蜂窝物联网
蜂窝物联网(cellular iot)就是使用现有的蜂窝网络连接物联网设备而形成的物联网,是一种将物理设备与互联网连接起来的方式。通过蜂窝物联网,人们将一些物理设备——如传感器——与智能手机连接在同一个蜂窝网络上。
5g时代,蜂窝物联网已成为物联网连接领域的一个强有力的参与者。
一、附着和建立承载
ue上电之后就开始了无线信令协议的交互,信令流程依次为:
1、搜网
2、小区驻留
3、附着和建立默认承载
这个过程的意义是建立无线终端和基站、无线终端和核心网之间的传输链路,这个链路就叫做无线承载。其中,搜网和小区驻留属于as层的信令过程,附着和建立默认承载属于nas层的信令。
二、pdn和默认承载
在ue的第一条initial attach中就包含了附着请求(attach request)和pdn连接请求(pdn connectivity request),pdn连接请求的目的是会在ue和p-gw之间建立默认承载(default bearer),默认承载会保持连接直到ue分离(detach)lte网络。
pdn(packet data network):
• lte网络的数据转发是在pdn连接上完成的
• 每个pdn连接都对应一个默认承载(default bearer)和一个ip address
• pdn连接请求可带参数是:apn、ue支持的pdn类型(ipv4,ipv6,ipv4v6等)、鉴权等。如果apn为空,就采用缺省apn,缺省apn是由hss提供的,也就说缺省apn由sim卡决定。
三、默认承载和专用承载
无线承载分为默认承载(default eps bearer)和专用承载(dedicated eps bearer)两种。
无线承载和默认承载的区别:
1、qos不同,比如:默认承载不保证比特速率(non-gbr),而专用承载保证比特率(gbr)。专用承载在有业务需要的时候才建立。
2、在一个pdn链接中,只有一个默认承载,但可以有多个专用承载,每个终端可以建立多条pdn,对应多条默认承载和专用承载。
• 在常见的应用场景中,上电之后建立默认pdn和它的默认承载
• 如果需要支持ims业务,会建立ims pdn和ims专用承载。
四、附着和建立承载
下图是lte承载示意图
五、附着和默认承载的信令流程
附着过程由终端发起emm attach request的信令开始,由终端发送emm attach complete结束,因此也叫做attach过程。attach过程伴随默认承载default eps bearer的建立流程和默认承载使用的pdn的建立流程。(ueenbs-gwp-gw)。建立默认承载的信令过程中,会协商专用承载的相关参数。
attach request消息如下,携带着无线终端希望和无线网络进行协商的一些nas层ie:比如attach类型、id类型、ue能力参数、语音相关参数等。这些ie有些是必须的,有些是可选的。
eps attach type:必须携带。
• lte制式的无线终端支持的attach type只有ps域附着和联合附着两种
• 联合附着combined eps/imsi attach,表示支持ps域附着(eps)和imsi附着,意味着支持csfb(circuit switched fallback,电路域回落)。
additional update type:当ue请求sms only或者支持ciot eps optimizations的时候需要携带。
• additional update type value (autv):取值为1的意思是sms only,表示不支持csfb,只支持ps域,sms走nas信令。取值为0表示支持联合注册,支持csfb。
• preferred ciot network behaviour :取值为1是cp-ciot,取值为2是up-ciot,取值为0是不采用eps estimation。
voice domain preference and ue's usage setting
• voice domain preference for e-utran,,取值ims ps voice only表示支持ims
• ue's usage setting:voice centric,附着类型是联合附着时,如果附着失败且为voice centric,则终端会回退到2g/3g进行附着。如果为data centric,则终端会用volte打电话。
pdn connectivity request消息中关注如下两个字段:pdn type和pco(protocol configuration options)。pdn type是终端请求建立的链路类型ipv4, ipv6或者ipv4v6, pco是终端向网络侧请求的地址,比如p-cscf是ims业务中的服务器地址,还有dns地址等
pdn连接的参数可以通过at指令设置
在attach accept消息中重点关注eps network feature support,这个ie是网络支持的能力。如下图,其中cpciot取值表示网络支持cp-ciot。
物联网模组的重要指标是功耗。nb-iot提供了一种降低模组功耗的工作模式psm,在psm下的最大耗流为5ua。psm的定时器参数在附着的信令消息里携带,并和网络协商。模组退出psm模式有两种方式:一种是ue主动发送数据,另一种是当t3412定时器(最长310h)超时后,tau启动,模组退出psm。模组在不同模式下的功耗示意图如下所示。
六、ims专用承载的信令流程
建立ims pdn和它的默认承载的信令流程,跟默认pdn和它的默认承载的流程是完全一样的,只有参数不同。比如ims pdn使用的apn一般是ims, qos也会不一样。
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(出处: 利尔达物联网开发者社区)