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2022-01-20 08:51:19

浅谈NBIOT

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  一、什么是NBIOT

  1、概念

  窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT),NB-IoT建在蜂窝网络上,只消耗180左右KHz的带宽,使用License频段可与现有网络共存,包括带内、保护带或独立载波。可直接部署在G ** 网络、UMTS网络或LTE降低部署成本,实现网络平稳升级。

  2、NBIOT特点和目标

  (1)超强覆盖:相对GPRS来说,增加20db信号增益。

  (2)超低功耗:终端功耗的目标是:基于AA(5000mAh)电池,使用寿命可超过10年。

  (3)超大连接:一个扇区能够支持数万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。

  (4)超低成本:NB-IoT无需重建网络,射频和天线基本复用。

  二、NB-IoT要点概括

  1.解决传统2G/3G/4G(GPRS)网络不能满足物联网终端设备功耗低、成本低的问题;

  2、对比GPRS,减少了一些信令,加长了寻呼周期,增加了P ** 状态,降低功耗(实时换续航);

  3.终端数据通过运营商基站接入核心网络,汇入运营商物联网专网IoT数据交互平台与用户平台

  三、NB-IoT工作状态:

                                  NB-IoT在默认状态下,有三种工作状态,三种状态将根据不同的配置参数切换。作者认为这三种状态对它们有很大的影响NB-IoT与传统特征相比,如GPRS可以解释低功耗特性,并在后续工作中进行解释NB-IoT在设计相关程序时,还需要根据开发需要和产品特点,适当定制这三种工作状态。

  三种工作状态如下:

  Connected(连接态):

  在该状态下注册模块,可以发送和接收数据,无数据交互超过一段时间Idle模式,时间可配置。

  Idle(空闲):

  可收发数据,接收下行数据将进入Connected状态,无数据交互超过一段时间P ** 模式,时间可配置。

  P ** (节能模式):

  在这种模式下,终端关闭收发信号机,不监控无线侧的呼叫。因此,虽然它仍然在网络上注册,但信号无法到达,无法收到下行数据,功率非常小。

  持续时间由核心网络配置(T3412),有上行数据需要传输或TAU周期结束时进入Connected态。

  NB-IoT三种工作状态的一般转换过程可总结如下:

  ① Connected启动非活动计时器,默认20秒,可配置范围为1s~3600s;

  ② Idle状态、启动或定时器(Active-Timer【T3324)~186分钟;

  ③ Active-Timer超时,终端进入P ** 状态,TAU周期结束时进入Connected态,TAU周期【T配置范围为54分钟~310小时。

  【PS:TAU周期是指从Idle开始到P ** 模式结束

  NB-IoT分析终端在不同工作状态下的情况:

  

  

  1、NB-IoT在发送数据时处于激活状态,超过非活动计数器配置的超时后,将进入Idle空闲态;

  2.介绍了空闲eDRX完整的机制Idle过程中,包含了若干个eDRX周期,eDRX定时器可以配置周期,范围为20.48秒~2.92小时,每个eDRX周期包含几个DRX寻呼周期;

  3、若干个DRX寻呼周期构成寻呼时间窗口(PTW),定时器可设置寻呼时间窗口,范围为2.56s~40.96s,取值决定了窗户的大小和寻呼次数;

  4、在Active Timer超时后,NB-IoT终端从空闲状态进入P ** 状态下,终端不寻呼,不接受下行数据,处于休眠状态;

  5、TAU Timer当计时器超时时,终端将从终端进入空闲态时开始计时P ** 状态退出,启动TAU回到激活态(对应图中①);

  当终端处于时P ** 状态时,终端也可以通过主动发送上行数据回到激活状态(对应图中②)。

  四、定时器参数配置

                              NB-IoT在工作过程中,可以设置一些定时器参数,以改变每个工作状态的内部细节和周期比例,这些定时器参数需要设备NB卡地签约APN实现NB SIM卡为例,默认签约的APN为“ctnb网络自动发布终端。APN代表一组不同的定时器参数,如"ctnb"的APN描述为监控报告类,激活定时器=2s,开启P ** 、关闭eDRX】。若使用APN"p ** c.eDRXC.ctnb".相应的参数为打开P ** 、开启eDRX,激活定时器=180s,eDRX周期=20.48s,寻呼窗口=10.48s】。当然,APN也支持用户定制,对应APN名称为"ue.prefer.ctnb&#工作状态的开关和定时器参数由终端报告的参数决定。

  五、NBIOT的省电技术

  1、DRX模式

  DRX(Discontinuous Reception)即非连续接收,是指终端只在必要时间内打开接收器进入激活状态,接收下行数据,关闭接收器进入休眠状态,停止接收下行数据,节省终端功耗的工作模式。

  

                  在激活期,UE打开接收机,寻呼信道,判断是否有下行业务。

                  NB-IoT的DRX周期值范围为:1.28s,2.56s,5.12s 或者10.24s。

                  DRX确定周期时长后:

                      UE耗电量越大。

                      UE接收机在同一周期内关闭时间越长,业务时间越长。

  2、eDRX模式

                  为了节省终端功耗,满足一定下行业务延迟的要求,3GPP引入了扩展DRX的概念(extended DRX,eDRX)。

  

  (1)在每个eDRX周期内有一个寻呼时间窗口(Paging Time Window,PTW),UE只在PTW内按DRX为了接收下行业务,周期监控寻呼信道,PTW外部时间处于睡眠状态,不监控寻呼信道,不能接受下行业务。

  (2)eDRX周期长度、PTW可配置窗长,UE与运营商协商,由运营商发送UE的值为准。

  (3)eDRX查看周期的具体配置3GPP TS 24.008:

  

  (4)寻呼窗口时间表:

  3、P ** 模式

  P ** (Power Saving Mode) 的技术原理很简单,在P ** 在此状态下,终端射频关闭相当于关闭状态,终端在非业务期间深度休眠,不接收下行数据,只有 终端主动发送上行数据(MO Data)时可接收IoT平台缓存的下行数据。

  

  (1)终端何时进入P ** 状态,以及在P ** 状态停留时间由核心网络和终端协商。

  (2)进入P ** 模式,虽然UE设备和网络似乎失去了联系,但设备仍然在网络中注册,所以当UE数据收发可以在不重新注册网络的情况下进行。

  (3)P ** 如果你想唤醒,你可以通过外部唤醒或循环自己唤醒。外部唤醒通常用于RTC中断唤醒(如:MT2625采用外部RTC唤醒),周期唤醒周期是核心网络运营商配置的NB物联网卡,定期唤醒。

  (4)P ** 自动唤醒和RTC_ENIT外部唤醒的区别:

          A.在P ** 状态下,通过RTC_EINT如果系统后没有其他系统task,将立即重新进行P ** 状态。还有别的task要执行,就会执行task,在执行完task之后,如果在周期自动醒来之前,它将继续立即重新进入P ** 模式。

          B.如果是周期到了自动唤醒,则会维持Active time再次进入P ** 状态。而Active Time上下可持续业务。

  (5)这里提一下MT2625,对于MT2625进入P ** 状态时,NB可能处于deep sleep或者deeper sleep,若P ** 如果周期短几十分钟,就会进入deep sleep,若P ** 如果周期超过十小时,则进入时间较长deeper sleep。其他NB作者还没有验证芯片。

  六、国内NBIOT频段

  1、国内的NB-IoT主要运行在B5和B8频段。

  

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