近日一則來自《鷹潭日報》的新聞震動了通信圈：

2017年伊始，三大運營商在NB-IoT領域全面拉開陣勢，從政策、運營到產業鏈上下游推動NB-IoT進入了快車道。

三大運營商著重NB-IOT發力

中國聯通將物聯網列為三大創新戰略之一

2017年，中國聯通計劃在超過5個城市啟動基於900MHz、1800MHz的NB-IoT外場規模組網試驗及業務示範，以及6個以上業務應用示範。在商用方面，2016年底2017年初推進重點城市（北京、上海、廣州、深圳、銀川、長沙、福州）的NB-IoT商用部署。

中國電信將物聯網作為公司“十三五”五大業務生態圈之一

今年年初，中國電信正式發佈了“中國電信NB-IoT企業標準（V1.0）”，同時啟動了12個城市的大規模外場試驗，並將於6月份完成NB-IoT試商用。按照計劃，2017上半年，中國電信部署基於800M的NB-IoT網絡將實現全網覆蓋。

中國移動對於物聯網有著更高的戰略訴求

針對NB-IoT，中國移動目前正在進行的是實驗室測試和外場測試。按照中國移動的計劃，2017年中國移動將在更多個國內主要城市開展外場測試，不只是包括通信層面的單站、多站、組網測試，還包括業務的節點搭建，以及更大範圍內的產業合作。

中國移動部署NB-IoT網絡優勢

為什麼是中國移動的NB-IoT網絡率先大範圍落地？對於中國移動來說部署NB-IoT網絡可謂擁有先天優勢！

頻譜方面

中國移動在900M頻段上擁有19M (890-909MHz/935-954

MHz)資源，這使其有了很大的操作空間，就算是考慮到未來的LTE900頻譜重耕，也可以做到LTE FDD、GSM、NB-IoT的和諧共存。

資金方面

雖然NB-IoT是基於LTE現網進行部署，可以共用大部分的基礎設施，但投入的額度依然是不可小覷。

中國移動手握FDD 900MHZ頻段以及大量的現金流，再加上與產業鏈上下游的積極合作，部署NB-IoT網絡遊刃有餘。

FDD牌照為何遲遲不發

中國移動目前還沒有獲得FDD LTE牌照，而NB-IoT只支持半雙工FDD模式，而其正是在FDD頻率的900MHz上部署的NB-IoT網絡，這讓中國移動有“搶跑”之嫌，而監管部門對移動此舉並無明確態度，估計也是不知所措。

讓大家比較困惑的是為什麼到目前為止還不給中國移動發放FDD牌照？

據相關解釋：是為了平衡三大運營商之間的發展，而電信和聯通在2017年最大的競爭優勢就是低頻所帶來的LTE網絡覆蓋能力。如果允許中國移動在低頻段進行頻譜重耕，這將給使得三大運營商一家獨大的局面越來越難看，顯然這不是監管層想要看到的結果！

厲害了！我的中國移動！

NB-IoT因自身的技術優勢，獲得業界普遍看好。相比傳統的藍牙、WiFi等IoT技術，NB-IoT技術具有大容量、廣覆蓋、低功耗、低成本和高穩定性等優勢，成為最適合長距離、低速率、低功耗、多終端物聯網業務的通信技術。

值得一提的是，由於物聯網要提供端到端的解決方案，該NB-IoT網絡不僅完成了網絡建設，而且實現了終端與業務平臺的雙向傳輸，是真正意義的端到端物聯網，為構築端到端產業鏈打下了堅實的基礎。

下一步，政府與產業將聯手，利用NB-IoT全域覆蓋優勢，吸引物聯網產業鏈上的企業在鷹潭智慧創業園孵化創業，構建物聯網產業發展聯盟，積極培育鷹潭經濟發展新動能、新業態。

同時，在智慧城管、智慧路燈、智慧停車、智慧物流、智慧農業等領域開展NB-IoT業務試點應用，建設有NB-IoT特色的“新型智慧城市”促進信息惠民，努力將鷹潭打造成全國性的窄帶物聯網應用標杆城市。

