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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蜂窝物联网接入流程(出处: 利尔达物联网开发者社区)
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