物联网协议之NBIOT

什么是NBIOT

在物联网行业目前常用的网络通信技术主要有以下这些：

nbiot属于一种LTE网络，LTE网络是目前主流的通信网络，覆盖完整、技术成熟，未来大量物联网设备都需要在LTE网络中实现通讯功能。Cat.X这个值是用来衡量用户终端设备无线性能的，其实就是用来划分终端速率（等级）

为了更好的满足物联网设备的连接，3GPP对LTE技术增加了几个增强型的标准，一些做了简化，一些是完全新的，用来实现连接IoT设备：
（1）LTE Cat.1这种设备可以速率达到10Mbps；
（2）LTE Cat.M1这种设备速率可以达到1Mbps，并且在降低功耗方面上做了优化；
（3）LTE Cat.M2也被称为Narrow-Band IoT（NB-IoT），这种设备速率只有几百Kbps，但是在功耗上做了很大的优化，并且可以扩大室内覆盖范围。

NBIOT的低功耗

NB-iot跟lora一样也属于低功耗设备，除了无线网络层面的低功耗设计，业务逻辑层的使用对省电也有着较大影响，常用的省电使用方案主要有两种：PSM（Power Saving Mode）休眠省电和断电
对比使用断电模式省电，每次收发数据前都要漫长的开机初始化、驻网等流程，耗时耗力耗电，pcm随醒随发、占用信道资源时间少可以减轻基站并发压力
特别当信号质量很差时（<-100dbm）,每次开机，初始化驻网所需时间及耗费电流都会大大增加，单个设备驻网业务时间拖长又会增加基站并发压力，导致所有设备驻网业务时间拖长甚至失败.
休眠实际包含两部分的休眠，硬件深度休眠和网络PSM休眠，我们一般都是使用硬件深度休眠

NBIOT的并发限制

NB-iot只有200kHz的带宽，并且目前部署的网络子载波为15kHz，这就意味着，除去保护带20kHz，按照以下算法：
（200kHz – 20kHz）/15kHz = 12
NB-IoT的单基站并发网络容量只有12个！所以在设备上电及数据上传，下发等使用场景均可使用离散错峰算法及开机绝对时间分散算法（如不同设备随机延时0-1000s入网）。

NBIOT的核心网络架构

设备终端（UE）通过基站（eNodeB），经过公网（Internet）连接到上层应用服务器（Server）的简单逻辑结构

核心网主要包含MME，SGW，PGW，HSS，SCEF这几个网元，下面简要介绍下这些网元的作用。
MME的全称是Mobility Management Entity，含义为移动性管理实体。
这是核心网中的核心网元，顾名思义，MME主要负责移动性管理和控制，包含用户的鉴权、寻呼、位置更新和切换等等。
总之，手机必须定期向MME报告自己的位置，如果想上网的话，也必须先到MME经过安检才行，而且，如果手机跑到其他基站下，也需要MME来协调切换的事宜。MME就是大内总管，掌控一切，统领全局。
SGW的全称叫Serving Gateway，含义为服务网关。它主要负责手机上下文会话的管理和数据包的路由和转发，相当于数据中转站。
PGW的全称叫Packet data network Gateway，含义为分组数据网络网关。它主要负责连接到外部网络，也就是说，如果手机要上互联网，必须要PDW点头，通过PDW转发才行。除此之外PDW还承担着手机的会话管理和承载控制，以及IP地址分配，计费支持等功能。
HSS的全称叫Home Subscriber Server，含义为归属用户服务器。它是一个中央数据库，包含与用户相关的信息和订阅相关的信息。其功能包括:移动性管理，呼叫和会话建立的支持，用户认证和访问授权。
SCEF的全称为Service Capibility Exposure Function，网络能力开放功能），并定义了SCEF相关的网元接口以安全开放网络业务能力，SCEF可实现的主要功能为将核心网网元能力开放给各类业务应用，通过协议封装及转换实现与合作/自有平台对接，SCEF的应用使网络具备了多样化的运营服务能力，其实就是转换各个平台的协议，配合HSS实现不同应用(比如开隧道)