NB-IOT技術(shù)及優(yōu)化.doc

1、NB-IOT 技術(shù)及優(yōu)化NB-IOT技術(shù)及優(yōu)化目錄1.NB-IOT關(guān)鍵技術(shù)51.1強(qiáng)覆蓋：51.2低成本：51.3小功耗：71.4大連接：82.NB-IOT幀結(jié)構(gòu)92.1下行物理層結(jié)構(gòu)92.2上行物理層結(jié)構(gòu)102.3上行資源單元RU113.NB-IOT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)123.1CP和 UP傳輸方案133.2CP和 UP方案傳輸路徑對比143.3CP和 UP協(xié)議棧對比143.3.1CP方案的控制面協(xié)議棧143.3.2UP方案的控制面協(xié)議棧152.4狀態(tài)轉(zhuǎn)換154. 信令流程184.1CP傳輸方案端到端信令流程184.2RRC連接建立過程204.3UP傳輸方案端到端信令流程224.4RRC掛起流程（ Su

2、spendConnectionprocedure）244.5RRC恢復(fù)流程（ ResumeConnectionprocedure）254.6CP/UP方案網(wǎng)絡(luò)協(xié)商流程265. 覆蓋優(yōu)化285.1弱覆蓋285.2SINR差285.3重疊覆蓋問題點(diǎn)285.4覆蓋指標(biāo)要求 :286. 重選優(yōu)化286.1重選時延統(tǒng)計方法：296.2判斷小區(qū)重選是否成功：296.3重選成功率統(tǒng)計：296.4脫網(wǎng)重搜時延統(tǒng)計：297.參數(shù)優(yōu)化：30覆蓋等級門限30SIB1重復(fù)次數(shù)30SIB2周期30同頻重選測量門限配置標(biāo)示31同頻小區(qū)重選指示31加密算法優(yōu)先級31完整性保護(hù)算法優(yōu)先級32MIB和SIB加擾開關(guān)33eDRX

3、開關(guān)33定時器T30033定時器T31034UE不活動定時器341.NB-IOT關(guān)鍵技術(shù)NB-IOT 屬于 LPWA技術(shù)的一種，它具備強(qiáng)覆蓋、低成本、小功耗、大連接這四個關(guān)鍵特點(diǎn)。1.1強(qiáng)覆蓋：較 GSM有 20db 增益，1 、采用提升 IOT 終端的發(fā)射功率譜密度（ PSD，Powerspectraldensity）；2 、通過重復(fù)發(fā)送，獲得時間分集增益，并采用低階調(diào)制方式，提高解調(diào)性能，增強(qiáng)覆蓋；3 、天線分集增益，對于 1T2R來說，比 1T1R會有 3db 的增益。20db=7db（功率譜密度提升）+12db（重傳增益） +0-3db（多天線增益）1.2低成本：NB-IOT基于成本考

4、慮，對FDD-LTE的全雙工方式進(jìn)行閹割，僅支持半雙工。帶來的好處當(dāng)然是終端實(shí)現(xiàn)簡單，影響是終端無法同時收發(fā)上下行，無法同時接收公共信息與用戶信息。? 上行傳輸和下行傳輸在不同的載波頻段上進(jìn)行；?基站 / 終端在不同的時間進(jìn)行信道的發(fā)送/ 接收或者接收 / 發(fā)送；? H-FDD與 F-FDD的差別在于終端不允許同時進(jìn)行信號的發(fā)送與接收，終端相對全雙工 FDD終端可以簡化，只保留一套收發(fā)信機(jī)即可，從而節(jié)省雙工器的成本；NB-IOT 終端工作帶寬僅為傳統(tǒng) LTE的 1 個 PRB帶寬（ 180K），帶寬小使得 NB不需要復(fù)雜的均衡算法。帶寬變小后，也間接導(dǎo)致原有寬帶信道、物理層流程簡化。下面僅粗略

5、講解，以后單獨(dú)成系列篇講解物理層。下行取消了 PCFICH、PHICH后將使得下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒膛c原 LTE 形成很大的區(qū)別，同樣一旦上行取消了 PUCCH，那么必然要解決上行控制消息如何反饋的問題，這也將與現(xiàn)網(wǎng) LTE 有很大的不同。? 終端側(cè) RF進(jìn)行了閹割，主流 NB終端支持 1 根天線（協(xié)議規(guī)定 NRS支持 1 或者 2 天線端口）? 天線模式也就從原來的 1T/2R變成了現(xiàn)在的1T/1R，天線本身復(fù)雜度，當(dāng)然也包括天線算法都將有效降低?FD全雙工閹割為HD半雙工，收發(fā)器從FDD-LTE的兩套減少到只需要一套?低采樣率，低速率，可以使得緩存Flash/RAM 要求?。?28kByte）

