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Apple Watch“扔”掉了SIM卡 eSIM国内首次商用_网易科技
Apple Watch“扔”掉了SIM卡 eSIM国内首次商用
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(原标题:Apple Watch“扔”掉了SIM卡 eSIM国内首次商用)
日,中国联通宣布正式在全国6座城市率先启动“eSIM一号双终端”业务的办理,苹果Apple Watch Series 3 (GPS + 蜂窝网络)成为首款支持该业务的终端产品,可独立接入运营商移动蜂窝网络,支持电话、接收信息等通信功能。可以远程或空中对设备进行SIM卡文件配置,是实现eSIM的关键。事实上,这样的能力国产手机已经具备,并应用于境外流量服务上。OPPO、vivo、三星、小米、联想、nubia、魅族、锤子等品牌的部分机型,无需实体SIM卡,通过App就可在全球范围内享受当地网络。一位运营商内部人士告诉《IT时报》记者,中国移动、中国电信也正对eSIM的应用进行测试,但运营商的eSIM将来会更多应用在车载、无人机、医疗保健等物联网领域。由中国下一代互联网国家工程中心牵头发起的“雪人计划”已经在全球完成了25台IPv6根服务器的部署,可以为全世界每一粒沙子编一个网址。IPv6正开启万物互联的新时代,而物联网正是eSIM最大的市场。  让物与物“全球漫游”eSIM即嵌入式SIM(embedded
SIM)的缩写。顾名思义,与传统可插拔的SIM卡不同,eSIM的概念是将SIM卡直接嵌入到设备中,可以最终让SIM卡槽消失,让设备拥有更轻薄的机身,并可直接与终端交互,通过App或者云端,在全球范围内将终端智能设备连接到所选择的当地网络,赋予设备始终处于最佳的网速和覆盖的能力。“公司起初是在做个人‘漫游’产品或者服务,但进入这个市场后,我们发现物联网对嵌入式连接技术的需求比以往任何时候都更加迫切,车联网、全球智能制造(一点连接、全球发货)、智慧交通等场景都适用于eSIM这项技术。”红茶移动品牌管理副总裁牟明明告诉《IT时报》记者,在物联网领域,传统可插拔SIM卡已经难以完全满足M2M(机器对机器)设备的工业级需求。比如,可插拔SIM卡容易松动,对于汽车在行驶过程中的抗震需求不能很好满足,同时面临数据保存时间、设备迁移时SIM卡换卡困难、SIM卡生命周期比设备生命周期短等问题。如何通过eSIM让物与物之间产生连接?“现在,我们已经为东风风神AX4和一汽X40提供流量连接服务。”上述人士向《IT时报》记者介绍,在这个过程中,需要通过通信芯片/模组中集成,或直接向客户提供具有远程SIM配置能力的SIM卡帮企业提供的设备适配eSIM方案,而企业需要在红茶物联网平台上订购全球流量套餐或者对接红茶物联网平台。只有终端设备启用了获取数据业务,才能做到机器无论身处何地都可以联网获取数据。虚拟运营商263基于eSIM向企业提供的同样是可供全球漫游的物联网卡,它们更像是运营商与企业之间的通道。比如,一家国际物流企业需要控制货物跟踪器,让企业与各个国家的运营商沟通,为机器配备不同国家的SIM卡明显不可行,通过eSIM解决方案,只需购买一个全球60国套餐,就可以很好地解决问题。  2021年将有10亿eSIM终端覆盖运营商对eSIM在物联网上的态度相对开放,也更积极。中国移动、中国电信、中国联通已经完成物联网eSIM的平台建设,中国移动也已在2017年发布4G
eSIM芯片,这意味着中国移动开始着手物联网终端。对运营商而言,相较于对安全性要求更高的个人用户,物联网市场蛋糕更大且更好把握。“Soft
