NB-IoT：它是如何工作的？第2部分
上一次我們從無線接入網路架構的角度討論了新標準NB-IoT的功能。今天，我們通過NB-IoT反思核心網路（核心網路）的變化。讓我們走吧。
網路核心發生了重大變化。讓我們從一個新元素出現的事實開始，以及由標準定義為“CIoT EPS優化”或為蜂窩物聯網優化核心網路的許多機制。
如您所知，在行動網路中，有兩個主要的通訊通道，稱為控制平面（CP）和使用者平面（UP）。控制平面被設計用於在各種網路元件之間交換服務訊息，並用於提供裝置（UE）的移動性（移動性管理）以及建立/維護資料傳輸會話（會話管理）。使用者平面 - 實際上，這是使用者流量的傳輸通道。在經典LTE中，跨介面的CP和UP分佈如下：
用於NB-IoT的CP和UP優化機制在MME，SGW和PGW節點上實現，其通常被組合成稱為C-SGN（蜂窩IoT服務閘道器節點）的單個元素。該標準還假設出現了新的網路元素 - SCEF（服務能力暴露功能）。MME和SCEF之間的介面稱為T6a，基於DIAMETER協議。雖然DIAMETER是一種信令協議，但在
根據名稱，SCEF是一個展示服務能力的網站。換句話說，SCEF隱藏了運營商網路的複雜性，並且還消除了從應用開發者識別和認證移動裝置（UE）的需要，允許應用伺服器（Application Server，AS）通過單個API介面接收資料和管理裝置。
UE識別符號不是電話號碼（MSISDN）或IP地址，如經典2G / 3G / LTE網路的情況，而是所謂的“外部ID”，其由“本地識別符號”@ <域中的標準定義識別符號>“。這是一個獨立的大話題，值得一個單獨的材料，因此我們現在不會詳細討論這個問題。
現在讓我們來看看最重要的創新。CIoT EPS優化是流量傳輸和使用者會話管理機制的優化。
- 多納斯
- NIDD
- PSM和eDRX省電機制
- HLCOM
DoNAS（NAS上的資料）：
這是一種旨在優化少量資料傳輸的機制。
在傳統LTE中，使用者裝置在網路上註冊時通過eNodeB建立到MME-SGW-PGW的PDN連線（以下稱為PDN）。UE-eNodeB-MME連線是所謂的“信令無線電承載”（SRB）。如果需要傳送/接收資料，則UE與eNodeB建立另一連線 - “資料無線電承載”（DRB），以將使用者業務傳送到SGW，然後傳送到PGW（分別為介面S1-U和S5）。在交換結束時以及沒有通訊一段時間（通常為5-20秒）時，這些連線斷開，裝置進入待機模式或“空閒模式”。
在NB-IoT中，使用者流量可以通過信令通道（SRB）在NAS協議訊息中傳輸。不再需要建立DRB。這顯著降低了訊號負載，節省了網路的無線電資源，最重要的是，延長了裝置電池的使用壽命。
在eNodeB-MME部分中，使用者資料開始通過S1-MME介面傳輸，這在傳統LTE技術中不是這種情況，並且使用NAS協議，其中出現“使用者資料容器”。
為了實現從MME到SGW的“使用者平面”的轉移，出現了新的介面S11-U，其被設計為傳輸少量的使用者資料。S11-U協議基於GTP-U v1，其用於在3GPP架構網路的其他介面上傳送使用者平面。
NIDD（非IP資料傳輸）：
作為進一步優化傳輸少量資料的機制的一部分，除了已經存在的PDN型別（如IPv4，IPv6和IPv4v6）之外，還出現了另一種型別 - 非IP。在這種情況下，UE未被分配IP地址，並且在不使用IP協議的情況下發送資料。這有幾個原因：
- 物聯網裝置（如感測器）可以傳輸非常少量的資料，20個位元組甚至更少。考慮到最小IP頭大小為20位元組，IP中的封裝有時會非常昂貴;
- 沒有必要在晶片中實現IP堆疊，這導致更便宜的價格（評論中的討論問題）。
