NB-IOT基础理论知识

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物联网设备分为三类：
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，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。
NB-IoT源起于现阶段物联网的以下几大需求：

•覆盖增强（增强20dB）
•支持大规模连接，100K终端/200KHz小区
•超低功耗，10年电池寿命
•超低成本
•最小化信令开销，尤其是空口。
•确保整个系统的安全性，包括核心网。
•支持IP和非IP数据传送。
•支持短信（可选部署）。
对于现有LTE网络，并不能完全满足以上需求。即使是LTE-A，关注的主要是载波聚合、双连接和D2D等功能，并没有考虑物联网。
比如，在覆盖上，以水表为例，所处位置无线环境差，与智能手机相比，高度差导致信号差4dB，同时再盖上盖子，额外增加约10dB左右损耗，所以需要增强20dB。

在大规模连接上，物联网设备太多，如果用现有的LTE网络去连接这些海量设备，会导致网络过载，即使传送的数据量小，可信令流量也够得喝上几壶。
此外，NB-IoT有自己的特点，比如不再有QoS的概念，因为现阶段的NB-IoT并不打算传送时延敏感的数据包，像实时IMS一类的设备，在NB-IoT网络里不会出现。
因此，3GPP另辟蹊径，在Release 13制定了NB-IoT标准来应对现阶段的物联网需求，在终端支持上也多了一个与NB-IoT对应的终端等级——cat-NB1。
尽管NB-IoT和LTE紧密相关，且可集成于现有的LTE系统之上，很多地方是在LTE基础上专为物联网而优化设计，但从技术角度看，NB-IoT却是独立的新空口技术。
1 网络
1.1 核心网
为了将物联网数据发送给应用，蜂窝物联网（CIoT）在EPS定义了两种优化方案：
•CIoT EPS用户面功能优化（User Plane CIoT EPS optimisation）
•CIoT EPS控制面功能优化（Control Plane CIoT EPS optimisation）

如上图所示，红线表示CIoT EPS控制面功能优化方案，蓝线表示CIoT EPS用户面功能优化方案。
对于CIoT EPS控制面功能优化，上行数据从eNB（CIoT RAN）传送至MME，在这里传输路径分为两个分支：或者通过SGW传送到PGW再传送到应用服务器，或者通过SCEF（Service Capa- bility Exposure Function）连接到应用服务器（CIoT Services），后者仅支持非IP数据传送。下行数据传送路径一样，只是方向相反。
这一方案无需建立数据无线承载，数据包直接在信令无线承载上发送。因此，这一方案极适合非频发的小数据包传送。
SCEF是专门为NB-IoT设计而新引入的，它用于在控制面上传送非IP数据包，并为鉴权等网络服务提供了一个抽象的接口。
对于CIoT EPS用户面功能优化，物联网数据传送方式和传统数据流量一样，在无线承载上发送数据，由SGW传送到PGW再到应用服务器。因此，这种方案在建立连接时会产生额外开销，不过，它的优势是数据包序列传送更快。
这一方案支持IP数据和非IP数据传送。