NB-IoT核心网是什么
尽管LTE和NB-IoT一脉同气,但LTE的设计目标是高速率、大流量,而NB-IoT为物联网“间歇传送小数据”而生,两者方向相反。因此,LTE核心网EPS也不再适应NB-IoT应用,需要对其进行优化。
为了提升NB-IoT系统的小数据的传输效率,3GPP SA2工作组于2015年7月开始研究CIoT EPS优化构架,提出了CIoT EPS需支持四大功能:
①支持超低功耗物联网终端
②支持每小区连接大量物联网设备
③支持窄带频谱无线接入技术
④支持物联网增强覆盖
并进行功能简化,裁剪了LTE EPS的四项功能:
①不提供紧急呼叫服务
②不支持流量卸载,如本地lP接入(LIPA)和选择性IP流量卸载
③在EPS连接管理上,只支持IDLE模式下的重选,不支持CONNECTED模式下的切换
④不支持建立GBR承载和专用承载
最终,3GPP提出了两种优化方案:控制面优化传输方案( C-Plane CIoT EPS optimization)和用户面优化传输方案(U-Plane CIoT EPS optimization)。对于物联网终端,必须支持“控制面优化传输方案”,可选支持“用户面优化传输方案”。
控制面优化传输方案
控制面优化传输方案使得小数据包可以传输于控制面上,数据以非接入层协议数据单元(NAS PDU)的格式封装于控制面信令消息来传输,其概念如同商场购物,若消费者只购买少量商品,可经由指定的快速通道结账。
这一方案可在传输数据时减少了控制面信令开销,因此有助于降低终端功耗和减少使用频带。
如上图所示,控制面优化传输方案支持IP数据和非IP数据传输,传输路径可分为两条:①通过S-GW传送到P-GW再传送到应用服务器(CIoT Services);②通过SCEF(Service Capability Exposure Function)连接到应用服务器,该路径仅支持非IP数据传输。
根据传输路径和是否支持IP数据传输,可分为三种传输模式:
传输路径①(IP数据传输)
传输路径为S-GW到P-GW再到应用服务器,可沿用现有的IP通信技术快速部署NB-IoT,缺点是安全性低,且不经过SCEF,电信运营商仍为管道角色。
传输路径①(非IP数据传输)
传输路径仍为S-GW到P-GW再到应用服务器,但由于已无IP地址传输数据包,因此在P-GW上必须要有NB-IoT终端的ID与AS的IP地址+端口号的对应关系,才能将数据包正确传送在SGi的界面上,这种方式称为UDP/IP的点对点隧道(Point-to-Point (PtP) Tunneling)技术。隧道的参数,也就是目的地IP地址与UDP端口号需事先配置于P-GW上,对NB-IoT终端和AS之间传送的数据来说,P-GW是一个透明的传输节点。
这种方式安全性高且省电,但需要开发新的点对点隧道技术。
传输路径②(非IP数据传输)
即通过SCEF传递Non-IP数据,这条路径仅支持非IP数据传输,属于Non-IP专属解决方案。这种方式优点较多,安全性高、省电,且运营商能创造新的商业价值,但需新建SCEF网元节点,需开发新的API技术。
SCEF
SCEF为NB-IoT新增加的节点,其通过API接口向AS提供服务,而非直接发送数据,使得电信营运商不再只是管道,而是可以将业务能力安全地开放给第三方业务供应商,实现对物联网的大数据分析以创造新的商业价值。
SCEF构架如上图所示,鉴于安全性考虑,SCEF放置于运营商信任的网域中(Trust Domain),并通过OMA(Open Mobile Alliance),GSMA(Groupe Speciale Mobile Association),或其他标准组织(Standardisation Bodies, SDOs)的API接入服务,同时,SCEF的API支持多种不同类型,如DIAMETER、RESTful APIs与XML over HTTP等,使得SCEF可以更灵活应用于不同的网络中。Network Entity则指HSS、MME、P-GW、PCRF或与计费、安全相关的网络节点。
C-SGN
C-SGN,即CIoT Serving Gateway Node,是控制面优化传输方案引入的新节点,该节点是由LTE EPS的控制面节点MME、用户面节点S-GW和P-GW的最小化功能合并而成的单个逻辑实体,C-SGN功能也可以部署在现网EPS的MME中。
HLCom
在控制面优化传输方案中,可引入了HLCom机制,即Optimization to support High Latency Communication,该机制将下行数据缓存在S-GW中。由于NB-IoT终端通过PSM和eDRX等技术来间歇性接收数据,以达到省电的目的,当NB-IoT终端在休眠状态时,S-GW将下行数据缓存,直到终端被唤醒后才将这些缓存的数据下发给终端。
