基于能力開放的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商方案研究

林 琳，呂光旭，符 剛（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

1 概述

通信技術(shù)飛速發(fā)展，萬物互聯(lián)已逐步成為現(xiàn)實(shí)。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)增長迅速。據(jù)IDC預(yù)測，到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到300億；到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到700億（見圖1）。到2040年，全球人口到達(dá)60億，全球物聯(lián)網(wǎng)連接將達(dá)到萬億，平均每人身邊對(duì)應(yīng)的連接將達(dá)到1 000個(gè)。巨量物聯(lián)網(wǎng)連接的需求，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入能力提出了極高的要求。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)預(yù)測

盡管物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)有一個(gè)廣闊的規(guī)模空間，但當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的成本模型難以匹配如此低ARPU訴求的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需要，增量不增收將是運(yùn)營商在物聯(lián)網(wǎng)市場最大的痛點(diǎn)。在降低終端成本的基礎(chǔ)上，運(yùn)營商更需要考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及維護(hù)成本。因此，在能滿足業(yè)務(wù)需要的情況下，不斷優(yōu)化并提升各類資源利用率是其努力的方向。

物聯(lián)網(wǎng)終端能耗巨大，而且類型繁多，不同應(yīng)用的通信屬性差異較大，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按需實(shí)時(shí)調(diào)整配置時(shí)，若采用傳統(tǒng)修改HSS等網(wǎng)元配置信息的方式，會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)配置工作量大、需求響應(yīng)周期長、電能損耗率過高等問題。

本文從運(yùn)營商需求角度出發(fā)，介紹基于能力開放的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商方案。該方案基于參數(shù)協(xié)商能力開放接口，實(shí)現(xiàn)配置參數(shù)實(shí)時(shí)下發(fā)，將第三方平臺(tái)用戶屬性或配置需求信息實(shí)時(shí)更新至網(wǎng)絡(luò)側(cè)，可滿足靈活、快速、高效配置網(wǎng)絡(luò)屬性的需求。物聯(lián)網(wǎng)多種終端可根據(jù)自身業(yè)務(wù)特性靈活自主調(diào)配相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的精細(xì)化調(diào)控，為終端節(jié)能省電、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能力開放及通信網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化運(yùn)營提供可行性方案。

2 物聯(lián)網(wǎng)省電模式參數(shù)簡介

本節(jié)將主要介紹物聯(lián)網(wǎng)省電模式涉及的相關(guān)參數(shù)及基本流程。物聯(lián)網(wǎng)主要支持2種省電模式：PSM（Power Saving Mode）和eDRX（Extended DRX）。

2.1 PSM

PSM模式如圖2所示，在這種模式下，網(wǎng)絡(luò)尋呼無法到達(dá)終端，終端無法接收來自于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和請求，類似于關(guān)機(jī)。但終端依然注冊在網(wǎng)絡(luò)，NAS狀態(tài)信息得以保留，AS（接入層）連接關(guān)閉，這樣終端在退出PSM模式時(shí)，只需重新建立RRC連接，無需重新做Attach或PDN連接，從而實(shí)現(xiàn)了PSM的快速切換。

圖2 PSM模式示意圖

與PSM相關(guān)有2個(gè)定時(shí)器，分別是T3324和T3412。PSM模式下，網(wǎng)絡(luò)的消息不可到達(dá)終端，導(dǎo)致時(shí)延過大。通過減小T3412，從而增大位置區(qū)更新（TAU——Tracking Area Update）的頻次，減少時(shí)延。但是，不必要的TAU，會(huì)導(dǎo)致功耗變大。為了解決這個(gè)問題，網(wǎng)絡(luò)引入了eDRX。

2.2 eDRX

在每個(gè)eDRX周期內(nèi)，只有在設(shè)置的尋呼時(shí)間窗口內(nèi)，終端才可接收下行數(shù)據(jù)，其余時(shí)間終端處于休眠狀態(tài)，不接收下行數(shù)據(jù)。該模式可在下行業(yè)務(wù)時(shí)延和功耗之間取得平衡，具體如圖3所示。

圖3 eDRX模式示意圖

每個(gè)eDRX周期內(nèi)，有一個(gè)尋呼時(shí)間窗口（PTW——Paging Time Window），終端在PTW內(nèi)按照DRX周期監(jiān)聽尋呼信道，以便接收下行數(shù)據(jù)，其余時(shí)間終端處于休眠狀態(tài)。

eDRX模式可以認(rèn)為終端設(shè)備隨時(shí)可達(dá)，但時(shí)延較大。時(shí)延大小取決于eDRX配置，調(diào)整eDRX的取值可以在低功耗與時(shí)延之間取得平衡。