厲害了！我的中國移動！為中國移動加油！

附NB-IoT技術標準化及發展趨勢研究

本文作者

王曉周：中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信核心網及窄帶物聯網相關技術。

藺 琳：中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信無線網相關技術。

肖子玉：中國移動通信集團設計院有限公司教授級高工，主要研究方向為移動通信核心網、IMS、業務應用及信息安全。

吳 海：中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信核心網及窄帶物聯網相關技術。

趙 存：中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信核心網及窄帶物聯網相關技術。

摘 要：為助力運營商進行窄帶物聯網技術方案選擇及業務模式開發，更好地把握未來技術演進方向，本文對當前NB-IoT蜂窩網絡技術的標準化進展進行了總結，通過與其他LPWA技術進行對標，梳理了NB-IoT典型應用場景，並就NB-IoT未來的技術發展趨勢及下一步研究方向進行分析和探討。

關鍵詞：NB-IoT；低功耗光域覆蓋；eMTC；eDECOR；窄帶物聯網

一，引言

隨著通信技術的不斷髮展，物聯網將為個人、社會和行業提供高效鏈接，但這又不僅僅是簡單的海量鏈接，更是辦公、購物、醫療、教育、娛樂、交通、社交等多種垂直行業的價值環節和生產要素等資源高度融合的鏈接。

據思科年度可視化網絡指數（VNI）預測報告統計，2015 年全球已實現網絡互連的終端總數為160億，但全世界仍有90%設備未被連接，隨著物聯網的飛速發展，全球IP流量將在未來4年中達到現在的3倍，到2020年，全世界將有260億臺聯網設備，而其中僅物聯網設備將會達到160億臺，並且超低流量、超低複雜度、超低功耗、低成本的物聯網設備將佔據物聯網設備總量的90%以上。2015年，全球通信業對形成一個低功耗廣域覆蓋（LPWA）的物聯網標準達成了共識，NB-IoT標準也被正式提上議事日程。

二，3GPP物聯網相關標準化概述

物聯網標準的制定是物聯網發揮自身價值和優勢的基礎支撐，對整合不同的碎片化應用場景的共性特徵，推動物聯網產業的發展具有非常重要的意義。標準化工作是物聯網產業競爭的制高點，只有統一了標準，不同的網絡系統才能互聯互通；也只有統一了標準，才能促成大規模的生產，從而降低單業務成本。

第三代合作伙伴（3GPP）各工作組對物聯網的研究範圍和重點各有不同，它們通過分工合作來實現對物聯網技術的需求、功能、架構、安全、信令流程等的研究和標準制定。

3GPP目前開展的物聯網相關工作只關注基於蜂窩移動終端的場景，並不考慮無線傳感器網絡和移動通信網絡混合組網的情況。3GPP Rel-13中物聯網相關項目關係情況如圖1所示。

圖1 3GPP Rel-13中物聯網相關項目關係簡圖

從圖1可以看出，目前3GPP主要關注3 種基於蜂窩的物聯網通信技術，分別是NB-IoT、eMTC（Cat.M）和EC-GSM。其中，EC-GSM是由於受到來自LoRa等技術的挑戰，由3GPP GERAN在GSM的基礎上，增加了省電模式（PSM）、增強型非連續接收（eDRX）、覆蓋優化等新功能而形成的；而NB-IoT和eMTC則屬於全新的RAT模式，可以基於現有的蜂窩移動通信的頻譜在帶內、帶外、保護間隔內進行部署。