SIM、eSIM以后会是物联网的必然途径,因为它们有能力可以直接和终端叠加,并可以提供当地的网络服务。从去年开始,263投入更多精力倾斜到物联网的客户上,比如在车联网的场景里,eSIM更标准化,客户可以通过我们采购eSIM卡,也可以自己采购后使用我们的IT系统和网络能力对接eSIM的标准。”263移动通信执行副总裁吴斌告诉《IT时报》记者,运营商有足够的资源和资金可以投入芯片、模组、网络、应用等整个产业链,但物联网行业太多,企业太多,运营商未必有精力照顾到每个企业,为它们提供定制化需求。通过多年的转售业务,虚拟运营商与基础运营商建立了很好的合作关系,263可以从基础运营商处获得移动通信资源做更进一步地深入开发和适配,让企业一点接入,全球接通,降低企业技术接入门槛和运营开发的投入。另一家虚拟运营商分享通信也在向物联网方面转型,并在eSIM方面与运营商积极沟通。分享通信董事长蒋志祥认为,中共中央办公厅、国务院办公厅在2017年印发的《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》对物联网行业是利好信息。因为IPv4网络地址资源匮乏,目前全球基于IPv4(约四十三亿个)的IP地址已基本分配殆尽,如今已经有大量的智能穿戴、智能家居产品需要接入网络,未来这样的需求会更高,而IPv6是一个几乎可以承载所有应用的平台,地址数多于地球上的沙粒数,向下可使用各种通信系统,向上能给大家提供各式网络服务,而这些势必会促进物联网的发展。数据显示,到2025年全球M2M连接设备数量将达到300亿。另据IHS Markit的预测,到2021年,全球将有10亿的eSIM终端覆盖,而eSIM在物联网领域的普及也很可能将带动消费电子终端市场,eSIM成交量将呈现跳跃式增长。 国际漫游需求相对饱和2015年,当苹果、华为先后加入eSIM后,大批国产手机开始“跟风”加入,落地场景是基于eSIM的国际漫游服务。用户在国外时,不需要实体SIM卡,只需要通过手机App, 就可以自由选择境外目的地网络套餐,享受高质低价的本地数据网络服务。经过3年的发展,这种模式已经普及。“虽然基于个人终端市场的eSIM业务仍然高速增长中,但针对终端合作伙伴的市场格局已趋于明朗。” 吴斌说。红茶移动对自己的定位也从起初单纯做“境外漫游方案及服务”的公司,升级为“eSIM技术和服务的提供商”。目前,有多少国产手机在基于eSIM提供国际漫游服务?虽然小米、三星中国、OPPO、vivo都未能回复记者的提问,但从他们服务商提供的数据可见一斑。
“我们开始是小米漫游的服务商,这两年与OPPO、vivo、三星中国、小米、联想、中兴、魅族、乐视、锤子旗下的手机机型都有合作,通过我们提供eSIM
技术及国际漫游服务超过1亿终端。根据市场上公开可参考的手机终端市场占比,具备红茶移动eSIM能力的手机在全国国产手机中占比超过35%。在所有市场上具备eSIM能力的终端中,我们提供的技术占比超过70%。”牟明明向《IT时报》记者透露,在手机终端应用上更准确的叫法应该是vSIM卡(虚拟SIM卡),是SIM过渡到eSIM的过渡产品,通过vSIM可以马上实现eSIM的功能服务。而红茶移动也在寻找eSIM更多的落地场景,比如帮助联想的一款手机开发找回功能,如果手机丢失,捡到手机的人在关机拔卡再开机后,失主通过内置在手机底层的“找回功能”,内部调用内置红茶的境外上网资源服务(利用eSIM方案事先配置),强制联网,从而可以上报手机位置到服务器。未来给予eSIM的想象空间很大,与其代替手机里的SIM卡,业内人士更加看好它在智能穿戴、智能家居等方面的落地。独立分析师付亮告诉《IT时报》记者,手表、手环和智能家居都会连接上网是趋势,这些终端的体积也不适合预留卡槽,更没必要单独申请一个号码和套餐。对于eSIM可空中擦写、终端自由切换运营商的特性是动了运营商奶酪的质疑,付亮则认为,eSIM更有益于运营商留住用户,当越来越多的设备用同一个手机号时,转网的成本更高。
本文来源:IT时报
责任编辑:侯维铖_NT4124
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一直以来,人们通过相应的终端(电脑、手机、平板等)使用网络服务,&个人&一直是网络的用户主体。个人对网络质量的要求&高&且&统一&:玩网络游戏必需要低时延,下载文件或看网络视频则期望高带宽,通话需要声音清晰,而接收的短信绝不能有遗漏。
对于移动通信网络,运营商们尽可能地维系着低时延、高带宽、广覆盖、随取随用的网络特性,以保证良好的用户体验,以及营造出丰富多姿的移动应用生态。