6、?低功耗，意味著RF設(shè)計要求低，小PA就能實(shí)現(xiàn)? 直接砍掉 IMS 協(xié)議棧，這也就意味著 NB將不支持語音（注意實(shí)際上 eMTC是可以支持的）各層均進(jìn)行優(yōu)化?PHY物理層：信道重新設(shè)計，降低基本信道的運(yùn)算開銷。比如PHY 層取消了PCFICH、PHICH等信道，上行取消了PUCCH和 SRS。?MAC層：協(xié)議棧優(yōu)化，減少芯片協(xié)議棧處理流程的開銷。? 僅支持單進(jìn)程 HARQ（相比于 LTE 原有的最多支持 8 個進(jìn)程 process ， NB僅支持單個進(jìn)程。）；? 不支持 MAC層上行 SR、 SRS、 CQI 上報。沒了 CQI， LTE 中的 AMC（自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)）功能不可用 ? 不支

7、持非競爭性隨機(jī)接入功能；? 功控沒有閉環(huán)功控了，只有開環(huán)功控（如果采用閉環(huán)功控，算法會麻煩得多，調(diào)度信令開銷也會很大）。?RLC層：不支持RLCUM （這意味著沒法支持 VoLTE類似的語音）、 TM模式（在 LTE 中走 TM的系統(tǒng)消息，在 NB中也必須走 AM）；?PDCP ：PDCP的功能被大面積簡化，原 LTE 中賦予的安全模式、 RoHC壓縮等功能直接被閹割掉；? 在 RRC層：沒有了 mobility 管理（ NB將不支持切換）；新設(shè)計 CP、 UP方案簡化RRC信令開銷；增加了PSM、 eDRX等功能減少耗電。1.3小功耗：PSM技術(shù)原理，即在IDLE 態(tài)下再新增加一個新的狀態(tài)P

8、SM（ idle的子狀態(tài)），在該狀態(tài)下，終端射頻關(guān)閉（進(jìn)入冬眠狀態(tài)，而以前的DRX狀態(tài)是淺睡狀態(tài)），相當(dāng)于關(guān)機(jī)狀態(tài)（但是核心網(wǎng)側(cè)還保留用戶上下文，用戶進(jìn)入空閑態(tài)/ 連接態(tài)時無需再附著/PDN 建立）。在 PSM狀態(tài)時，下行不可達(dá)， DDN到達(dá) MME后， MME通知 SGW緩存用戶下行數(shù)據(jù)并延遲觸發(fā)尋呼；上行有數(shù)據(jù) / 信令需要發(fā)送時，觸發(fā)終端進(jìn)入連接態(tài)。終端何時進(jìn)入 PSM狀態(tài)，以及在 PSM狀態(tài)駐留的時長由核心網(wǎng)和終端協(xié)商。如果設(shè)備支持 PSM（ PowerSavingMode），在附著或TAU（ TrackingAreaUpdate ）過程中，向網(wǎng)絡(luò)申請一個激活定時器值。當(dāng)設(shè)備從連接狀態(tài)

9、轉(zhuǎn)移到空閑后，該定時器開始運(yùn)行。當(dāng)定時器終止，設(shè)備進(jìn)入省電模式。進(jìn)入省電模式后設(shè)備不再接收尋呼消息，看起來設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)，但設(shè)備仍然注冊在網(wǎng)絡(luò)中。 UE進(jìn)入 PSM模式后，只有在UE需要發(fā)送 MO數(shù)據(jù)，或者周期 TAU/RAU定時器超時后需要執(zhí)行周期 TAU/RAU時，才會退出 PSM模式， TAU最大周期為 310 小時。eDRX(ExtendedDRX)DRX 狀態(tài)被分為空閑態(tài)和連接態(tài)兩種，依次類推 eDRX也可以分為空閑態(tài) eDRX和連接態(tài)的 eDRX。不過在 PSM中已經(jīng)解釋， IOT 終端大部分呆在空閑態(tài)，所以咱們這里主要講解空閑態(tài) eDRX的實(shí)現(xiàn)原理。eDRX 作為 Rel-13

10、中新增的功能，主要思想即為支持更長周期的尋呼監(jiān)聽，從而達(dá)到節(jié)電目的。傳統(tǒng)的 2.56s 的尋呼間隔對 IOT 終端的電量消耗較大，而在下行數(shù)據(jù)發(fā)送頻率小時，通過核心網(wǎng)和終端的協(xié)商配合，終端跳過大部分的尋呼監(jiān)聽，從而達(dá)到省電的目的。1.4大連接：提供每個小區(qū)可達(dá) 50K 連接，這意味著在同一基站的情況下， 50100 倍的接入數(shù)。NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)第一： NB的話務(wù)模型決定。NB-IoT 的基站是基于物聯(lián)網(wǎng)的模式進(jìn)行設(shè)計的。它的話務(wù)模型是終端很多，但是每個終端發(fā)送的包小，發(fā)送包對時延的要求不敏感?；贜B-IoT ，基于對業(yè)務(wù)時延不敏感，可以設(shè)計更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，

