Discontinuous Reception

Discontinuous Reception (DRX, прерывистый приём) — это технология управления энергопотреблением в устройствах беспроводной связи, при которой приёмник устройства периодически отключается (переходит в «спящий» режим) на заранее заданные интервалы времени, а затем включается для проверки наличия входящих данных. DRX позволяет значительно сократить расход заряда аккумулятора в мобильных телефонах, планшетах, устройствах Интернета вещей (IoT) и других терминалах, работающих в сетях LTE, 5G NR, а также в некоторых стандартах Wi-Fi и Bluetooth.

Принцип работы

Основная идея DRX заключается в том, что абонентское устройство (UE — User Equipment) не должно постоянно находиться в активном режиме прослушивания канала управления, если в данный момент не ожидается передача данных. Вместо этого устройство синхронизируется с базовой станцией (eNodeB в LTE, gNB в 5G) и периодически «просыпается» в строго определённые моменты времени, чтобы проверить, есть ли для него адресованные пакеты.

Циклы DRX

Работа DRX строится на циклах, каждый из которых состоит из двух фаз:

• On Duration (активная фаза) — период, в течение которого устройство включает приёмник и прослушивает канал управления (PDCCH в LTE/5G). Если в этот момент приходит указание на выделение ресурсов (DCI — Downlink Control Information), устройство переходит к приёму данных.
• Opportunity for DRX (спящая фаза) — период, когда приёмник выключен, и устройство не принимает никаких сигналов, что позволяет экономить энергию.

Длительность цикла DRX (DRX Cycle) может варьироваться в зависимости от настроек сети и типа трафика. Типичные значения — от 10 мс до 2,56 с. Чем длиннее цикл, тем больше экономия энергии, но тем выше задержка при установлении соединения.

Параметры конфигурации

Сеть задаёт несколько ключевых параметров DRX через процедуру RRC (Radio Resource Control):

• onDurationTimer — длительность активной фазы (обычно 1–10 подкадров, где 1 подкадр = 1 мс в LTE).
• drx-InactivityTimer — таймер, который продлевает активную фазу после приёма последнего пакета данных. Если в течение этого времени не поступают новые данные, устройство переходит в спящий режим в конце цикла.
• drx-RetransmissionTimer — таймер, используемый для ожидания повторной передачи (HARQ — Hybrid Automatic Repeat Request).
• longDRX-Cycle и shortDRX-Cycle — длинный и короткий циклы DRX. Короткий цикл применяется сразу после завершения активности, чтобы быстро вернуться к приёму, если трафик возобновится; длинный цикл — при длительном отсутствии данных.

Виды DRX

В стандартах 3GPP (3rd Generation Partnership Project) выделяют два основных режима работы DRX:

DRX в режиме ожидания (Idle DRX)

Используется, когда устройство не имеет активного соединения с сетью (находится в состоянии RRC_IDLE). В этом режиме устройство периодически прослушивает только широковещательные каналы (например, для приёма пейджинговых сообщений — вызовов или SMS). Циклы DRX в режиме ожидания могут быть очень длинными (до нескольких секунд), что обеспечивает максимальную экономию энергии. Однако при входящем вызове или передаче данных возникает задержка, связанная с необходимостью перехода в активное состояние (RRC_CONNECTED).

DRX в активном режиме (Connected DRX)

Применяется, когда устройство находится в активном соединении (RRC_CONNECTED), но не передаёт и не принимает данные. В этом режиме устройство периодически «просыпается» для мониторинга канала управления, но большую часть времени остаётся в спящем состоянии. Connected DRX особенно эффективен для приложений с прерывистым трафиком, таких как веб-сёрфинг, обновление приложений в фоне или передача телеметрии.

Применение

Сети сотовой связи (LTE, 5G NR)

DRX является обязательным компонентом всех современных стандартов сотовой связи. В LTE и 5G NR он реализован на уровне протокола MAC (Media Access Control). В сетях 5G, благодаря более гибкой структуре подкадров и возможности настройки коротких циклов, DRX позволяет достичь ещё большей экономии энергии при сохранении низких задержек.

Интернет вещей (IoT)

Для устройств IoT, которые часто работают от батарей и передают данные редко (например, датчики температуры, счётчики воды, трекеры), DRX является критически важной функцией. В стандартах NB-IoT (Narrowband IoT) и LTE-M (LTE for Machines) используются расширенные версии DRX — eDRX (extended DRX) и PSM (Power Saving Mode). В PSM устройство может «спать» часами или даже днями, полностью отключая приёмник, и просыпаться только для передачи данных по расписанию.

Wi-Fi и Bluetooth

В стандартах IEEE 802.11 (Wi-Fi) также применяется механизм, аналогичный DRX, — Power Save Mode (PSM). Точка доступа буферизирует кадры, адресованные спящей станции, и уведомляет её о наличии данных через специальный сигнал (TIM — Traffic Indication Map). В Bluetooth Low Energy (BLE) используется режим Sniff Subrating, при котором устройство периодически просыпается для прослушивания канала.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Существенная экономия энергии — в зависимости от конфигурации и типа трафика, DRX может снизить энергопотребление приёмника на 80–90 % по сравнению с постоянным прослушиванием.
• Увеличение времени автономной работы — для мобильных устройств это означает часы или дни дополнительной работы без подзарядки.
• Снижение тепловыделения — уменьшение нагрузки на аккумулятор и процессор.

Недостатки

• Увеличение задержки — при входящем вызове или передаче данных устройство может не сразу получить уведомление, а только в момент следующего «пробуждения». Это особенно критично для приложений реального времени (голосовая связь, видеозвонки).
• Сложность настройки — неправильный выбор параметров DRX (слишком длинный цикл или короткий таймер) может привести либо к неоправданно высокой задержке, либо к недостаточной экономии энергии.
• Дополнительная служебная нагрузка — для поддержки DRX требуется синхронизация между устройством и сетью, а также обмен сигнальными сообщениями, что создаёт небольшую избыточность.

Эволюция в стандартах 3GPP

DRX впервые был введён в стандарте 3GPP Release 8 (LTE) и впоследствии расширялся в каждом последующем релизе:

• Release 8 — базовая реализация Connected DRX и Idle DRX.
• Release 12 — добавлен eDRX для устройств IoT, позволяющий циклы до 10,24 секунды.
• Release 13 — введён PSM (Power Saving Mode), при котором устройство может находиться в спящем режиме до нескольких дней.
• Release 15 (5G NR) — DRX адаптирован к гибкой нумерологии 5G, добавлены более короткие циклы (до 0,5 мс) и улучшенная поддержка смешанного трафика.
• Release 17 — оптимизация DRX для устройств с низким энергопотреблением (RedCap — Reduced Capability).

Источники

• 3GPP TS 38.321: «NR; Medium Access Control (MAC) protocol specification» (Release 17).
• 3GPP TS 36.321: «Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification» (Release 15).
• Dahlman, E., Parkvall, S., Sköld, J. «4G LTE-Advanced Pro and The Road to 5G» (3rd edition). Academic Press, 2016.
• Sesia, S., Toufik, I., Baker, M. «LTE — The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice» (2nd edition). Wiley, 2011.
• 3GPP TR 38.913: «Study on Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies» (Release 14).