对于个人通信业务,虽然用户的要求很高,但整体上对网络质量的需求是一致的,运营商只需要建立一套网络质量标准体系来建设、优化网络,就能满足大多数人对连接的需要。
随着网络中用户终端(手机、PAD等)数量的增长逐渐趋缓,M2M应用成为了运营商网络业务的增长发力点,大量的M2M应用终端则成为了网络的用户。M2M应用终端(传感设备、智能终端),本质上就是物联网终端,它们通过装配无线通信模组和SIM卡,连接到运营商网络,从而构建出各类集中化、数字化的行业应用。
不同于个人通信业务,在物联网终端构建的行业应用中,各领域应用对信息采集、传递、计算的质量要求差异很大;系统和终端部署的环境也各不相同,特别是千差万别的工业环境;此外,企业在构建应用时,还需要考量技术限制(供电问题、终端体积等)和成本控制(包括建设成本和运营成本)。因此,千姿百态的行业应用具有&个性化&的一面,使得连接的需求朝着多样性的方向发展。
1.物联网业务需求的差异化,体现在两个方面
一方面,不同的终端和应用对网络特性有不同的要求。传统的网络特性包括:网络接入的距离、上下行的网络带宽、移动性的支持、还有数据收发的频率(或称为周期性)、以及安全性和数据传输质量(完整性、稳定性、时效性等)。这几个方面可浓缩成三个方面,为&接入距离&、&网络特性&、&网络品质&。&接入距离&主要分为近距接入和远距接入两种。网络的&特性&和&品质&则是体现需求差异化的主要因素,例如传感器终端的&网络特性&可能是:只有向云端发送的&上行数据&,而没有接收的&下行数据&。
另一方面,网络还需要&照顾&原本不太被关注的终端特性,以适应各类的行业应用需求:对&能耗&和&成本&的控制。
个人用户大多数时间都是处于宜居的环境中,智能终端常伴左右,并且在人类活动的环境中总能找到充电的&电源插头&,所以这些终端的生产厂家对电池的电量并不敏感。
而物联网终端的工作环境相比较个人终端的工作环境,则要复杂的多。有些物联网终端会部署在高温高压的工业环境中,有些则远离城市、放置在人迹罕至的边远地区,还有一些可能深嵌地下或落户在溪流湖泊之中。
很多设备需要电池的长期供电来工作,因为地理位置和工作环境无法向它们提供外部电源,更换电池的成本也异常高昂。所以&低功耗&是保证他们持续工作的一个关键需求。在不少应用场景中,一小粒电池的电量需要维持某个终端&一生&的能量供给。
个人使用的终端,不论是电脑还是手机,其功能丰富、计算能力强大、应用广泛,通信模块只是其所有电子元件和机械构建中的一小部分,在总的制造成本中占比较低。
个人终端作为较高价值的产品,用户、厂家对其通信单元的固定成本并不特别敏感。而物联网终端则不同,许多不具备联网功能的终端原本只是简易的传感器设备,其功能简单、成本低廉,相对于传感设备,价格不菲的通信模块加入其中,就可能引起成本骤升。
在应用场景中大量部署联网的传感设备,往往需要企业下决心提高终端的成本投入。而与此矛盾的是:简单的传感器终端上传网络的数据量通常都很小;它们连接网络的周期长(网络的使用频次低);每一次上传信息的价值都很低。终端成本和信息价值不成比例,使得企业会在大量部署物联网终端的决策上犹豫不前。如何降低这些哑终端(单一的传感器终端)的通信成本,是一个迫在眉睫的难题。
此前提及的能耗问题,如果不妥善解决,也会影响到物联网应用的运营成本:如果终端耗电过快,就需要不断地重新部署投放或更换电池。
2.低功耗、低成本是物联网通信的一大需求
原本的网络对应用并不敏感,只要提供统一的高质量网络通道(标准唯一),就可以满足大多数用户的需求。不论用户喜欢使用什么样的业务,都可以通过高品质的网络质量来获得通信服务,网络能够满足个人用户的大多数要求。
然而随着行业应用的深入,网络设计和建设者必须关注到应用、终端的差异性,也就是网络需要针对终端、应用做出相应的调整和适配。
在此前提到的网络特性和终端特性中:&距离、品质、特性&和&能耗、成本&,前后两类特性存在密切的关联关系:通信基站的信号覆盖越广(&距离长&),则基站和终端的功耗越高(&能耗高&);要实现高品质、安全可靠的网络服务(&品质高&),需要健壮的通信协议实现差错效验、身份验证、重传机制、以建立端到端的可靠连接,保证的基础就是通信模块的配置就不能低(&成本高&)