11、這樣可以讓50k 左右的終端同時在一個小區(qū)，大量終端處于休眠態(tài)，但是上下文信息由基站和核心網(wǎng)維持，一旦有數(shù)據(jù)發(fā)送，可以迅速進(jìn)入激活態(tài)。第二：上行調(diào)度顆粒小，效率高。 2G/3G/4G 的調(diào)度顆粒較大， NB-IoT 因?yàn)榛谡瓗?，上行傳輸有兩種帶寬 3.75KHz 和 15KHz可供選擇，帶寬越小，上行調(diào)度顆粒小很多，在同樣的資源情況下，資源的利用率會更高。第三：減小空口信令開銷，提升頻譜效率。NB-IoT 在做數(shù)據(jù)傳輸時所支持的CP方案（實(shí)際上 NB還支持 UP方案，不過目前系統(tǒng)主要支持CP方案）做對比來闡述NB是如何減小空口信令開銷的。 CP 方案通過在 NAS 信令傳遞數(shù)據(jù)（ DoNAS

12、），實(shí)現(xiàn)空口信令交互減少，從而降低終端功耗，提升了頻譜效率。2.NB-IOT幀結(jié)構(gòu)2.1下行物理層結(jié)構(gòu)根據(jù) NB的系統(tǒng)需求，終端的下行射頻接收帶寬是180KHZ。由于下行采用15KHZ的子載波間隔，因此 NB系統(tǒng)的下行多址方式、幀結(jié)構(gòu)和物理資源單元等設(shè)計盡量沿用了原有 LTE 的設(shè)計。頻域上： NB占據(jù) 180kHz 帶寬（ 1 個 RB）， 12 個子載波（ subcarrier），子載波間隔（ subcarrierspacing ）為 15kHz。時域上： NB一個時隙（ slot ）長度為 0.5ms，每個時隙中有7 個符號（ symbol ）。NB基本調(diào)度單位為子幀，每個子幀1ms（

13、2 個 slot ），每個系統(tǒng)幀包含1024 個子幀，每個超幀包含1024 個系統(tǒng)幀（ upto3h ）。這里解釋下，不同于 LTE， NB中引入了超幀的概念，原因就是 eDRX為了進(jìn)一步省電，擴(kuò)展了尋呼周期，終端通過少接尋呼消息達(dá)到省電的目的。1 個 signal 封裝為 1 個 symbol7 個 symbol 封裝為 1 個 slot2 個 slot 封裝為 1 個子幀10 個子幀組合為 1 個無線幀1024個無線幀組成1 個系統(tǒng)幀（ LTE 到此為止了）1024個系統(tǒng)幀組成1 個超幀， over 。這樣計算下來， 1024 個超幀的總時間 =(1024*1024*10)/(3600*1

14、000)=2.9h.2.2上行物理層結(jié)構(gòu)頻域上：占據(jù) 180kHz 帶寬（ 1 個 RB），可支持 2 種子載波間隔：? 15kHz：最大可支持 12 個子載波：如果是 15KHZ的話，那就真是可以洗洗睡了。因?yàn)閹Y(jié)構(gòu)將與 LTE 保持一致，只是頻域調(diào)度的顆粒由原來的 PRB變成了子載波。關(guān)于這種子幀結(jié)構(gòu)不做細(xì)致講解。?3.75kHz：最大可支持48 個子載波：如果是3.75K 的話，首先你得知道設(shè)計為3.75K的好處是哪里?？傮w看來有兩個好處，一是根據(jù)在NB-IOT 強(qiáng)覆蓋之降龍掌談到的，3.75K 相比 15K 將有相當(dāng)大的功率譜密度PSD增益，這將轉(zhuǎn)化為覆蓋能力，二是在僅有的180KHZ

15、的頻譜資源里，將調(diào)度資源從原來的12 個子載波擴(kuò)展到48 個子載波，能帶來更靈活的調(diào)度。支持兩種模式：?SingleTone（1 個用戶使用 1 個載波，低速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，針對 15K和 3.75K 的子載波都適用，特別適合 IOT 終端的低速應(yīng)用）?Multi-Tone（1 個用戶使用多個載波，高速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，僅針對15K 子載波間隔。特別注意，如果終端支持Multi-Tone的話必須給網(wǎng)絡(luò)上報終端支持的能力）時域上：基本時域資源單位都為Slot ，對于 15kHz 子載波間隔，1Slot=0.5ms，對于 3.75kHz 子載波間隔， 1Slot=2ms。2.3上行資源單元RU對于 NB 來

