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中國移動(dòng)建成第一個(gè)全域覆蓋的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)

 吳工圖書館 2017-02-13

業(yè)內(nèi)重大事件

具體請(qǐng)見下文......


5G微信公眾平臺(tái)(ID:angmobile)訊   2017年2月12日的《鷹潭日?qǐng)?bào)》發(fā)布報(bào)道稱,今日,記者從中國移動(dòng)通信集團(tuán)江西有限公司獲悉,截至1月22日12時(shí)中國移動(dòng)鷹潭分公司順利完成覆蓋鷹潭市全域的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及開通,這標(biāo)志著全國第一張地市級(jí)全域覆蓋的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)在鷹潭順利建成。




NB-IoT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化及發(fā)展趨勢研究


本文作者

王曉周:中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司工程師,主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信核心網(wǎng)及窄帶物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

藺   琳:中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司工程師,主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信無線網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

肖子玉:中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司教授級(jí)高工,主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信核心網(wǎng)、IMS、業(yè)務(wù)應(yīng)用及信息安全。

吳   海:中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司工程師,主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信核心網(wǎng)及窄帶物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

趙   存:中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司工程師,主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信核心網(wǎng)及窄帶物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。


摘  要:為助力運(yùn)營商進(jìn)行窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案選擇及業(yè)務(wù)模式開發(fā),更好地把握未來技術(shù)演進(jìn)方向,本文對(duì)當(dāng)前NB-IoT蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié),通過與其他LPWA技術(shù)進(jìn)行對(duì)標(biāo),梳理了NB-IoT典型應(yīng)用場景,并就NB-IoT未來的技術(shù)發(fā)展趨勢及下一步研究方向進(jìn)行分析和探討。


關(guān)鍵詞:NB-IoT;低功耗光域覆蓋;eMTC;eDECOR;窄帶物聯(lián)網(wǎng)


引言


隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)將為個(gè)人、社會(huì)和行業(yè)提供高效鏈接,但這又不僅僅是簡單的海量鏈接,更是辦公、購物、醫(yī)療、教育、娛樂、交通、社交等多種垂直行業(yè)的價(jià)值環(huán)節(jié)和生產(chǎn)要素等資源高度融合的鏈接。


據(jù)思科年度可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)(VNI)預(yù)測報(bào)告統(tǒng)計(jì),2015 年全球已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的終端總數(shù)為160億,但全世界仍有90%設(shè)備未被連接,隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,全球IP流量將在未來4年中達(dá)到現(xiàn)在的3倍,到2020年,全世界將有260億臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,而其中僅物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將會(huì)達(dá)到160億臺(tái),并且超低流量、超低復(fù)雜度、超低功耗、低成本的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總量的90%以上。2015年,全球通信業(yè)對(duì)形成一個(gè)低功耗廣域覆蓋(LPWA)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成了共識(shí),NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)也被正式提上議事日程。


3GPP物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化概述


隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和樂觀的市場發(fā)展預(yù)期,物聯(lián)網(wǎng)成為各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織的工作重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮自身價(jià)值和優(yōu)勢的基礎(chǔ)支撐,對(duì)整合不同的碎片化應(yīng)用場景的共性特征,推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。標(biāo)準(zhǔn)化工作是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)競爭的制高點(diǎn),只有統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn),不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才能互聯(lián)互通;也只有統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn),才能促成大規(guī)模的生產(chǎn),從而降低單業(yè)務(wù)成本。


第三代合作伙伴(3GPP)各工作組對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究范圍和重點(diǎn)各有不同,它們通過分工合作來實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的需求、功能、架構(gòu)、安全、信令流程等的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定。具體來說,SA1(業(yè)務(wù)與系統(tǒng)架構(gòu))工作組主要負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求和特性的分析,從而為其他各組奠定研究基礎(chǔ);SA2基于SA1提出的需求進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)總體網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì),包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、主要功能和基本流程等;SA3主要負(fù)責(zé)分析物聯(lián)網(wǎng)通信潛在的安全威脅及安全需求,并提供可行的解決方案;CT(核心網(wǎng)與終端)工作組主要基于SA2的架構(gòu)和功能設(shè)計(jì),進(jìn)行終端及核心網(wǎng)方面物聯(lián)網(wǎng)各種優(yōu)化技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn);TSG GERAN和TSG RAN中各工作組負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)通信在無線接入網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)化。


