模组使用之NB-IoT模组的工作模式、PSM、DRX和eDRX状态说明

模组主要由 Modem 和 AP 两部分组成， Modem主要负责与核心网的通信， AP部分主要负责操作系统
及应用层程序的运行。
AP有两种工作模式：

Normal：工作状态，此模式下 AP 有任务正在处理，如有 AT 命令交互等。
Idle：空闲状态，当 AP 所有任务处于挂起状态， AP 将会进入 Idle 模式。

Modem有三种工作模式：

Connected：连接状态，此模式下模块可以进行数据发送和接收。 Modem 在此模式下可切换到 DRX/eDRX 模式或 PSM 模式。
Idle：空闲状态，Idle状态又分为两种方式：DRX和eDRX，在Idle模式下只有寻呼窗口内可接收下行数据。Modem 在此模式下可切换至 Connected 或 PSM 模式。
PSM：省电状态，Modem 处于非连接状态，无法接收下行数据。 Modem 在此模式下可切换至 Connected 模式。

由AP和Modem的工作模式共同决定了模组的三种工作模式：

Active：唤醒状态，当 AP 处于 Normal 状态或 Modem 处在 Connected 状态时，模块将处于 Active 模式，此模式下所有业务都可正常处理，功耗最高。
Light Sleep：轻休眠状态，当 AP 处于 Idle 并且 Modem 处于 Idle 状态时，模块将进入 Light Sleep（轻休眠）模式。此时 AP 的任务被挂起， Modem不接收下行数据或者仅在寻呼窗口接收下行数据，功耗会大幅下降到 μA级别。
Deep Sleep：深休眠状态：当 AP 处于 Idle 并且 Modem 进入 PSM 模式，模块将进入Deep Sleep（深休眠）模式。此时 CPU 会掉电，仅仅只有内部 RTC 仍在工作；模块功耗最低，仅 3.7μA 左右。

如果Modem的Idle状态的工作方式是DRX，我们来看看模组的整个工作过程：

1、模组上电，上电后模组入网，Modem处于Connected状态，在此模式下，模组与基站处于连接状态，可以随时发送和接收数据。
2、无数据交互一段时间后，RRC就会释放，Modem进入Idle状态。为了节省功耗，模块于每个 DRX 周期监听一次寻呼信道，以检查是否有下行业务到达。如果一直没有数据交互，那么T3324时间后，Modem就会进入PSM状态，反之，如果突然有数据交互，那么Modem就会回到Connected状态。
3、Modem进入PSM状态后，就不会与基站有交互了，此时虽然依旧注册在网络中，但信令不可达，模块无法收到下行数据，直到T3412时间后或者有上行数据需要传输，Modem才会回到Connected状态。
4、T3412时间到后，Modem进入Connected状态，如果还没有数据交互，那么Modem直接进入PSM。（如果一直没有数据交互，Modem会一直进行这个循环）
5、如果在PSM状态下，有数据需要上传，Modem马上进入Connected状态，传完后，又进入Idle状态，T3324时间后，进入PSM状态。

注：

常见的 DRX 周期（DRX cycle）为 1.28 秒和 2.56 秒。
DRX周期由网络决定，模块不可配。
T3324时间又叫TAU 周期。

如果Modem的Idle状态的工作方式是eDRX，我们来看看模组的整个工作过程：

可以看到，eDRX模式在DRX的基础上又增加了eDRX周期，这样对基站的寻呼次数更少，更节能，但是也会导致更长的下行数据延时。模块只能在 PTW 内按 DRX周期监听寻呼信道，以便接收下行业务； PTW 外的时间不监听寻呼信道、不能接收下行业务。

注：

eDRX 周期通常为 20.48 秒或 81.92 秒。
模组这侧有命令可以配置 eDRX 周期，但是最终由网络决定是否接受配置。

NB-IoT模组为什么不能实时接收下行数据？

在网络状态正常，模组功能正常的情况下，下列两个问题都有可能引起模组收不到下行数据：

（1）NB-IoT网络中，为了实现低功耗特点，引入了PSM机制和eDRX机制，终端模组在处于PSM状态和eDRX的非寻呼时间窗阶段时，无法监听来自核心网的下行寻呼，从而出现收不到下行数据的现象。

（2）此外，模组通信使用UDP协议，在传输网中，由于传输资源有限，不能无限制的维持UDP连接；所以，传输网引入了NAT映射老化机制，在当前UDP链路持续段时间不使用的情况下，传输网会回收当前UDP资源，分配给其他用户使用；从而导致传输链路中断，模组收不到下行数据的现象（目前公网的UDP映射老化时间大约为1~2min）。

要实现数据下发，可以通过终端主动发送上行数据唤醒模组，模组自动构建数据链路；上级服务器接收到终端的上行数据后，在模组重新进入PSM状态以及传输网UDP映射回收之前，执行下行数据发送，即可完成数据下发。

若需要实现实时下行数据业务，则需要针对上述两个方面做针对性处理，目前有两种方案可以实现实时下行数据业务：

方案1：使用AT指令关闭模组PSM和eDRX功能，使终端不再进入低功耗状态，从而保持与接入网的连接，保证随时能收到核心网下发的寻呼；并且应用层设计1min为周期的心跳机制，维持UDP映射不被传输网回收。

方案2：使用AT指令关闭模组PSM和eDRX功能，使终端不再进入低功耗状态，从而保持与接入网的连接，保证随时能收到核心网下发的寻呼；并且协调运营商开通专用APN，并通过GRE隧道的方式，保持长连接，此种方案下，无需使用心跳保持长连接状态。

在保持长连接的情况下，模组无法进入低功耗状态，无低功耗功能。

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