16、說，上行因?yàn)橛袃煞N不同的子載波間隔形式，其調(diào)度也存在非常大的不同。NB-IoT 在上行中根據(jù) Subcarrier 的數(shù)目分別制訂了相對應(yīng)的資源單位 RU做為資源分配的基本單位?；菊{(diào)度資源單位為 RU（ ResourceUnit ），各種場景下的 RU持續(xù)時長、子載波有所不同。時域、頻域兩個域的資源組合后的調(diào)度單位才為 RU。NPUSCHformat子載波間隔子載波個數(shù)每 RU Slot 數(shù)每 Slot 持續(xù)時長（ ms）每 RU持續(xù)時長（ ms）場景1 （普通數(shù)傳）3.75kHz116232Single-Tone15kHz1160.58384Multi-Tone64212212（UCI）3

17、.75kHz1428Single-Tone15kHz140.52NPUSCH 根據(jù)用途被劃分為了Format1和 Format2. 其中 Format1 主要用來傳普通數(shù)據(jù) . ，類似于 LTE 中的 PUSCH信道，而 Format2 資源主要用來傳 UCI，類似于 LTE 中的 PUCCH信道（其中一個功能）。3.75KHzSubcarrierSpacing只支持單頻傳輸，而15KHzSubcarrierSpacing既支持單頻又支持多頻傳輸。對 Fomat1 而言， 3.75KHzSubcarrierSpacing 的資源單位的帶寬為一個 Subcarrier ，時間長度是 16 個 S

18、lot ，也就是 32ms 長，而 15KHzSubcarrierSpacing單頻傳輸，帶寬為1 個Subcarrier的資源單位有16 個Slot的時間長度，即8ms。從上可以看出，實(shí)際上Format1兩種單頻傳輸占用的時頻資源的總和是一樣的。對于15KHzSubcarrierSpacing 多頻傳輸來說，共計有三種情況，實(shí)際上這三種情況最終占用的時頻資源的總和也是一樣的。另外， 12 個 Subcarrier 的資源單位則有 2 個 Slot 的時間長度，即此資源單位即是 LTE 系統(tǒng)中的一個 Subframe。1ms，對 Fomat2 而言，僅僅支持單頻傳輸，3.75KHzSubcar

19、rierSpacing的資源單位和15KHzSubcarrierSpacing資源單位占用的時頻資源的總和也是一樣的。2.3系統(tǒng)消息系統(tǒng)信息 MIB-NB(NarrowbandMasterInformationBlock)承載于周期640ms之周期性出現(xiàn)的NPBCH(NarrowbandPhysicalBroadcastChannel)中，其余系統(tǒng)信息如SIB1-NB(NarrowbandSystemInformationBlockType1) 等則承載于 NPDSCH中。 SIB1-NB 為周期性出現(xiàn)，其余系統(tǒng)信息則由 SIB1-NB 中所帶的排程信息做排程。 SIB-IOTNB-IoT共有

20、以下幾種SIB-NB:SIB1-NB：存取有關(guān)之信息與其他系統(tǒng)信息方塊排程SIB2-NB：無線資源分配信息SIB3-NB： CellRe-selection信息SIB4-NB： Intra-frequency的鄰近 Cell相關(guān)信息SIB5-NB： Inter-frequency的鄰近 Cell相關(guān)信息SIB14-NB：存取禁止 (AccessBarring)SIB16-NB：GPS時間 / 世界標(biāo)準(zhǔn)時間 (CoordinatedUniversalTime,UTC)信息CellReselection與閑置模式運(yùn)作3.NB-IOT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NB-IoT的引入，給LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)帶來了很大的改進(jìn)要

21、求。傳統(tǒng)的LTE 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，主要是為了適應(yīng)寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)的需求，即為用戶提供高帶寬、高響應(yīng)速度的上網(wǎng)體驗(yàn)。但是， NB卻具有顯著的區(qū)別：終端數(shù)量眾多、終端節(jié)能要求高（現(xiàn)有 LTE信令流程可能導(dǎo)致終端耗能高）、以小包收發(fā)為主（會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信令開銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)載荷傳輸本身大?。⒖赡苡蟹歉袷交腘on-IP 數(shù)據(jù)（無法直接傳輸）等。?NB-IoT終端：通過空口連接到基站。?eNodeB：主要承擔(dān)空口接入處理，小區(qū)管理等相關(guān)功能，并通過S1-lite接口與 IoT核心網(wǎng)進(jìn)行連接，將非接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給高層網(wǎng)元處理。這里需要注意，NB-IoT 可以獨(dú)立組網(wǎng)，也可以與 EUTRAN融合組網(wǎng)（在講雙工方式的

