NB-IoT与LoRa技术详解及竞争态势分析.pdf资源-CSDN文库

版权申诉

83 浏览量 2023-05-16 18:32:14 上传评论收藏 1.76MB PDF 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

NB-IoT 与 LoRa 技术详解及竞争态势分析

“物联网”概念在 1999 年美国麻省理工学院首次被提出，狭义的物联网指的是“物—物

相连的互联网”，这里相连的主体既包括物品到物品，也包括物品到识别管理设备。物联

网是继互联网后对人类发展起到促进作用的重大技术创新。中国政府为此提出《物联网

2020 行动计划》。

物联网技术主要体现在通讯和传感器两个方面。

物联网通信技术

物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是 Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave

等短距离通信技术；另一类是 LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗广域网），

即广域网通信技术。

LPWA 又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的 LoRa、SigFox 等技术；另一类是

工作于授权频谱下，3GPP 支持的 2/3/4G 蜂窝通信技术，比如 EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT

等。

一 NB-IoT 的标准及进展

1 RAN 方面

2014 年 5 月，华为收购了 Nuel 公司，开始和沃达丰进行窄带蜂窝物联技术的研究，

提出了窄带技术 NB M2M。2015 年 5 月，华为、沃达丰联合高通共同制定了相关的上下

行技术标准，融合 NB OFDMA 形成了 NB-CIoT。

NB-CIoT 提出了全新的空口技术，相对来说在现有 LTE 网络上改动较大，但 NB-CIoT

是提出的 6 大 Clean Slate 技术中，唯一一个满足在 TSG GERAN #67 会议中提出的 5 大

目标（提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延）的

蜂窝物联网技术，特别是 NB-CIoT 的通信模块成本低于 GSM 模块和 NB-LTE 模块。

此时，爱立信和诺基亚联合推出窄带蜂窝技术 NB-LTE，与 NB-CIoT 的定位较为相似，

但 NB-LTE 更倾向于与现有 LTE 兼容，其主要优势在于容易部署。2015 年 7 月，爱立信

Word 文档

和华为分别向 3GPP 提交标准提案。最终，在 2015 年 9 月的 RAN #69 会议上经过激烈讨

论后协商统一，由 3GPP 在 Rel-13 版本中将两种技术融合形成了 NB-IoT 标准。

NB-IoT 从窄带技术演变为 3GPP 的正式标准，相关厂商、运营商积极的推动和市场

真实存在的需求是两个不可忽略的因素。

3GPP 的通信技术标准主要可分为 Core Part（主体功能）、性能标准及 RF 一致性测

试标准等。其中，主体功能标准指的是协议的具体内容，包括信令协议、网络接入等，主

要与开发相关；性能标准主要是各个子技术领域的性能，跟测试强相关；一致性测试标准，

主要包括一些流程及功能的测试标准。

2 SA/CT 方面

从 Rel-12 开始，3GPP 逐步在研究 MTC 通信增强的核心网架构，至 Rel-13 开始重点

研究 NB-IoT 及 DECOR/eDECOR 相关技术。

3GPP 核心网侧与 NB-IoT 相关的主体标准大部分处于 stage2（业务与系统架构），

2016 下半年至 2017 年初启动 stage3（核心网与终端）的相关工作。

为了满足海量碎片化、低成本、低速率、低功耗的 NB-IoT 物联网应用，核心网方面

主要考虑了以下方面的问题。

（1）高效地支持非频繁小包传送

面向 NB-IoT 进一步提高对非频繁小包传送的处理效率。由于 NB-IoT 终端的数量可

能呈指数型增长，但每个终端的数据量及通信周期都比较低，而以现有的 EPS 核心网（基

于 S1 接口）去处理此类业务，其效率将非常低且有过载的风险，因此，需要最小化整个

EPS 系统的信令开销，尤其是空口部分（如：RRC 连接的建立和释放），此外，还需要加

强 EPS 系统安全流程（此部分是由 SA WG 出）。

目前有两种优化方向，一种是基于控制面的优化方案，即通过 NAS 过程来传送小包；

另外一种是基于用户面的优化方案，即通过 RRC suspend 态在 UE 和 RAN 节点同时缓存

