ورک کے ساتھ مزید رابطے کے لیے ایک SRB کے قیام کا آغاز کرتا ہے۔ لیکن اس کے لیے کہے گئے پیجنگ پیغام سے محروم نہ ہونے کے لیے، ڈیوائس کو ریڈیو ایئر کی مسلسل نگرانی کرنی چاہیے، جو کافی توانائی استعمال کرنے والا بھی ہے۔
eDRX ایک ایسا موڈ ہے جس میں ڈیوائس کو نیٹ ورک سے مسلسل پیغامات موصول نہیں ہوتے، بلکہ وقفے وقفے سے۔ اٹیچ یا TAU کے طریقہ کار کے دوران، آلہ نیٹ ورک کے ساتھ وقت کے وقفوں پر اتفاق کرتا ہے جس کے دوران یہ براڈکاسٹ کو "سن" گا۔ اس کے مطابق، صفحہ بندی کا طریقہ کار انہی وقفوں پر انجام دیا جائے گا۔ eDRX موڈ میں، ڈیوائس کے آپریشن کو سائیکل (eDRX سائیکل) میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ ہر سائیکل کے آغاز میں ایک نام نہاد "پیجنگ ونڈو" ہوتا ہے (پیجنگ ٹائم ونڈو، اس کے بعد PTW) - یہ وہ وقت ہوتا ہے جب آلہ ریڈیو چینل کو سنتا ہے۔ PTW کے اختتام پر، آلہ سائیکل کے اختتام تک ریڈیو ماڈیول کو بند کر دیتا ہے۔
HLCOM (ہائی لیٹینسی مواصلات):
اگر اسے اپلنک میں ڈیٹا منتقل کرنے کی ضرورت ہے، تو ڈیوائس PSM یا eDRX سائیکل مکمل ہونے کا انتظار کیے بغیر ان دو پاور سیونگ موڈز میں سے کسی ایک سے باہر نکل سکتی ہے۔ لیکن ڈیوائس میں ڈیٹا کی منتقلی اسی وقت ممکن ہے جب یہ فعال ہو۔
HLCOM فعالیت یا ہائی لیٹنسی کمیونیکیشن SGW پر ڈاؤن لنک پیکٹ کی بفرنگ ہے جبکہ ڈیوائس پاور سیونگ موڈ میں ہے اور کمیونیکیشن کے لیے دستیاب نہیں ہے۔ جیسے ہی آلہ TAU کر کے یا Uplink ٹریفک کو پاس کر کے PSM سے باہر نکلے گا، یا PTW ہونے پر بفر شدہ پیکٹ ڈیلیور کر دیے جائیں گے۔
یقیناً اس کے لیے IoT پروڈکٹس کے ڈویلپرز کی جانب سے آگاہی کی ضرورت ہے، کیونکہ ڈیوائس کے ساتھ مواصلت حقیقی وقت میں حاصل نہیں کی جاتی ہے اور اس کے لیے ایپلی کیشنز کی کاروباری منطق کو ڈیزائن کرنے کے لیے ایک خاص نقطہ نظر کی ضرورت ہوتی ہے۔
آخر میں، آئیے کہتے ہیں: کسی نئی چیز کا تعارف ہمیشہ پرجوش ہوتا ہے، لیکن اب ہم ایک ایسے معیار سے نمٹ رہے ہیں جس کی پوری دنیا کے "بائیسنز"، جیسے Vodafone اور Telefonica نے بھی تجربہ نہیں کیا ہے - تو یہ دوگنا پرجوش ہے۔ مواد کی ہماری پیشکش بالکل مکمل ہونے کا بہانہ نہیں کرتی، لیکن ہم امید کرتے ہیں کہ یہ ٹیکنالوجی کے بارے میں کافی سمجھ فراہم کرتا ہے۔ ہم آپ کے تاثرات کی تعریف کریں گے۔
مصنف: کنورجنٹ سلوشنز اور ملٹی میڈیا سروسز کے شعبہ کے ماہر الیکسی لیپشین
ماخذ: www.habr.com
