物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之NBIOT

什么是NBIOT

在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)目前常用的網(wǎng)絡通信技術主要有以下這些:


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nbiot屬于一種LTE網(wǎng)絡,LTE網(wǎng)絡是目前主流的通信網(wǎng)絡,覆蓋完整、技術成熟,未來大量物聯(lián)網(wǎng)設備都需要在LTE網(wǎng)絡中實現(xiàn)通訊功能。Cat.X這個值是用來衡量用戶終端設備無線性能的,其實就是用來劃分終端速率(等級)


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為了更好的滿足物聯(lián)網(wǎng)設備的連接,3GPP對LTE技術增加了幾個增強型的標準,一些做了簡化,一些是完全新的,用來實現(xiàn)連接IoT設備:
(1)LTE Cat.1這種設備可以速率達到10Mbps;
(2)LTE Cat.M1這種設備速率可以達到1Mbps,并且在降低功耗方面上做了優(yōu)化;
(3)LTE Cat.M2也被稱為Narrow-Band IoT(NB-IoT),這種設備速率只有幾百Kbps,但是在功耗上做了很大的優(yōu)化,并且可以擴大室內(nèi)覆蓋范圍。


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NBIOT的低功耗

NB-iot跟lora一樣也屬于低功耗設備,除了無線網(wǎng)絡層面的低功耗設計,業(yè)務邏輯層的使用對省電也有著較大影響,常用的省電使用方案主要有兩種:PSM(Power Saving Mode)休眠省電和斷電
對比使用斷電模式省電,每次收發(fā)數(shù)據(jù)前都要漫長的開機初始化、駐網(wǎng)等流程,耗時耗力耗電,pcm隨醒隨發(fā)、占用信道資源時間少可以減輕基站并發(fā)壓力
特別當信號質(zhì)量很差時(<-100dbm),每次開機,初始化駐網(wǎng)所需時間及耗費電流都會大大增加,單個設備駐網(wǎng)業(yè)務時間拖長又會增加基站并發(fā)壓力,導致所有設備駐網(wǎng)業(yè)務時間拖長甚至失敗.
休眠實際包含兩部分的休眠,硬件深度休眠和網(wǎng)絡PSM休眠,我們一般都是使用硬件深度休眠


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NBIOT的并發(fā)限制

NB-iot只有200kHz的帶寬,并且目前部署的網(wǎng)絡子載波為15kHz,這就意味著,除去保護帶20kHz:
(200kHz – 20kHz)/15kHz = 12,NB-IoT的單基站并發(fā)網(wǎng)絡容量只有12個!所以在設備上電及數(shù)據(jù)上傳,下發(fā)等使用場景均可使用離散錯峰算法及開機絕對時間分散算法(如不同設備隨機延時0-1000s入網(wǎng))。

NBIOT的核心網(wǎng)絡架構(gòu)

設備終端(UE)通過基站(eNodeB),經(jīng)過公網(wǎng)(Internet)連接到上層應用服務器(Server)的簡單邏輯結(jié)構(gòu)


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核心網(wǎng)主要包含MME,SGW,PGW,HSS,SCEF這幾個網(wǎng)元,下面簡要介紹下這些網(wǎng)元的作用。
MME的全稱是Mobility Management Entity,含義為移動性管理實體。
這是核心網(wǎng)中的核心網(wǎng)元,顧名思義,MME主要負責移動性管理和控制,包含用戶的鑒權、尋呼、位置更新和切換等等。
總之,手機必須定期向MME報告自己的位置,如果想上網(wǎng)的話,也必須先到MME經(jīng)過安檢才行,而且,如果手機跑到其他基站下,也需要MME來協(xié)調(diào)切換的事宜。MME就是大內(nèi)總管,掌控一切,統(tǒng)領全局。
SGW的全稱叫Serving Gateway,含義為服務網(wǎng)關。它主要負責手機上下文會話的管理和數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā),相當于數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。
PGW的全稱叫Packet data network Gateway,含義為分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡網(wǎng)關。它主要負責連接到外部網(wǎng)絡,也就是說,如果手機要上互聯(lián)網(wǎng),必須要PDW點頭,通過PDW轉(zhuǎn)發(fā)才行。除此之外PDW還承擔著手機的會話管理和承載控制,以及IP地址分配,計費支持等功能。
HSS的全稱叫Home Subscriber Server,含義為歸屬用戶服務器。它是一個中央數(shù)據(jù)庫,包含與用戶相關的信息和訂閱相關的信息。其功能包括:移動性管理,呼叫和會話建立的支持,用戶認證和訪問授權。
SCEF的全稱為Service Capibility Exposure Function,網(wǎng)絡能力開放功能),并定義了SCEF相關的網(wǎng)元接口以安全開放網(wǎng)絡業(yè)務能力,SCEF可實現(xiàn)的主要功能為將核心網(wǎng)網(wǎng)元能力開放給各類業(yè)務應用,通過協(xié)議封裝及轉(zhuǎn)換實現(xiàn)與合作/自有平臺對接,SCEF的應用使網(wǎng)絡具備了多樣化的運營服務能力,其實就是轉(zhuǎn)換各個平臺的協(xié)議,配合HSS實現(xiàn)不同應用(比如開隧道)

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