3GPP目前開展的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作只關(guān)注基于蜂窩移動(dòng)終端的場景,并不考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)的情況。3GPP Rel-13中物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項(xiàng)目關(guān)系情況如圖1所示。


圖1  3GPP Rel-13中物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項(xiàng)目關(guān)系簡圖


從圖1可以看出,目前3GPP主要關(guān)注3 種基于蜂窩的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù),分別是NB-IoT、eMTC(Cat.M)和EC-GSM。其中,EC-GSM是由于受到來自LoRa等技術(shù)的挑戰(zhàn),由3GPP GERAN在GSM的基礎(chǔ)上,增加了省電模式(PSM)、增強(qiáng)型非連續(xù)接收(eDRX)、覆蓋優(yōu)化等新功能而形成的;而NB-IoT和eMTC則屬于全新的RAT模式,可以基于現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)通信的頻譜在帶內(nèi)、帶外、保護(hù)間隔內(nèi)進(jìn)行部署。


值得注意的是,以沃達(dá)豐、SK電訊等為代表的電信運(yùn)營商均有準(zhǔn)備在未來5~10年將GSM退網(wǎng),以便將低頻段讓給NB- IoT和eMTC,從而滿足未來物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)的大范圍部署。


因此,EC-GSM僅有可能在對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等特殊考慮的情況下,在無法建設(shè)NB-IoT的場景中才會(huì)采用。而LTE-M方面,Cat.0因成本和功耗與Cat.1區(qū)別很小,且需要網(wǎng)絡(luò)改造,目前被認(rèn)為是過渡態(tài),基本不會(huì)被規(guī)模商用。


其中,Cat.1 在R8中就已經(jīng)定義,其優(yōu)勢是無需現(xiàn)網(wǎng)改造,搭載Cat.1的終端可直接使用,且單模Cat.1芯片及模塊的價(jià)格相比LTE多模具備十分明顯的優(yōu)勢。


在應(yīng)用層面,Cat.1上/下行5/10 Mbit/s的峰值速率足以滿足車載模塊及小流量的視頻應(yīng)用;同時(shí)其價(jià)格相對(duì)便宜,在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)模塊價(jià)格不太敏感的歐美地區(qū),Cat.1還被應(yīng)用在遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用中。


但由于LTE物聯(lián)網(wǎng)終端研究趨向低成本、低功耗及強(qiáng)覆蓋,3GPP于2014年9月成立了第一個(gè)Cat.M的工作組,開始了Cat.M的標(biāo)準(zhǔn)制定。截至2016年3月,Cat.M的核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)。


綜上,未來運(yùn)營商可能采用的主流的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)將非NB-IoT和eMTC莫屬,而由于NB-IoT在續(xù)航、覆蓋等方面技術(shù)性能上更有優(yōu)勢,因此成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。


NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展


1、RAN方面


2014年5月,華為收購了Nuel公司,開始和沃達(dá)豐進(jìn)行窄帶蜂窩物聯(lián)技術(shù)的研究,提出了窄帶技術(shù)NB M2M。2015年5月,華為、沃達(dá)豐聯(lián)合高通共同制定了相關(guān)的上下行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),融合NB OFDMA形成了NB-CIoT。


NB-CIoT提出了全新的空口技術(shù),相對(duì)來說在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)上改動(dòng)較大,但NB-CIoT是提出的6大Clean Slate技術(shù)中,唯一一個(gè)滿足在TSG GERAN #67會(huì)議中提出的5 大目標(biāo)(提升室內(nèi)覆蓋性能、支持大規(guī)模設(shè)備連接、減小設(shè)備復(fù)雜性、減小功耗和時(shí)延)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),特別是NB-CIoT的通信模塊成本低于GSM模塊和NB-LTE模塊。


此時(shí),愛立信和諾基亞聯(lián)合推出窄帶蜂窩技術(shù)NB-LTE,與NB-CIoT的定位較為相似,但NB-LTE更傾向于與現(xiàn)有LTE兼容,其主要優(yōu)勢在于容易部署。2015年7月,愛立信和華為分別向3GPP提交標(biāo)準(zhǔn)提案。最終,在2015年9月的RAN #69會(huì)議上經(jīng)過激烈討論后協(xié)商統(tǒng)一,由3GPP在Rel-13版本中將兩種技術(shù)融合形成了NB-IoT標(biāo)準(zhǔn),其演進(jìn)過程如圖2所示。


