Terakhir kali kami berbicara tentang fitur standar baru NB-IoT dalam hal arsitektur jaringan akses radio. Hari ini kita akan membahas apa yang telah berubah di jaringan inti (Core Network) dengan NB-IoT. Jadi ayo pergi.
Perubahan signifikan telah terjadi di inti jaringan. Untuk memulainya, sebuah elemen baru telah muncul, serta sejumlah mekanisme yang didefinisikan oleh standar sebagai “Optimasi EPS CIoT” atau optimisasi jaringan inti untuk internet seluler.
Seperti yang Anda ketahui, di jaringan seluler ada dua saluran komunikasi utama yang disebut Control Plane (CP) dan User Plane (UP). Control Plane dirancang untuk pertukaran pesan layanan antara berbagai elemen jaringan dan digunakan untuk menyediakan perangkat mobilitas (Mobility management) (UE) dan membuat / memelihara sesi transfer data (Session Management). User Plane sebenarnya adalah saluran untuk mentransmisikan lalu lintas pengguna. Dalam LTE klasik, distribusi CP dan UP melalui antarmuka adalah sebagai berikut:
Mekanisme optimisasi CP dan UP untuk NB-IoT diimplementasikan pada MME, SGW dan PGW node, yang secara kondisional digabungkan menjadi elemen tunggal yang disebut C-SGN (Cellular IoT Serving Gateway Node). Selain itu, standar mengasumsikan munculnya elemen jaringan baru - SCEF (Fungsi Kemampuan Pemaparan Layanan). Antarmuka antara MME dan SCEF disebut T6a dan diimplementasikan berdasarkan protokol DIAMETER. Terlepas dari kenyataan bahwa DIAMETER adalah protokol pensinyalan, di NB-IoT protokol ini diadaptasi untuk transfer sejumlah kecil data non-IP.
Berdasarkan namanya, SCEF adalah situs untuk mengekspos kemampuan layanan. Dengan kata lain, SCEF menyembunyikan kompleksitas jaringan operator, dan juga menghilangkan kebutuhan untuk identifikasi dan otentikasi perangkat seluler (UE) dari pengembang aplikasi, memungkinkan server aplikasi (Server Aplikasi, selanjutnya AS) untuk menerima data dan mengelola perangkat melalui API tunggal.
Pengenal UE bukan nomor telepon (MSISDN) atau alamat IP, seperti pada jaringan klasik 2G / 3G / LTE, tetapi yang disebut "ID eksternal", yang ditentukan oleh standar dalam format <Local Identifier> @ <Domain yang akrab bagi pengembang aplikasi Identifier> ". Ini adalah topik besar yang terpisah, pantas untuk materi yang terpisah, oleh karena itu, kami tidak akan membicarakan hal ini secara rinci sekarang.
Sekarang kita akan berurusan dengan inovasi paling signifikan. "CIoT EPS Optimization" adalah optimalisasi mekanisme transfer lalu lintas dan pengelolaan sesi pelanggan. Inilah yang utama:
- DoNAS
- Nidd
- Mekanisme hemat daya PSM dan eDRX
- Hlcom
DoNAS (Data melalui NAS):Ini adalah mekanisme yang dirancang untuk mengoptimalkan transfer sejumlah kecil data.
Dalam LTE klasik, unit pelanggan, ketika mendaftar di jaringan, membuat koneksi PDN (selanjutnya disebut PDN) melalui eNodeB ke MME-SGW-PGW. Koneksi UE-eNodeB-MME adalah apa yang disebut "Signaling Radio Bearer" (SRB). Jika diperlukan untuk mengirim / menerima data, UE membuat koneksi lain dengan eNodeB - "Data Radio Bearer" (DRB), untuk mentransmisikan lalu lintas pengguna ke SGW dan selanjutnya ke PGW (antarmuka S1-U dan S5, masing-masing). Di akhir pertukaran dan tanpa lalu lintas selama beberapa waktu (biasanya 5-20 detik), koneksi ini terputus dan perangkat beralih ke mode siaga atau "Mode Idle". Jika perlu, tukar sepotong data baru SRB dan DRB diinstal ulang.