22、時候談到過， NB僅能支持 FDD哦，所以這里必定跟 FDD融合組網(wǎng)）?IoT核心網(wǎng)：承擔(dān)與終端非接入層交互的功能，并將IoT 業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT 平臺進(jìn)行處理。同理，這里可以NB獨(dú)立組網(wǎng)，也可以與LTE共用核心網(wǎng)。?IoT 平臺：匯聚從各種接入網(wǎng)得到的 IoT 數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同類型轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用器進(jìn)行處理。?應(yīng)用服務(wù)器：是IoT 數(shù)據(jù)的最終匯聚點(diǎn)，根據(jù)客戶的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等操作。3.1CP和 UP傳輸方案為了適配 NB-IoT 的數(shù)據(jù)傳輸特性，協(xié)議上引入了 CP和 UP兩種優(yōu)化傳輸方案，即 controlplaneCIoTEPSoptimization和 userplaneCI

23、oTEPSoptimization。CP方案通過在NAS信令傳遞數(shù)據(jù)， UP方案引入 RRCSuspend/Resume流程，均能實(shí)現(xiàn)空口信令交互減少，從而降低終端功耗。需要說明的是CP方案又稱為 DataoverNAS ， UP方案又稱為DataoverUserPlane。將以上總體架構(gòu)圖進(jìn)行細(xì)化，如下：1)SCEF稱為服務(wù)能力開放平臺，為新引入網(wǎng)元。2)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署時，為了減少物理網(wǎng)元的數(shù)量，可以將部分核心網(wǎng)網(wǎng)元（如 MME、 SGW、PGW）合一部署，稱為 CIoT 服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) C-SGN，如虛框中所示。從這里也可以看出， PGW 可以合設(shè)，也可以集成到 C-SGN中來，圖中標(biāo)示的為

24、 PGW單獨(dú)設(shè)置。3)ControlplaneCIoTEPSoptimization不需要建立數(shù)據(jù)無線承載DRB，直接通過控制平面高效傳送用戶數(shù)據(jù)（IP 和 non-IP ）和 SMS。NB-IoT 必須支持 CP方案，小數(shù)據(jù)包通過 NAS信令隨路傳輸至MME，然后發(fā)往 T6a 或 S11接口。這里實(shí)際上得出在CP傳輸模式下，有兩種傳輸路徑，梳理如下：?UEMMESCEFCIoTServices；?UEMMESGW/PGW CIoTServices 。4)userplaneCIoTEPSoptimization，通過新定義的掛起和恢復(fù)流程，使得UE不需要發(fā)起servicerequest過程就能

25、夠從EMM-IDLE狀態(tài)遷移到 EMM-CONNECTED狀態(tài)， ( 相應(yīng)地 RRC狀態(tài)從 IDLE 轉(zhuǎn)為 CONNECTED)，從而節(jié)省相關(guān)空口資源和信令開銷。這里分兩層意思：一是UP方式需要建立數(shù)據(jù)面承載 S1-U 和 DRB（類似于 LTE），小數(shù)據(jù)報文通過用戶面直接進(jìn)行傳輸；二是在無數(shù)據(jù)傳輸時， UE/eNodeB/MME 中該用戶的上下文掛起暫存，有數(shù)據(jù)傳輸時快速恢復(fù)。3.2CP和 UP方案傳輸路徑對比3.3CP和 UP協(xié)議棧對比3.3.1CP方案的控制面協(xié)議棧UE和 eNodeB間不需要建立DRB承載，沒有用戶面處理。CP方案在 UE和 eNodeB間不需要啟動安全功能，空口數(shù)據(jù)傳

26、輸?shù)陌踩杂蒒AS層負(fù)責(zé)。因此空口協(xié)議棧中沒有 PDCP層， RLC層與 RRC層直接交互。上行數(shù)據(jù)在上行 RRC消息包含的 NAS消息中攜帶，下行數(shù)據(jù)在下行 RRC消息包含的 NAS消息中攜帶。3.3.2UP方案的控制面協(xié)議棧上下行數(shù)據(jù)通過DRB承載攜帶，需要啟用空口協(xié)議棧中PDCP層提供 AS層安全模式。2.4狀態(tài)轉(zhuǎn)換Connected(連接態(tài))：模塊注冊入網(wǎng)后處于該狀態(tài)，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時間后會進(jìn)入 Idle 模式，時間可配置。Idle(空閑態(tài))：可收發(fā)數(shù)據(jù)，且接收下行數(shù)據(jù)會進(jìn)入 Connected 狀態(tài)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時會進(jìn)入PSM模式，時間可配置。PSM(節(jié)