运营商在推广M2M服务(物联网应用)的时候,发现企业对M2M的业务需求,不同与个人用户的需求。企业希望构建集中化的信息系统,与自身资产建立长久的通信连接,以便于管理和监控。
这些资产,往往分布各地,而且数量巨大;资产上配备的通信设备可能没有外部供电的条件(即电池供电,而且可能是一次性的,既无法充电也无法更换电池);单一的传感器终端需要上报的数据量小、周期长;企业需要低廉的通信成本(包括通信资费、装配通信模块的成本费用)。
以上这种应用场景在网络层面具有较强的统一性,所以通信领域的组织、企业期望能够对现有的通信网络技术标准进行一系列优化,以满足此类M2M业务的一致性需求。
2013年,沃达丰与华为携手开始了新型通信标准的研究,起初他们将该通信技术称为&NB-M2M(LTE for Machine to Machine)&。
2014年5月份,3GPP的GERAN组成立了新的研究项目:&FS_IoT_LC&,该项目主要研究新型的无线电接入网系统,&NB-M2M&成为了该项目研究方向之一。稍后,高通公司提交了&NB-OFDM&(Narrow Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 窄带正交频分复用)的技术方案。
(3GPP,&第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project)&标准化组织;TSG-GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network):负责GSM/EDGE无线接入网技术规范的制定)
2015年5月,&NB-M2M&方案和&NB-OFDM方案&融合成为&NB-CIoT&(Narrow Band Cellular IoT)。该方案的融合之处主要在于:通信上行采用FDMA多址方式,而下行采用OFDM多址方式。
2015年7月,爱立信联合中兴、诺基亚等公司,提出了&NB-LTE&(Narrow Band LTE)的技术方案。
在2015年9月的RAN#69次全会上,经过激烈的讨论和协商,各方案的主导者将两个技术方案(&NB-CIoT&、&NB-LTE&)进行了融合,3GPP对统一后的标准工作进行了立项。该标准作为统一的国际标准,称为&NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,基于蜂窝的窄带物联网)&。自此,&NB-M2M&、&NB-OFDM&、&NB-CIoT&、&NB-LTE&都成为了历史。
2016年6月,NB-IoT的核心标准作为物联网专有协议,在3GPP Rel-13冻结。同年9月,完成NB-IoT性能部分的标准制定。2017年1月,完成NB-IoT一致性测试部分的标准制定。
在我看来,促成这几种低功耗蜂窝技术&结盟&的关键,并不仅仅是日益增长的商业诉求,还有其它新生的(非授权频段)低功耗接入技术的威胁。LoRa、SIGFOX、RPMA等新兴接入技术的出现,促成了3PGG中相关成员企业和组织的抱团发展。
和其竞争对手一样,NB-IoT着眼于低功耗、广域覆盖的通信应用。终端的通信机制相对简单,无线通信的耗电量相对较低,适合小数据量、低频率(低吞吐率)的信息上传,信号覆盖的范围则与普通的移动网络技术基本一样,行业内将此类技术统称为&LPWAN技术&(Low Power Wide Area,低功耗广域技术)。
NB-IoT针对M2M通信场景对原有的4G网络进行了技术优化,其对网络特性和终端特性进行了适当地平衡,以适应物联网应用的需求。
在&距离、品质、特性&和&能耗、成本&中,保证&距离&上的广域覆盖,一定程度地降低&品质&(例如采用半双工的通信模式,不支持高带宽的数据传送),减少&特性&(例如不支持切换,即连接态的移动性管理 )。
网络特性&缩水&的好处就是:同时也降低了终端的通信&能耗&,并可以通过简化通信模块的复杂度来降低&成本&(例如简化通信链路层的处理算法)。
所以说,为了满足部分物联网终端的个性要求(低能耗、低成本),网络做出了&妥协&。NB-IoT是&牺牲&了一些网络特性,来满足物联网中不同以往的应用需要。
1.部署方式
