Page 36 - 网络电信2017年4月刊上
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解决方案
NB-IoT系统现状与发展
张万春 陆婷 高音 中兴通信股份有限公司
物联网应用发展已经超过10年，但采用的大多是针对特 正式确定窄带物联网（NB-IoT）标准立项，全球业界超过50 家
定行业或非标准化的解决方案，存在可靠性低，安全性差，操 公司积极参与，标准协议核心部分在2016年6月宣告完成，并正
作维护成本高等缺点。基于多年的业界实践可以看出，物联网 式发布基于3GPP LTE R13版本的第1套NB-IoT标准体系。随着
通信能否成功发展的一个关键因素是标准化。与传统蜂窝通信 NB-IoT标准的发布，NB-IoT系统技术和生态链将逐步成熟，或
不同，物联网应用具有支持海量连接数、低终端成本、低终端 将开启物联网发展的新篇章。
功耗和超强覆盖能力等特殊需求。这些年来，不同行业和标准
组织制订了一系列物联网通信方面的标准，例如针对机器到机 NB-IoT系统预期能够满足在180kHz的传输带宽下支持覆盖
器（M2M）应用的码分多址（CDMA）2000优化版本，长期演进 增强（提升20dB的覆盖能力）、超低功耗（5Wh电池可供终端使
（LTE）R12和R13的低成本终端category0及增强机器类型通信 用10年）、巨量终端接入（单扇区可支持50000个连接）的非时
（eMTC），基于全球移动通信系统（GSM）的物联网（IoT）增 延敏感（上行时延可放宽到10s以上）的低速业务（支持单用户
强等，但从产业链发展以及技术本身来看，仍然无法很好满足 上下行至少160bit/s）需求。NB-IoT基于现有4GLTE系统对空口
上述物联网应用需求。其他一些工作于免授权频段的低功耗标 物理层和高层、接入网以及核心网进行改进和优化，以更好地
准协议，如：LoRA、Sigfox、Wi-Fi，虽然存在一定成本和功耗 满足上述预期目标。
优势，但在信息安全、移动性、容量等方面存在缺陷，因此，
一个新的蜂窝物联网标准需求越来越迫切。 一、NB-IoT网络架构
在这个背景下，第3代合作伙伴计划（3GPP）于2015年9月 NB-IoT系统采用了基于4G LTE/演进的分组核心网（EPC）
网络架构，并结合NB-IoT系统的大连接、小数据、低功耗、低
图1 NB-IoT网络架构 成本、深度覆盖等特点对现有4G网络架构和处理流程进行了优
化。
NB-IoT的网络架构如图1所示，包括：NB-IoT终端、演进
的统一陆地无线接入网络（E-UTRAN）基站（即eNodeB）、归属
用户签约服务器（HSS）、移动性管理实体（MME）、服务网关
（SGW）、公用数据网（PDN）网关（PGW）、服务能力开放单元
（SCEF）、第三方服务能力服务器（SCS）和第三方应用服务器
（AS）。和现有4G网络相比，NB-IoT网络主要增加了业务能力
开放单元（SCEF）来优化小数据传输和支持非IP数据传输。为
了减少物理网元的数量，可以将MME、SGW和PGW等核心网网元合
一部署，称之为蜂窝物联网服务网关节点（C-SGN）。
为了适应NB-IoT系统的需求，提升小数据的传输效率，
NB-IoT系统对现有LTE处理流程进行了增强，支持两种优化的小
数据传输方案，包括控制面优化传输方案和用户面优化传输方
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