NB-IoT核心網關鍵技術研究

智能終端 dvbcn編輯 2017-11-23 17:44 閱讀 13,991 來源：DVBCN 　

1 NB-IoT核心網關鍵技術

NB-IoT基礎網絡平臺包括無線接入網及核心網，提供了整個物聯網業務傳輸通道。其中NB-IoT核心網除增加SCEF( Service Capability ExposureFunction，服務能力開放功能)設備及S11-u接口外，與LTE核心網邏輯網元基本相同，如圖1所示。

NB-IoT核心網關鍵技術研究-DVBCN

圖1 NB-IoT核心網網絡架構

為更好地滿足低頻度及對延遲不敏感的物聯網業務，在LTE核心網基礎上，NB-IoT核心網在數據傳輸、功耗優化、協議優化、業務能力等方面進行了功能優化和增強。

1.1 數據傳輸

針對3GPP定義的窄帶物聯網可采用3種數據類型：IPv4/IPv6、Non-IP、SMS。NB-IoT提供了兩種優化方案：(1)控制面優化方案,(2)用戶面優化方案.。

無論是控制面還是用戶面優化方案均能減小信令開銷，提升UE待機/續航能力。但對于單用戶特定時間來說，只會存在一種方式，連接態時允許控制面切用戶面，不允許用戶面切控制面；空閑態時無限制。對于整機來說，允許兩種方式同時存在，不同應用可以選擇不同傳輸方式。從支持的應用場景以及對網絡的改造難度方面綜合分析，控制面優化方案更適合窄帶小包物聯網業務，通過信令優化，空口、S1接口信令可減少50%以上，但受限于控制面帶寬，不適合大量用戶同時接入。目前NB-IoT將控制面數據傳輸方案作為必選，用戶面傳輸方案作為可選。

1.2 功耗優化

為進一步降低終端電源消耗，NB-IoT引入了長周期TAU、eDRX及PSM技術。

eDRX雖然節電效果比PSM要差些，但是相對于PSM，大幅度提升了下行通信鏈路的可達性。

PSM更適合由設備發起/調度的業務應用。對于下行業務時延無要求的場景（如智能水表，下行業務主要為參數位置、固件升級等，可以等待UE發送上行數據進入連接態后再發起），可以使用PSM進一步節省UE功耗。

eDRX允許網絡和設備同步睡眠周期，增加了延遲，更適合針對網絡發起的應用進行優化。對于有遠程不定期監控（如遠程定位，電話呼入，配置管理等）需求且實時性要求很高的場景，如果允許一定的時延，可以采用eDRX并將尋呼周期設的盡量短些。

UE可在ATTACH和TAU中請求開啟PSM或（和）eDRX，但最終開啟哪一種或兩種均開啟、以及周期是多少均由網絡側根據業務類型及場景協商后決定。

1.3 協議優化

NB-IoT協議信令流程基于LTE設計，對信令進行了剪裁并針對NB-IoT業務的特點進行了協議優化。如優化系統信息，通過延長系統信息有效降低上行隨機接入、小區選擇和重選的頻次，降低UE功耗。

通過引入PTW，允許在PTW內多次尋呼UE，進行尋呼優化。NB-IoT協議專門做了基于APN和服務PLMN的速率控制。

1.4 業務能力

（1）短消息

NB-IoT存在兩種短信解決方案：基于SGs接口的短消息和基于SGd接口的短消息。其中基于SGs接口的短信有兩種實現方案：

方案1：標準SGs方案，UE支持電路域聯合附著，需要考慮電路域設備VLR容量。

方案2：簡化SGs方案，UE不支持聯合附著，MME代理實現。

（2）Non-IP

對于大多數NB-IoT應用，發送的數據報告頻率低、字節小，一般報告在20-200個字節之間，這樣UDP/IP傳輸層協議棧的占用字節（IPv4,28字節；IPv6，48字節）占的數據報文比例很高，尤其是在有效負荷小于20字節的情況下，報文頭甚至超過了數據，所以在這種情況下UE傳輸Non-IP數據可以大幅提升無線網絡數據傳輸效率。

Non-IP數據傳輸有兩種實現方式：

方案1：通過SCEF傳遞Non-IP數據，無需建立用戶面承載，屬于Non-IP專屬解決方案。需新建SCEF網元節點，并且MME需要開通并支持T6a接口。

方案2：通過SGi進行UDP/IP封裝，以隧道方式支持Non-IP小數據包傳遞。使用PGW功能傳輸IP及Non-IP數據，適用于IoT UE與某個單獨的AS之間協商并進行隧道加密的通信場景。網絡側需要給每個IoT UE都分配1個IP地址，MME/eNB需要支持提示UE禁用IP頭壓縮功能。當UE想要采用Non-IP的PDN連接來發送小數據包時，發送"Non-IP"標識給網絡側。