NB-IoT: यह कैसे काम करता है? भाग २

पिछली बार हमने रेडियो एक्सेस नेटवर्क की वास्तुकला के संदर्भ में नए मानक NB-IoT की विशेषताओं के बारे में बात की थी। आज हम चर्चा करेंगे कि एनबी-आईओटी के साथ कोर नेटवर्क (कोर नेटवर्क) में क्या बदलाव आया है। तो चलिए चलते हैं।




नेटवर्क के मूल में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं। शुरू करने के लिए, एक नया तत्व दिखाई दिया है, साथ ही साथ कई तंत्र हैं जो मानक द्वारा "CIoT EPS अनुकूलन" या चीजों के सेलुलर इंटरनेट के लिए कोर नेटवर्क अनुकूलन के रूप में परिभाषित किए गए हैं।

जैसा कि आप जानते हैं, मोबाइल नेटवर्क में दो मुख्य संचार चैनल होते हैं, जिन्हें कंट्रोल प्लेन (सीपी) और यूजर प्लेन (यूपी) कहा जाता है। नियंत्रण विमान विभिन्न नेटवर्क तत्वों के बीच सेवा संदेशों के आदान-प्रदान के लिए डिज़ाइन किया गया है और गतिशीलता (गतिशीलता प्रबंधन) उपकरणों (यूई) को प्रदान करने और डेटा ट्रांसफर सत्र (सत्र प्रबंधन) को स्थापित / बनाए रखने के लिए कार्य करता है। उपयोगकर्ता विमान, वास्तव में, उपयोगकर्ता यातायात संचारित करने के लिए एक चैनल है। क्लासिक एलटीई में, इंटरफेस पर सीपी और यूपी का वितरण निम्नानुसार है:



NB-IoT के लिए CP और UP अनुकूलन तंत्र MME, SGW, और PGW नोड्स पर कार्यान्वित किए जाते हैं, जिन्हें सशर्त रूप से C-SGN (सेलुलर IoT सर्विंग गेटवे नोड) नामक एक तत्व में जोड़ा जाता है। इसके अलावा, मानक एक नए नेटवर्क तत्व के उद्भव को मानता है - SCEF (सेवा क्षमता एक्सपोजर फ़ंक्शन)। MME और SCEF के बीच के इंटरफेस को T6a कहा जाता है और इसे DIAMETER प्रोटोकॉल के आधार पर लागू किया जाता है। इस तथ्य के बावजूद कि DIAMETER एक सिग्नलिंग प्रोटोकॉल है, NB-IoT में इसे गैर-आईपी डेटा की छोटी मात्रा के हस्तांतरण के लिए अनुकूलित किया गया है।



नाम के आधार पर, SCEF सेवा क्षमताओं को उजागर करने के लिए एक साइट है। दूसरे शब्दों में, SCEF ऑपरेटर के नेटवर्क की जटिलता को छुपाता है, और एक ही एपीआई के माध्यम से डेटा प्राप्त करने और उपकरणों को प्रबंधित करने के लिए एप्लिकेशन सर्वर (एप्लिकेशन सर्वर, इसके बाद AS) को सक्षम करने से एप्लिकेशन डेवलपर्स से मोबाइल डिवाइस पहचान और प्रमाणीकरण (UE) की आवश्यकता को भी हटा देता है।

UE पहचानकर्ता एक टेलीफ़ोन नंबर (MSISDN) या IP पता नहीं है, क्योंकि यह क्लासिक 2G / 3G / LTE नेटवर्क में था, लेकिन तथाकथित "बाहरी आईडी", जिसे प्रारूप में मानक द्वारा परिभाषित किया गया है <Local Identifier »@ <एप्लीकेशन डेवलपर्स के लिए परिचित डोमेन पहचानकर्ता> "। यह एक अलग विषय है, अलग सामग्री के योग्य है, इसलिए, हम अब इस बारे में विस्तार से बात नहीं करेंगे।

अब हम सबसे महत्वपूर्ण नवाचारों से निपटेंगे। "CIoT ईपीएस ऑप्टिमाइज़ेशन" ट्रैफ़िक हस्तांतरण तंत्र और ग्राहक सत्रों के प्रबंधन का एक अनुकूलन है। यहाँ मुख्य हैं:

