NB-IoT物联网解析与案例详解 学习笔记
物联网历史
1999年，美国麻省理工学院 Kelvin Ashton阐明；
2005年，ITU互联网报告2005提出，任何时间，任何地点，任意物体互联；
2010年，我国政府工作报告正式定义物联网是在互联网的基础上，实现万物互联。
中国NB-IoT标杆城市 鹰潭，水电表、停车位、水稻原种场、智慧路灯、烟感、井盖。充电桩、消火栓、基站设备、地下线缆温度。。。
网络架构
NB-IoT 的网络架构包括：NB-IoT 终端、演进的统一陆地无线接入网络 （E-UTRAN）基站、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、S-GW 和 P-GW 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）。 NB-IoT 系统基本延用了基于 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，
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案。控制面优化传输方案使用信令承载在终端和 MME 之间进行 IP 数据或非 IP 数据传输，由非接入承载提供安全机制；用户面 优化传输方案仍使用数据承载进行传输，但要求空闲态终端存储接入承载的上下 文信息，通过连接恢复过程快速重建无线连接和核心网连接来进行数据传输，简 化信令过程。
NB-IoT上行：
3.75KHz，最小传输单元时域 32ms；单频上行速率 4.7kbit/s；
15KHz，单频，最小传输单元时域 8ms，上行速率 15.6kbit/s； 3频：最小传输单元时域 4ms； 6频：2ms； 12频：1ms； 多频速率 62.5kbit/s；
下行：
15KHz，最小传输单元时域 1ms， 21kbit/s。
部署方式上，IB每ms开销28.6%，for LTE CRS，PDCCH symbol； IB，GB下行发射功率较SA差8dB （20W@5MHz， 20W=43dBm）
物理信道协议精简：上行精简 PUCCH、PUSCH； 下行精简 PHICH、PCFICH
数据传输方案： 增加RRC挂起、恢复。 挂起时，UE，eNodeB、核心网保存UE上下文；
采用控制面数据传输方案，CP，无需建立用户面承载，直接使用控制面传输数据。 适合小数据包传输；
MCL对比：
PSM、DRX功耗：
控制面优化：
CP适合发送频次少，内容少； UP适合频次多，内容多；
核心思想将IP包，None IP、SMS封装到NAS协议数据单元（对于传输内容很小的数据包，采用Non-IP Data over NAS传输，减少数据包大小。），无需建立无线数据承载和S1-U承载。
用户面优化：
无须使用service Request流程建立eNodeB与UE间的接入层AS上下文。
引入Connection Suspend、Connection Resume。
控制面和用户面共存：
连接态的用户可由终端通过Control Plane Service Reuqest发器，也可以由MME发起。
S-GW返回给MME的Create Session Request中同时携带S1 1-U和S1-U F-TEID。
NB-IoT R14演进
NB-IoT R14，定位技术基于OTDOA（观察到达时间差），精度达到50米，上行速率150kbit/s， 下行速率120kbit/s
支持NB-IoT和各RAT之间的互操作
拥塞控制（网络侧引入退避计时器back-off timer）
覆盖增强（可有核心网控制，降低无线和网络资源，Enhanced Coverage Allowed）
QoS控制
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Attach：
UE可以不建立PDN连接情况下附着，跳过MME和S-GW，P-GW之间建立会话的信令流程；
如果网络侧和UE都支持CP，那么attach时，网络侧可以决定不建立PDN；
当终端进入空闲状态，释放RRC连接后，开始启动定时器T3324，当T3324终止后，进入PSM模式，并启动T3412（周期性TAU更新）。在此期间，终端停止检测寻呼和执行任何小区/PLMN选择或MM流程。
Detach：
和Attach类似，如果不存在PDN，那么无需MME和S-GW，P-GW之间建立会话的信令流程；
TAU
NB-IoT安全体系
MME收到IMSI之后，向HSS发器认证向量请求。HSS收到之后，计算一组或多组认证向量AV（随机数RAND、认证码AUTN、期望响应XRES、协商密钥Kasme）
网络侧发起鉴权
业务类型：
智慧市政：
智能路灯：远程控制和调光，实时检测和报警，远程配置和维护。
烟感：直接连接运营商网络，组网i简单。（烟雾传感器）
智能消火栓（倾斜、水压）、
智能停车：升级版的宜停车，亿车科技：地磁传感器、MCU、NB-IoT。小和轻停
智能水表：优势是深覆盖。 水表和NB模块连接方式：光电采集、干弹簧，霍尔传感器
智能电表：单小区60万次；
智能单车：
工业物联
智能工厂：工具，灭火器，无线按灯，环境监控，货架缺料，托盘追踪
智能穿戴：
宠物、老人、生命体征定位手环、儿童手表（NB数据，GSM通话）
智能家居：
广域互联：山体滑坡
多重融合定位
GNSS、Cell ID、UTDOA/OTDOA、Wifi、蓝牙、惯导、PDR...
常见方案介绍
MT2625:
支持NB-IoT R14 SOC，方案组合： MT2625+MT5932+AB1602+MT3333
MT2621：
支持NB-IoT R14 + GPRS SOC， 液晶显示，相机、音频放大，BT4.2
平台协议对接
NB、EDP、MQTT、MODBUS、HTTP、JT808、TCP、RGCP...