NB-IoT技術架構以及三種工作狀態切換
NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯網(IoT)市場,是一種可在全球範圍內廣泛應用的新興技術。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點。說到這裏很多人就會對NB-IoT好奇了,那麽到底NB-IoT到底是怎麽回事呢?下面我們就一起來看看。
NB-IoT端到端系統架構如下圖所示:
终端:UE(User Equipment),通过空口连接到基站(eNodeB(evolved Node B , E-UTRAN 基站))。
无线网侧:包括两种组网方式,一种是整体式无线接入网(Singel RAN),其中包括2G/3G/4G以及NB-IoT无线网,另一种是NB-IoT新建。主要承?湛诮尤氪恚∏芾淼认喙毓δ埽⑼ü齋1-lite接口与IoT核心网进行连接,将非接入层数据转发给高层网元处理。
核心网:EPC(Evolved Packet Core),承担与终端非接入层交互的功能,并将IoT业务相关数据转发到IoT平台进行处理。
平台:目前以電信平台爲主。
應用服務器:以電信平台爲例,應用server通過http/https協議和平台通訊,通過調用平台的開放API來控制設備,平台把設備上報的數據推送給應用服務器。平台支持對設備數據進行協議解析,轉換成標准的json格式數據。
NB-IoT的工作狀態:
NB-IoT在默认状态下,存在三种工作状态,三种状态会根据不同的配置参数进行切换,笔者认为这三种状态较深刻地影响了NB-IoT的特性,如其对比传统GPRS的低功耗特性,均可以从中获得解释,同时在后续对NB-IoT的使用和相关程序的设计时,也需要根据开发的需求与産品特性对这三种工作状态进行合适的定制。
三種工作狀態如下:
Connected(連接態):
模塊注冊入網後處于該狀態,可以發送和接收數據,無數據交互超過一段時間後會進入Idle模式,時間可配置。
Idle(空閑態):
可收發數據,且接收下行數據會進入Connected狀態,無數據交互超過一段時會進入PSM模式,時間可配置。
PSM(節能模式):
此模式下終端關閉收發信號機,不監聽無線側的尋呼,因此雖然依舊注冊在網絡,但信令不可達,無法收到下行數據,功率很小。
持續時間由核心網配置(T3412),有上行數據需要傳輸或TAU周期結束時會進入Connected態。
NB-IoT三種工作狀態一般情況的轉換過程可以總結如下:
① 终端发送数据完毕处于Connected态,启动“不活动计时器”,默认20秒,可配置范围为1s~3600s;
② “不活动计时器”超时,终端进入Idle态,启动及或定时器,超时时间配置范围为2秒~186分钟;
③ Active-Timer超时,终端进入PSM状态,TAU周期结束时进入Connected态,TAU周期配置范围为54分钟~310小时。
【PS:TAU周期指的是從Idle開始到PSM模式結束】
NB-IoT終端在不同工作狀態下的情況剖析:
1、NB-IoT發送數據時處于激活態,在超過“不活動計數器”配置的超時時間後,會進入Idle空閑態;
2、空閑態引入了eDRX機制,在一個完整的Idle過程中,包含了若幹個eDRX周期,eDRX周期可以通過定時器配置,範圍爲20.48秒~2.92小時,而每個eDRX周期中又包含了若幹個DRX尋呼周期;
3、若幹個DRX尋呼周期組成一個尋呼時間窗口(PTW),尋呼時間窗口可由定時器設置,範圍爲2.56s~40.96s,取值大小決定了窗口的大小和尋呼的次數;
4、在Active Timer超时后,NB-IoT终端由空闲态进入PSM态,在此状态中,终端不进行寻呼,不接受下行数据,处于休眠状态;
5、TAU Timer从终端进入空闲态时便开始计时,当计时器超时后终端会从PSM状态退出,发起TAU操作,回到激活态(对应图中①);
6、當終端處于PSM態時,也可以通過主動發送上行數據令終端回到激活態(對應圖中②)。