未來運營商可能採用的主流的物聯網通信技術將非NB-IoT和eMTC莫屬，而由於NB-IoT在續航、覆蓋等方面技術性能上更有優勢，因此成為各方關注的焦點。

三、NB-IoT標準化進展

1、RAN方面

在2015年9月的RAN #69會議上經過激烈討論後協商統一，由3GPP在Rel-13版本中將兩種技術融合形成了NB-IoT標準，其演進過程如圖2所示。

圖2 NB-IoT技術演進路線

NB-IoT從窄帶技術演變為3GPP的正式標準，相關廠商、運營商積極的推動和市場真實存在的需求是兩個不可忽略的因素。

圖3 是NB-IoT和eMTC標準凍結時間點，可以看到在截止2016年9月，eMTC及NB-IoT的主體功能標準、無線性能標準已經凍結。預計一致性測試標準將分別在2016年12月凍結。

圖3 NB-IoT與eMTC無線標準凍結時間點

2、SA/CT 方面

從Rel-12開始，3GPP逐步在研究MTC通信增強的核心網架構，至Rel-13開始重點研究NB-IoT及DECOR/eDECOR相關技術。3GPP SA工作組標準化路線如圖4所示。

圖4 3GPP SA工作組標準化路線

3GPP核心網側與NB-IoT相關的主體標準大部分處於stage2（業務與系統架構），預計2016下半年至2017年初啟動stage3（核心網與終端）的相關工作，當前進展如圖5所示。

圖5 3GPP SA標準化進展

為了滿足海量碎片化、低成本、低速率、低功耗的NB-IoT物聯網應用，核心網方面主要考慮了以下方面的問題。

（1）高效地支持非頻繁小包傳送

面向NB-IoT進一步提高對非頻繁小包傳送的處理效率。

目前有兩種優化方向，一種是基於控制面的優化方案，即通過NAS過程來傳送小包；另外一種是基於用戶面的優化方案，即通過RRC suspend 態在UE 和RAN節點同時緩存用戶的上下文，以減少信令的交互。

（2）使用小包傳送高效地支持跟蹤裝置

3GPP沒有專門定義此類業務的業務模型，目前還處於研究狀態，預計在Rel-14版本中解決，其業務模型屬於MAR（移動終端週期性上報）業務模型的變種，需要在定位、移動性、傳輸效率等方面有進一步的增強和優化。

（3）高效的尋呼區域管理

在同樣的覆蓋區域，NB-IoT 的設備是海量的，遠多於傳統的蜂窩終端設備。運營商在窄帶頻譜下運營，有可能並不能提供足夠的尋呼所需資源、UE的標識（S-TMSI，IMSI）。與傳統蜂窩相比，由於小數據包的消息量限制，單次尋呼消息中要包含以上標識是極為受限的；另外一方面，覆蓋增強是標準中強制要求的，因此，尋呼消息可能要佔用更長時間（重複發送相同的尋呼消息的間隔週期更長）。

（4）DECOR/eDECOR

現網部署時，核心網可能會存在多個NB-IoT的DCN（Dedicated Core Network）。

根據TSG RAN側TS23.236 的輸出，NB-IoT DCN可能會同時連接到E-UTRAN和NB-IoT的RAN節點，可以根據用戶類型採取兩種不同方案為其選擇合適的DCN。一種是重定向方案，參考TR23.707 DECOR功能；另一種是UE輔助，參考TR23.711中的eDECOR。

（5）支持non-IP 數據類型

在M2M應用中，非I 數據使用是常見的，如6LowPAN、MQTT-S等。

當此類應用部署在NB-IoT 網絡時，應用服務器AS或業務能力服務器SCS與用戶間的non-IP數據需要通過網絡進行傳送，有兩種方案可供選擇，一種是通過non-IP專屬的PDN點對點隧道方式通過SGi接口進行傳送，另外一種是通過SCEF進行傳遞。

（6）支持SMS

部分已有M2M業務是採用SMS支持的，為了能夠全面的覆蓋此類業務，在部署NB-IoT後，需要考慮兩個問題：①是否保留聯合附著以獲取短信傳遞能力或者只進行PS 的附著；②是否會存在只使用SMS進行信息傳遞而無需建立任何PDN連接的終端及其解決方案。

