Oxirgi marta biz yangi NB-IoT standartining radio kirish tarmog'i arxitekturasi nuqtai nazaridan xususiyatlari haqida gapirgan edik. Bugun biz NB-IoT ostida asosiy tarmoqda nima o'zgarganini muhokama qilamiz. Xo'sh, ketaylik.
Tarmoqning asosiy qismida sezilarli o'zgarishlar yuz berdi. Keling, yangi element paydo bo'lganligidan boshlaylik, shuningdek, standart tomonidan "CIoT EPS Optimization" yoki narsalarning uyali Interneti uchun asosiy tarmoqni optimallashtirish sifatida belgilangan bir qator mexanizmlar paydo bo'ldi.
Ma'lumki, mobil tarmoqlarda boshqaruv tekisligi (CP) va foydalanuvchi tekisligi (UP) deb nomlangan ikkita asosiy aloqa kanali mavjud. Boshqaruv tekisligi turli xil tarmoq elementlari o'rtasida xizmat xabarlarini almashish uchun mo'ljallangan va qurilmalarning harakatchanligini (Mobility management) ta'minlash (UE) va ma'lumotlar uzatish seansini (Session Management) o'rnatish/qo'llab-quvvatlash uchun ishlatiladi. User Plane, aslida, foydalanuvchi trafigini uzatish kanalidir. Klassik LTE-da CP va UP ning interfeyslar bo'ylab taqsimlanishi quyidagicha:
NB-IoT uchun CP va UP optimallashtirish mexanizmlari MME, SGW va PGW tugunlarida amalga oshiriladi, ular shartli ravishda C-SGN (Cellular IoT Service Gateway Node) deb nomlangan yagona elementga birlashtiriladi. Standart shuningdek, yangi tarmoq elementi - SCEF (Service Capability Exposure Function) paydo bo'lishini ham nazarda tutadi. MME va SCEF o'rtasidagi interfeys T6a deb ataladi va DIAMETER protokoli asosida amalga oshiriladi. DIAMETER signalizatsiya protokoli bo'lishiga qaramay, NB-IoT-da u IP bo'lmagan kichik hajmdagi ma'lumotlarni uzatish uchun moslashtirilgan.
Nomidan ko'rinib turibdiki, SCEF bu xizmat ko'rsatish qobiliyatini ko'rsatish tugunidir. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, SCEF operator tarmog'ining murakkabligini yashiradi, shuningdek, dastur ishlab chiquvchilarini mobil qurilmalarni (UE) identifikatsiyalash va autentifikatsiya qilish zaruratidan xalos qiladi, bu esa dastur serverlariga (Application Server, bundan keyin AS) ma'lumotlarni qabul qilish va qurilmalarni yagona tarmoq orqali boshqarish imkonini beradi. API interfeysi.
UE identifikatori klassik 2G/3G/LTE tarmog'ida bo'lgani kabi telefon raqami (MSISDN) yoki IP-manzil emas, balki tanish formatda standart tomonidan belgilangan "tashqi identifikator" deb nomlanadi. dastur ishlab chiquvchilarga " @ " Bu alohida materialga loyiq bo'lgan alohida katta mavzu, shuning uchun biz hozir bu haqda batafsil gapirmaymiz.
Endi eng muhim yangiliklarni ko'rib chiqaylik. "CIoT EPS Optimization" - bu trafikni uzatish mexanizmlarini optimallashtirish va abonent seansini boshqarish. Mana asosiylari:
- DoNAS
- NIDD
- PSM va eDRX quvvatni tejash mexanizmlari
- HLCOM
DoNAS (NAS orqali ma'lumotlar):
Bu kichik hajmdagi ma'lumotlarni uzatishni optimallashtirish uchun mo'ljallangan mexanizm.
Klassik LTE-da tarmoqda ro'yxatdan o'tishda abonent qurilmasi eNodeB orqali MME-SGW-PGW ga PDN ulanishini (keyingi o'rinlarda PDN deb yuritiladi) o'rnatadi. UE-eNodeB-MME ulanishi "Signaling Radio Bearer" (SRB) deb ataladi. Agar ma'lumotlarni uzatish/qabul qilish zarur bo'lsa, UE eNodeB bilan boshqa ulanishni o'rnatadi - "Ma'lumotlar radiosi" (DRB), foydalanuvchi trafigini SGW va undan keyin PGW ga (mos ravishda S1-U va S5 interfeyslari) uzatish uchun. . Ayirboshlash oxirida va bir muncha vaqt (odatda 5-20 soniya) trafik bo'lmasa, bu ulanishlar tugatiladi va qurilma kutish rejimiga yoki "Idle Mode" ga o'tadi. Agar ma'lumotlarning yangi qismini almashtirish zarur bo'lsa, SRB va DRB qayta o'rnatiladi.