圖2  NB-IoT技術(shù)演進(jìn)路線


NB-IoT從窄帶技術(shù)演變?yōu)?GPP的正式標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)廠商、運(yùn)營商積極的推動(dòng)和市場真實(shí)存在的需求是兩個(gè)不可忽略的因素。


3GPP的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要可分為Core Part(主體功能)、性能標(biāo)準(zhǔn)及RF一致性測試標(biāo)準(zhǔn)等。其中,主體功能標(biāo)準(zhǔn)指的是協(xié)議的具體內(nèi)容,包括信令協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)接入等,主要與開發(fā)相關(guān);性能標(biāo)準(zhǔn)主要是各個(gè)子技術(shù)領(lǐng)域的性能,跟測試強(qiáng)相關(guān);一致性測試標(biāo)準(zhǔn),主要包括一些流程及功能的測試標(biāo)準(zhǔn)。


圖3 是NB-IoT和eMTC標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)時(shí)間點(diǎn),可以看到在截止2016年9月,eMTC及NB-IoT的主體功能標(biāo)準(zhǔn)、無線性能標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)。預(yù)計(jì)一致性測試標(biāo)準(zhǔn)將分別在2016年12月凍結(jié)。


圖3  NB-IoT與eMTC無線標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)時(shí)間點(diǎn)


2、SA/CT 方面


從Rel-12開始,3GPP逐步在研究MTC通信增強(qiáng)的核心網(wǎng)架構(gòu),至Rel-13開始重點(diǎn)研究NB-IoT及DECOR/eDECOR相關(guān)技術(shù)。3GPP SA工作組標(biāo)準(zhǔn)化路線如圖4所示。


圖4  3GPP SA工作組標(biāo)準(zhǔn)化路線


3GPP核心網(wǎng)側(cè)與NB-IoT相關(guān)的主體標(biāo)準(zhǔn)大部分處于stage2(業(yè)務(wù)與系統(tǒng)架構(gòu)),預(yù)計(jì)2016下半年至2017年初啟動(dòng)stage3(核心網(wǎng)與終端)的相關(guān)工作,當(dāng)前進(jìn)展如圖5所示。


圖5  3GPP SA標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展


為了滿足海量碎片化、低成本、低速率、低功耗的NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,核心網(wǎng)方面主要考慮了以下方面的問題。


(1)高效地支持非頻繁小包傳送


面向NB-IoT進(jìn)一步提高對(duì)非頻繁小包傳送的處理效率。由于NB-IoT終端的數(shù)量可能呈指數(shù)型增長,但每個(gè)終端的數(shù)據(jù)量及通信周期都比較低,而以現(xiàn)有的EPS核心網(wǎng)(基于S1接口)去處理此類業(yè)務(wù),其效率將非常低且有過載的風(fēng)險(xiǎn),因此,需要最小化整個(gè)EPS系統(tǒng)的信令開銷,尤其是空口部分(如:RRC連接的建立和釋放),此外,還需要加強(qiáng)EPS系統(tǒng)安全流程(此部分是由SA WG出)。


目前有兩種優(yōu)化方向,一種是基于控制面的優(yōu)化方案,即通過NAS過程來傳送小包;另外一種是基于用戶面的優(yōu)化方案,即通過RRC suspend 態(tài)在UE 和RAN節(jié)點(diǎn)同時(shí)緩存用戶的上下文,以減少信令的交互。以上兩種優(yōu)化方案在TS23.401 Rel-14版本中均已加入,方案一作為必選方案,而方案二為可選方案。目前,3GPP傾向于采用基于控制的優(yōu)化方案,此部分標(biāo)準(zhǔn)在CT(核心網(wǎng)與終端)的主體工作目前還在進(jìn)行當(dāng)中。


(2)使用小包傳送高效地支持跟蹤裝置


3GPP沒有專門定義此類業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)模型,目前還處于研究狀態(tài),預(yù)計(jì)在Rel-14版本中解決,其業(yè)務(wù)模型屬于MAR(移動(dòng)終端周期性上報(bào))業(yè)務(wù)模型的變種,需要在定位、移動(dòng)性、傳輸效率等方面有進(jìn)一步的增強(qiáng)和優(yōu)化。