用户的上下文，以减少信令的交互。以上两种优化方案在 TS23.401 Rel-14 版本中均已加

Word 文档

入，方案一作为必选方案，而方案二为可选方案。目前，3GPP 倾向于采用基于控制的优

化方案，此部分标准在 CT（核心网与终端）的主体工作目前还在进行当中。

（2）使用小包传送高效地支持跟踪装置

3GPP 没有专门定义此类业务的业务模型，目前还处于研究状态，预计在 Rel-14 版本

中解决，其业务模型属于 MAR（移动终端周期性上报）业务模型的变种，需要在定位、

移动性、传输效率等方面有进一步的增强和优化。

（3）高效的寻呼区域管理

针对海量静止或限制移动性的终端，由于空口资源稀缺、核心网接口资源有限等原因，

3GPP SA2 目前还在进行寻呼优化的讨论，预计将在 Rel-14 中完善此部分功能。寻呼优化

的主要思路是考虑仅在用户上一次接入的 eNB 或小区内进行寻呼而非整个 TA（初步假

设，NB-IoT 小区的 TA code 与现有 eNB 小区的 TA code 是不同的），以节省空口及核

心网的相关资源。

在同样的覆盖区域，NB-IoT 的设备是海量的，远多于传统的蜂窝终端设备。运营商

在窄带频谱下运营，有可能并不能提供足够的寻呼所需资源、UE 的标识（S-TMSI，IMSI）。

与传统蜂窝相比，由于小数据包的消息量限制，单次寻呼消息中要包含以上标识是极为受

限的；另外一方面，覆盖增强是标准中强制要求的，因此，寻呼消息可能要占用更长时间

（重复发送相同的寻呼消息的间隔周期更长）。

大部分 NB-IoT 设备被认为是静止或很少移动的，因此可以对其寻呼范围进行限制，

不需要在其所属的整个 TA 进行寻呼，这样可以减少对寻呼资源的消耗。但是，当 UE 进

入 IDLE 模式时，eNB 上报给 MME 的上一次为 NB-IoT UE 服务的小区信息可能是不准确

的（甚至静止的用户也存在这种可能）。这是因为在UE 静止的情况下，用户的主服小区

的改变可能由各种原因引起，如射频负载条件改变、邻小区的射频条件改变（类似建筑物

的阻挡，导致 UE 接入其他基站）。

（4）DECOR/eDECOR

现网部署时，核心网可能会存在多个 NB-IoT 的 DCN（DedicatedCore Network）。

根据 TSG RAN 侧 TS23.236 的输出，NB-IoT DCN 可能会同时连接到 E-UTRAN 和 NB-IoT

Word 文档

的 RAN 节点，可以根据用户类型采取两种不同方案为其选择合适的 DCN。一种是重定向

方案，参考 TR23.707 DECOR 功能；另一种是 UE 辅助，参考 TR23.711 中的 eDECOR。从

目前协议的进展来看，由于重定向流程会导致 UE 与 RAN 及网络侧之间产生额外的信令

交互，所以 DECOR 部署的可能性较小，可能会作为过渡方案；而 eDECOR 由于对 UE 有

影响，目前还处于初期研究阶段，将在 Rel-14 后期逐步完善，未来随着虚拟化网络的部

署，有望被广泛采用。

（5）支持 non-IP 数据类型

在 M2M 应用中，非 I 数据使用是常见的，如 6LowPAN、MQTT-S 等。当此类应用

部署在 NB-IoT 网络时，应用服务器 AS 或业务能力服务器 SCS 与用户间的 non-IP 数据

需要通过网络进行传送，有两种方案可供选择，一种是通过 non-IP 专属的 PDN 点对点隧

道方式通过 SGi 接口进行传送，另外一种是通过 SCEF 进行传递。目前，由于 CSGN 与 SCEF

之间的 T6a 接口还处于初步研究阶段，而通过 SGi 接口传送 non-IP 数据可以使 C-SGN 统

一数据出口，便于未来面向 NB-IoT 类业务进行计费点选择及计费模式设计，因此，SGi

方式可能会被运营商优先采用。

（6）支持 SMS

部分已有 M2M 业务是采用 SMS 支持的，为了能够全面的覆盖此类业务，在部署

NB-IoT 后，需要考虑两个问题：①是否保留联合附着以获取短信传递能力或者只进行PS

的附着；②是否会存在只使用 SMS 进行信息传递而无需建立任何 PDN 连接的终端及其解

决方案。在 Rel-14 中会进一步完善 NBIoT 核心网支持 SMS 的解决方案，但运营商现网部

署时可以根据实际需求考虑是否部署 SMS 功能，例如仅部署 IP 及 non-IP 数据承载方式，

主要是考虑到支持 SMS 功能需 C-SGN 与短信中心之间开通 SGd 接口，且需对现网短信

中心进行升级改造，对 CSGN 也有相关功能要求。

（7）授权用户支持覆盖增强（CE）技术

对于传播环境较差的用户，例如地下管道内的设备，需要很强的穿透性能，此时需要