3 基于能力開放的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商方案

本節(jié)主要介紹基于能力開放的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商方案。該方案的實(shí)現(xiàn)方式是通過能力開放平臺(tái)開啟物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商功能，向第三方開放設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)參數(shù)的能力。下面分別介紹基于能力開放的PSM協(xié)商流程和eDRX協(xié)商流程。經(jīng)測試以下方案可使第三方根據(jù)自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)靈活、快速、有效修改相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，個(gè)性化配置參數(shù)方案，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的精細(xì)化調(diào)控。

3.1 PSM協(xié)商流程

通過能力開放平臺(tái)開啟物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商功能，可以打開或關(guān)閉PSM功能，設(shè)置或讀取PSM參數(shù)值。PSM參數(shù)協(xié)商流程如圖4所示。

a）參數(shù)設(shè)置功能：終端獲取運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力，在能力開放平臺(tái)上用戶根據(jù)時(shí)延和耗電的需求，利用自協(xié)商能力打開/關(guān)閉PSM或自行設(shè)置合理的PSM參數(shù)。

b）參數(shù)讀取功能：通過能力開放平臺(tái)獲取終端的PSM狀態(tài)，開發(fā)者根據(jù)平臺(tái)給出的時(shí)延和耗電的模糊評(píng)估自行判斷其合理性，并據(jù)此差異由平臺(tái)下發(fā)等待/緩沖定時(shí)器命令。

圖4 PSM參數(shù)協(xié)商流程圖

3.2 eDRX協(xié)商流程

通過能力開放平臺(tái)開啟物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商功能，使能或關(guān)閉eDRX功能，以及設(shè)置或讀取eDRX參數(shù)值，如圖5所示。

圖5 eDRX參數(shù)協(xié)商流程圖

a）參數(shù)設(shè)置功能：獲取運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力，在平臺(tái)上用戶根據(jù)時(shí)延和耗電的需求，利用自協(xié)商能力打開或關(guān)閉eDRX，如打開設(shè)置合理的eDRX周期。

b）參數(shù)讀取功能：通過能力開放平臺(tái)獲取終端的eDRX狀態(tài)，開發(fā)者根據(jù)平臺(tái)給出的時(shí)延和耗電的模糊評(píng)估自行判斷其合理性，并且據(jù)此差異由平臺(tái)下發(fā)等待/緩沖定時(shí)器命令。

4 物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商方案的功能驗(yàn)證

通過AT命令，模擬開放終端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)協(xié)商接口，調(diào)試物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)PSM協(xié)商流程。通過設(shè)置PSM參數(shù)，可控制終端開啟或者關(guān)閉PSM功能，配置E-UTRAN系統(tǒng)中的extended periodic TAU值和Active Time值。

表1是進(jìn)行PSM參數(shù)協(xié)商過程中需要發(fā)送的指令，其中②③④指令用于設(shè)置終端返回通知，使開發(fā)者便于觀察終端的工作狀態(tài)。上述指令可以控制終端側(cè)PSM功能的開啟和關(guān)閉。終端獲得的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商能力如圖6所示。

相似地，通過AT指令，模擬開放終端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)協(xié)商接口，調(diào)試物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)eDRX協(xié)商流程。通過表2的指令，可以關(guān)閉或開啟終端側(cè)的eDRX功能，并設(shè)置其參數(shù)。終端獲得的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商能力如圖7所示。

表1 PSM參數(shù)協(xié)商AT執(zhí)行指令

圖6 PSM參數(shù)協(xié)商示意圖

表2 eDRX參數(shù)協(xié)商AT執(zhí)行指令

圖7 eDRX參數(shù)協(xié)商示意圖

5 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的時(shí)代已經(jīng)到來，其業(yè)務(wù)的多樣性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)化運(yùn)營提出了更高的要求。本文介紹的基于能力開放的物聯(lián)網(wǎng)參數(shù)協(xié)商方案，使多種終端可根據(jù)自身業(yè)務(wù)特性，靈活自主調(diào)配相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的精細(xì)化調(diào)控，為終端節(jié)能省電、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能力開放及通信網(wǎng)絡(luò)精細(xì)化運(yùn)營提供可行性方案。