上一次我们从无线接入网络架构的角度讨论了新标准NB-IoT的功能。今天，我们通过NB-IoT反思核心网络（核心网络）的变化。让我们走吧。

网络核心发生了重大变化。让我们从一个新元素出现的事实开始，以及由标准定义为“CIoT EPS优化”或为蜂窝物联网优化核心网络的许多机制。

如您所知，在移动网络中，有两个主要的通信通道，称为控制平面（CP）和用户平面（UP）。控制平面被设计用于在各种网络元件之间交换服务消息，并用于提供设备（UE）的移动性（移动性管理）以及建立/维护数据传输会话（会话管理）。用户平面 - 实际上，这是用户流量的传输通道。在经典LTE中，跨接口的CP和UP分布如下：

用于NB-IoT的CP和UP优化机制在MME，SGW和PGW节点上实现，其通常被组合成称为C-SGN（蜂窝IoT服务网关节点）的单个元素。该标准还假设出现了新的网络元素 - SCEF（服务能力暴露功能）。MME和SCEF之间的接口称为T6a，基于DIAMETER协议。虽然DIAMETER是一种信令协议，但在NB-IoT中，它适用于传输少量的非IP数据。

根据名称，SCEF是一个展示服务能力的网站。换句话说，SCEF隐藏了运营商网络的复杂性，并且还消除了从应用开发者识别和认证移动设备（UE）的需要，允许应用服务器（Application Server，AS）通过单个API接口接收数据和管理设备。

UE标识符不是电话号码（MSISDN）或IP地址，如经典2G / 3G / LTE网络的情况，而是所谓的“外部ID”，其由“本地标识符”@ <域中的标准定义标识符>“。这是一个独立的大话题，值得一个单独的材料，因此我们现在不会详细讨论这个问题。

现在让我们来看看最重要的创新。CIoT EPS优化是流量传输和用户会话管理机制的优化。以下是主要内容：

DoNAS（NAS上的数据）：

这是一种旨在优化少量数据传输的机制。

在传统LTE中，用户设备在网络上注册时通过eNodeB建立到MME-SGW-PGW的PDN连接（以下称为PDN）。UE-eNodeB-MME连接是所谓的“信令无线电承载”（SRB）。如果需要发送/接收数据，则UE与eNodeB建立另一连接 - “数据无线电承载”（DRB），以将用户业务传送到SGW，然后传送到PGW（分别为接口S1-U和S5）。在交换结束时以及没有通信一段时间（通常为5-20秒）时，这些连接断开，设备进入待机模式或“空闲模式”。如果需要交换新的数据部分，则重置SRB和DRB。

在NB-IoT中，用户流量可以通过信令信道（SRB）在NAS协议消息中传输。不再需要建立DRB。这显着降低了信号负载，节省了网络的无线电资源，最重要的是，延长了设备电池的使用寿命。

在eNodeB-MME部分中，用户数据开始通过S1-MME接口传输，这在传统LTE技术中不是这种情况，并且使用NAS协议，其中出现“用户数据容器”。

为了实现从MME到SGW的“用户平面”的转移，出现了新的接口S11-U，其被设计为传输少量的用户数据。S11-U协议基于GTP-U v1，其用于在3GPP架构网络的其他接口上发送用户平面。

NIDD（非IP数据传输）：

作为进一步优化传输少量数据的机制的一部分，除了已经存在的PDN类型（如IPv4，IPv6和IPv4v6）之外，还出现了另一种类型 - 非IP。在这种情况下，UE未被分配IP地址，并且在不使用IP协议的情况下发送数据。这有几个原因：

  1. 物联网设备（如传感器）可以传输非常少量的数据，20个字节甚至更少。考虑到最小IP头大小为20字节，IP中的封装有时会非常昂贵;
  2. 没有必要在芯片中实现IP堆栈，这导致更便宜的价格（评论中的讨论问题）。