（7）授權用戶支持覆蓋增強（CE）技術

對於傳播環境較差的用戶，例如地下管道內的設備，需要很強的穿透性能，此時需要使用CE技術以獲得更好的穿透效果。但CE技術的使用，需要網絡側提供額外的資源。因此，應該對用戶進行認證，對可使用CE技術的用戶加以限制，以保證只有簽約並得到CE授權的用戶方可享受此特性，實現差異化的服務。

（8）OverLoad控制

關於減少核心網過載的風險的議題，3GPP發起了多項研究，提出了包括接入等級劃分、基於eNB輔助的（在eNB側進行拒絕、延遲、隊列）等多種方案，而在TS23.401中，針對NB-IoT設備採用的擁塞控制方案是基於EPS系統原有backoff timer機制的升級，採用離散化的方式對NB-IoT設備併發請求進行處理來實現過載控制。

（9）頭壓縮增強

由於NB-IoT大部分應用場景使用的都是小數據包且通信頻率很低，例如週期性MAR（Mobile Autonomous Reporting）和NC（Network Command）使用20~200 byte/30min或更長時間間隔的數據傳輸。考慮到IP 及傳輸層的頭開銷，如20 byte的IPv4 、40 byte的IPv6、8 byte 的UDP、20 byte的TCP、12 byte的RTP，為了更高效地支持海量NB-IoT/eMTC類的終端，採用頭壓縮增強技術勢在必行。

四，NB-IoT技術應用場景及未來發展趨勢

1、LPWA 技術對標分析

目前，低速率物聯網無線通訊技術按照傳輸距離可以分為兩類：一類是短距離的無線通訊技術，如Zigbee、Wi-Fi、藍牙、Z-Wave等；另一類是覆蓋範圍相對較廣的LPWA技術。其中，LPWA又可以分為兩類：一類工作在非授權頻譜，如LoRa、SigFox等；另一類工作在授權頻譜，如NB-IoT、eMTC(Cat.M)、EC-GSM、Cat.1、Cat.0等。各LPWA 技術的覆蓋範圍及速率等特性如圖6所示。

圖6 各LPWA 技術的覆蓋範圍及速率等特性對比

由表1的對標分析可知，與採用非授權頻譜的典型技術SigFox、LoRa相比，使用授權頻譜的NB-IoT的覆蓋能力最強，且使用授權頻譜的網絡安全性更強，蜂窩式部署更便於網絡管理和大範圍覆蓋，因此，NB-IoT是海量物聯網無線通訊的最佳選擇。

表1 LPWA技術多維對標

2、NB-IoT應用場景分析

根據前文對標分析，NB-IoT適用的典型業務場景可以總結為四類，每一類對應的業務模型如表2所示。

表2 NB-IoT典型應用場景及業務模型

3、NB-IoT 技術未來發展方向

從RAN方面來看，目前已凍結的3GPP Rel-13版本的NB-IoT技術不支持30 km/h以上的連接態切換，且在終端定位、MBMS、廣深覆蓋等方面還需要繼續增強。

另外，從SA/CT方面來看，基於控制面優化的小包傳輸增強方案是目前3GPP的必選方案，而基於用戶面優化的傳輸增強方案則是可選的，未來將進一步明確和細化兩種方案的對比、選擇以及如何配合並行部署。另外，跟蹤裝置類小包業務模型還在研究當中、增強的尋呼區域管理對附著和TAU等過程的影響、授權用戶的CE技術應用等問題將在未來Rel-14版本中進行探討和解決。

五，結語

物聯網應用和手機終端最大的不同就是行業和領域的碎片化、需求的個性化，這直接導致了物聯網不同類型的應用對蜂窩通信技術的要求不同，多種技術均有應用空間和存在的必要性。而NB-IoT作為一種電信級的覆蓋技術，在低功耗、低成本、低速率、廣覆蓋等方面表現都很突出。目前，NB-IoT的核心標準剛剛落地，在運營商的大力推進和廠家的積極配合下，隨著外場測試及試點部署的推進，相信NB-IoT的產業鏈將逐步走向成熟，助推運營商在整個物聯網垂直行業更加快速、科學地發展。

來自：5G、C114

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