物聯(lián)網(wǎng)長(zhǎng)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)3.1NBIoT無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)課件

1、第3章 NB-IoT無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)開(kāi)發(fā)3.1 NB-IoT無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)項(xiàng)目場(chǎng)景NB-IOT傳感網(wǎng)概述NB-IOT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NB-IOT 典型應(yīng)用項(xiàng)目場(chǎng)景城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，有越來(lái)越多的人將向大城市會(huì)聚。伴隨著城市人口的增加，城市的相關(guān)問(wèn)題也會(huì)增加。例如城市來(lái)往的車(chē)輛增多引起更多的揚(yáng)塵造成空氣質(zhì)量下降；建筑物變得更加密集造成城市的消防安全隱患加重；如果城市發(fā)生不可抗因素的破壞，則還需要配套的防護(hù)設(shè)施等等。為了降低城市管理難度、提高城市管理效率，就需要引進(jìn)更加智能的城市管理機(jī)制，這種機(jī)制就是基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市系統(tǒng)。智慧城市系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域如下。任務(wù)目標(biāo)以基于 NB-IOT 智慧城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，學(xué)

2、習(xí)和了解 NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特性，網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，以及 NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。 NB-IOT傳感網(wǎng)概述NB-IoT 技術(shù)是一種 3GPP （第三代合作伙伴計(jì)劃）標(biāo)準(zhǔn)定義的 LPWA （低功耗廣域網(wǎng)）解決方案。NBIoT（Narrow Band Internet of Things， NBIoT）窄帶物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)是由華為、沃達(dá)豐等全球領(lǐng)先的通訊企業(yè)聯(lián)合制定，在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 上建立的全新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。 NB-IOT傳感網(wǎng)概述高速率業(yè)務(wù)主要使用3G、4G技術(shù)，例如車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和監(jiān)控?cái)z像頭， 對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)要求實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸中等速率業(yè)務(wù)主要使用GPRS技術(shù)，例如居民小區(qū)或超市的儲(chǔ)物柜，

3、使用頻率高但并非實(shí)時(shí)使用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求遠(yuǎn)不及高速率業(yè)務(wù)低速率業(yè)務(wù)業(yè)界將低速率業(yè)務(wù)市場(chǎng)歸納為L(zhǎng)PWAN（Low Power Wide Area Network）市場(chǎng)，即低功耗廣域網(wǎng)。根據(jù)傳輸速率的不同，可將物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行高、中、低速的區(qū)分： NB-IOT傳感網(wǎng)概述網(wǎng)絡(luò)接入量大NB-IoT比2G/3G/4G有50100倍的上行容量提升深度覆蓋NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當(dāng)于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍超低功耗NB-IoT引入了超長(zhǎng)DRX（非連續(xù)接收）省電技術(shù)和PSM省電態(tài)模式。保障電池5年以上的使用壽命。成本低芯片成本往往和芯片尺寸相關(guān)，尺寸越小，成本越低，

4、模塊的成本也隨之變低。穩(wěn)定可靠NB-IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)占用資源少NB-IoT占用180KHz帶寬，這與在LTE幀結(jié)構(gòu)中一個(gè)資源塊的帶寬是一樣的。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)特性： NB-IOT傳感網(wǎng)概述獨(dú)立部署適用于重耕GSM頻段。GSM的信道帶寬為200KHz，這對(duì)NB-IoT 180KHz的帶寬足夠了，兩邊還留出來(lái)10KHz的保護(hù)間隔。保護(hù)帶部署適用于LTE頻段。利用LTE頻段邊緣的保護(hù)頻帶來(lái)部署NB-IoT。帶內(nèi)部署適用于LTE頻段。直接利用LTE載波中間的資源塊來(lái)部署NB-IoT。NB-IoT部署方式： NB-IOT傳感網(wǎng)概述NB-IoT技術(shù)優(yōu)勢(shì)：物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)中

