上一次我們從無線接入網絡架構的角度討論了新標准NB-IoT的功能。今天，我們通過NB-IoT反思核心網絡（核心網絡）的變化。讓我們走吧。
網絡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，以及由標准定義為“CIoT EPS優化”或為蜂窩物聯網優化核心網絡的許多機制。
如您所知，在移動網絡中，有兩個主要的通信通道，稱為控制平面（CP）和用戶平面（UP）。控制平面被設計用於在各種網絡元件之間交換服務消息，並用於提供設備（UE）的移動性（移動性管理）以及建立/維護數據傳輸會話（會話管理）。用戶平面 - 實際上，這是用戶流量的傳輸通道。在經典LTE中，跨接口的CP和UP分布如下：
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服務網關節點）的單個元素。該標准還假設出現了新的網絡元素 - SCEF（服務能力暴露功能）。MME和SCEF之間的接口稱為T6a，基於DIAMETER協議。雖然DIAMETER是一種信令協議，但在NB-IoT中，它適用於傳輸少量的非IP數據。
根據名稱，SCEF是一個展示服務能力的網站。換句話說，SCEF隱藏了運營商網絡的復雜性，並且還消除了從應用開發者識別和認證移動設備（UE）的需要，允許應用服務器（Application Server，AS）通過單個API接口接收數據和管理設備。
UE標識符不是電話號碼（MSISDN）或IP地址，如經典2G / 3G / LTE網絡的情況，而是所謂的“外部ID”，其由“本地標識符”@ <域中的標准定義標識符>“。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優化是流量傳輸和用戶會話管理機制的優化。以下是主要內容：
- 多納斯
- NIDD
- PSM和eDRX省電機制
- HLCOM
DoNAS（NAS上的數據）：
這是一種旨在優化少量數據傳輸的機制。
在傳統LTE中，用戶設備在網絡上注冊時通過eNodeB建立到MME-SGW-PGW的PDN連接（以下稱為PDN）。UE-eNodeB-MME連接是所謂的“信令無線電承載”（SRB）。如果需要發送/接收數據，則UE與eNodeB建立另一連接 - “數據無線電承載”（DRB），以將用戶業務傳送到SGW，然后傳送到PGW（分別為接口S1-U和S5）。在交換結束時以及沒有通信一段時間（通常為5-20秒）時，這些連接斷開，設備進入待機模式或“空閑模式”。如果需要交換新的數據部分，則重置SRB和DRB。
在NB-IoT中，用戶流量可以通過信令信道（SRB）在NAS協議消息中傳輸。不再需要建立DRB。這顯着降低了信號負載，節省了網絡的無線電資源，最重要的是，延長了設備電池的使用壽命。
在eNodeB-MME部分中，用戶數據開始通過S1-MME接口傳輸，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“用戶數據容器”。
為了實現從MME到SGW的“用戶平面”的轉移，出現了新的接口S11-U，其被設計為傳輸少量的用戶數據。S11-U協議基於GTP-U v1，其用於在3GPP架構網絡的其他接口上發送用戶平面。
NIDD（非IP數據傳輸）：
作為進一步優化傳輸少量數據的機制的一部分，除了已經存在的PDN類型（如IPv4，IPv6和IPv4v6）之外，還出現了另一種類型 - 非IP。在這種情況下，UE未被分配IP地址，並且在不使用IP協議的情況下發送數據。這有幾個原因：
- 物聯網設備（如傳感器）可以傳輸非常少量的數據，20個字節甚至更少。考慮到最小IP頭大小為20字節，IP中的封裝有時會非常昂貴;
- 沒有必要在芯片中實現IP堆棧，這導致更便宜的價格（評論中的討論問題）。
總的來說，物聯網設備需要IP地址來通過互聯網傳輸數據。在NB-IoT概念中，SCEF充當單點連接AS，並且通過API在設備和應用服務器之間交換數據。在沒有SCEF非IP的情況下，可以通過PGW的點對點（PtP）隧道將數據傳輸到AS，並且將在其上進行IP封裝。
所有這些都符合NB-IoT范例 - 設備的最大限度簡化和減少。
節能機制PSM和eDRX：
LPWAN網絡的主要優勢之一是能效。宣稱該設備在單個電池上可自行運行長達10年。我們將了解如何實現這些價值觀。
設備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設備的電源，那就讓無線電模塊斷電一段時間。只有這一點才需要與網絡協調。
PSM（省電模式）：PSM省電模式
允許設備永久關閉無線電模塊，同時保持注冊到網絡，而不是每次都需要傳輸數據時重新安裝PDN。
為了使網絡知道設備仍然可用，它會定期啟動更新過程 - 跟蹤區域更新（TAU）。該過程的頻率由網絡使用定時器T3412設置，定時器T3412的值在附着過程或下一個TAU期間發送到設備。在傳統LTE中，此計時器的默認值為54分鍾，最大值為186分鍾。但是，為了確保高能效，每隔186分鍾播出的需求太貴了。為了解決這個問題，開發了PSM機制。
該設備通過在“附着請求”或“跟蹤區域請求”消息中發送兩個定時器T3324和T3412-Extended的值來激活PSM模式。第一個確定在轉換為“空閑模式”后設備可用的時間。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。根據設置，MME可以接受從設備接收的定時器值，或者通過在“附接接受”或“跟蹤區域更新接受”消息中發送新值來修改它們。現在，設備可能無法打開無線電模塊413天並保持在網絡中注冊。因此，我們可以大大節省網絡資源和設備的能源效率！
但是，在此模式下，設備不僅可用於傳入通信。如果需要向應用服務器傳輸內容，設備可以隨時退出PSM並發送數據，在T3324定時器期間保持活動狀態，以便從AS接收信息消息（如果有）。
eDRX（擴展非連續接收）：
eDRX，擴展非連續接收模式。要將數據傳輸到處於“空閑模式”的設備，網絡將執行通知程序 - “尋呼”。當接收尋呼設備時，啟動SRB的建立以進一步與網絡通信。但是為了不錯過發給他的尋呼信息，設備必須不斷監視電波，這也是非常耗能的。
eDRX是一種模式，設備不是永久地從網絡接收消息，而是定期接收消息。在附着或TAU過程期間，設備與網絡協調它將“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，器件操作分為多個周期（eDRX周期）。在每個周期的開始，存在所謂的“尋呼窗口”（尋呼時間窗口，以下稱為PTW） - 這是設備收聽無線電信道的時間。在PTW結束時，設備關閉無線電模塊，直到循環結束。
HLCOM（高延遲通信）：
如果需要將數據傳輸到上行鏈路，則設備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周期結束。但只有在設備處於活動狀態時才可以將數據傳輸到設備。
HLCOM功能或高延遲通信是SGW上的分組的下行鏈路緩沖，只要該設備處於省電模式並且不可用於通信。一旦設備離開PSM，制作TAU或傳輸上行鏈路流量，或PTW到達時，將立即傳送緩沖的數據包。
當然，這需要物聯網產品開發人員的認識，因為與設備的通信不是實時的，並且需要某種方法來設計應用程序的業務邏輯。
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准，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。