• Donas
• NIDD
• PSM और eDRX बिजली-बचत तंत्र
• HLCOM

DoNAS (NAS पर डेटा):

यह एक तंत्र है जिसे छोटी मात्रा में डेटा के हस्तांतरण को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

क्लासिक एलटीई में, एक सब्सक्राइबर इकाई, जब नेटवर्क में पंजीकरण करती है, तो ईएनओडीबी के माध्यम से एमएमई-एसजीडब्ल्यू-पीजीडब्ल्यू के माध्यम से एक पीडीएन कनेक्शन (इसके बाद पीडीएन) स्थापित करती है। UE-eNodeB-MME कनेक्शन तथाकथित "सिग्नलिंग रेडियो बियरर" (SRB) है। यदि डेटा को प्रसारित / प्राप्त करना आवश्यक है, तो UE ने अभी तक eNodeB - "डेटा रेडियो बियरर" (DRB), SGW के लिए उपयोगकर्ता ट्रैफ़िक और आगे PGW (क्रमशः S1-U और S5 को इंटरफेस करता है) के लिए एक और कनेक्शन स्थापित किया है। विनिमय के अंत में और कुछ समय (आमतौर पर 5-20 सेकंड) के लिए यातायात के अभाव में, ये कनेक्शन काट दिए जाते हैं और डिवाइस स्टैंडबाय मोड या "आइडल मोड" में चला जाता है। यदि आवश्यक हो, तो एसआरबी और डीआरबी डेटा के एक नए टुकड़े का आदान-प्रदान किया जाता है।

NB-IoT में, उपयोगकर्ता प्रोटोकॉल NAS प्रोटोकॉल संदेशों ( http://www.3gpp.org/more/96-nas ) में एक सिग्नलिंग चैनल (SRB) के माध्यम से प्रेषित किया जा सकता है। DRB को स्थापित करना अब आवश्यक नहीं है। यह सिग्नल लोड को काफी कम करता है, नेटवर्क रेडियो संसाधनों को बचाता है और, सबसे महत्वपूर्ण बात, डिवाइस के बैटरी जीवन का विस्तार करता है।

ENodeB - MME अनुभाग में, उपयोगकर्ता डेटा S1-MME इंटरफ़ेस के माध्यम से प्रेषित होना शुरू होता है, जो कि क्लासिक LTE तकनीक में नहीं था, और इसके लिए NAS प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाता है, जिसमें "उपयोगकर्ता डेटा कंटेनर" दिखाई देता है।



MME से SGW में "यूजर प्लेन" को स्थानांतरित करने के लिए, एक नया S11-U इंटरफ़ेस प्रकट होता है, जिसे उपयोगकर्ता तरबूज डेटा के छोटे संस्करणों को स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। S11-U प्रोटोकॉल GTP-U v1 पर आधारित है, जो 3GPP आर्किटेक्चर नेटवर्क के अन्य इंटरफेस पर यूजर प्लेन को प्रसारित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

NIDD (गैर-आईपी डेटा वितरण):

मौजूदा प्रकार के PDNs, जैसे IPv4, IPv6 और IPv4v6 के अलावा, छोटी मात्रा में डेटा को स्थानांतरित करने के लिए तंत्र के आगे अनुकूलन के भाग के रूप में, एक अन्य प्रकार दिखाई दिया है - गैर-आईपी। इस स्थिति में, UE को IP पता असाइन नहीं किया जाता है, और IP प्रोटोकॉल का उपयोग किए बिना डेटा प्रसारित किया जाता है। इसके कई कारण हैं:

1. IoT डिवाइस, जैसे सेंसर, बहुत कम मात्रा में डेटा, 20 बाइट्स या इससे भी कम संचारित कर सकते हैं। यह देखते हुए कि आईपी हेडर का न्यूनतम आकार 20 बाइट्स है, आईपी में एनकैप्सुलेशन कभी-कभी काफी महंगा हो सकता है;
2. चिप में एक आईपी स्टैक को लागू करने की आवश्यकता नहीं है, जो उनकी लागत में कमी (टिप्पणियों में चर्चा के लिए सवाल) की ओर जाता है।

