NB-IOT物联网测试仪

NB-IoT

NB-IoT是IoT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：

①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。

②移动性强，需执行频繁切换，小数据量，比如车队追踪管理。

③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③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-IoT和LTE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eNB（CIoT 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SCEF（Service 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eNB（resume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 13为NB-IoT指定了14个频段。