27、能模式 ) ：此模式下終端關(guān)閉收發(fā)信號機(jī)，不監(jiān)聽無線側(cè)的尋呼，因此雖然依舊注冊在網(wǎng)絡(luò)，但信令不可達(dá)，無法收到下行數(shù)據(jù)，功率很小。持續(xù)時間由核心網(wǎng)配置 (T3412) ，有上行數(shù)據(jù)需要傳輸或 TAU周期結(jié)束時會進(jìn)入 Connected 態(tài)。NB-IoT三種工作狀態(tài)一般情況的轉(zhuǎn)換過程可以總結(jié)如下：終端發(fā)送數(shù)據(jù)完畢處于置范圍為 1s3600s；Connected態(tài)，啟動“不活動計時器”，默認(rèn)20 秒，可配“不活動計時器”超時，終端進(jìn)入 Idle 態(tài)，啟動及或定時器 (Active-Timer 【T3324】 ) ，超時時間配置范圍為 2 秒186 分鐘； Active -Timer 超時，終端進(jìn)入

28、PSM狀態(tài)， TAU周期結(jié)束時進(jìn)入 Connected 態(tài)， TAU周期【 T3412】配置范圍為54 分鐘 310 小時。【PS：TAU周期指的是從Idle開始到 PSM模式結(jié)束】1 、NB-IoT 發(fā)送數(shù)據(jù)時處于激活態(tài)，在超過“不活動計數(shù)器”配置的超時時間后，會進(jìn)入 Idle 空閑態(tài)；2 、空閑態(tài)引入了 eDRX機(jī)制，在一個完整的 Idle 過程中，包含了若干個 eDRX周期，eDRX周期可以通過定時器配置，范圍為 20.48 秒2.92 小時，而每個 eDRX周期中又包含了若干個 DRX尋呼周期；3 、若干個 DRX尋呼周期組成一個尋呼時間窗口 (PTW)，尋呼時間窗口可由定時器設(shè)置，范

29、圍為 2.56s40.96s ，取值大小決定了窗口的大小和尋呼的次數(shù)；4、在 ActiveTimer 超時后， NB-IoT 終端由空閑態(tài)進(jìn)入 PSM態(tài)，在此狀態(tài)中，終端不進(jìn)行尋呼，不接受下行數(shù)據(jù)，處于休眠狀態(tài)；5、TAUTimer從終端進(jìn)入空閑態(tài)時便開始計時，當(dāng)計時器超時后終端會從PSM狀態(tài)退出，發(fā)起 TAU操作，回到激活態(tài)（對應(yīng)圖中）；6 、當(dāng)終端處于 PSM態(tài)時，也可以通過主動發(fā)送上行數(shù)據(jù)令終端回到激活態(tài)（對應(yīng)圖中）。4. 信令流程N(yùn)B-IoTUE可以支持所有需要的EPS流程，比如： ATTACH、 DETACH、 TAU、MODataTransport及 MTDataTransport

30、，當(dāng)然， EPS流程又必須跟無線的RRC流程耦合在一起。下面主要講MODataTransport流程，這將是NB 中的主要業(yè)務(wù)形式，它又分為兩種形式，一個是CP 方案，也就是 DataoverNAS ，另外一個是UP方案，也就是DataoverUserPlane。DataoverNAS 是用控制面消息傳遞用戶數(shù)據(jù)的方法。目的是為了減少 UE接入過程中的空口消息交互次數(shù)，節(jié)省 UE傳輸數(shù)據(jù)的耗電。4.1CP傳輸方案端到端信令流程DataoverNAS的 E2E的 MO流程如下（參見3GPPTS23401）。? 步驟 0： UE已經(jīng) EPSattached，當(dāng)前為 ECM-Idle 狀態(tài)。? 步驟

31、 1-2 ： UE建立 RRC連接，在 NAS消息中發(fā)送已加密和完整性保護(hù)的上行數(shù)據(jù)。UE在 NAS消息中可包含ReleaseAssistanceInformation，指示在上行數(shù)據(jù)傳輸之后是否有下行數(shù)據(jù)傳輸（比如，或響應(yīng)）。如果有下行數(shù)據(jù)，MME在收到 DLUL 數(shù)據(jù)的Ackdata后釋放S1 連接。如果沒有下行數(shù)據(jù)，MME將數(shù)據(jù)傳輸給SGW后就立即釋放連接。?步驟3： MME檢查NAS消息的完整性，然后解密數(shù)據(jù)。在這一步，MME還會確定使用 SGi 或 SCEF方式傳輸數(shù)據(jù)。? 步驟 4： MME發(fā)送 ModifyBearerRequest 消息提供 MME的下行傳輸?shù)刂方o SGW， S

