文档介绍：NB-IoT与LoRa技术详解及竞争态势分析
“物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出,狭义的物联网指的是“物—物相连的互联网”,这里相连的主体既包括物品到物品,也包括物品到识别管理设备。物联网是继互联网后对人类发展起到促进作用的重大技术创新。中国政府为此提出《物联网2020行动计划》。
物联网技术主要体现在通讯和传感器两个方面。
物联网通信技术
物联网的无线通信技术很多,主要分为两类:一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(low-power Wide-work,低功耗广域网),即广域网通信技术。
LPWA又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。
NB-IoT的标准及进展--RAN方面
2014年5月,华为收购了Nuel公司,开始和沃达丰进行窄带蜂窝物联技术的研究,提出了窄带技术NB M2M。2015年5月,华为、沃达丰联合高通共同制定了相关的上下行技术标准,融合NB OFDMA形成了NB-CIoT。
NB-CIoT提出了全新的空口技术,相对来说在现有LTE网络上改动较大,但NB-CIoT是提出的6大Clean Slate技术中,唯一一个满足在TSG GERAN #67会议中提出的5大目标(提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延)的蜂窝物联网技术,特别是NB-CIoT的通信模块成本低于GSM模块和NB-LTE模块。
此时,爱立信和诺基亚联合推出窄带蜂窝技术NB-LTE,与NB-CIoT的定位较为相似,但NB-LTE更倾向于与现有LTE兼容,其主要优势在于容易部署。2015年7月,爱立信和华为分别向3GPP提交标准提案。最终,在2015年9月的RAN #69会议上经过激烈讨论后协商统一,由3GPP在Rel-13版本中将两种技术融合形成了NB-IoT标准。
NB-IoT从窄带技术演变为3GPP的正式标准,相关厂商、运营商积极的推动和市场真实存在的需求是两个不可忽略的因素。
3GPP的通信技术标准主要可分为Core Part(主体功能)、性能标准及RF一致性测试标准等。其中,主体功能标准指的是协议的具体内容,包括信令协议、网络接入等,主要与开发相关;性能标准主要是各个子技术领域的性能,跟测试强相关;一致性测试标准,主要包括一些流程及功能的测试标准。
NB-IoT的标准及进展--SA/CT方面
从Rel-12开始,3GPP逐步在研究MTC通信增强的核心网架构,至Rel-13开始重点研究NB-IoT及DECOR/eDECOR相关技术。
3GPP核心网侧与NB-IoT相关的主体标准大部分处于stage2(业务与系统架构),2016下半年至2017年初启动stage3(核心网与终端)的相关工作。
为了满足海量碎片化、低成本、低速率、低功耗的NB-IoT物联网应用,核心网方面主要考虑了以下方面的问题。
(1)高效地支持非频繁小包传送
面向NB-IoT进一步提高对非频繁小包传送的处理效率。由于NB-IoT终端的数量可能呈指数型增长,但每个终端的数据量及通信周期都比较低,而以现有的EPS核心网(基于S1接口)去处理此类业务,其效率将非常低且有过载的风险,因此,需要最小化整个EPS系统的信令开销,尤其是空口部分(如:RRC连接的建立和释放),此外,还需要加强EPS系统安全流程(此部分是由SA WG出)。
目前有两种优化方向,一种是基于控制面的优化方案,即通过NAS过程来传送小包;另外一种是基于用户面的优化方案,即通过RRC suspend 态在UE 和RAN节点同时缓存用户的上下文,以减少信令的交互。 Rel-14版本中均已加入,方案一作为必选方案,而方案二为可选方案。目前,3GPP倾向于采用基于控制的优化方案,此部分标准在CT(核心网与终端)的主体工作目前还在进行当中。
(2)使用小包传送高效地支持跟踪装置
3GPP没有专门定义此类业务的业务模型,目前还处于研究状态,预计在Rel-14版本中解决,其业务模型属于MAR(移动终端周期性上报)业务模型的变种,需要在定位、移动性、传输效率等方面有进一步的增强和优化。
(3)高效的寻呼区域管理
针对海量静止或限制移动性的终端,由于空口资源稀缺、核心网接口资源有限等原因,3GPP SA2目前还在进行寻呼优化的讨论,预计将在Rel-14中完善此部分功能。寻呼优化的主要思路是考虑仅在用户上一次接入的eNB 或小区内进行寻呼而非整个TA(初步假设,NB-IoT小区的TA code与现有eNB小区的TA