Добрый день всем!

В предыдущей части обсуждалась общая информация и особенности технологии NB-IoT, а здесь предлагаю подробно рассмотреть режимы энергосбережения PSM и eDRX, а также команды, с помощью которых этими режимами можно управлять.

Режимы сохранения энергии в NB-IoT

Устройствам, которые работают от батарейки, важно потреблять как можно меньше энергии. Для этого в NB-IoT предусмотрены два режима энергосбережения: Power Saving Mode, PSM и Extended idle mode DRX, eDRX. Рассмотрим их подробнее.

Режим сохранения энергии PSM, Power Saving Mode

Согласно спецификации 3GPP TS 23.682, Power Saving Mode (PSM) – это режим, аналогичный отключению питания, при котором устройство, тем не менее, остается зарегистрированным в сети. Любопытно, что режим PSM появился в спецификациях 3GPP раньше, чем NB-IoT – в 3GPP Release 12.

Устройство NB-IoT инициирует режим PSM, включая значения двух таймеров в запросы ATTACH REQUEST/TAU REQUEST, посылаемые в процедурах Attach и TAU (TAU, Tracking Area Update — это периодическая процедура, которая используется в LTE для уведомления сети о доступности и местоположении мобильного устройства).

Первый таймер — T3324 Active Timer — определяет время, в течение которого устройство остается доступным со стороны сети после процедуры Attach, TAU или передачи данных.

Второй таймер — T3412 Extended periodic TAU Timer — определяет период процедуры TAU.

Режим PSM и таймеры T3324, T3412 показаны на рис. 1:

Если сеть разрешает использование режима PSM, то значения этих таймеров включаются в ответные сообщения ATTACH ACCEPT/TAU ACCEPT. При определении значений таймеров сеть может принимать во внимание не только значения, запрашиваемые устройством, но и локальную конфигурацию. Другими словами, сеть не обязана подтверждать в точности те значения таймеров, которые запросило устройство. Зато устройство обязано применить значения, полученные от сети.

Длительность нахождения устройства в режиме PSM определяется как разница между Extended periodic TAU Timer и Active Timer (T3412-T3324). Так как значение T3324 Active Timer может быть равно нулю, то максимальное теоретическое время нахождения устройства в режиме PSM равняется максимальному времени T3412 Extended periodic TAU Timer и составляет 413 дней и 8 часов (!!!). Максимальное значение T3324 Active Timer составляет 3 часа и 6 минут (186 минут).

Когда устройство находится в режиме PSM, оно недоступно со стороны сети (для так называемых mobile terminating сервисов).

GSMA рекомендует операторам сотовой связи сохранять и передавать устройству (после выхода последнего из режима PSM) как минимум последний пакет данных длительностью 100 бит.

Устройство может выйти из режима PSM в любое время (например, если устройству нужно срочно передать какие-нибудь данные, как на картинке выше).

Режим сохранения энергии eDRX (Extended idle mode DRX)

eDRX (Extended idle mode DRX) можно считать дополнительным режимом энергосбережения устройства, он появился в спецификациях 3GPP Release 13. DRX означает прерывистый приём (Discontinuous Receiving). Метод прерывистого приема известен в сотовой связи давно, и заключается в том, что для сохранения энергии приемный тракт устройства включается периодически в определенные промежутки времени, а большую часть времени отключен. Сеть «знает» об этом и посылает сигналы вызова (paging) только в «правильные» моменты времени. Расширенный режим прерывистого приёма (eDRX) позволяет существенно увеличить период времени, когда приемный тракт устройства выключен. Согласно спецификации 3GPP TS 23.682, период прерывистого приема eDRX в режиме NB-IoT составляет от 20,48 до 10485,76 секунды (10485 секунд — это почти 3 часа).

Сравнение «старого» DRX и «нового» eDRX представлено на рис. 2:

Устройство NB-IoT активирует режим eDRX, передавая значение длительности периода eDRX в запросах ATTACH REQUEST/TAU REQUEST, посылаемых в процедурах Attach и TAU. Если сеть разрешает использование режима eDRX, то значение периода eDRX включается в ответные сообщения ATTACH ACCEPT/TAU ACCEPT. Сеть не обязана подтверждать запрошенное устройством значение периода eDRX, а вот устройство обязано применить значение, переданное сетью.

Как и в случае с PSM, при использовании режима eDRX GSMA рекомендует операторам сохранять и передавать устройству как минимум последний пакет данных длительностью 100 бит. Впрочем, как следует из опроса, проведенного ассоциацией GSM, операторы намерены сохранять намного больше нисходящих данных (от приложения к устройству).

Режим eDRX может применяться одновременно с режимом PSM.