इंटरनेट पर डेटा संचारित करने के लिए IoT उपकरणों को IP पते की आवश्यकता होती है। NB-IoT की अवधारणा में, SCEF AS के लिए कनेक्शन के एकल बिंदु के रूप में कार्य करता है, और API के माध्यम से डिवाइस और एप्लिकेशन सर्वर के बीच डेटा विनिमय होता है। एससीईएफ गैर-आईपी डेटा के अभाव में एएस को पीजीडब्ल्यू से प्वाइंट-टू-प्वाइंट (पीटीपी) सुरंग के माध्यम से प्रेषित किया जा सकता है और आईपी पर एनकैप्सुलेशन पहले से ही इस पर प्रदर्शन किया जाएगा।

यह सब NB-IoT प्रतिमान में फिट बैठता है - उपकरणों का अधिकतम सरलीकरण और सस्ता।

PSM और eDRX बिजली बचत तंत्र:

एलपीडब्ल्यूएएन नेटवर्क के प्रमुख लाभों में से एक ऊर्जा दक्षता है। एक बैटरी पर 10 साल की बैटरी जीवन की घोषणा। आइए देखें कि ऐसे मूल्य कैसे प्राप्त होते हैं।

एक उपकरण कम से कम बिजली का उपभोग कब करता है? बंद होने पर सही करें। और अगर डिवाइस को पूरी तरह से डी-एनर्जेट करना असंभव है, तो रेडियो मॉड्यूल को डी-एनर्जेट करें, जबकि इसकी आवश्यकता नहीं है। केवल पहले आपको इसे नेटवर्क के साथ समन्वयित करने की आवश्यकता है।

PSM (पावर सेविंग मोड):

PSM पावर सेविंग मोड डिवाइस को लंबे समय तक रेडियो मॉड्यूल को बंद रखने की अनुमति देता है, जबकि नेटवर्क पर पंजीकृत रहता है, और पीडीएन को पुनर्स्थापित करने के लिए हर बार जब आपको डेटा स्थानांतरित करने की आवश्यकता नहीं होती है।

नेटवर्क को यह जानने के लिए कि उपकरण अभी भी उपलब्ध है, यह समय-समय पर अद्यतन प्रक्रिया - ट्रैकिंग क्षेत्र अपडेट (TAU) को आरंभ करता है। इस प्रक्रिया की आवृत्ति T3412 टाइमर का उपयोग करके नेटवर्क द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसका मूल्य अटैच प्रक्रिया या अगले TAU के दौरान डिवाइस को प्रेषित किया जाता है। क्लासिक एलटीई में, इस टाइमर का डिफ़ॉल्ट मान 54 मिनट है, और अधिकतम 186 मिनट है। हालांकि, उच्च ऊर्जा दक्षता सुनिश्चित करने के लिए, हर 186 मिनट में हवा पर जाने की आवश्यकता बहुत महंगी है। इस समस्या को हल करने के लिए, PSM तंत्र विकसित किया गया था।

संदेश "अटैच रिक्वेस्ट" या "ट्रैकिंग एरिया रिक्वेस्ट" संदेशों में दो टाइमर T3324 और T3412- विस्तारित के मूल्यों को संचारित करके डिवाइस PSM मोड को सक्रिय करता है। पहला समय निर्धारित करता है कि डिवाइस "आइडल मोड" पर स्विच करने के बाद उपलब्ध होगा। दूसरा वह समय है जिसके बाद TAU का उत्पादन किया जाना चाहिए, केवल अब इसका मूल्य 35712000 सेकंड या 413 दिनों तक पहुंच सकता है। सेटिंग्स के आधार पर, MME डिवाइस से प्राप्त टाइमर मानों को स्वीकार कर सकता है या "अटैच एक्सेप्ट" या "ट्रैकिंग एरिया अपडेट एक्सेप्ट" संदेशों में नए मान भेजकर उन्हें बदल सकता है। अब डिवाइस 413 दिनों के लिए रेडियो मॉड्यूल चालू नहीं कर सकता है और नेटवर्क पर पंजीकृत रहेगा। नतीजतन, हमें नेटवर्क संसाधनों और डिवाइस ऊर्जा दक्षता में जबरदस्त बचत मिलती है!



