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NB-IoT的技術原理 NB-IoT三種工作狀態(tài)如何轉(zhuǎn)換

行業(yè)新聞 | 2018-09-11 08:19:02
  NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯(lián)網(wǎng)(IOT)市場,是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應用的新興技術。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優(yōu)等特點。說到這里很多人就會對NB-IOT好奇了,那么到底NB-IOT到底是怎么回事呢?下面我們就一起來看看。

  NB-IoT端到端系統(tǒng)架構如下圖所示:
 

?NB-IOT

  終端:UE(User Equipment),通過空口連接到基站(eNodeB(evolved Node B , E-UTRAN 基站))。
 

  無線網(wǎng)側:包括兩種組網(wǎng)方式,一種是整體式無線接入網(wǎng)(Singel RAN),其中包括2G/3G/4G以及NB-IoT無線網(wǎng),另一種是NB-IoT新建。主要承擔空口接入處理,小區(qū)管理等相關功能,并通過S1-lite接口與IoT核心網(wǎng)進行連接,將非接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給高層網(wǎng)元處理。
 

  核心網(wǎng):EPC(Evolved Packet Core),承擔與終端非接入層交互的功能,并將IoT業(yè)務相關數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT平臺進行處理。概括說明不全面,詳細見下文。
 

  平臺:目前以電信平臺為主。
 

  應用服務器:以電信平臺為例,應用server通過http/https協(xié)議和平臺通訊,通過調(diào)用平臺的開放API來控制設備,平臺把設備上報的數(shù)據(jù)推送給應用服務器。平臺支持對設備數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析,轉(zhuǎn)換成標準的json格式數(shù)據(jù)。
 

  NB-IoT的工作狀態(tài):
 

  NB-IoT在默認狀態(tài)下,存在三種工作狀態(tài),三種狀態(tài)會根據(jù)不同的配置參數(shù)進行切換,筆者認為這三種狀態(tài)較深刻地影響了NB-IoT的特性,如其對比傳統(tǒng)GPRS的低功耗特性,均可以從中獲得解釋,同時在后續(xù)對NB-IoT的使用和相關程序的設計時,也需要根據(jù)開發(fā)的需求與產(chǎn)品特性對這三種工作狀態(tài)進行合適的定制。
 

  三種工作狀態(tài)如下:
 

  Connected(連接態(tài)):
 

  模塊注冊入網(wǎng)后處于該狀態(tài),可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù),無數(shù)據(jù)交互超過一段時間后會進入Idle模式,時間可配置。
 

  Idle(空閑態(tài)):
 

  可收發(fā)數(shù)據(jù),且接收下行數(shù)據(jù)會進入Connected狀態(tài),無數(shù)據(jù)交互超過一段時會進入PSM模式,時間可配置。
 

  PSM(節(jié)能模式):
 

  此模式下終端關閉收發(fā)信號機,不監(jiān)聽無線側的尋呼,因此雖然依舊注冊在網(wǎng)絡,但信令不可達,無法收到下行數(shù)據(jù),功率很小。
 

  持續(xù)時間由核心網(wǎng)配置(T3412),有上行數(shù)據(jù)需要傳輸或TAU周期結束時會進入Connected態(tài)。
 

  NB-IoT三種工作狀態(tài)一般情況的轉(zhuǎn)換過程可以總結如下:
 

 ?、?終端發(fā)送數(shù)據(jù)完畢處于Connected態(tài),啟動“不活動計時器”,默認20秒,可配置范圍為1s~3600s;
 

  ② “不活動計時器”超時,終端進入Idle態(tài),啟動及或定時器(Active-Timer【T3324】),超時時間配置范圍為2秒~186分鐘;
 

 ?、?Active-Timer超時,終端進入PSM狀態(tài),TAU周期結束時進入Connected態(tài),TAU周期【T3412】配置范圍為54分鐘~310小時。

?NB-IOT原理
 

  【PS:TAU周期指的是從Idle開始到PSM模式結束】
 

  NB-IoT終端在不同工作狀態(tài)下的情況剖析:
 

  1、NB-IoT發(fā)送數(shù)據(jù)時處于激活態(tài),在超過“不活動計數(shù)器”配置的超時時間后,會進入Idle空閑態(tài);
 

  2、空閑態(tài)引入了eDRX機制,在一個完整的Idle過程中,包含了若干個eDRX周期,eDRX周期可以通過定時器配置,范圍為20.48秒~2.92小時,而每個eDRX周期中又包含了若干個DRX尋呼周期;
 

  3、若干個DRX尋呼周期組成一個尋呼時間窗口(PTW),尋呼時間窗口可由定時器設置,范圍為2.56s~40.96s,取值大小決定了窗口的大小和尋呼的次數(shù);
 

  4、在Active Timer超時后,NB-IoT終端由空閑態(tài)進入PSM態(tài),在此狀態(tài)中,終端不進行尋呼,不接受下行數(shù)據(jù),處于休眠狀態(tài);
 

  5、TAU Timer從終端進入空閑態(tài)時便開始計時,當計時器超時后終端會從PSM狀態(tài)退出,發(fā)起TAU操作,回到激活態(tài)(對應圖中①);
 

  6、當終端處于PSM態(tài)時,也可以通過主動發(fā)送上行數(shù)據(jù)令終端回到激活態(tài)(對應圖中②)。

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