为了便于运营商根据自由网络的条件灵活运用,NB-IoT可以在不同的无线频带上进行部署,分为三种情况:独立部署(Stand alone)、保护带部署(Guard band)、带内部署(In band)。
Stand alone模式:利用独立的新频带或空闲频段进行部署,运营商所提的&GSM频段重耕&也属于此类模式;
Guard band模式:利用LTE系统中边缘的保护频段。采用该模式,需要满足一些额外的技术要求(例如原LTE频段带宽要大于5Mbit/s),以避免LTE和NB-IoT之间的信号干扰。
In band模式:利用LTE载波中间的某一段频段。为了避免干扰,3GPP要求该模式下的信号功率谱密度与LTE信号的功率谱密度不得超过6dB。&
除了Stand alone模式外,另外两种部署模式都需要考虑和原LTE系统的兼容性,部署的技术难度相对较高,网络容量相对较低。
2.覆盖增强
为了增强信号覆盖,在NB-IoT的下行无线信道上,网络系统通过重复向终端发送控制、业务消息(&重传机制&),再由终端对重复接受的数据进行合并,来提高数据通信的质量。
这样的方式可以增加信号覆盖的范围,但数据重传势必将导致时延的增加,从而影响信息传递的实时性。在信号覆盖较弱的地方,虽然NB-IoT能够保证网络与终端的连通性,但对部分实时性要求较高的业务就无法保证了。
在NB-IoT的上行信道上,同样也支持无线信道上的数据重传。此外,终端信号在更窄的LTE带宽中发送,可以实现单位频谱上的信号增强,使PSD(Power Spectrum Density,功率谱密度)增益更大。通过增加功率谱密度,更利于网络接收端的信号解调,提升了上行无线信号在空中的穿透能力。
通过上行、下行信道的优化设计,NB-IoT信号的&耦合损耗(coupling loss)&最高可以达到164dB。
(备注: 耦合损耗,指能量从一个电路系统传播到另一个电路系统时发生的能量损耗。这里是指无线信号在空中传播的能量损耗)
为了进一步利用网络系统的信号覆盖能力,NB-IoT还根据信号覆盖的强度进行了分级(CE Level),并实现&寻呼优化&:引入PTW(寻呼传输窗),允许网络在一个PTW内多次寻呼UE,并根据覆盖等级调整寻呼次数。
常规覆盖(Normal Coverage),其MCL(Maximum Coupling Loss,最大耦合损耗)小于144dB,与目前的GPRS覆盖一致。
扩展覆盖(Extended Coverage),其MCL介于144dB与154dB之间,相对GPRS覆盖有10dB的增强
极端覆盖(Extreme Coverage),其MCL最高可达164dB,相对GPRS覆盖强度提升了20dB。
3. NB-IoT低功耗的实现
要终端通信模块低功耗运行,最好的办法就是尽量地让其&休眠&。NB-IoT有两种模式,可以使得通信模块只在约定的一段很短暂的时间段内,监听网络对其的寻呼,其它时间则都处于关闭的状态。这两种&省电&模式为:PSM(power saving mode,省电模式)和eDRX(Extended Discontinuous Reception,扩展的不连续接收)
(1) PSM模式
在PSM模式下,终端设备的通信模块进入空闲状态一段时间后,会关闭其信号的收发以及接入层的相关功能。当设备处于这种局部关机状态的时候,即进入了省电模式-PSM。终端以此可以减少通信元器件(天线、射频等)的能源消耗。
终端进入省电模式期间,网络是无法访问到该终端。从语音通话的角度来说,即&无法被叫&。
大多数情况下,采用PSM的终端,超过99%的时间都处于休眠的状态,主要有两种方式可以激活他们和网络的通信:
当终端自身有连接网络的需求时,它会退出PSM的状态,并主动与网络进行通信,上传业务数据。
在每一个周期性的TAU (Tracking Area Update,跟踪区更新)中,都有一小段时间处于激活的状态。在激活状态中,终端先进入&连接状态(Connect)&,与通信网络交互其网络、业务的数据。在通信完成后,终端不会立刻进入PSM状态,而是保持一段时间为&空闲状态(IDLE)&。在空闲状态状态下,终端可以接受网络的寻呼。