हालाँकि, इस मोड में, डिवाइस केवल इनकमिंग संचार के लिए उपलब्ध नहीं है। यदि आवश्यक हो, तो एप्लिकेशन सर्वर पक्ष पर कुछ स्थानांतरित करें, डिवाइस किसी भी समय पीएसएम से बाहर निकल सकता है और डेटा भेज सकता है, जिसके बाद यह एएस (यदि कोई हो) से सूचना संदेश प्राप्त करने के लिए T3324 टाइमर के लिए सक्रिय रहता है।

eDRX (विस्‍तारित विस्‍फोटक स्‍वागत):

eDRX, उन्नत आंतरायिक स्वागत। डेटा को "आइडल मोड" में स्थानांतरित करने के लिए, नेटवर्क एक अधिसूचना प्रक्रिया करता है - "पेजिंग"। पेजिंग डिवाइस के प्राप्त होने पर नेटवर्क के साथ संचार के लिए SRB की स्थापना शुरू करता है। लेकिन उसके द्वारा संबोधित पेजिंग संदेश को याद नहीं करने के लिए, डिवाइस को लगातार रेडियो प्रसारण की निगरानी करनी चाहिए, जो काफी ऊर्जा-खपत भी है।

eDRX एक ऐसी विधा है जिसमें डिवाइस नेटवर्क से लगातार समय पर नहीं बल्कि समय-समय पर संदेश प्राप्त करता है। अटैच या टीएयू प्रक्रियाओं के दौरान, डिवाइस नेटवर्क के साथ समय अंतराल के दौरान बातचीत करता है जिसके दौरान यह हवा को "सुन" देगा। तदनुसार, पेजिंग प्रक्रिया एक ही अंतराल पर की जाएगी। ईडीआरएक्स मोड में, डिवाइस को चक्र (ईडीआरएक्स चक्र) में विभाजित किया गया है। प्रत्येक चक्र की शुरुआत में तथाकथित "पेजिंग टाइम विंडो" (पीटीडब्ल्यू) है - यह वह समय है जब डिवाइस रेडियो चैनल को सुनता है। PTW के अंत में, उपकरण चक्र के अंत तक रेडियो मॉड्यूल को बंद कर देता है।

HLCOM (उच्च विलंबता संचार):

यदि Uplink पर डेटा स्थानांतरित करना आवश्यक है, तो डिवाइस PSM या eDRX चक्र के अंत की प्रतीक्षा किए बिना इन दो ऊर्जा-बचत मोड में से किसी से भी बाहर निकल सकता है। लेकिन यहां सक्रिय होने पर ही डिवाइस को डेटा ट्रांसफर करना संभव है।

उच्च विलंबता के साथ HLCOM कार्यक्षमता या संचार SGW पर डाउनलिंक पैकेटों की बफरिंग है, जबकि डिवाइस पावर सेविंग मोड में है और संचार के लिए सुलभ नहीं है। जैसे ही डिवाइस PSU को TAU बनाकर या Uplink ट्रैफिक को ट्रांसमिट करता है, या जब PTW आता है, तो बफर पैकेट डिलीवर कर दिया जाएगा।

यह, ज़ाहिर है, IoT- उत्पादों के डेवलपर्स की ओर से जागरूकता की आवश्यकता होती है, क्योंकि डिवाइस के साथ संचार वास्तविक समय में प्राप्त नहीं होता है और अनुप्रयोगों के लिए व्यावसायिक तर्क को डिजाइन करने के लिए एक निश्चित दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है।

अंत में, आइए बताते हैं: नए का परिचय हमेशा रोमांचक होता है, और अब हम एक ऐसे मानक के साथ काम कर रहे हैं, जो वोडाफोन और टेलीफ़ोनिका जैसे दुनिया के "बायसन" द्वारा भी पूरी तरह से परीक्षण नहीं किया गया है - इसलिए यह दोगुना रोमांचक है। सामग्री की हमारी प्रस्तुति पूर्णता का दावा नहीं करती है, लेकिन हमें उम्मीद है कि यह प्रौद्योगिकी की पर्याप्त समझ प्रदान करती है। प्रतिक्रिया की सराहना की जाएगी।

लेखक: परिवर्तित समाधान और मल्टीमीडिया सेवा विशेषज्ञ एलेक्सी लापशिन aslapsh