引言
從2G到4G時(shí)代，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都只是為了連接“人”而生。但隨著萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需面向連接“物”而演進(jìn)。為此，3GPP在Release 13制定了NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)需求，本文重點(diǎn)介紹NB-IOT的發(fā)展史和基本原理。
1. NBIOT基本概念
NB-IoT（Narrow Band Internet of Things），窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是一種專為萬(wàn)物互聯(lián)打造的蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。顧名思義，NB-IoT所占用的帶寬很窄，只需約180KHz，而且其使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存，并且能夠直接部署在GSM、UMTS或LTE網(wǎng)絡(luò)，即2/3/4G的網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用，降低部署成本，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。
3GPP在Release 13定義了三種蜂窩物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：EC-GSM、eMTC（LTE-M，對(duì)應(yīng)Cat-M1）和NB-IoT（Cat-NB1）。如圖1所示，NB-IoT (Cat-NB1)盡管和LTE緊密相關(guān)，且可集成于現(xiàn)有的LTE系統(tǒng)之上，但認(rèn)為是獨(dú)立的新空口技術(shù)。
圖1
2. NB-IOT發(fā)展史
圖2
3 .NB-IOT四大優(yōu)勢(shì)
3.1 廣覆蓋
相比現(xiàn)有的GSM、寬帶LTE等網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)了20dB，信號(hào)的傳輸覆蓋范圍更大（GSM基站目前理想狀況下能覆蓋35km），能覆蓋到深層地下GSM網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋到的地方。其原理主要依靠：1、縮小帶寬，提升功率譜密度；2、重復(fù)發(fā)送，獲得時(shí)間分集增益。
3.2 大連接
相比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)，同一基站下增多了50-100倍的接入數(shù)，每小區(qū)可以達(dá)到50K連接，真是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)所必須的海量連接。其原理在于：1、基于時(shí)延不敏感的特點(diǎn)，采用話務(wù)模型，保存更多接入設(shè)備的上下文，在休眠態(tài)和激活態(tài)之間切換；2、窄帶物聯(lián)網(wǎng)的上行調(diào)度顆粒小，資源利用率更高；3、減少空口信令交互，提升頻譜密度。
3.3 低功耗
終端在99%的時(shí)間內(nèi)均處在休眠態(tài)，并集成多種節(jié)電技術(shù)，待機(jī)時(shí)間可達(dá)10年。1、PSM低功耗模式，即在idle空閑態(tài)下增加PSM態(tài) ，相當(dāng)于關(guān)機(jī)，由定時(shí)器控制呼醒，耗能更低；2、eDRX擴(kuò)展的非連續(xù)接收省電模式，采用更長(zhǎng)的尋呼周期，eDRX是DRX耗電量的1/16。
3.4 低成本
硬件可剪裁，軟件按需簡(jiǎn)化，確保了NB-IoT的成本低廉，NB-IoT通信單模塊成本不足5美元。
圖3
4. NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
NB-IoT 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括：NB-IoT 終端、演進(jìn)的統(tǒng)一陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò) （E-UTRAN）基站、歸屬用戶簽約服務(wù)器（HSS）、移動(dòng)性管理實(shí)體（MME）、 服務(wù)網(wǎng)關(guān)（SGW）、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）網(wǎng)關(guān)（PGW）、服務(wù)能力開(kāi)放單元（SCEF）、 第三方服務(wù)能力服務(wù)器（SCS）和第三方應(yīng)用服務(wù)器（AS）。和現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò) 相比，NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)主要增加了業(yè)務(wù)能力開(kāi)放單元（SCEF）來(lái)優(yōu)化小數(shù)據(jù)傳輸和 支持非 IP 數(shù)據(jù)傳輸。為了減少物理網(wǎng)元的數(shù)量，可以將 MME、S-GW 和 P-GW 等核心網(wǎng)網(wǎng)元合一部署，稱之為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（C-SGN）。 NB-IoT 系統(tǒng)基本延用了基于 4G LTE/演進(jìn)的分組核心網(wǎng)（EPC）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)， 并結(jié)合 NB-IoT 系統(tǒng)的大連接、小數(shù)據(jù)、低功耗、低成本、深度覆蓋等特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和處理流程進(jìn)行了優(yōu)化。
圖4
