初识NB-IoT
******************************************************
时间：2018.11.27
*******************************************************
一.背景
物联网的无线通信技术种类繁多，大致可以归为两大类：
一类是短距离通信技术：包括Zigbee、WiFi、蓝牙等；另一类则被称为广域网通信技术，即LPWAN（low－power Wide－Area Network，低功耗广域网）。
LPWA又可细分为两类：一类工作于未授权频谱下，如LoRa；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。
其中，NB-IoT凭借低功耗、广覆盖、速率低、成本低等特点，成为时下最受追捧的一种无线连接技术。
物联网设备大致归为三类：
①无需移动性，大数据量（上行），需较宽频段，比如城市监控摄像头。
②移动性强，需执行频繁切换，小数据量，比如车队追踪管理。
③无需移动性，或者弱移动性，小数据量，对时延不敏感，比如智能抄表。
NB-IoT正是为了应对第③种物联网设备而生。
二.什么是NB-IoT
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，可直接部署于GSM网络（2G）、UMTS（3G）网络或LTE（4G）网络，以降低部署成本、实现平滑升级。 NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。(百度百科)
三.NB-IoT标准化过程
①2013年初，华为与相关业内厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展，并起名为LTE-M（LTE for Machine to Machine）。
当时，在LTE-M的技术方案选择上，主要有两种思路：一种是基于现有GSM演进思路（eMTC
）；另一种是华为提出的新空口思路，当时名称为NB-M2M。
②2014年5月，由沃达丰，中国移动，法国电信运营商Orange，意大利电信，华为，诺基亚等公司支持的SI “Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet of Things”在3GPP GERAN工作组立项，LTE-M的名字由此演变为Cellular IoT，简称CIoT。
③2015年4月，PCG（Project Coordination Group）会议上做了一件重要的决定：CIoT在GERAN做完SI之后，WI阶段要到RAN立项并完成相关协议。2015年5月，华为和高通共同宣布了一种融合的解决方案，即上行采用FDMA多址方式，下行采用OFDM多址方式，命名为NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）
④2015年8月10日，在GERAN SI阶段最后一次会议，爱立信联合几家公司提出了NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。
⑤2015年9月，3GPP在RAN全会达成一致，NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演进到了NB-IoT（Narrow Band IoT），确立NB-IoT为窄带蜂窝物联网的唯一标准。
⑥2016年2月，MWC NB-IoT峰会上，全球各大通信、设备巨头达成共识，NB-IoT是最佳的蜂窝物联网技术，并共同推动3GPP标准尽快冻结。
2016年4月，伦敦 M2M 大会上华为宣布与沃达丰成立NB-IoT开放实验室。
2016年4月，NB-IoT物理层标准在3GPP R13冻结。
2016年6月，NB-IoT核心标准正式在3GPP R13冻结。
截止3月底，全球已经有4个商用NB-IoT网络，在29个国家有超过40个试验网络，NB-IoT将在2018年走向规模商用。
从NB-IoT 3GPP标准正式推出，到发起NB-IoT Open Lab计划，再到第一颗NB-IoT专用芯片的问世，2016被称为物联网发展史上最闪亮的一年，同时也被认为是NB-IoT的商用元年。
四．NB-IoT技术优势
① 广覆盖:NB-IoT在同样的频段下，覆盖能力将比现有网络增益20dB，使信号能够穿透
墙壁或地板，覆盖更深的室内场景。
②电池寿命长:PSM (节能模式) 和eDRX(扩展不连续接收) 是NB-IoT延长电池寿命的两大核心技术，在业内目标是在每日传输少量数据的情况下，使电池运行时间达到至少10年
