nb-iot技术原理

屈育成 2020-11-24 23079

物联网

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描述

　　nb-iot技术原理

　　NB－IoT是指窄带物联网（Narrow Band－Internet of Things）技术。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。NB－IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。

　　NB-IoT是在基于FDD LTE技术上改造而来的，物理层设计大部分沿用LTE系统技术，如上行采用SC-FDMA，下行采用OFDM。高层协议设计沿用LTE协议，针对其小数据包、低功耗和大连接特性进行功能增强。核心网部分基于S1接口连接，支持独立部署和升级部署两种方式。

　　NB-IoT端到端系统架构如下图所示：

　　终端：UE（User Equipment），通过空口连接到基站（eNodeB（evolved Node B ， E-UTRAN 基站））。

　　无线网侧：包括两种组网方式，一种是整体式无线接入网（Singel RAN），其中包括2G/3G/4G以及NB-IoT无线网，另一种是NB-IoT新建。主要承担空口接入处理，小区管理等相关功能，并通过S1-lite接口与IoT核心网进行连接，将非接入层数据转发给高层网元处理。

　　核心网：EPC（Evolved Packet Core），承担与终端非接入层交互的功能，并将IoT业务相关数据转发到IoT平台进行处理。概括说明不全面，详细见下文。

　　平台：目前以电信平台为主。

　　应用服务器：以电信平台为例，应用server通过http/https协议和平台通讯，通过调用平台的开放API来控制设备，平台把设备上报的数据推送给应用服务器。平台支持对设备数据进行协议解析，转换成标准的json格式数据。

　　NB-IoT技术优势

　　NB-IoT的三种工作状态

　　NB-IoT在默认状态下，存在三种工作状态，三种状态会根据不同的配置参数进行切换，笔者认为这三种状态较深刻地影响了NB-IoT的特性，如其对比传统GPRS的低功耗特性，均可以从中获得解释，同时在后续对NB-IoT的使用和相关程序的设计时，也需要根据开发的需求与产品特性对这三种工作状态进行合适的定制。

　　三种工作状态如下：

　　Connected（连接态）：

　　模块注册入网后处于该状态，可以发送和接收数据，无数据交互超过一段时间后会进入Idle模式，时间可配置。

　　Idle（空闲态）：

　　可收发数据，且接收下行数据会进入Connected状态，无数据交互超过一段时会进入PSM模式，时间可配置。

　　PSM（节能模式）：

　　此模式下终端关闭收发信号机，不监听无线侧的寻呼，因此虽然依旧注册在网络，但信令不可达，无法收到下行数据，功率很小。

　　持续时间由核心网配置（T3412），有上行数据需要传输或TAU周期结束时会进入Connected态。

　　NB-IoT三种工作状态一般情况的转换过程可以总结如下：

　　① 终端发送数据完毕处于Connected态，启动“不活动计时器”，默认20秒，可配置范围为1s~3600s;

　　② “不活动计时器”超时，终端进入Idle态，启动及或定时器（Active-Timer【T3324】），超时时间配置范围为2秒~186分钟;

　　③ Active-Timer超时，终端进入PSM状态，TAU周期结束时进入Connected态，TAU周期【T3412】配置范围为54分钟~310小时。

　　【PS：TAU周期指的是从Idle开始到PSM模式结束】

　　NB-IoT终端在不同工作状态下的情况剖析：

　　1、NB-IoT发送数据时处于激活态，在超过“不活动计数器”配置的超时时间后，会进入Idle空闲态;

　　2、空闲态引入了eDRX机制，在一个完整的Idle过程中，包含了若干个eDRX周期，eDRX周期可以通过定时器配置，范围为20.48秒~2.92小时，而每个eDRX周期中又包含了若干个DRX寻呼周期;

　　3、若干个DRX寻呼周期组成一个寻呼时间窗口（PTW），寻呼时间窗口可由定时器设置，范围为2.56s~40.96s，取值大小决定了窗口的大小和寻呼的次数;

　　4、在Active Timer超时后，NB-IoT终端由空闲态进入PSM态，在此状态中，终端不进行寻呼，不接受下行数据，处于休眠状态;

　　5、TAU Timer从终端进入空闲态时便开始计时，当计时器超时后终端会从PSM状态退出，发起TAU操作，回到激活态（对应图中①）;

　　6、当终端处于PSM态时，也可以通过主动发送上行数据令终端回到激活态（对应图中②）。
责任编辑：YYX

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