Режимы PSM и eDRX входят в число минимальных требований к сетям NB-IoT, рекомендованных GSMA.

Команды управления устройством NB-IoT (AT-команды)

Стандартные AT-команды описываются в спецификации 3GPP TS 27.007. Всего команд очень много, здесь рассмотрим только те, с помощью которых можно управлять режимами энергосбережения устройства NB-IoT. Кроме того, разные производители могут немного по-своему интерпретировать стандартные или изобретать новые команды. Поэтому для большей определенности посмотрим команды NB-IoT-модуля N21.

Команда управления режимом PSM

Для задания параметров режима PSM используется команда AT+CPSMS:

AT+CPSMS=[mode],[Requested_Periodic-RAU],[Requested_GPRS-READY-timer],[Requested_Periodic-TAU],[Requested_Active-Time]

Параметры команды AT+CPSMS:

• mode (0 — PSM выключен, 1 — PSM включен)
• Requested_Periodic-RAU, T3312 (применим к 2G/3G, в NB-IoT не используется)
• Requested_GPRS-READY-timer, T3314 (применим к 2G/3G, в NB-IoT не используется)
• Requested_Periodic-TAU, T3412 (применим к LTE, используется в NB-IoT)
• Requested_Active-Time, T3324 (применим к 2G/3G/LTE, используется в NB-IoT)

Таким образом, для настройки параметров PSM в режиме NB-IoT используются три параметра: mode, Requested_Periodic-TAU и Requested_Active-Time.

Запрашиваемая длительность нахождения устройства в режиме PSM — это разница между значениями Requested_Periodic-TAU и Requested_Active-Time.

Кодирование значения Requested_Active-Time (T3324)

Requested_Active-Time кодируется в виде последовательности, состоящей из 8 бит, где старшие биты 8, 7, 6 представляют собой множитель, биты 5, 4, 3, 2, 1 – значение.

Пример кодирования значения Requested_Active-Time (T3324):
00000101 — Requested_Active-Time
000 – множитель, 2 секунды,
00101 – значение, 5,
5 х 2 секунды = 10 секунд — запрашиваемое значение Requested_Active-Time.

Максимальное значение Requested_Active-Time (T3324) составляет 3 часа и 6 минут (186 минут).

Кодирование значения Requested_Periodic-TAU (T3412)

Requested_Periodic-TAU кодируется в виде последовательности, состоящей из 8 бит, где старшие биты 8, 7, 6 представляют собой множитель, младшие биты 5, 4, 3, 2, 1 – значение.

Пример кодирования значения Requested_Periodic-TAU (T3412):
00100001 — Requested_Periodic-TAU
001 – множитель, 1 час,
00010 – значение, 2,
2 х 1 час = 2 часа — запрашиваемое значение Requested_Periodic-TAU

Максимальное значение таймера Requested_Periodic-TAU T3412 составляет 9920 часов или 413 дней и 8 часов.

Примеры команды AT+CPSMS

AT+CPSMS=0    // Режим PSM выключен

AT+CPSMS=1,"","","00100001","00100011"    // Режим PSM включен, Requested_Periodic-TAU: 2 часа, Requested_Active-Time: 3 минуты, длительность PSM: 1 час и 57 минут

Команда управления режимом eDRX

Для задания параметров режима eDRX используется команда AT+CEDRXS:

AT+CEDRXS=[mode],[AcT-type],[Requested_eDRX_value]

Параметры команды AT+CEDRXS:

1. mode — режим:

• 0 — режим eDRX выключен
• 1 — режим eDRX включен
• 2 — режим eDRX включен, разрешены незапрашиваемые сообщения (URC)

2. AcT-type — технология радиодоступа:

• 1 – EC-GSM-IoT
• 2 – GSM
• 3 – 3G
• 4 – LTE, LTE-M
• 5 – NB-IoT

3. Requested_eDRX_value — длительность периода eDRX. Значение кодируется в виде двоичной последовательности, состоящей из 4-х бит. Согласно спецификации 3GPP TS 23.682, период eDRX в режиме NB-IoT находится в диапазоне от 20,48 до 10485,76 секунд. Значения Requested_eDRX_value в режиме NB-IoT приведены в таблице 3.

Примеры команды AT+CEDRXS

AT+CEDRXS=0    // режим eDRX выключен

AT+CEDRXS=1,5,"0010"    // режим eDRX включен, технология радиодоступа - NB-IoT, длительность периода eDRX - 20,48 секунды

P.S. Статья не претендует на абсолютную истину и может содержать неточности. Если вы заметили неточности, хотите поделиться инсайдерской информацией или просто высказать своё мнение – добро пожаловать в комментарии!