在PSM的运行机制中,使用&激活定时器(Active Timer,简称AT)&控制空闲状态的时长,并由网络和终端在网络附着(Attach,终端首次登记到网络)或TAU时协商决定激活定时器的时长。终端在空闲状态下出现AT超时的时候,便进入了PSM状态。
根据标准,终端的一个TAU周期最大可达310H(小时);&空闲状态&的时长最高可达到3.1小时(11160s)。
从技术原理可以看出,PSM适用于那些几乎没有下行数据流量的应用。云端应用和终端的交互,主要依赖于终端自主性地与网络联系。绝大多数情况下,云端应用是无法实时&联系&到终端的。
(2) PSM模式
在PSM模式下,网络只能在每个TAU最开始的时间段内寻呼到终端(在连接状态后的空闲状态进行寻呼)。eDRX模式的运行不同于PSM,它引入了eDRX机制,提升了业务下行的可达性。
(备注:DRX(Discontinuous Reception),即不连续接收。eDRX就是扩展的不连续接收。)
eDRX模式,在一个TAU周期内,包含有多个eDRX周期,以便于网络更实时性地向其建立通信连接(寻呼)。
eDRX的一个TAU包含一个连接状态周期和一个空闲状态周期,空闲状态周期中则包含了多个eDRX寻呼周期,每个eDRX寻呼周期又包含了一个PTW周期和一个PSM周期。PTW和PSM的状态会周期性地交替出现在一个TAU中,使得终端能够间歇性地处于待机的状态,等待网络对其的呼叫。
eDRX模式下,网络和终端建立通信的方式同样:终端主动连接网络;终端在每个eDRX周期中的PTW内,接受网络对其的寻呼。
在TAU中,最小的eDRX周期为20.48秒,最大周期为2.91小时
在eDRX中,最小的PTW周期为2.56秒,最大周期为40.96秒
在PTW中,最小的DRX周期为1.28秒,最大周期为10.24秒
总体而言,在TAU一致的情况下,eDRX模式相比较PSM模式,其空闲状态的分布密度更高,终端对寻呼的响应更为及时。eDRX模式适用的业务,一般下行数据传送的需求相对较多,但允许终端接受消息有一定的延时(例如云端需要不定期地对终端进行配置管理、日志采集等)。根据技术差异,eDRX模式在大多数情况下比PSM模式更耗电。
4. 终端简化带来低成本
针对数据传输品质要求不高的应用,NB-IoT具有低速率、低带宽、非实时的网路特性,这些特性使得NB-IoT终端不必向个人用户终端那样复杂,简单的构造、简化的模组电路依然能够满足物联网通信的需要。
NB-IoT采用半双工的通信方式,终端不能够同时发送或接受信号数据,相对全双工方式的终端,减少了元器件的配置,节省了成本。
业务低速率的数据流量,使得通信模组不需要配置大容量的缓存。低带宽,则降低了对均衡算法的要求,降低了对均衡器性能的要求。(均衡器主要用于通过计算抵消无线信道干扰)
NB-IoT通信协议栈基于LTE设计,但它系统性地简化了协议栈,使得通信单元的软件和硬件也可以相应的降低配置:终端可以使用低成本的专用集成电路来替代高成本的通用计算芯片,来实现协议简化后的功能。这样还能够减少通信单元的整体功耗,延长电池使用寿命。
5.业务在核心网络中的简化
在NB-IoT的核心网络(EPC- Evolved Packet Core,即4G核心网)中,针对物联网业务的需求特性,蜂窝物联网(CIoT)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)
(1) 用户面功能优化
&用户面功能优化&与原LTE业务的差异并不大,它的主要特性是引入RRC (无线资源控制)的&挂起/恢复(Suspend/Resume)流程&,减少了终端重复进行网络接入的信令开销。
当终端和网络之间没有数据流量时,网络将终端置为挂起状态(Suspend),但在终端和网络中仍旧保留原有的连接配置数据。
当终端重新发起业务时,原配置数据可以立即恢复通信连接(Resume),以此减去了重新进行RRC重配、安全验证等流程,降低了无线空口上的信令交互量。
(2) 控制面功能优化
&控制面功能优化&包括两种实现方式(消息传递路径)。通过这两种方式,终端不必在无线空口上和网络建立业务承载,就可以将业务数据直接传递到网络中。