(3)高效的尋呼區(qū)域管理


針對(duì)海量靜止或限制移動(dòng)性的終端,由于空口資源稀缺、核心網(wǎng)接口資源有限等原因,3GPP SA2目前還在進(jìn)行尋呼優(yōu)化的討論,預(yù)計(jì)將在Rel-14中完善此部分功能。尋呼優(yōu)化的主要思路是考慮僅在用戶上一次接入的eNB 或小區(qū)內(nèi)進(jìn)行尋呼而非整個(gè)TA(初步假設(shè),NB-IoT小區(qū)的TA code與現(xiàn)有eNB小區(qū)的TA code 是不同的),以節(jié)省空口及核心網(wǎng)的相關(guān)資源。


在同樣的覆蓋區(qū)域,NB-IoT 的設(shè)備是海量的,遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)的蜂窩終端設(shè)備。運(yùn)營商在窄帶頻譜下運(yùn)營,有可能并不能提供足夠的尋呼所需資源、UE的標(biāo)識(shí)(S-TMSI,IMSI)。與傳統(tǒng)蜂窩相比,由于小數(shù)據(jù)包的消息量限制,單次尋呼消息中要包含以上標(biāo)識(shí)是極為受限的;另外一方面,覆蓋增強(qiáng)是標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)制要求的,因此,尋呼消息可能要占用更長時(shí)間(重復(fù)發(fā)送相同的尋呼消息的間隔周期更長)。


大部分NB-IoT設(shè)備被認(rèn)為是靜止或很少移動(dòng)的,因此可以對(duì)其尋呼范圍進(jìn)行限制,不需要在其所屬的整個(gè)TA進(jìn)行尋呼,這樣可以減少對(duì)尋呼資源的消耗。但是,當(dāng)UE 進(jìn)入IDLE模式時(shí),eNB上報(bào)給MME的上一次為NB-IoT UE服務(wù)的小區(qū)信息可能是不準(zhǔn)確的(甚至靜止的用戶也存在這種可能)。這是因?yàn)樵赨E 靜止的情況下,用戶的主服小區(qū)的改變可能由各種原因引起,如射頻負(fù)載條件改變、鄰小區(qū)的射頻條件改變(類似建筑物的阻擋,導(dǎo)致UE接入其他基站)。


(4)DECOR/eDECOR


現(xiàn)網(wǎng)部署時(shí),核心網(wǎng)可能會(huì)存在多個(gè)NB-IoT的DCN(Dedicated Core Network)。根據(jù)TSG RAN側(cè)TS23.236 的輸出,NB-IoT DCN可能會(huì)同時(shí)連接到E-UTRAN和NB-IoT的RAN節(jié)點(diǎn),可以根據(jù)用戶類型采取兩種不同方案為其選擇合適的DCN。一種是重定向方案,參考TR23.707 DECOR功能;另一種是UE輔助,參考TR23.711中的eDECOR。從目前協(xié)議的進(jìn)展來看,由于重定向流程會(huì)導(dǎo)致UE與RAN及網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間產(chǎn)生額外的信令交互,所以DECOR部署的可能性較小,可能會(huì)作為過渡方案;而eDECOR由于對(duì)UE有影響,目前還處于初期研究階段,將在Rel-14后期逐步完善,未來隨著虛擬化網(wǎng)絡(luò)的部署,有望被廣泛采用。


(5)支持non-IP 數(shù)據(jù)類型


在M2M應(yīng)用中,非I 數(shù)據(jù)使用是常見的,如6LowPAN、MQTT-S等。當(dāng)此類應(yīng)用部署在NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)時(shí),應(yīng)用服務(wù)器AS或業(yè)務(wù)能力服務(wù)器SCS與用戶間的non-IP數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送,有兩種方案可供選擇,一種是通過non-IP專屬的PDN點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道方式通過SGi接口進(jìn)行傳送,另外一種是通過SCEF進(jìn)行傳遞。目前,由于CSGN與SCEF之間的T6a接口還處于初步研究階段,而通過SGi接口傳送non-IP數(shù)據(jù)可以使C-SGN統(tǒng)一數(shù)據(jù)出口,便于未來面向NB-IoT類業(yè)務(wù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)點(diǎn)選擇及計(jì)費(fèi)模式設(shè)計(jì),因此,SGi方式可能會(huì)被運(yùn)營商優(yōu)先采用。