NB-IoTda foydalanuvchi trafigini uzatish signalizatsiya kanali (SRB) orqali, NAS protokoli xabarlarida (). DRBni sozlash endi talab qilinmaydi. Bu signal yukini sezilarli darajada kamaytiradi, tarmoq radio resurslarini tejaydi va eng muhimi, qurilma batareyasining ishlash muddatini uzaytiradi.
eNodeB - MME bo'limida foydalanuvchi ma'lumotlari S1-MME interfeysi orqali uzatila boshlaydi, bu klassik LTE texnologiyasida bo'lmagan va buning uchun NAS protokoli qo'llaniladi, unda "Foydalanuvchi ma'lumotlari konteyneri" paydo bo'ladi.
"Foydalanuvchi tekisligi" ni MME dan SGW ga o'tkazish uchun kichik hajmdagi foydalanuvchi ma'lumotlarini uzatish uchun mo'ljallangan yangi S11-U interfeysi paydo bo'ladi. S11-U protokoli GTP-U v1 ga asoslangan bo'lib, u 3GPP arxitekturasining boshqa tarmoq interfeyslarida User Plane uzatish uchun ishlatiladi.
NIDD (IP bo'lmagan ma'lumotlarni etkazib berish):
Kichik hajmdagi ma'lumotlarni uzatish mexanizmlarini yanada optimallashtirish doirasida IPv4, IPv6 va IPv4v6 kabi allaqachon mavjud bo'lgan PDN turlariga qo'shimcha ravishda, IP bo'lmagan boshqa tur paydo bo'ldi. Bunday holda, UEga IP-manzil berilmaydi va ma'lumotlar IP protokolidan foydalanmasdan uzatiladi. Buning bir qancha sabablari bor:
- Sensorlar kabi IoT qurilmalari 20 bayt yoki undan kamroq hajmdagi ma'lumotlarni uzatishi mumkin. IP sarlavhasining minimal hajmi 20 bayt ekanligini hisobga olsak, IP inkapsulyatsiyasi ba'zan ancha qimmat bo'lishi mumkin;
- Chipda IP stekini amalga oshirishning hojati yo'q, bu ularning narxini pasayishiga olib keladi (izohlarda muhokama qilish uchun savol).
Umuman olganda, IoT qurilmalari Internet orqali ma'lumotlarni uzatish uchun IP-manzil kerak. NB-IoT kontseptsiyasida SCEF yagona AS ulanish nuqtasi sifatida ishlaydi va qurilmalar va dastur serverlari o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi API orqali amalga oshiriladi. SCEF yo'q bo'lganda, IP bo'lmagan ma'lumotlar PGW dan Point-to-Point (PtP) tunnel orqali ASga uzatilishi mumkin va IP inkapsulyatsiyasi unda amalga oshiriladi.
Bularning barchasi NB-IoT paradigmasiga mos keladi - maksimal soddalashtirish va qurilmalar narxini pasaytirish.
PSM va eDRX quvvatni tejash mexanizmlari:
LPWAN tarmoqlarining asosiy afzalliklaridan biri energiya samaradorligi hisoblanadi. Qurilma bitta akkumulyator bilan 10 yilgacha batareya quvvatiga ega bo‘lishi da’vo qilingan. Keling, bunday qadriyatlarga qanday erishilganligini aniqlaylik.
Qurilma qachon eng kam energiya sarflaydi? O'chirilganda to'g'rilang. Va agar qurilmani to'liq quvvatsizlantirishning iloji bo'lmasa, keling, radio modulni kerak bo'lmaguncha quvvatsizlantiraylik. Avval buni tarmoq bilan muvofiqlashtirishingiz kerak.
PSM (quvvatni tejash rejimi):
PSM quvvatni tejash rejimi qurilmaga tarmoqda ro'yxatdan o'tgan holda uzoq vaqt davomida radio modulni o'chirishga va har safar ma'lumotlarni uzatish kerak bo'lganda PDNni qayta o'rnatmaslikka imkon beradi.
Tarmoqqa qurilma hali ham mavjud ekanligini bilish uchun u vaqti-vaqti bilan yangilash protsedurasini boshlaydi - Tracking Area Update (TAU). Ushbu protseduraning chastotasi tarmoq tomonidan T3412 taymeridan foydalangan holda o'rnatiladi, uning qiymati biriktirish protsedurasi yoki keyingi TAU paytida qurilmaga uzatiladi. Klassik LTE-da bu taymerning standart qiymati 54 daqiqa, maksimali esa 186 daqiqa. Biroq, yuqori energiya samaradorligini ta'minlash uchun har 186 daqiqada efirga chiqish zarurati juda qimmat. Ushbu muammoni hal qilish uchun PSM mexanizmi ishlab chiqilgan.