Di NB-IoT, lalu lintas pengguna dapat ditransmisikan melalui kanal pensinyalan (SRB) dalam pesan protokol NAS (
http://www.3gpp.org/more/96-nas ). Memasang DRB tidak lagi diperlukan. Ini secara signifikan mengurangi beban sinyal, menghemat sumber daya radio jaringan dan, yang paling penting, memperpanjang usia baterai perangkat.
Di bagian eNodeB - MME, data pengguna mulai dikirim melalui antarmuka S1-MME, yang tidak terjadi pada teknologi LTE klasik, dan protokol NAS digunakan untuk ini, di mana "Wadah data pengguna" muncul.
Untuk mentransfer "User Plane" dari MME ke SGW, antarmuka S11-U baru muncul, yang dirancang untuk mentransfer volume kecil data melon pengguna. Protokol S11-U didasarkan pada GTP-U v1, yang digunakan untuk mengirimkan User Plane di antarmuka lain dari jaringan arsitektur 3GPP.
NIDD (pengiriman data non-IP):Sebagai bagian dari optimasi lebih lanjut dari mekanisme untuk mentransfer sejumlah kecil data, di samping jenis-jenis PDN yang ada, seperti IPv4, IPv6 dan IPv4v6, tipe lain telah muncul - non-IP. Dalam hal ini, UE tidak diberi alamat IP, dan data dikirimkan tanpa menggunakan protokol IP. Ada beberapa alasan untuk ini:
- Perangkat IoT, seperti sensor, dapat mengirimkan jumlah data yang sangat kecil, 20 byte atau bahkan kurang. Mengingat bahwa ukuran minimum header IP adalah 20 byte, enkapsulasi dalam IP kadang-kadang bisa sangat mahal;
- Tidak perlu menerapkan tumpukan IP dalam chip, yang mengarah pada pengurangan biaya mereka (pertanyaan untuk diskusi dalam komentar).
Secara umum, perangkat IoT memerlukan alamat IP untuk mengirim data melalui Internet. Dalam konsep NB-IoT, SCEF bertindak sebagai titik koneksi tunggal untuk AS, dan pertukaran data antara perangkat dan server aplikasi terjadi melalui API. Dengan tidak adanya data SCEF non-IP ke AS dapat dikirim melalui Point-to-Point (PtP) tunnel dari PGW dan enkapsulasi dalam IP akan dilakukan sudah di atasnya.
Semua ini sesuai dengan paradigma NB-IoT - penyederhanaan maksimum dan harga perangkat yang lebih murah.
Mekanisme penghematan daya PSM dan eDRX:Salah satu manfaat utama jaringan LPWAN adalah efisiensi energi. Menyatakan usia baterai hingga 10 tahun dengan satu baterai. Mari kita lihat bagaimana nilai-nilai tersebut dicapai.
Kapan perangkat mengkonsumsi daya paling sedikit? Benar ketika tidak aktif. Dan jika tidak mungkin untuk benar-benar memberi energi pada perangkat, mari kita non-energi modul radio, sementara itu tidak diperlukan. Hanya pertama-tama Anda perlu mengoordinasikan ini dengan jaringan.
PSM (Mode hemat daya):Mode hemat daya PSM memungkinkan perangkat untuk mematikan modul radio untuk waktu yang lama, sementara tetap terdaftar di jaringan, dan tidak menginstal ulang PDN setiap kali Anda perlu mentransfer data.
Agar jaringan mengetahui bahwa perangkat masih tersedia, itu secara berkala memulai prosedur pembaruan - Pembaruan Area Pelacakan (TAU). Frekuensi prosedur ini ditetapkan oleh jaringan menggunakan timer T3412, yang nilainya ditransmisikan ke perangkat selama prosedur Pasang atau TAU berikutnya. Dalam LTE klasik, nilai default dari timer ini adalah 54 menit, dan maksimum adalah 186 menit. Namun, untuk memastikan efisiensi energi tinggi, kebutuhan untuk mengudara setiap 186 menit terlalu mahal. Untuk mengatasi masalah ini, mekanisme PSM dikembangkan.