总的来说，物联网设备需要IP地址来通过互联网传输数据。在NB-IoT概念中，SCEF充当单点连接AS，并且通过API在设备和应用服务器之间交换数据。在没有SCEF非IP的情况下，可以通过PGW的点对点（PtP）隧道将数据传输到AS，并且将在其上进行IP封装。

所有这些都符合NB-IoT范例 - 设备的最大限度简化和减少。

节能机制PSM和eDRX：

LPWAN网络的主要优势之一是能效。宣称该设备在单个电池上可自行运行长达10年。我们将了解如何实现这些价值观。

设备何时消耗最少的能量？这是对的，当它关闭时。如果不可能完全断开设备的电源，那就让无线电模块断电一段时间。只有这一点才需要与网络协调。

PSM（省电模式）：PSM省电模式

允许设备永久关闭无线电模块，同时保持注册到网络，而不是每次都需要传输数据时重新安装PDN。

为了使网络知道设备仍然可用，它会定期启动更新过程 - 跟踪区域更新（TAU）。该过程的频率由网络使用定时器T3412设置，定时器T3412的值在附着过程或下一个TAU期间发送到设备。在传统LTE中，此计时器的默认值为54分钟，最大值为186分钟。但是，为了确保高能效，每隔186分钟播出的需求太贵了。为了解决这个问题，开发了PSM机制。

该设备通过在“附着请求”或“跟踪区域请求”消息中发送两个定时器T3324和T3412-Extended的值来激活PSM模式。第一个确定在转换为“空闲模式”后设备可用的时间。第二个是TAU应该生产的时间，现在它的价值可以达到35712000秒或413天。根据设置，MME可以接受从设备接收的定时器值，或者通过在“附接接受”或“跟踪区域更新接受”消息中发送新值来修改它们。现在，设备可能无法打开无线电模块413天并保持在网络中注册。因此，我们可以大大节省网络资源和设备的能源效率！

但是，在此模式下，设备不仅可用于传入通信。如果需要向应用服务器传输内容，设备可以随时退出PSM并发送数据，在T3324定时器期间保持活动状态，以便从AS接收信息消息（如果有）。

eDRX（扩展非连续接收）：

eDRX，扩展非连续接收模式。要将数据传输到处于“空闲模式”的设备，网络将执行通知程序 - “寻呼”。当接收寻呼设备时，启动SRB的建立以进一步与网络通信。但是为了不错过发给他的寻呼信息，设备必须不断监视电波，这也是非常耗能的。

eDRX是一种模式，设备不是永久地从网络接收消息，而是定期接收消息。在附着或TAU过程期间，设备与网络协调它将“收听”广播的时间间隔。因此，分页过程将以相同的间隔执行。在eDRX模式下，器件操作分为多个周期（eDRX周期）。在每个周期的开始，存在所谓的“寻呼窗口”（寻呼时间窗口，以下称为PTW） - 这是设备收听无线电信道的时间。在PTW结束时，设备关闭无线电模块，直到循环结束。

HLCOM（高延迟通信）：

如果需要将数据传输到上行链路，则设备可以退出这两种省电模式中的任何一种，而无需等待PSM或eDRX周期结束。但只有在设备处于活动状态时才可以将数据传输到设备。

HLCOM功能或高延迟通信是SGW上的分组的下行链路缓冲，只要该设备处于省电模式并且不可用于通信。一旦设备离开PSM，制作TAU或传输上行链路流量，或PTW到达时，将立即传送缓冲的数据包。

当然，这需要物联网产品开发人员的认识，因为与设备的通信不是实时的，并且需要某种方法来设计应用程序的业务逻辑。

总而言之，让我们说：一个新的引入总是捕获，现在我们正在处理一个标准，即使是世界野牛，如沃达丰和西班牙电信公司也没有完全测试 - 因此它是双倍的令人兴奋。我们对材料的介绍并不是绝对的，但我们希望能够充分了解该技术。我们希望得到反馈。

转载于:https://www.cnblogs.com/mokuai/p/10151304.html

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