浅谈NBIOT

一、什么是NBIOT？

1、概念

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT），NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

2、NBIOT的特点和目标

（1）超强覆盖：相对GPRS来说，增加20db的信号增益。

（2）超低功耗：对于终端功耗的目标是：基于AA（5000mAh）电池，使用寿命可超过10年。

（3）超大连接：一个扇区能够支持数万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。

（4）超低成本：NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。

 

二、NBIOT的省电技术

1、DRX模式

DRX（Discontinuous Reception）即非连续接收，是指终端仅在必要的时间段打开接收机进入激活态，用以接收下行数据，而在剩余时间段关闭接收机进入休眠态，停止接收下行数据的一种节省终端电力消耗的工作模式。

 

                           

    （1）在激活期，UE将打开接收机，寻呼信道，判断是否有有下行业务。

    （2）NB-IoT的DRX周期取值范围为：1.28s，2.56s，5.12s 或者10.24s。

    （3）DRX周期时长确定后：

     •激活期越长，则业务处理越及时，但接收机在同一个周期内工作时间长，UE耗电量越大。

     •激活期越短，则UE越省电，但接收机在同一个周期内保持关闭的时间越长，业务时延越长。

 

2、eDRX模式

    为了节省终端功耗，同时满足一定下行业务时延的要求，3GPP引入了扩展DRX的概念（extended DRX，eDRX）。

（1）在每个eDRX周期内，有一个寻呼时间窗口（Paging Time Window，PTW），UE只在PTW内按DRX周期监听寻呼信道，以便接收下行业务，PTW外的时间处于睡眠态，不监听寻呼信道，不能接收下行业务。

（2）eDRX周期长度、PTW窗口长度可配置，UE和运营商之间进行协商，以运营商下发给UE的值为准。

（3）eDRX周期的具体配置可查看3GPP TS 24.008：

（4）寻呼窗口时间表：

 

3、PSM模式

PSM(Power Saving Mode) 的技术原理非常简单，在PSM该状态下，终端射频关闭，相当于关机状态，终端非业务期间深度休眠，不接收下行数据，只有 终端主动发送上行数据（MO Data）时可接收IoT平台缓存的下行数据。

（1）终端何时进入PSM状态，以及在PSM状态驻留的时长由核心网和终端协商。

（2）进入PSM模式，虽然UE不再进行接收寻呼消息，看起来设备和网络失联，但设备仍然注册在网络中，这样当UE从休眠唤醒后就不需重新注册网络就可以进行数据收发。

（3）PSM想唤醒可通过外部唤醒或者周期自身唤醒，外部唤醒常用的是RTC中断唤醒（如：MT2625采用外部RTC唤醒），周期唤醒的周期是核心网运行商配置给NB物联卡，周期性的唤醒。

（4）PSM自动唤醒与RTC_ENIT外部唤醒区别：

  A．在PSM状态下，通过RTC_EINT唤醒后，如果系统没有其他task，则会马上重新进行PSM状态。如有有其他task要执行，则会执行task，在执行完task之后，如果还未到周期自动唤醒，则会继续马上重新进入PSM模式。

  B．如果是周期到了自动唤醒，则会维持Active time后再重新进入PSM状态。而Active Time可继续业务的上行和下行。

（5）这里提一下MT2625，对于MT2625进入PSM状态时，NB可能处于deep sleep或者deeper sleep，若PSM周期为几十分钟比较短的时间则进入deep sleep，若PSM周期为十几个小时比较长的时间则进入deeper sleep。其他NB芯片笔者还没验证过。

 

三、NBIOT的工作状态

1、Connected(连接态)：

模块注册入网后处于该状态，可以发送和接收数据，无数据交互超过一段时间后会进入Idle模式，时间可配置。

2、Idle(空闲态)：

可收发数据，且接收下行数据会进入Connected状态，无数据交互超过一段时会进入PSM模式，时间可配置。

3、PSM(节能模式)：

此模式下终端关闭收发信号机，不监听无线侧的寻呼，因此虽然依旧注册在网络，但信令不可达，无法收到下行数据，功率很小。持续时间由核心网配置(T3412)，有上行数据需要传输或TAU周期结束时会进入Connected态。

4、NB-IoT三种工作状态一般情况的转换过程可以总结如下：

（1）终端发送数据完毕处于Connected态，启动“不活动计时器”，默认20秒，可配置范围为1s~3600s；

（2）“不活动计时器”超时，终端进入Idle态，启动及或定时器(Active-Timer【T3324】)，超时时间配置范围为2秒~186分钟；

（3）Active-Timer超时，终端进入PSM状态，TAU周期结束时进入Connected态，TAU周期【T3412】配置范围为54分钟~310小时。

（4）TAU周期指的是从Idle开始到PSM模式结束。

 

四、国内NBIOT频段

1、国内的NB-IoT主要运行在B5和B8频段。

运营商	频段	中心频率	上行频率	下行频率
中国电信	B5	850MHz	824MHz~849MHz	869MHz~894MHz
中国移动、中国联通	B8	900MHz	880MHz~915MHz	925MHz~960MHz

 

五、NBIOT的应用场景

1.公共事业：智能水表、智能水务、智能气表、智能热表。

2.智慧城市：智能停车、智能路灯、智能垃圾桶、智能窖井盖。

3.消费电子：独立可穿戴设备、智能自行车、慢病管理系统、老人小孩管理。

4.设备管理：设备状态监控、白色家电管理、大型公共基础设施、管道管廊安全监控。

5.智能建筑：环境报警系统、中央空调监管、电梯物联网、人防空间覆盖。

6.指挥物流：冷链物流、集装箱跟踪、固定资产跟踪、金融资产跟踪。

7.农业与环境：农业物联网、畜牧业养殖、空气实时监控、水质实时监控。

8.其他应用：移动支付、智慧社区、智能家居、文物保护。

 

六、参考文献

1、你想知道的NB-IoT知识都在这里了！：

http://www.elecfans.com/d/542776.html?v=pc

2、NB-IoT要点概括与工作状态解析：

https://blog.csdn.net/u011195662/article/details/78438086

3、NB-IoT频段：

https://blog.csdn.net/zoomdy/article/details/72764847

4、3GPP TS 24.008：

http://www.3gpp.org/ftp//Specs/archive/24_series/24.008/

 

备注：本文如有哪些错误或不妥之处，请各位读者指出指正，谢谢！