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  • 发布日期:2018/05/16
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    NB-IoT

    NB-IoTIoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

    NB-IoT具备四大特点:一是广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,相当于提升了100倍覆盖区域的能力;二是具备支撑海量连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;三是更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;四是更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。

    NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IOT)市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存。[4] 

    因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势,使其可以广泛应用于多种垂直行业,如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布,到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。

    目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状,余泉详细阐述了三个精彩观点:一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年,标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。

     

    通常,我们把物联网设备分为三类:

    无需移动性,大数据量(上行),需较宽频段,比如城市监控摄像头。

    移动性强,需执行频繁切换,小数据量,比如车队追踪管理。

    无需移动性,小数据量,对时延不敏感,比如智能抄表。

    NB-IoT正是为了应对第种物联网设备而生。

    NB-IoT源起于现阶段物联网的以下几大需求:

                                                   

    覆盖增强(增强20dB

    支持大规模连接,100K终端/200KHz小区

    超低功耗,10年电池寿命

    超低成本

    最小化信令开销,尤其是空口。

    确保整个系统的安全性,包括核心网。

    支持IP和非IP数据传送。

    支持短信(可选部署)。

    对于现有LTE网络,并不能完全满足以上需求。即使是LTE-A,关注的主要是载波聚合、双连接和D2D等功能,并没有考虑物联网。

    比如,在覆盖上,以水表为例,所处位置无线环境差,与智能手机相比,高度差导致信号差4dB,同时再盖上盖子,额外增加约10dB左右损耗,所以需要增强20dB


    在大规模连接上,物联网设备太多,如果用现有的LTE网络去连接这些海量设备,会导致网络过载,即使传送的数据量小,可信令流量也够得喝上几壶。

    此外,NB-IoT有自己的特点,比如不再有QoS的概念,因为现阶段的NB-IoT并不打算传送时延敏感的数据包,像实时IMS一类的设备,在NB-IoT网络里不会出现。

    因此,3GPP另辟蹊径,在Release 13制定了NB-IoT标准来应对现阶段的物联网需求,在终端支持上也多了一个与NB-IoT对应的终端等级——cat-NB1


    尽管NB-IoTLTE紧密相关,且可集成于现有的LTE系统之上,很多地方是在LTE基础上专为物联网而优化设计,但从技术角度看,NB-IoT却是独立的新空口技术。

    今天,我们就来看看这一新空口技术到底有多新?

    1 网络

    1.1 核心网

    为了将物联网数据发送给应用,蜂窝物联网(CIoT)在EPS定义了两种优化方案:

    •CIoT EPS用户面功能优化(User Plane CIoT EPS optimisation

    •CIoT EPS控制面功能优化(Control Plane CIoT EPS optimisation

    红线表示CIoT EPS控制面功能优化方案,蓝线表示CIoT EPS用户面功能优化方案。

    对于CIoT EPS控制面功能优化,上行数据从eNBCIoT RAN)传送至MME,在这里传输路径分为两个分支:或者通过SGW传送到PGW再传送到应用服务器,或者通过SCEFService Capa- bility Exposure Function)连接到应用服务器(CIoT Services),后者仅支持非IP数据传送。下行数据传送路径一样,只是方向相反。

    这一方案无需建立数据无线承载,数据包直接在信令无线承载上发送。因此,这一方案极适合非频发的小数据包传送。

    SCEF是专门为NB-IoT设计而新引入的,它用于在控制面上传送非IP数据包,并为鉴权等网络服务提供了一个抽象的接口。

    对于CIoT EPS用户面功能优化,物联网数据传送方式和传统数据流量一样,在无线承载上发送数据,由SGW传送到PGW再到应用服务器。因此,这种方案在建立连接时会产生额外开销,不过,它的优势是数据包序列传送更快。

    这一方案支持IP数据和非IP数据传送。

    1.2 接入网

    NB-IoT的接入网构架与LTE一样。

    eNB通过S1接口连接到MME/S-GW,只是接口上传送的是NB-IoT消息和数据。尽管NB-IoT没有定义切换,但在两个eNB之间依然有X2接口,X2接口使能UE在进入空闲状态后,快速启动resume流程,接入到其它eNBresume流程将在本文后面详述)。

    1.3 频段

    NB-IoT沿用LTE定义的频段号,Release 13NB-IoT指定了14个频段。

                                                   




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