Qurilma PSM rejimini ikkita T3324 va T3412-Extended taymerlarining qiymatlarini "Birikish so'rovi" yoki "Kuzatuv maydoni so'rovi" xabarlarida uzatish orqali faollashtiradi. Birinchisi, "Bo'sh rejim" ga o'tgandan so'ng, qurilma mavjud bo'ladigan vaqtni aniqlaydi. Ikkinchisi - TAU amalga oshirilishi kerak bo'lgan vaqt, faqat hozir uning qiymati 35712000 413 413 soniya yoki XNUMX kunga yetishi mumkin. Sozlamalarga qarab, MME qurilmadan olingan taymer qiymatlarini qabul qilishi yoki ularni "Qabul qilishni biriktirish" yoki "Kuzatuv maydonini yangilashni qabul qilish" xabarlarida yangi qiymatlarni yuborish orqali o'zgartirishi mumkin. Endi qurilma XNUMX kun davomida radio modulni yoqolmaydi va tarmoqda ro'yxatdan o'tgan holda qoladi. Natijada, biz tarmoq resurslarini va qurilmalarning energiya samaradorligini sezilarli darajada tejashga erishamiz!
Biroq, ushbu rejimda qurilma faqat kiruvchi aloqalar uchun mavjud emas. Ilova serveriga biror narsani uzatish zarur bo'lsa, qurilma istalgan vaqtda PSM-dan chiqishi va ma'lumotlarni yuborishi mumkin, shundan so'ng u T3324 taymerida AS dan ma'lumot xabarlarini olish uchun faol qoladi (agar mavjud bo'lsa).
eDRX (kengaytirilgan uzluksiz qabul qilish):
eDRX, Kengaytirilgan intervalgacha qabul qilish. Ma'lumotni "Bo'sh rejimda" bo'lgan qurilmaga o'tkazish uchun tarmoq bildirishnoma protsedurasini bajaradi - "Paging". Peyjingni olgandan so'ng, qurilma tarmoq bilan keyingi aloqa uchun SRB ni yaratishni boshlaydi. Ammo unga yuborilgan Peyjing xabarini o'tkazib yubormaslik uchun qurilma radio havosini doimiy ravishda kuzatib borishi kerak, bu ham juda energiya sarflaydi.
eDRX - qurilma tarmoqdan xabarlarni doimiy ravishda emas, balki vaqti-vaqti bilan qabul qiladigan rejimdir. Biriktirish yoki TAU protseduralari paytida qurilma tarmoq bilan translyatsiyani "tinglashi" vaqt oralig'ida kelishib oladi. Shunga ko'ra, Paging protsedurasi bir xil oraliqlarda amalga oshiriladi. eDRX rejimida qurilmaning ishlashi davrlarga bo'linadi (eDRX sikli). Har bir tsiklning boshida "paging oynasi" (Paging Time Window, bundan keyin PTW) deb ataladigan narsa mavjud - bu qurilma radio kanalini tinglaydigan vaqt. PTW oxirida qurilma radio modulni tsiklning oxirigacha o'chiradi.
HLCOM (yuqori kechikishli aloqa):
Agar Uplink-ga ma'lumotlarni uzatish kerak bo'lsa, qurilma PSM yoki eDRX tsiklining tugashini kutmasdan, ushbu ikkita quvvat tejash rejimidan birortasidan chiqishi mumkin. Ammo qurilmaga faqat faol bo'lganda ma'lumotlarni uzatish mumkin.
HLCOM funksiyasi yoki yuqori kechikishli aloqa - bu qurilma quvvatni tejash rejimida va aloqa uchun mavjud bo'lmaganda SGW da Downlink paketlarining buferlanishi. Buferlangan paketlar qurilma PSM dan TAU orqali chiqish yoki Uplink trafigini oʻtkazish orqali yoki PTW sodir boʻlganda yetkazib beriladi.
Bu, albatta, IoT mahsulotlarini ishlab chiquvchilardan xabardorlikni talab qiladi, chunki qurilma bilan aloqa real vaqtda amalga oshirilmaydi va ilovalarning biznes mantiqini loyihalashda ma'lum yondashuvni talab qiladi.
Xulosa qilib aytaylik: yangi narsalarni joriy etish har doim hayajonli, ammo hozir biz Vodafone va Telefonica kabi dunyoning "bisonlari" tomonidan ham to'liq sinovdan o'tmagan standart bilan shug'ullanmoqdamiz - shuning uchun bu ikki baravar hayajonli. Bizning material taqdimotimiz to'liq to'liq bo'lib ko'rinmaydi, ammo bu texnologiya haqida yetarlicha tushuncha beradi deb umid qilamiz. Sizning fikr-mulohazalaringiz uchun minnatdormiz.
Muallif: Konvergent yechimlar va multimedia xizmatlari departamenti eksperti Aleksey Lapshin
Manba: www.habr.com