第2篇 NB-IoT關鍵技術

第2章 NB-IoT體系架構

NB-IoT網絡系統架構如圖2.1所示，由無線網、核心網、業務平臺（如物聯網平臺）、應用服務器（AS）、基礎通信套件以及終端和用戶卡等組成。

圖2.1 NB-IoT網絡的基本系統結構

1.核心網

核心網由分組域核心網、電路域核心網和用戶數據庫（HSS）組成，其中分組域核心網由MME、S-GW、P-GW等功能單元組成，主要提供分組域數據傳輸及能力開放等功能；電路域核心網由MSC/VLR、短信中心（SMSC）等功能單元組成，主要提供短信傳輸功能；用戶數據庫由HSS等功能單元組成，主要提供用戶簽約數據功能。

2.業務平臺

業務平臺包括面向用戶的物聯網能力開放使能平臺、連接管理平臺、空中寫卡平臺、業務網關等多個平臺。

為了向用戶開放網絡能力，物聯網能力開放使能平臺為終端設備提供設備接入、數據存儲、數據路由和轉發功能，為上層應用提供數據推送、設備管理、數據查詢、命令下發等功能。

連接管理平臺是面向客戶的運營支撐平臺，為客戶提供用戶卡信息查詢、通信管理、數據統計分析等服務。

空中寫卡平臺可實現用戶碼號之間的動態切換，即換號不換物理卡。平臺具有制卡密鑰生成、單張寫卡、批量寫卡，以及卡數據管理、碼號管理、寫卡日志管理等功能。

業務網關是物聯網業務體系中為終端、業務平臺、能力系統提供通信接入、業務鑒權、消息路由、協議轉換等功能的業務層接入設備。

3.無線網

NB-IoT無線接入網（E-UTRAN）由eNodeB組成，向下通過空中接口讓用戶接入到網絡中，向上通過S1-MME接口將信令面接入到MME，通過S1-U接口將用戶面接入到S-GW。

4.終端和用戶卡

NB-IoT終端需滿足基本功能、通信功能、業務功能、射頻性能、卡接口能力、電磁兼容性等技術要求，具備NB-IoT網絡接入能力。

用戶卡作為用戶身份標識，主要提供存儲安全數據、動態加載更新應用、安全運算、標識用戶身份、鑒權接入等功能。

5.基礎通信套件

面向NB-IoT終端的通信中間件，實現物聯網終端與業務平臺的通信、應用數據傳輸及設備管理等功能，是提升數據服務能力的重要組成部分。

6.應用服務器

完成垂直行業相關數據的存儲、轉發、管理等功能。

以上NB-IoT端到端架構總體可以劃分成管、云、端三大部分，針對每一部分，本書將選取NB-IoT技術與傳統移動通信技術存在較大不同的方面進行重點介紹。

1.管

（1）空中接口關鍵技術

第3章從子載波間隔、工作模式、物理信道、信令承載方式以及演進技術等方面，重點介紹NB-IoT空中接口（簡稱空口）關鍵技術，分析其與LTE系統的異同。

（2）關鍵信令流程

第4章從接入控制、移動性管理、數據傳輸、Non-IP、短消息及后續演進等幾方面，介紹NB-IoT的關鍵流程，通過與LTE系統的對比，深入分析其為適配物聯網特性所做的各種調整。

（3）物聯網安全

NB-IoT沿用了LTE的安全架構，其中網絡域安全、用戶域安全、應用域安全、安全可視性和可配置性等4個方面的安全特性沿用了LTE系統的安全機制，本書將不再贅述。考慮到NB-IoT在無線接入網安全方面進行了協議精簡，第5章將對NB-IoT網絡接入安全特性進行重點介紹。

2.云

（1）能力開放平臺

移動互聯網時代，能力開放是運營商渠道拓展、聚合合作伙伴的抓手。運營商獨有的網絡運營資源，可以向上游提供內容與服務的聚合，向下游提供特定業務功能與分銷的支撐，便于運營商在新型市場探索新的應用場景，進一步拓展收入來源。第6章將面向物聯網行業，圍繞產業期望運營商提供的能力（如網絡數據配置、終端監控、Non-IP數據傳輸等）進行詳細介紹。

（2）通信套件

針對物聯網終端形態、傳感器類型以及系統軟硬件環境千差萬別、不一而足的特性，基礎通信套件可最大化獲得物聯網運營的數據服務能力，降低物聯網設備的開發和接入難度，減少產品發布周期，推動相關產業發展。16.3節將詳細介紹基礎通信套件，實現一套標準SDK和終端設備管理接口規范，統一終端側應用連接與通信協議以及與移動物聯網數據平臺對接。

3.端

通用模組：物聯網終端形態千差萬別，模組市場存在碎片化嚴重、兼容性低、缺乏規模效應等問題，16.1節將圍繞通用模組行業標準、參考設計以及產業情況，闡述通用模組的設計理念。

參考文獻

[1] 3GPP TS 36.211.Physical Channels and Modulation.

[2] 3GPP TS 36.321.Medium Access Control（MAC）protocol specification.