(6)支持SMS


部分已有M2M業(yè)務(wù)是采用SMS支持的,為了能夠全面的覆蓋此類業(yè)務(wù),在部署NB-IoT后,需要考慮兩個(gè)問題:①是否保留聯(lián)合附著以獲取短信傳遞能力或者只進(jìn)行PS 的附著;②是否會(huì)存在只使用SMS進(jìn)行信息傳遞而無需建立任何PDN連接的終端及其解決方案。在Rel-14中會(huì)進(jìn)一步完善NBIoT核心網(wǎng)支持SMS的解決方案,但運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)部署時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需求考慮是否部署SMS功能,例如僅部署IP 及non-IP數(shù)據(jù)承載方式,主要是考慮到支持SMS功能需C-SGN與短信中心之間開通SGd接口,且需對(duì)現(xiàn)網(wǎng)短信中心進(jìn)行升級(jí)改造,對(duì)CSGN也有相關(guān)功能要求。


(7)授權(quán)用戶支持覆蓋增強(qiáng)(CE)技術(shù)


對(duì)于傳播環(huán)境較差的用戶,例如地下管道內(nèi)的設(shè)備,需要很強(qiáng)的穿透性能,此時(shí)需要使用CE技術(shù)以獲得更好的穿透效果。但CE技術(shù)的使用,需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供額外的資源。因此,應(yīng)該對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證,對(duì)可使用CE技術(shù)的用戶加以限制,以保證只有簽約并得到CE授權(quán)的用戶方可享受此特性,實(shí)現(xiàn)差異化的服務(wù)。


(8)OverLoad控制


關(guān)于減少核心網(wǎng)過載的風(fēng)險(xiǎn)的議題,3GPP發(fā)起了多項(xiàng)研究,提出了包括接入等級(jí)劃分、基于eNB輔助的(在eNB側(cè)進(jìn)行拒絕、延遲、隊(duì)列)等多種方案,而在TS23.401中,針對(duì)NB-IoT設(shè)備采用的擁塞控制方案是基于EPS系統(tǒng)原有backoff timer機(jī)制的升級(jí),采用離散化的方式對(duì)NB-IoT設(shè)備并發(fā)請(qǐng)求進(jìn)行處理來實(shí)現(xiàn)過載控制。


(9)頭壓縮增強(qiáng)


由于NB-IoT大部分應(yīng)用場景使用的都是小數(shù)據(jù)包且通信頻率很低,例如周期性MAR(Mobile Autonomous Reporting)和NC(Network Command)使用20~200 byte/30min或更長時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)傳輸??紤]到IP 及傳輸層的頭開銷,如20 byte的IPv4 、40 byte的IPv6、8 byte 的UDP、20 byte的TCP、12 byte的RTP,為了更高效地支持海量NB-IoT/eMTC類的終端,采用頭壓縮增強(qiáng)技術(shù)勢在必行。


由于非頻繁的數(shù)據(jù)傳輸及移動(dòng)性,eNB和UE中保留的頭壓縮上下文可能會(huì)被重置(例如,當(dāng)UE進(jìn)入IDLE模式或切換eNB時(shí)),如果頻繁發(fā)送數(shù)據(jù)或移動(dòng),將導(dǎo)致數(shù)據(jù)包產(chǎn)生全量頭開銷或額外開銷。此時(shí),頭壓縮將是高效支持IP類小包業(yè)務(wù)的重要保障。因此,當(dāng)采用基于控制面優(yōu)化的小包傳輸?shù)姆桨笗r(shí),頭壓縮功能需要支持NB-IoT終端用戶從連接態(tài)至IDLE態(tài)的轉(zhuǎn)換及移動(dòng)性管理。另外需注意,當(dāng)non-IP類業(yè)務(wù)場景發(fā)生時(shí),必須要將IP頭壓縮功能關(guān)閉,故網(wǎng)絡(luò)側(cè)還需要根據(jù)不同的情況來決定是否啟用頭壓縮功能。