使用 CE 技术以获得更好的穿透效果。但 CE 技术的使用，需要网络侧提供额外的资源。

Word 文档

因此，应该对用户进行认证，对可使用 CE 技术的用户加以限制，以保证只有签约并得到

CE 授权的用户方可享受此特性，实现差异化的服务。

（8）OverLoad 控制

关于减少核心网过载的风险的议题，3GPP 发起了多项研究，提出了包括接入等级划

分、基于 eNB 辅助的（在 eNB 侧进行拒绝、延迟、队列）等多种方案，而在 TS23.401

中，针对 NB-IoT 设备采用的拥塞控制方案是基于 EPS 系统原有 backoff timer 机制的升级，

采用离散化的方式对 NB-IoT 设备并发请求进行处理来实现过载控制。

（9）头压缩增强

由于 NB-IoT 大部分应用场景使用的都是小数据包且通信频率很低，例如周期性 MAR

（Mobile Autonomous Reporting）和 NC（Network Command）使用 20~200 byte/30min

或更长时间间隔的数据传输。考虑到 IP 及传输层的头开销，如 20 byte 的 IPv4 、40 byte

的 IPv6、8 byte 的 UDP、20 byte 的 TCP、12 byte 的 RTP，为了更高效地支持海量

NB-IoT/eMTC 类的终端，采用头压缩增强技术势在必行。

由于非频繁的数据传输及移动性，eNB 和 UE 中保留的头压缩上下文可能会被重置（例

如，当 UE 进入 IDLE 模式或切换 eNB 时），如果频繁发送数据或移动，将导致数据包产

生全量头开销或额外开销。此时，头压缩将是高效支持IP 类小包业务的重要保障。因此，

当采用基于控制面优化的小包传输的方案时，头压缩功能需要支持 NB-IoT 终端用户从连

接态至 IDLE 态的转换及移动性管理。另外需注意，当 non-IP 类业务场景发生时，必须要

将 IP 头压缩功能关闭，故网络侧还需要根据不同的情况来决定是否启用头压缩功能。

二 LTE-M、EC-GSM 和 NB-IoT 演进

万物互联是大趋势，是发展的必然，各种物联网技术也是梭镖林立。

面对各种兴起的物联网技术，3GPP 主要有三种标准：LTE-M、EC-GSM 和 NB-IoT，

分别基于 LTE 演进、GSM 演进和 Clean Slate 技术。

LTE-M

Word 文档

剩余20页未读，继续阅读

评论收藏

内容反馈

版权申诉

hhappy0123456789

粉丝: 71
资源: 5万+

NB-IoT与LoRa技术详解及竞争态势分析.pdf

NB_IoT与LoRa技术详解与竞争态势分析.pdf

NB_IoT与LoRa技术详解与竞争态势分析.doc

NB-IoT与LoRa技术详解及竞争态势分析2018.doc

NB-IOT与LoRa有什么应用特点NB-IOT与LoRa的特点及应用介绍.docx

NB-IoT_物联网精品资料大全33个合集.zip

5G物联网及NB-IoT技术详解(pdf).zip

基于NB-IoT的生猪养殖环境监控系统设计.pdf

深度解析LoRa与NB-IoT的区别-.pdf

【重磅资料】NB-IoT物联网精品资料合集.zip

NB-IoT与LoRa分析对比.pptx

NB-IOT技术详解与行业应用-ppt.pdf

物联网之NB-IoT技术实践开发四（NB-IoT云平台对接及使用）

NB-IOT关键技术及应用.pdf

Lora学习课件（关于NB-IoT和RoLa的一些探讨.ppt

中国5G NB-IoT产业市场调研报告（2021）.pdf

ATK-LORA-01模块资料及源码.rar_ATK lora模块_ATK-LORA-01_NB-IOT 低功耗_atk-lor

NB-IoT和LoRa的四大用户需求模型.docx

相关实用应用程序（Windows可用）

李飞飞自传 我看见的世界 The World I see

ChatGPT使用总结：150个ChatGPT提示词模板（完整版）

全国计算机二级WPSoffice精选350道选择题题库（含答案）.pdf

eetop.cn-07-1射频电路设计理论与应用-王子宇 -课后答案1-10章

exception.NetworkCongestionException(解决方案).md

exception.SessionTimeoutException(解决方案).md

FraudDetectionTriggeredException解决方案(亲测可用).md

265 基于STM32设计的大棚育苗管理系统(4G+华为云IOT).pdf

exception.TcpFragmentationException(解决方案).md

最新资源

李飞飞自传我看见的世界 The World I see