NB-IoT, Schmalband-Internet der Dinge. Energiesparmodi und Steuerbefehle

Guten Tag an alle!

Im vorherigen Teil haben wir allgemeine Informationen und Funktionen der NB-IoT-Technologie erörtert. Hier möchte ich jedoch die Energiesparmodi von PSM und eDRX sowie die Befehle, mit denen diese Modi gesteuert werden können, im Detail betrachten.

Energiesparmodi in NB-IoT

Bei batteriebetriebenen Geräten ist es wichtig, möglichst wenig Strom zu verbrauchen. Hierfür bietet der NB-IoT zwei Energiesparmodi: Energiesparmodus, PSM und erweiterter Leerlaufmodus DRX, eDRX. Betrachten wir sie genauer.

PSM-Energiesparmodus

Gemäß der 3GPP TS 23.682-Spezifikation ist der Energiesparmodus (PSM) ein Modus ähnlich dem Ausschalten, in dem das Gerät jedoch im Netzwerk registriert bleibt. Seltsamerweise erschien der PSM-Modus in 3GPP-Spezifikationen früher als NB-IoT - in 3GPP Release 12.

Das NB-IoT-Gerät initiiert den PSM-Modus, einschließlich der Werte von zwei Zeitgebern in ATTACH REQUEST / TAU REQUEST-Anforderungen, die in Attach- und TAU-Prozeduren gesendet werden (TAU, Tracking Area Update) ist ein periodisches Verfahren, das in LTE verwendet wird, um das Netzwerk über die Verfügbarkeit und den Standort eines mobilen Geräts zu benachrichtigen )

Der erste Timer - T3324 Active Timer - bestimmt die Zeit, während der das Gerät nach dem Attach-Vorgang, der TAU oder der Datenübertragung vom Netzwerk aus erreichbar bleibt.

Der zweite Timer - T3412 Extended Periodic TAU Timer - bestimmt den Zeitraum der TAU-Prozedur.

PSM-Modus und Timer T3324, T3412 sind in Abb. 1 dargestellt. 1:

Wenn das Netzwerk die Verwendung des PSM-Modus zulässt, sind die Werte dieser Zeitgeber in den Antwortnachrichten ATTACH ACCEPT / TAU ACCEPT enthalten. Bei der Ermittlung der Werte der Timer kann das Netzwerk nicht nur die vom Gerät angeforderten Werte berücksichtigen, sondern auch die lokale Konfiguration. Mit anderen Worten, das Netzwerk muss die vom Gerät angeforderten Timer-Werte nicht genau bestätigen. Das Gerät muss jedoch die vom Netzwerk empfangenen Werte anwenden.

Die Zeitdauer, in der sich das Gerät im PSM-Modus befindet, ist definiert als die Differenz zwischen dem erweiterten periodischen TAU-Timer und dem aktiven Timer (T3412-T3324). Da der Wert des aktiven Timers T3324 gleich Null sein kann, entspricht die maximale theoretische Zeit im PSM-Modus der maximalen Zeit T3412 Extended Periodic TAU Timer und beträgt 413 Tage und 8 Stunden (!!!) . Der Maximalwert des aktiven Timers T3324 beträgt 3 Stunden und 6 Minuten (186 Minuten).

Wenn sich das Gerät im PSM-Modus befindet, ist es von der Netzwerkseite aus nicht zugänglich (für die sogenannten mobilen Terminierungsdienste).

Die GSMA empfiehlt den Mobilfunkbetreibern, mindestens das letzte 100-Bit-Datenpaket zu speichern und an das Gerät (nach dem letzten PSM-Exit) zu senden.

Das Gerät kann den PSM-Modus jederzeit verlassen (z. B. wenn das Gerät dringend Daten übertragen muss, wie in der Abbildung oben dargestellt).

Energiesparmodus eDRX (Extended Idle Mode DRX)

eDRX (Extended Idle Mode DRX) kann als zusätzlicher Energiesparmodus des Geräts angesehen werden. Dies wurde in den Spezifikationen von 3GPP Release 13 beschrieben. DRX bedeutet diskontinuierlicher Empfang (diskontinuierlicher Empfang). Das Verfahren des intermittierenden Empfangs ist in der zellularen Kommunikation seit langer Zeit bekannt und besteht darin, dass zum Einsparen von Energie der Empfangspfad des Geräts in bestimmten Intervallen periodisch eingeschaltet und die meiste Zeit ausgeschaltet wird. Das Netzwerk „weiß“ davon und sendet Funkrufsignale nur zum „richtigen“ Zeitpunkt. Mit dem erweiterten intermittierenden Empfangsmodus (eDRX) können Sie den Zeitraum, in dem der Empfangspfad des Geräts ausgeschaltet ist, erheblich verlängern. Gemäß der 3GPP TS 23.682-Spezifikation beträgt die Dauer des intermittierenden eDRX-Empfangs im NB-IoT-Modus 20,48 bis 10485,76 Sekunden (10485 Sekunden sind fast 3 Stunden).

Ein Vergleich des „alten“ DRX und des „neuen“ eDRX ist in Abb. 2 dargestellt. 2:

Das NB-IoT aktiviert den eDRX-Modus, indem es den Wert der eDRX-Periode in ATTACH REQUEST / TAU REQUEST-Anforderungen überträgt, die in Attach- und TAU-Prozeduren gesendet werden. Wenn das Netzwerk die Verwendung des eDRX-Modus zulässt, ist der eDRX-Periodenwert in den Antwortnachrichten ATTACH ACCEPT / TAU ACCEPT enthalten. Das Netzwerk muss den vom Gerät angeforderten Wert des eDRX-Zeitraums nicht bestätigen, das Gerät muss jedoch den vom Netzwerk übertragenen Wert anwenden.