③低成本： 网络部署成本低NB-IoT可直接采用LTE网络，利用现有技术和基站。此外，NB-IoT与LTE互相兼容，可重复使用已有硬件设备、共享频谱，同时避免系统共存的问题。
设备成本低 半双工模式，单接收天线，低峰值速率，上下行带宽低至180kHz，内存需求低 (500kByte)
④大连接：理想情况下，每个扇区可连接约5万台设备；假设居住密度是每平方公里
1500户，每户家庭有40个设备，这种环境下的设备连接是可以实现的。
五．NB-IoT物联网架构，数据流向
1.物联网架构
2.数据流向
UDP协议：
MCU → NB模块 →NB-IoT基站 →IoT平台 →（UDP服务器） → 手机终端
COAP协议：
MCU → NB模块 →NB-IoT基站 → IoT平台 →（COAP用户服务器） → 手机终端
六．NB-IoT相关技术
1.PSM & (e-)DRX
eDRX和PSM是NB-IoT的两大省电技术，DRX(Discontinuous Reception)，即不连续接收。
手机（终端）和网络不断传送数据是很费电的。如果没有DRX，即使我们没有用手机上网，手机也需要不断的监听网络（PDCCH子帧），以保持和网络的联系，但是，这导致手机耗电太快。因此，在LTE系统中设计了DRX，让手机周期性的进入睡眠状态（sleep state），不用时刻监听网络，只在需要的时候，手机从睡眠状态中唤醒进入wake up state后才监听网络，以达到省电的目的。eDRX意味着扩展DRX周期，意味着终端可睡更长时间，更省电。
PSM（Power Saving Mode），即省电模式。一些物联网终端本来就很懒，长期睡觉，而在PSM模式下，相当于关机状态，所以更加省电。其原理是，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。此时，网络无法发送数据给终端或寻呼终端，网络与终端几乎失联（终端仍注册在网络中）。
只有当周期性TAU更新定时器超时后，才退出PSM模式。这个定时器可设置最大12.1天.
2.部署方式：
NB-IoT占用180KHz带宽，这与在LTE帧结构中一个资源块的带宽是一样的。所以，以下三种部署方式成为可能：
1）独立部署（Stand alone operation）
适合用于重耕GSM频段，GSM的信道带宽为200KHz，这刚好为NB-IoT 180KHz带宽辟出空间，且两边还有10KHz的保护间隔。
2）保护带部署（Guard band operation）
利用LTE边缘保护频带中未使用的180KHz带宽的资源块。
3）带内部署（In-band operation）
利用LTE载波中间的任何资源块。
3.双工模式：
Release 13 NB-IoT仅支持FDD 半双工type-B模式。
FDD意味着上行和下行在频率上分开，UE不会同时处理接收和发送。
半双工设计意味着只需多一个切换器去改变发送和接收模式，比起全双工所需的元件，成本更低廉，且可降低电池能耗。
七．NB-IoT与几种无线技术对比
1.bluetooth 蓝牙：其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps 的传输速率和10m的传输距离。缺点：芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。
2.Wi-Fi ：Wi-Fi也是是一种短距离无线传输技术，传输距离在20-200M，可以随时接入无线信号，移动性强，比较适合在办公室及家庭的环境下应用。当然Wi-Fi也存在一个致命缺点。由于Wi-Fi采用的是射频技术，通过空气发送和接收数据，使用无线电波传输数据信号，比较容易受到外界的干扰。数据包在传送的过程中都可以被外界检测或接收，信息安全是个隐患，虽然数据可以经过加密后传输，但在数据包足够多的情况下，仍有被黑客破解的可能。功耗也较大。
3.Lora,zigbee:
4.eMTC增强型机器类型通信：NB-IoT、eMTC增强型机器类型通信（即LTE-M）同属3GPP标准内的LWPAN技术，两者的标准化进程、产业发展、现网应用等也几乎是齐头并进，两者有很多相似之处，真可谓是3GPP组织下的一对双胞胎。下表展示了两者之间的相近之处和主要差异：
八．NB-IoT芯片/模组厂商，生态圈
九．NB-IoT运营商
，Release 13为NB-IoT指定了14个频段。国内主要是：
中国电信的2G 3G 4G网络分别是CDMA CDMA2000 TD-LTE和FDD-LTE
中国移动的2G 3G 4G网络分别是GSM TD-SCDMA TD-LTE
中国联通的2G 3G 4G网络分别是GSM WCDMA TD-LTE和FDD-LTE