32、GW現(xiàn)在可以經(jīng)過 MME傳輸下行數(shù)據(jù)給UE。? 步驟 5-6 ：如果 RATtype有變化，或者消息中攜帶有UEsLocation等， SGW會發(fā)送 ModifyBearerRequestmessage(RATType)給 PGW。該消息也可觸發(fā)PGWcharging。? 步驟 7： SGW在響應(yīng)消息中給 MME提供上行傳輸?shù)?SGW地址和 TEID。? 步驟 8： MME將上行數(shù)據(jù)經(jīng) SGW發(fā)送給 PGW。? 步驟 9：如果在步驟 1 的 ReleaseAssistanceInformation中沒有下行數(shù)據(jù)指示，MME將 ULdata發(fā)送給 PGW后，立即釋放連接，執(zhí)行步驟14。否則，進(jìn)行

33、下行數(shù)據(jù)傳輸。如果沒接收到數(shù)據(jù)，則跳過步驟11-13 進(jìn)行釋放。在RRC連接激活期間， UE還可在 NAS消息中發(fā)送 UL數(shù)據(jù)（圖中未顯示）。在任何時候，UE在 ULdata中都可攜帶ReleaseAssistanceInformation。? 步驟 10： MME接收到 DL 數(shù)據(jù)后，會進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。? 步驟 11：如果有 DLdata，MME會在 NAS消息中下發(fā)給eNB。如果 ULdata有 ReleaseAssistanceInformation指示有 DL數(shù)據(jù)， MME還會馬上發(fā)起S1 釋放。? 步驟 12： eNB將 NASdata 下發(fā)給 UE。如果馬上又收到 MME的

34、S1 釋放，則在 NAS data 下發(fā)完成后進(jìn)入步驟 14 釋放 RRC連接。? 步驟 13：如果 NAS傳輸有一段時間沒活動， eNB則進(jìn)入步驟 14 啟動 S1釋放。? 步驟 14： S1 釋放流程。4.2RRC連接建立過程N(yùn)B-IoTUU 口消息大都重新進(jìn)行了定義，雖和LTE 名稱類似，但是簡化了消息內(nèi)容。NB-IoT 引入了一個新的信令承載 SRB1bis。 SRB1bis 的 LCID 為 3，和 SRB1的配置相同，但是沒有 PDCP實(shí)體。 RRC連接建立過程創(chuàng)建 SRB1的同時隱式創(chuàng)建 SRB1bis。對于 CP 來說，只使用 SRB1bis，因?yàn)?SRB1bis 沒有 PDC

35、P層，在 RRC連接建立過程中不需要激活安全模式， SRB1bis 不啟動 PDCP層的加密和完整性保護(hù)。UE主動或者收到尋呼后被動發(fā)起RRCConnectionRequest-NB。 RRCConnectionRequest-NB消息部分信元解析：?IE/GroupNameValueSemantics?descriptionue-Identity-r13RandomValue或 s-TMSI用戶標(biāo)識EstablishmentCause_r13支持四種連接建立原因：mt-Access 、?mo-Signalling、 mo-Data 和mo-Exception-Data。?eNodeB向UE發(fā)

36、送RRCConnectionSetup-NB，只建立 SRB1bis 承載。 eNodeB也可以向 UE發(fā)送 RRCConnectionReject-NB，拒絕 UE連接建立請求，比如發(fā)生流控時。? RRC連接建立成功后 UE向 eNodeB回送 RRC ConnectionSetupComplete-NB，消息中攜帶初始NAS專用信息。 RRCConnectionSetupComplete-NB消息信元解析：IE/GroupNameSemantics?descriptions-TMSI-r13用于 S1 接口選擇。 UP時如果 UEresume 失敗后， UE將回落進(jìn)行 RRC連接建立，由于

37、恢復(fù)請求消息 MSG3中沒有 s-TMSI ，所以在 MSG5中攜帶。up-CIoT-EPS-Optimisation-r13UE是否支持 up-CIoT-EPS-Optimisation優(yōu)化，用于 S1 接口選擇。如果 eNodeBRRCConnectionSetupComplete-NB消息中沒有攜帶up-CIoT-EPS-Optimisation-r13信元，則表明UE只支持 CP，不支持 UP。 eNodeB可以選擇只支持 CP（或者 CP和 UP都支持）的 MME發(fā)送 InitialUeMessage，消息中攜帶NAS等信息。與 CP方案相比， UP方案支持 NB-IoT 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通

38、過建立 E-RAB承載后在用戶面 User Plane 上傳輸，無線側(cè)支持對信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。此外，為了降低接入流程的信令開銷，滿足 UE低功耗的要求， UP優(yōu)化傳輸支持釋放UE時，基站和 UE可以掛起 RRC連接，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)和 UE側(cè)仍然保存 UE的上下文。當(dāng) UE重新接入時， UE和基站能快速恢復(fù)UE上下文，不用再經(jīng)過安全激活和RRC重配的流程，減少空口信令交互。4.3UP傳輸方案端到端信令流程DataoverUserPlane的 E2E的 MO流程如下。? 步驟 1-5 ：UE通過隨機(jī)接入并發(fā)起 RRC連接建立請求與 eNodeB建立 RRC連接，UE是否支持 UP 傳輸