Wie bei PSM empfiehlt GSMA bei Verwendung des eDRX-Modus den Betreibern, mindestens das letzte 100-Bit-Datenpaket zu speichern und an das Gerät zu übertragen. Wie aus einer Umfrage des GSM-Verbandes hervorgeht, beabsichtigen die Betreiber jedoch, viel mehr nachgelagerte Daten (von der Anwendung bis zum Gerät) zu speichern.

Der EDRX-Modus kann gleichzeitig mit dem PSM-Modus verwendet werden.

PSM- und eDRX-Modi gehören zu den von GSMA empfohlenen NBMA-Mindestanforderungen.

NB-IoT-Geräteverwaltungsbefehle (AT-Befehle)

Standard-AT-Befehle sind in der Spezifikation 3GPP TS 27.007 beschrieben. Es gibt viele Befehle, hier werden nur diejenigen betrachtet, mit denen Sie die Energiesparmodi des NB-IoT-Geräts steuern können. Darüber hinaus können verschiedene Hersteller die Standardhersteller interpretieren oder neue Teams auf ihre eigene Weise erfinden. Schauen wir uns daher zur besseren Genauigkeit die Befehle des NB-IoT-Moduls N21 an .

PSM-Modus-Steuerbefehl

Verwenden Sie den Befehl AT + CPSMS, um die PSM-Modusparameter festzulegen:

AT+CPSMS=[mode],[Requested_Periodic-RAU],[Requested_GPRS-READY-timer],[Requested_Periodic-TAU],[Requested_Active-Time] 

AT + CPSMS-Befehlsparameter:

• Modus (0 - PSM aus, 1 - PSM ein)
• Requested_Periodic-RAU, T3312 (anwendbar auf 2G / 3G, nicht in NB-IoT verwendet)
• Requested_GPRS-READY-Timer, T3314 (anwendbar auf 2G / 3G, nicht in NB-IoT verwendet)
• Requested_Periodic-TAU, T3412 (anwendbar auf LTE, verwendet in NB-IoT )
• Requested_Active-Time, T3324 (anwendbar auf 2G / 3G / LTE, verwendet in NB-IoT )

Daher werden drei Parameter verwendet, um PSM-Parameter im NB-IoT- Modus zu konfigurieren: mode , Requested_Periodic-TAU und Requested_Active-Time .

Die angeforderte Dauer des Geräts im PSM-Modus ist die Differenz zwischen Requested_Periodic-TAU und Requested_Active-Time.

Codierung des Werts von Requested_Active-Time (T3324)

Requested_Active-Time wird als eine Folge von 8 Bits codiert, wobei die hohen Bits 8, 7, 6 der Multiplikator und die Bits 5, 4, 3, 2, 1 der Wert sind.

Beispiel für die Codierung des Werts Requested_Active-Time (T3324):
00000101 - Requested_Active-Time
000 - Multiplikator, 2 Sekunden,
00101 - Wert, 5,
5 x 2 Sekunden = 10 Sekunden - der angeforderte Wert Requested_Active-Time.

Der maximale Wert für Requested_Active-Time (T3324) beträgt 3 Stunden und 6 Minuten (186 Minuten).

Codierung des Werts von Requested_Periodic-TAU (T3412)

Requested_Periodic-TAU wird als eine Folge von 8 Bits codiert, wobei die hohen Bits 8, 7, 6 der Multiplikator und die niedrigen Bits 5, 4, 3, 2, 1 der Wert sind.

Ein Beispiel für die Codierung des Werts von Requested_Periodic-TAU (T3412):
00100001 - Requested_Periodic-TAU
001 - Multiplikator, 1 Stunde,
00010 - der Wert, 2,
2 x 1 Stunde = 2 Stunden - der angeforderte Wert Requested_Periodic-TAU

Der Maximalwert für den Timer Requested_Periodic-TAU T3412 beträgt 9920 Stunden oder 413 Tage und 8 Stunden.

Beispiele für AT + CPSMS-Befehle

 AT+CPSMS=0 //  PSM  

 AT+CPSMS=1,,,"00100001","00100011" //  PSM , Requested_Periodic-TAU: 2 , Requested_Active-Time: 3 ,  PSM: 1   57  

EDRX-Modussteuerbefehl

Verwenden Sie den Befehl AT + CEDRXS, um die Parameter des eDRX-Modus festzulegen:

 AT+CEDRXS=[mode],[AcT-type],[Requested_eDRX_value] 

AT + CEDRXS-Befehlsparameter:

1. Modus - Modus:

• 0 - eDRX-Modus aus
• 1 - eDRX-Modus aktiviert
• 2 - Der eDRX-Modus ist aktiviert, unerwünschte Nachrichten (URC) sind zulässig

2. AcT-Typ - Funkzugangstechnologie:

• 1 - EC-GSM-IoT
• 2 - GSM
• 3 - 3G
• 4 - LTE, LTE-M
• 5 - NB-IoT

3. Requested_eDRX_value - die Dauer des eDRX-Zeitraums. Der Wert wird als binäre Folge von 4 Bits codiert. Gemäß der 3GPP TS 23.682-Spezifikation liegt der eDRX im NB-IoT-Modus im Bereich von 20,48 bis 10485,76 Sekunden. Requested_eDRX_value-Werte im NB-IoT-Modus sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Beispiele für AT + CEDRXS-Befehle

 AT+CEDRXS=0 //  eDRX  

 AT+CEDRXS=1,5,"0010" //  eDRX ,   - NB-IoT,   eDRX - 20,48  

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