NB-IoT技術(shù)應(yīng)用場景及未來發(fā)展趨勢


1、LPWA 技術(shù)對(duì)標(biāo)分析


目前,低速率物聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)按照傳輸距離可以分為兩類:一類是短距離的無線通訊技術(shù),如Zigbee、Wi-Fi、藍(lán)牙、Z-Wave等;另一類是覆蓋范圍相對(duì)較廣的LPWA技術(shù)。其中,LPWA又可以分為兩類:一類工作在非授權(quán)頻譜,如LoRa、SigFox等;另一類工作在授權(quán)頻譜,如NB-IoT、eMTC(Cat.M)、EC-GSM、Cat.1、Cat.0等。各LPWA 技術(shù)的覆蓋范圍及速率等特性如圖6所示。


圖6  各LPWA 技術(shù)的覆蓋范圍及速率等特性對(duì)比


根據(jù)前文分析,由于GSM存在頻譜重耕的預(yù)期,而Cat.1和Cat.0模組成本相對(duì)偏高,因此,下文僅考慮NB-IoT和eMTC技術(shù)的對(duì)標(biāo)。


由表1的對(duì)標(biāo)分析可知,與采用非授權(quán)頻譜的典型技術(shù)SigFox、LoRa相比,使用授權(quán)頻譜的NB-IoT的覆蓋能力最強(qiáng),且使用授權(quán)頻譜的網(wǎng)絡(luò)安全性更強(qiáng),蜂窩式部署更便于網(wǎng)絡(luò)管理和大范圍覆蓋,因此,NB-IoT是海量物聯(lián)網(wǎng)無線通訊的最佳選擇。5G微信公眾平臺(tái)(ID:angmobile)了解到,作者進(jìn)一步指出,而eMTC雖然在覆蓋能力和連接密度上稍遜于NBIoT,但其數(shù)據(jù)傳輸速率的峰值可以達(dá)到1 Mbit/s(通常為60~300 kbit/s),且延續(xù)了移動(dòng)性管理能力和對(duì)語音的支持,所以更適合一些需要無縫覆蓋的中等DOU(Dataflow Of Usage)類的應(yīng)用。


表1  LPWA技術(shù)多維對(duì)標(biāo)

2、NB-IoT應(yīng)用場景分析


根據(jù)前文對(duì)標(biāo)分析,NB-IoT適用的典型業(yè)務(wù)場景可以總結(jié)為四類,每一類對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)模型如表2所示。


表2  NB-IoT典型應(yīng)用場景及業(yè)務(wù)模型


3、NB-IoT 技術(shù)未來發(fā)展方向


從RAN方面來看,目前已凍結(jié)的3GPP Rel-13版本的NB-IoT技術(shù)不支持30 km/h以上的連接態(tài)切換,且在終端定位、MBMS、廣深覆蓋等方面還需要繼續(xù)增強(qiáng)。


另外,從SA/CT方面來看,基于控制面優(yōu)化的小包傳輸增強(qiáng)方案是目前3GPP的必選方案,而基于用戶面優(yōu)化的傳輸增強(qiáng)方案則是可選的,未來將進(jìn)一步明確和細(xì)化兩種方案的對(duì)比、選擇以及如何配合并行部署。另外,跟蹤裝置類小包業(yè)務(wù)模型還在研究當(dāng)中、增強(qiáng)的尋呼區(qū)域管理對(duì)附著和TAU等過程的影響、授權(quán)用戶的CE技術(shù)應(yīng)用等問題將在未來Rel-14版本中進(jìn)行探討和解決。


結(jié)語


物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和手機(jī)終端最大的不同就是行業(yè)和領(lǐng)域的碎片化、需求的個(gè)性化,這直接導(dǎo)致了物聯(lián)網(wǎng)不同類型的應(yīng)用對(duì)蜂窩通信技術(shù)的要求不同,多種技術(shù)均有應(yīng)用空間和存在的必要性。而NB-IoT作為一種電信級(jí)的覆蓋技術(shù),在低功耗、低成本、低速率、廣覆蓋等方面表現(xiàn)都很突出。目前,NB-IoT的核心標(biāo)準(zhǔn)剛剛落地,在運(yùn)營商的大力推進(jìn)和廠家的積極配合下,隨著外場測試及試點(diǎn)部署的推進(jìn),相信NB-IoT的產(chǎn)業(yè)鏈將逐步走向成熟,助推運(yùn)營商在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)更加快速、科學(xué)地發(fā)展。



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