面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT，Narrow Band Internet of Things）系統(tǒng)，也簡(jiǎn)稱(chēng)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT），是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（C- IoT，Cellular IoT）的一種。在我國(guó)，NB-IoT系統(tǒng)是利用第四代（4G）數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)（FDD-LTE）為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的。NB-IoT利用數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣域覆蓋性，為那些分布廣泛、速率較低用戶(hù)提供數(shù)據(jù)包較小、收發(fā)不頻繁的數(shù)據(jù)包的傳送業(yè)務(wù)，特別適用于低功耗廣覆蓋（LPWA）類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開(kāi)展與部署。關(guān)鍵是，LTE網(wǎng)絡(luò)各運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模組網(wǎng)，只需要將其功能按需簡(jiǎn)化，就可快速部署、規(guī)模實(shí)現(xiàn)NB-IoT。

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一、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)概述

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）網(wǎng)絡(luò)是基于LTE網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的，它結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)?/span>小數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)包收發(fā)不頻繁的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，將LTE網(wǎng)絡(luò)不用的許多功能給裁剪掉了。或者說(shuō)，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)支持的功能是LTE網(wǎng)絡(luò)功能的簡(jiǎn)化子集。因此，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)同樣是由無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)構(gòu)成，NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)支持的功能應(yīng)是E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)功能的簡(jiǎn)化子集，NB-IoT核心網(wǎng)絡(luò)支持的功能應(yīng)是EPC網(wǎng)絡(luò)功能的簡(jiǎn)化子集。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)支持與LTE共同部署和獨(dú)立部署的組網(wǎng)方式。

1、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可用下圖1-1-1表示，其實(shí)它與E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是相同的。同樣是一個(gè)以上的基站（e Node Base）組成，eNB通過(guò)S1接口連接到核心網(wǎng)（EPC），其中NB-IoT基站也可以連接到物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用EPC。NB-IoT基站之間可以通過(guò)X2接口連接。在S1-Flex配置中，每個(gè)基站在一個(gè)池區(qū)域內(nèi)和所有的EPC節(jié)點(diǎn)連接。基站通過(guò)空中接口（Uu接口）與物聯(lián)網(wǎng)終端（UE）通信。NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中包括兩個(gè)設(shè)備實(shí)體：UE（包括移動(dòng)設(shè)備ME和通用用戶(hù)識(shí)別模塊USIM）和基站eNB（為一個(gè)小區(qū)或多個(gè)小區(qū)服務(wù)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)信設(shè)備）。

圖 1-1-1：NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)）

NB-IoT核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可用下圖1-1-2表示，其實(shí)它與LTE的EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本一致。包括移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）、業(yè)務(wù)能力開(kāi)放單元（SCEF）、用于存儲(chǔ)用戶(hù)簽約信息的HSS和應(yīng)用服務(wù)器（AS），沒(méi)包括用于計(jì)費(fèi)和策略控制的單元（PCRF）。如果支持短消息，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)可能還包括短消息中心（MSC Server）設(shè)備。SCEF除了能力開(kāi)放功能外，還可以支持Non-IP數(shù)據(jù)的傳輸。在實(shí)際NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，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、S-GW、P-GW等）合一部署，稱(chēng)為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（C-SGN，C-IoT Serving Gateway Node）。注意：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)與2G、3G網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元之間無(wú)接口，不具備網(wǎng)間互操作能力。

圖 1-1-2：NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）

2、業(yè)務(wù)要求

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)主要針對(duì)窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，為用戶(hù)提供數(shù)據(jù)包較小的、收發(fā)不頻繁的IP數(shù)據(jù)包和非IP（Non-IP）數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)。

二、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)總體技術(shù)要求

我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 3331《面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)總體技術(shù)要求》，規(guī)定了NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的總體技術(shù)要求，包括物理層、高層和無(wú)線(xiàn)資源控制（RRC）層的技術(shù)要求，以及移動(dòng)性管理、UE能力、S1和X2接口 的要求。由于內(nèi)容較多，這里僅作簡(jiǎn)要介紹，若要詳細(xì)了解該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的具體內(nèi)容的請(qǐng)查閱下附件2。需要指出的是，NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)不支持E-UTRAN的功能匯總于下表2-0中。

表 2-0：NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)不支持的E-UTRAN功能

附件 2：YD/T 3331-2018《面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)總體技術(shù)要求》

1、物理層

NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的物理層，在E-UTRAN物理層的基礎(chǔ)上做出了重大改動(dòng)，其具體內(nèi)容詳見(jiàn)下表2-1-1中。此時(shí)，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)支持三種工作模式：獨(dú)立工作模式、帶內(nèi)工作模式和保護(hù)帶工作模式。同時(shí)，NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的物理層新定義了如下表2-1-2所示的5種物理信道（窄帶信道）。在上述改動(dòng)的NB-IoT物理層基礎(chǔ)上，YD/T 3331規(guī)定了詳細(xì)的物理層技術(shù)要求，包括上/下行傳輸方案、傳輸信道的承載要求及E-UTRAN多載波操作等，具體內(nèi)容詳見(jiàn)本文的附件2。

表 2-1-1：NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的物理層變動(dòng)（相對(duì)于E-UTRAN物理層）