5、，短距技術(shù)仍占主導(dǎo)地位。運(yùn)營(yíng)商擅長(zhǎng)的廣域連接市場(chǎng) (蜂窩和LPWA)只占20% 左右，NB-IoT作為一種低功率廣覆蓋(LPWA)技術(shù)，優(yōu)化覆蓋、成本、功耗，提升運(yùn)營(yíng)商在海量LPWA連接市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 NB-IOT傳感網(wǎng)概述NB-IoT發(fā)展歷史：NB-IoT Forum旨在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈健康、快速、可持續(xù)發(fā)展，擴(kuò)大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域創(chuàng)新和應(yīng)用。論壇鼓勵(lì)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商等合作建立NB-IoT開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，為創(chuàng)新及應(yīng)用提供開(kāi)發(fā)和測(cè)試環(huán)境，加速技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)化。此次論壇的成立標(biāo)準(zhǔn)著NB-IoT產(chǎn)業(yè)達(dá)到了一個(gè)新的里程碑，具備了端到端全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)環(huán)境。隨著更多伙伴的加入，整個(gè)產(chǎn)業(yè)將更加快速的向前發(fā)展。N

6、B-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NB-IOT端到端系統(tǒng)架構(gòu)NB-IoT端到端系統(tǒng)架構(gòu)說(shuō)明終端UE（User Equipment），通過(guò)空口連接到基站。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)側(cè)整體式無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)，包括2G/3G/4G以及NB-IoT無(wú)線(xiàn)網(wǎng)。NB-IoT新建，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(guò)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。應(yīng)用server通過(guò)http/https協(xié)議和平臺(tái)通訊，通過(guò)調(diào)用平臺(tái)的開(kāi)放API來(lái)控制設(shè)備，平臺(tái)把設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)推送給應(yīng)用服務(wù)器。平臺(tái)支持對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的json格式數(shù)據(jù)。以電信平臺(tái)為主承擔(dān)與終端非接入層交互的功能，并將IoT業(yè)務(wù)相

7、關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT平臺(tái)進(jìn)行處理核心網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)化將上圖NB-IoT端到端系統(tǒng)架構(gòu)種的EPC部分進(jìn)行細(xì)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)說(shuō)明MME移動(dòng)性管理實(shí)體移動(dòng)性管理實(shí)體（一個(gè)信令實(shí)體），接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)。負(fù)責(zé)空閑模式UE的跟蹤與尋呼控制。SCEF服務(wù)能力開(kāi)放單元新增網(wǎng)元，支持對(duì)于新的PDN類(lèi)型Non-IP的控制面數(shù)據(jù)傳輸。S-GW服務(wù)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)用戶(hù)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。P-GW公用數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)提供UE與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)的接口傳輸，進(jìn)行業(yè)務(wù)上下行業(yè)務(wù)等級(jí)計(jì)費(fèi)。傳輸方式首先，從傳輸內(nèi)容看，可以傳輸三種數(shù)據(jù)類(lèi)型：IP，Non-IP，SMS（短消息）。 NB-IoT傳輸優(yōu)化方案分為兩種，控制面?zhèn)鬏攦?yōu)化

8、方案與用戶(hù)面?zhèn)鬏攦?yōu)化方案：1）控制面?zhèn)鬏敚盒“鼣?shù)據(jù)通過(guò)NAS信令隨路傳輸?shù)組ME，并通過(guò)與S-GW間建立S11-U連接，完成小包數(shù)據(jù)在MME與S-GW間的傳輸。當(dāng)SGW收到下行數(shù)據(jù)時(shí)，如果S11-U連接存在，SGW 將下行數(shù)據(jù)發(fā)給MME，否則觸發(fā)MME 執(zhí)行尋呼。傳輸方式2）用戶(hù)面?zhèn)鬏敚河脩?hù)面?zhèn)鬏斖ㄟ^(guò)重新定義的掛起流程與恢復(fù)流程，使空閑態(tài)用戶(hù)快速恢復(fù)到連接態(tài)，減少相關(guān)空口資源和信令開(kāi)銷(xiāo)。當(dāng)終端從連接態(tài)進(jìn)入空閑態(tài)時(shí)，eNodeB掛起暫存該終端的AS信息，S1AP關(guān)聯(lián)信息和承載上下文，終端存儲(chǔ)AS信息，MME存儲(chǔ)終端的S1AP關(guān)聯(lián)信息和承載上下文，有數(shù)據(jù)傳遞時(shí)快速恢復(fù)，不需要重新建立承載和安全信息的重協(xié)商。NB-IOT應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用