用户面优化传输方案
数据传输的方式与LTE EPS一样采用用户面承载,但是,该优化方案在RRC层引入了挂起(Suspend)和恢复(Resume)两种新状态以适应物联网数据的间歇传输特性,同时要求NB-IoT终端、eNB和MME存储连接信息,以快速恢复重建连接,简化信令流程,提升传输效率。
经过这么一优化,承载可以按需的方式建立,因而可降低终端功耗和支持单小区大规模物联网设备连接。该方案除了支持现有EPS功能外,还可以支持通过P-GW传输非IP数据。
RRC Suspend流程
如上图所示,该过程由eNB激活,释放NB-IoT终端与eNB之间的RRC连接,以及eNB与S-GW之间的S1-U承载。
步骤(1)和(2):
eNB发送UE Context Suspend Request,并通过MME向S-GW发起释放与NB-IoT终端相关的承载信息。
步骤(3):
S-GW释放eNB与NB-IoT终端相关的S1-U承载。具体而言,S-GW仅释放eNB地址和下行隧道端点标识符(TEID),并继续存储其他信息。
步骤(4)和(5):
在S-GW处完成S1-U承载释放后,eNB通过MME接收UE Context Suspend Response通知。
步骤(6)和(7):
eNB存储NB-IoT终端的Access Stratum (AS)信息、S1-AP连接信息和承载信息,并向NB-IoT终端发送RRC Connection Suspend消息。
步骤(8):
MME为NB-IoT终端存储S1-AP连接信息和承载信息,并进入IDLE状态。
步骤(9):
当接收到来自eNB的RRC Connection Suspend消息后,NB-IoT终端存储AS信息,并IDLE状态。
RRC Resume流程
如上图所示,该过程重新建立(恢复)处于Suspend状态的NB-IoT UE与eNB之间的RRC连接,以及eNB与S-GW之间的释放的S1-U承载。Resume过程由NB-IoT启动和激活。
步骤(1)和(2):
首先使用由RRC Suspend过程中存储的AS信息来恢复与网络的连接。
步骤(3):
此时,eNB对NB-IoT终端执行安全检查,并向NB-IoT终端提供恢复的无线承载列表,且同步NB-IoT UE和eNB之间的EPS承载状态。
步骤(4):
eNB向MME发送UE Context Resume Request,以通知其与NB-IoT终端的连接已经安全地恢复。
步骤(5)和(6):
从eNB接收到该恢复通知后,MME恢复NB-IoT终端的S1-AP连接信息和承载信息,进入CONNECTED状态,并向eNB发送UE Context Resume Response消息(包括S-GW地址和S1-AP连接信息)。
步骤(7):
现在NB-IoT终端可以向S-GW发送上行数据。
步骤(8 )和(9):
MME通过Modify Bearer Request消息向S-GW发送eNB地址和下行链路TEID,以重建NB-IoT终端与S-GW之间的下行链路的S1-U承载。
步骤(10)和(11):
S-GW向MME发送Modify Bearer Response消息,然后开始传输下行数据。
值得一提的是,当S-GW接收到下行数据的同时NB-IoT终端处于Suspend状态,此时,S-GW将缓存数据包,同时在S-GW和MME之间初始化Downlink Data Notification过程,然后MME寻呼NB-IoT终端,由此通过NB-IoT终端启动激活连接Resume流程。
-
高标准城市照明智能化应用,计讯物联创新城市节能之光计讯物联高标准城市照明智能化升级,自动化控制策略、平台可视化、数字化孪生管理TG462集中控制器,基于ARM架构和Linux系统,具备软硬件多重保护机制、多种通信能力、丰富的IO接口,为配电
-
连接未来医疗:计讯物联TG453,智慧医疗生态圈的创新驱动通过计讯物联5G微型网关TG453的边缘计算和智能识别技术,实现了医疗信息的全面感知和实时管理,物资管理可视化、医疗信息的电子化和医疗流程的智能化,加强了患者、医务人员、医疗机构
-
智慧农业大数据平台计讯物联智慧农业大数据平台是一个集管理数字化、作业自动化、生产智能化、产品绿色化、环境信息化、服务现代化于一体的多功能监管系统。它通过与硬件产品的搭配使用,实现对农业生产
-
5G速度,救援加速:TG463网关为智慧消防赢得每一秒!计讯物联的数字消防远程监控解决方案,基于工业级5G千兆网关TG463,实现智慧预警的秒级自动报警、智慧运维的持续监控维护、智慧作战的数字化预案指导和智慧调度的实时可视化