表 2-1-2：NB-IoT無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的物理信道（包括其用途）

2、高層

在高層，NB-IoT定義了CP（控制面，Control Plane）方案和UP（用戶(hù)面，User Plane）方案兩種數(shù)據(jù)傳輸方案。CP方案（控制面C-IoT EPS優(yōu)化）對(duì)UE和網(wǎng)絡(luò)均為必選；UP方案（用戶(hù)面C-IoT EPS優(yōu)化）為可選。如果UE同時(shí)支持兩種方案，具體使用哪種方案，通過(guò)非接入層（NAS）信令與核心網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行協(xié)商而確定。CP方案和UP方案的各自數(shù)據(jù)傳輸方案詳見(jiàn)下表2-2中的簡(jiǎn)述。依此，YD/T 3331規(guī)定了詳細(xì)的高層技術(shù)要求，包括MAC子層、RLC子層和PDCP子層的要求。

表 2-2：CP方案和UP方案的數(shù)據(jù)傳輸方案

3、無(wú)線(xiàn)資源控制（RRC）層

對(duì)于RRC層，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（C-IoT）采用E-UTRAN之 RRC層的業(yè)務(wù)和功能，但區(qū)別詳見(jiàn)下表2-3。當(dāng)終端（UE）處于空閑狀態(tài)（RRC_IDLE）時(shí)，如果UE支持UP方案，則該UE在收到網(wǎng)絡(luò)側(cè)指標(biāo)的掛起指示后釋放連接，并保存AS上下文，用于恢復(fù)RRC連接。依此YD/T 3331給出了C-IoT信令減少優(yōu)化方案。

表 2-3：NB-IoT與LTE的RRC層在業(yè)務(wù)和功能方面的區(qū)別

4、移動(dòng)性管理

NB-IoT所支持的移動(dòng)性管理的功能詳見(jiàn)下表2-4，其移動(dòng)性管理的具體要求請(qǐng)查閱本文的附件2。

表 2-4：NB-IoT所支持的移動(dòng)性管理功能

5、S1和X2接口

與LTE系統(tǒng)相同，S1接口定義為基站與EPC間的接口，包括用戶(hù)平面的基站與S-GW間的接口（S1-U）和控制平面的基站與MME間的接口（S1-C）。X2定義為基站間的接口。NB-IoT的S1和X2接口應(yīng)滿(mǎn)足的3GPP規(guī)范詳見(jiàn)下表2-5-1。下表 2-5-2給出了NB-IoT的S1和X2接口要求的概述，具體要求請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)本文的附件2。

表 2-5-1：NB-IoT的S1和X2接口應(yīng)滿(mǎn)足的3GPP規(guī)范編號(hào)

表 2-5-2：NB-IoT的S1和X2接口要求概述

欲更多了解LTE E-UTRAN物理層技術(shù)要求的請(qǐng)進(jìn)入。

三、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)總體技術(shù)要求

我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 3332《面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 核心網(wǎng)總體技術(shù)要求》，規(guī)定了NB-IoT核心網(wǎng)的總體技術(shù)要求，包括控制面數(shù)據(jù)傳輸、用戶(hù)面優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芤螅约敖涌谠鰪?qiáng)要求、關(guān)鍵流程要求和計(jì)費(fèi)要求等，本文也對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容做概要介紹，若要詳細(xì)了解該標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容的請(qǐng)查閱下附件3。

附件 3：YD/T 3332-2018《面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 核心網(wǎng)總體技術(shù)要求》

1、NB-IoT核心網(wǎng)的功能要求

對(duì)于NB-IoT核心網(wǎng)，是對(duì)LTE EPC的相關(guān)功能或方案進(jìn)行了優(yōu)化，不僅能夠處理小數(shù)據(jù)的IP數(shù)據(jù)包，同時(shí)應(yīng)能傳輸Non-IP數(shù)據(jù)包，也可選支持短消息業(yè)務(wù)（SMS）。因此，NB-IoT核心網(wǎng)所具有功能詳見(jiàn)下表3-1，具體功能要求請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)本文的附件3。

表 3-1：NB-IoT核心網(wǎng)所具有的功能名稱(chēng)

2、接口的增強(qiáng)要求

為了適應(yīng)NB-IoT要求，需要對(duì)LTE EPC相關(guān)實(shí)體間接口（可參見(jiàn)圖1-1-2）實(shí)施增強(qiáng)，涉及到的接口包括：S1接口、S10接口、S11接口、S5/S8接口、S6a接口、非接入層（NAS）接口（支持UE與MME間的信令交互）等，具體增強(qiáng)要求的內(nèi)容請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)本文的附件3。

3、關(guān)鍵流程

對(duì)于NB-IoT核心網(wǎng)，在YD/T 3332標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了下述的幾個(gè)關(guān)鍵流程的要求：附著/去附著、跟蹤區(qū)更新（TAU）、控制面數(shù)據(jù)傳輸流程、用戶(hù)面優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸流程、基于SCEF的Non-IP數(shù)據(jù)傳輸流程（可選）等。流程的具體要求內(nèi)容請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)該標(biāo)準(zhǔn)原文，即本文的附件3。

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