總的來說，物聯網裝置需要IP地址來通過網際網路傳輸資料。在NB-IoT概念中，SCEF充當單點連線AS，並且通過API在裝置和應用伺服器之間交換資料。在沒有SCEF非IP的情況下，可以通過PGW的點對點（PtP）隧道將資料傳輸到AS，並且將在其上進行IP封裝。
所有這些都符合NB-IoT範例 - 裝置的最大限度簡化和減少。
節能機制PSM和eDRX：
LPWAN網路的主要優勢之一是能效。宣稱該裝置在單個電池上可自行執行長達10年。我們將瞭解如何實現這些價值觀。
裝置何時消耗最少的能量？這是對的，當它關閉時。如果不可能完全斷開裝置的電源，那就讓無線電模組斷電一段時間。只有這一點才需要與網路協調。
PSM（省電模式）：PSM省電模式
允許裝置永久關閉無線電模組，同時保持註冊到網路，而不是每次都需要傳輸資料時重新安裝PDN。
為了使網路知道裝置仍然可用，它會定期啟動更新過程 - 跟蹤區域更新（TAU）。該過程的頻率由網路使用定時器T3412設定，定時器T3412的值在附著過程或下一個TAU期間傳送到裝置。在傳統LTE中，此計時器的預設值為54分鐘，最大值為186分鐘。但是，為了確保高能效，每隔186分鐘播出的需求太貴了。為了解決這個問題，開發了PSM機制。
該裝置通過在“附著請求”或“跟蹤區域請求”訊息中傳送兩個定時器T3324和T3412-Extended的值來啟用PSM模式。第一個確定在轉換為“空閒模式”後設備可用的時間。第二個是TAU應該生產的時間，現在它的價值可以達到35712000秒或413天。根據設定，MME可以接受從裝置接收的定時器值，或者通過在“附接接受”或“跟蹤區域更新接受”訊息中傳送新值來修改它們。現在，裝置可能無法開啟無線電模組413天並保持在網路中註冊。因此，我們可以大大節省網路資源和裝置的能源效率！
但是，在此模式下，裝置不僅可用於傳入通訊。如果需要嚮應用伺服器傳輸內容，裝置可以隨時退出PSM併發送資料，在T3324定時器期間保持活動狀態，以便從AS接收資訊訊息（如果有）。
eDRX（擴充套件非連續接收）：
eDRX，擴充套件非連續接收模式。要將資料傳輸到處於“空閒模式”的裝置，網路將執行通知程式 - “尋呼”。當接收尋呼裝置時，啟動SRB的建立以進一步與網路通訊。但是為了不錯過發給他的尋呼資訊，裝置必須不斷監視電波，這也是非常耗能的。
eDRX是一種模式，裝置不是永久地從網路接收訊息，而是定期接收訊息。在附著或TAU過程期間，裝置與網路協調它將“收聽”廣播的時間間隔。因此，分頁過程將以相同的間隔執行。在eDRX模式下，器件操作分為多個週期（eDRX週期）。在每個週期的開始，存在所謂的“尋呼視窗”（尋呼時間視窗，以下稱為PTW） - 這是裝置收聽無線電通道的時間。在PTW結束時，裝置關閉無線電模組，直到迴圈結束。
HLCOM（高延遲通訊）：
如果需要將資料傳輸到上行鏈路，則裝置可以退出這兩種省電模式中的任何一種，而無需等待PSM或eDRX週期結束。但只有在裝置處於活動狀態時才可以將資料傳輸到裝置。
HLCOM功能或高延遲通訊是SGW上的分組的下行鏈路緩衝，只要該裝置處於省電模式並且不可用於通訊。一旦裝置離開PSM，製作TAU或傳輸上行鏈路流量，或PTW到達時，將立即傳送緩衝的資料包。
當然，這需要物聯網產品開發人員的認識，因為與裝置的通訊不是實時的，並且需要某種方法來設計應用程式的業務邏輯。
總而言之，讓我們說：一個新的引入總是捕獲，現在我們正在處理一個標準，即使是世界野牛，如沃達豐和西班牙電信公司也沒有完全測試 - 因此它是雙倍的令人興奮。我們對材料的介紹並不是絕對的，但我們希望能夠充分了解該技術。我們希望得到反饋。