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揭秘NB-IoT模组DRX、eDRX、PSM(上)

2019-03-29 09:56 来源:中移模组 编辑:Janet

物联网的其中一个发展趋势就是以NB-IoT技术为代表的LPWAN(低功耗广域物联网),此应用场景中终端以电池供电为主,且往往产品生命周期内难以更换电池,因此要求设备具有超低功耗,甚至提出一块电池要能满足终端工作10年,为了达到节电的目的,便出现了DRX(Discontinuous Reception,即非连续接收)、eDRX(Extended DRX,即增强型非连续接收)和PSM(power saving mode,即节电模式)三种省电方式。

揭秘NB-IoT模组DRX、eDRX、PSM(上)

图1 模组状态转换图

一般,终端需要与网络侧进行数据交互时就切换到激活态(RRC-connected态);没有数据交互到一定时间就切换到空闲态(RRC-IDLE态),IDLE态时终端不会发送数据,但为了能快速响应网络侧,终端会侦听网络侧的信息,当①解析到网络侧召唤自己②模组有向网络侧传输数据的需求时,终端就从RRC-IDLE转为RRC-Connected态。不同的状态模组的功耗也是不一样的。

揭秘NB-IoT模组DRX、eDRX、PSM(上)

图2 模组各状态耗流图

模组处于激活态时最耗电,对于一些数据实时性要求不高的物联网应用场景,可以通过间断收发送数据的方式达到节电的目的。

模组处于IDLE态时,主要以接收并解析网络侧各种信道发出的信息,不进行数据发送,相对于激活态功耗要低的多;在对响应速度不敏感的物联网应用场景中,可以通过降低响应速度,间断接收消息达到节电的目的。

Connected态下的间断接收业务数据和IDLE态下间断接收PDCCH上的寻呼消息的技术就是DRX和eDRX。

把模组除必要时钟以外的功能都关闭,可以最大限度的降低模组的功耗,这就是NB-IoT加入的新状态——PSM。

揭秘NB-IoT模组DRX、eDRX、PSM(上)

图3 中移物联网NB-IOT模组节电模式示意图

如图3所示,DRX、eDRX和PSM三种方式,以牺牲对应用场景不重要的响应速度和传输数据时间来降低很关键的耗电量,很划算的买卖。

加入PSM状态后,终端状态的转换图将变成图4所示。

揭秘NB-IoT模组DRX、eDRX、PSM(上)

图4 加入PSM后模组状态转换示意图

DRX和eDRX作为无线链路层提高能耗效率的一种重要方法,基本原理是让终端设备周期性地进入休眠模式,在休眠期间终端不监听物理下行控制信道的信息,关闭收发单元,此时的电量消耗非常低,以此达到节电的目的。

如图3中所示,DRX一个周期内有两种状态①工作状态②休眠状态。核心网通过配置发送给模组的drx-Config中的定时器来控制,DRX模式下工作状态持续时间、休眠状态持续时间。DRX的寻呼周期可配置成0.64s、1.28s、2.56s、5.12s四种时间。

eDRX是扩展型的DRX,通过配置eDRX-Config控制寻呼周期、PTW等时间,在DRX的基础eDRX对对寻呼周期进行了扩展,在Connected态下将寻呼周期扩展到最大10.24s,而在IDLE下扩展到了40min。

PSM是独立于IDLE、Connected的又一状态,模组进入IDLE后,启动定时器T3324和T3412,T3324超时后即进入PSM态,T3412超时后即进行TAU操作。

揭秘NB-IoT模组DRX、eDRX、PSM(上)

表1 模组各状态下的典型功耗对比(3.6v)

下部分我们将一起了解PSM态的工作流程、进入方式、有关参数设置,以及各模组操作eDRX和PSM的AT指令。

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