Perangkat mengaktifkan mode PSM dengan mentransmisikan nilai dua timer T3324 dan T3412-Extended dalam pesan "Attach Request" atau "Tracking Area Request". Yang pertama menentukan waktu kapan perangkat akan tersedia setelah beralih ke "Mode Idle". Yang kedua adalah waktu setelah TAU harus diproduksi, hanya sekarang nilainya dapat mencapai 35712000 detik atau 413 hari. Bergantung pada pengaturannya, MME dapat menerima nilai pengatur waktu yang diterima dari perangkat atau mengubahnya dengan mengirim nilai-nilai baru dalam pesan "Lampirkan Terima" atau "Terima Pembaruan Area Pelacakan". Sekarang perangkat mungkin tidak menyalakan modul radio selama 413 hari dan tetap terdaftar di jaringan. Sebagai hasilnya, kami mendapatkan penghematan yang luar biasa dalam sumber daya jaringan dan efisiensi energi perangkat!
Namun, dalam mode ini, perangkat tidak tersedia hanya untuk komunikasi masuk. Jika perlu, mentransfer sesuatu ke sisi server aplikasi, perangkat dapat keluar dari PSM kapan saja dan mengirim data, setelah itu tetap aktif untuk timer T3324 untuk menerima pesan informasi dari AS (jika ada).
eDRX (penerimaan terputus diperpanjang):eDRX, penerimaan intermiten tingkat lanjut. Untuk mentransfer data ke perangkat yang berada dalam "mode Idle", jaringan melakukan prosedur pemberitahuan - "Paging". Setelah menerima perangkat paging memulai pembentukan SRB untuk komunikasi lebih lanjut dengan jaringan. Tetapi agar tidak ketinggalan pesan Paging yang ditujukan kepadanya, perangkat tersebut harus terus-menerus memonitor siaran radio, yang juga cukup memakan energi.
eDRX adalah mode di mana perangkat menerima pesan dari jaringan tidak terus-menerus, tetapi secara berkala. Selama prosedur Lampirkan atau TAU, perangkat bernegosiasi dengan jaringan tentang interval waktu di mana ia akan "mendengarkan" ke udara. Dengan demikian, prosedur Paging akan dilakukan pada interval yang sama. Dalam mode eDRX, perangkat dibagi menjadi beberapa siklus (siklus eDRX). Pada awal setiap siklus disebut "Jendela Waktu Paging" (PTW) - inilah saat perangkat mendengarkan saluran radio. Pada akhir PTW, perangkat mematikan modul radio hingga akhir siklus.
HLCOM (komunikasi latensi tinggi):Jika perlu untuk mentransfer data ke Uplink, perangkat dapat keluar dari salah satu dari dua mode hemat energi ini tanpa menunggu akhir siklus PSM atau eDRX. Tetapi di sini dimungkinkan untuk mentransfer data ke perangkat hanya ketika sedang aktif.
Fungsionalitas atau komunikasi HLCOM dengan latensi tinggi adalah buffering paket-paket Downlink pada SGW saat perangkat dalam mode hemat daya dan tidak dapat diakses untuk komunikasi. Paket yang disangga akan dikirimkan segera setelah perangkat keluar dari PSM dengan melakukan TAU atau mentransmisikan lalu lintas Uplink, atau ketika PTW tiba.
Ini, tentu saja, memerlukan kesadaran dari pihak pengembang produk IoT, karena komunikasi dengan perangkat tidak diperoleh secara waktu nyata dan memerlukan pendekatan tertentu untuk merancang logika bisnis untuk aplikasi.
Sebagai kesimpulan, katakanlah: pengenalan yang baru selalu menarik, dan sekarang kita berhadapan dengan standar yang belum sepenuhnya diuji bahkan oleh "bison" dunia seperti Vodafone dan Telefonica - karena itu sangat menarik. Presentasi materi kami tidak mengklaim kelengkapan absolut, tetapi kami berharap bahwa materi tersebut memberikan pemahaman yang memadai tentang teknologi. Umpan balik akan sangat dihargai.
Penulis: Solusi Konvergensi dan Pakar Layanan Multimedia Alexey Lapshin aslapsh