39、的能力通過在 MSG5中攜帶 up-CIoT-EPS-Optimisation 信元通知基站，通過該信息幫助 eNB選擇支持 UP的 MME。? 步驟 6： eNodeB收到 RRC ConnectionSetupComplete后，向 MME發(fā)送 InitialUEmessage消息，包含NASPDU 、 eNodeB的 TAI 信息和 ECGI信息等。在這一步， MME還會確定是否使用 SGi 或SCEF方式傳輸數(shù)據(jù)。? 步驟 7： MME向 eNodeB發(fā)起上下文建立請求， UE和 MME的傳輸模式協(xié)商結(jié)果通過S1 消息 INITIALCONTEXTSETUPREQUEST 中的 UEU

40、serPlaneCIoTSupportIndicator信元指示。 eNB利用該指示判斷是否可以后續(xù)觸發(fā)對該UE上下文的掛起，如果核心網(wǎng)沒有帶UEUserPlaneCIoTSupportIndicator信元， eNB只需支持正常的建立流程，數(shù)傳完成后直接釋放連接，不支持后續(xù)的用戶掛起。? 步驟 8-9 ：激活 PDCP層安全機(jī)制，支持對空口加密和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)。?步驟 10-12 ：建立 NB-IoTDRB 承載，終端能支持 0、1 還是 2 條 DRB的情況取決于 UE的能力，該能力通過 UEcapability-NB 信元中的 multipleDRB 指示， NB-IoTDRB都僅支持

41、NonGBR業(yè)務(wù)，并且沒有考慮對DRBQoS的支持。? 步驟 13： MME發(fā)送 ModifyBearerRequest 消息，提供 eNodeB的下行傳輸?shù)刂方o SGW。SGW現(xiàn)在可以經(jīng)過 eNodeB傳輸下行數(shù)據(jù)給 UE。? 步驟 14： SGW在響應(yīng)消息中給 MME提供上行傳輸?shù)?SGW地址和 TEID。? 步驟 15-18 ： UE通過 eNodeB將上行數(shù)據(jù)經(jīng) SGW發(fā)送給 PGW， PGW通過 SGW將下行數(shù)據(jù)經(jīng) eNodeB發(fā)送給 UE。?步驟 19：如果 UE持續(xù)有一段時間沒活動，則 eNodeB啟動 S1 與 RRC連接釋放或 RRC 連接掛起， eNodeB向 MME發(fā)送釋

42、放請求消息。?步驟 20： MME發(fā)送 ReleaseAccessBearersRequest釋放 SGW上的連接。?步驟 21： SGW釋放連接后，響應(yīng)ReleaseAccessBearersResponse。? 步驟 22： MME釋放 S1連接，向 eNodeB發(fā)送 S1UEContextReleaseCommand(Cause)message。?步驟 23： eNodeB向 UE發(fā)送 RRC連接釋放。? 步驟 24： eNodeB給 MME回復(fù)釋放完成。 eNodeB可在消息中攜帶 RecommendedCells AndENBs ，MME會保存起來，在尋呼時使用。4.4RRC掛起流程

43、（ SuspendConnectionprocedure）考慮到在用戶面承載建立 / 釋放過程中的信令開銷，對 NB-IoT 小數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)來說，顯得效率很低。因此 UP模式增加了一個新的重要流程， RRC連接掛起和恢復(fù)流程。即 UE在無數(shù)據(jù)傳輸時， RRC連接并不直接釋放，而是 eNB緩存 UE的 AS 上下行信息，釋放 RRC連接，使 UE進(jìn)入了掛起狀態(tài)（ Suspend）。這個過程也稱為 AS上下文緩存。eNodeB 在釋放時通知 MME、 UE進(jìn)行 Suspend， MME進(jìn)入 ECM-IDLE， eNodeB從 RRC-CONNECTED進(jìn)入 RRC-IDLE， UE進(jìn)入 RRC-IDLE和 ECM-IDLE狀態(tài)。雖然 UE緩存了上下文信息，但是UE仍然是進(jìn)入了IDLE 態(tài)的，但是離真正的IDLE 態(tài)又有距離，沒有斷的那么徹底，可以說這是IDLE 態(tài)的一個子態(tài)（Idle-Suspend ）。這三種狀態(tài)的關(guān)系可以通過下圖來理解：4.5RRC恢復(fù)流程（ ResumeConnectionprocedure）?用戶發(fā)起主叫業(yè)務(wù)時：UE在 MSG3時通過 RR