备注:通信系统的特性之一是控制与承载(业务)分离,直观的来说就是业务的控制消息(建立业务、释放业务、修改业务)和业务数据本身并不在同一条链路上混合传递。NB-IoT的控制面功能优化则简化了这种惯常的信息业务架构。
CP模式的两种实现方式,即两种数据传递的路径:
A.在核心网内,由MME、SCEF网元负责业务数据的转接
在该方式中,NB-IoT引入了新的网元:SCEF(Service Capa- bility Exposure Function,服务能力开放平台)。物联网终端接受或发送业务数据,是通过无线信令链路进行的,而非无线业务链路。
当终端需要上传数据时,业务数据由无线信令消息携带,直接传递到核心网的网元MME(Mobility Management Entity,4G核心网中的移动性管理实体),再由MME通过新增的SCEF网元转发到CIoT服务平台(CIoT Services,也称为AP-应用服务)。云端向终端发送业务数据的方向则和上传方向正好相反。
路径:UE(终端)-MME-SCEF- CIoT Services
B.在核心网内,通过MME与业务面交互业务数据
在该方式中,终端同样通过无线信令链路收发业务数据。对于业务数据的上传,是由MME设备将终端的业务数据送入核心网的业务面网元SGW,再通过PGW进入互联网平台;对于下传业务数据,则由SGW传递给MME,再由MME通过无线信令消息送给终端。业务数据上传和下传的路径也是一致的。
路径:UE(终端)-MME-SGW-PGW-CIoT Services
按照传统流程(包括用户面优化方案),终端需要和网络先建立SRB(Signaling Radio Bearer)再建立DRB(Data Radio Bearer),才能够在无线通道上传输数据。而采用控制面优化方案(CP模式),只需要建立SRB就可以实现业务数据的收发。
(3)功能优化模式总结
CP方式借鉴了短距通信的一些设计思路,非常适合低频次、小数据包的上传业务,类似于短信业务。但网络中&信令面&的带宽有限,CP方式所以并不适合传递较大的业务数据包。UP模式则可以满足大数据业务的传递。
不论是UP模式,还是CP模式,本质上都是通过无线通信流程的简化,节省了终端的通信计算和能量消耗,提升了数据传递效率。
6.连接态的移动性管理&
最初,NB-IoT的规范是针对静态的应用场景(如智能抄表)进行设计和制定的,所以在Rel-13版本(2016年6月)中它并不支持连接状态下的移动性管理,即不支持&无线切换&。在随后的Rel-14版本中,NB-IoT会支持基站小区间的切换,以保证业务在移动状态下的连续性。
从NB-IoT的特性中可以看出,其通过&信号增强&、&寻呼优化&加强了通信覆盖的深度。主要通过三个方面,来&照顾&终端对低耗电、低成本的要求:
1、引入了低功耗的&睡眠&模式(PSM、eDRX);
2、降低了对通信品质要求,简化了终端设计(半双工模式、协议栈简化等);
3、通过两种功能优化模式(CP模式、UP模式)简化流程,减少了终端和网络的交互量。
这些对广域移动通信技术的&优化&设计,使得NB-IoT更加适合于部分物联网的场景应用,也就是LPWA(低功耗广域网)类型的应用。并且由于引入了睡眠模式,降低了通信品质的要求(主要是实时性要求),使得NB-IoT的基站比传统基站,能够接入更多的(承载LPWA业务的)终端。
采用NB-IoT的终端可以在满足低功耗的需求下,用于较高密度部署、低频次数据采集的应用(包括固定位置的抄表、仓储和物流管理、城市公共设置的信息采集等),或者是较低密度部署、长距离通信连接的应用(包括农情监控、地质水文监测等)。
当然,作为一种LPWAN技术,NB-IoT有其固有的局限性,它显然并不适用于要求低时延、高可靠性的业务(车联网、远程医疗),而且中等需求的业务(智能穿戴、智能家居)对于它来说也稍显&吃力&。
在物联网技术生态中,没有一种通信接入技术能够&通吃&所有的应用场景,各种接入技术之间存在一定的互补效应,NB-IoT能够依靠其技术特性在物联网领域中占据着一席之地。
原文标题:一篇文章讲清NB-IoT技术(推荐收藏)
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