NB-IoT网络架构、数据传输优化方案

1、精品文档NB-IoT网络架构、数据传输优化方案NB-IoT的弓I入，给LTE/EPCH络带来了很大的改进要求。传统的 LTE网络的设 计主要是为了适应宽带移动互联网的需求，即为用户提供高带宽、高响应速度的 上网体验。但是，NB-IoT却具有显著的区别：终端数量众多、终端节能要求高（现有LTE信令流程可能导致终端耗能高）、以小包收发为主（会导致网络信令 开销远远大于数据载荷传输本身大小）、可能有非格式化的 Non-IP数据（无法 直接传输）等。为了适应NB-IoT终端的接入需求，3GPP寸网络整体架构和流程进行了增强，提 出了一些解决方案，这主要包括如何适配小包业务的传输、无线侧怎么适配、怎么解

2、决Non-IP数据的传输、怎么传输SMSS信业务等。1 NB-IoT总体网络架构NB-IoT的端到端系统架构如下图所示?NBIoT终端：通过空口连接到基站 ?eNodeB主要承担空口接入处理，小区管理等相关功能，并通过 S1-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。这里需要注意， NB-IoT可以独立组网，也可以与EUTRAN合组网（在讲双工方式的时候谈到过， NB仅能支持FDD叱所以这里必定跟FDD®合组网）?IoT核心网：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。同理，这里可以 NB独立组网，也可以与LTE

3、共用核心网。需要注意的是，这里笼统的写成IoT核心网那是偷懒且毫不负责任的写法， 下文 将就此进行详细介绍，这里涉及到较多的技术细节。?IoT平台：汇聚从各种接入网得到的IoT数据，并根据不同类型转发至相应的 业务应用器进行处理。?应用服务器：是IoT数据的最终汇聚点，根据客户的需求进行数据处理等操作。2 NB-IoT中UP和CP优化传输方案大 PK为了适配NB-IoT的数据传输特性，协议上引入了 CP和UP两种优化传输方案，即 control plane CIoT EPSoptimization 和 user plane CIoT EPSoptimization 。 CP方案通过在NAS&#

4、174;令传递数据，UP方案引入RRCSuspend/Resum薪程，均能 实现空口信令交互减少，从而降低终端功耗。需要说明的是CP方案又称为Data over NAS UP方案又称为Data over User Plane。将以上总体架构图进行细化，如下:上图中说明几点：1）SCEF称为服务能力开放平台，为新引入网元 2）在实际网络部署时，为了减少物理网元的数量，可以将部分核心网网元（如 MMESGW PGWV合一部署，称为CIoT服务网关节点C-SGN如虚框中所示。从 这里也可以看出，PGWT以合设，也可以集成到 C-SGNfr来，图中标示的为PGW 单独设置。3） Control pla

5、ne CIoT EPS optimization不需要建立数据无线承载 DRB直接通过控制平面高效传送用户数据（IP和non-IP ）和SMS NB-IoT必须支持CP 方案，小数据包通过 NAS信令随路传输至 MME然后发往T6a或S11接口。这里实际上得出在CP传输模式下，有两种传输路径，梳理如下：? UE MMESCE-CIoT Services ;? UE- MMESGW/PGWACIoT Services 。4） User plane CIoT EPS optimization ,通过新定义的挂起和恢复流程，使得 UE不需要发起service request 过程就能够从EMM-ID

6、LE犬态迁移到 EMM-CONNECTED,（相应地RRC犬态从IDLE转为CONNECTED而节省相关 空口资源和信令开销。这里分两层意思：一是UP方式需要建立数据面承载 S1-U和DRB（类似于LTE）,小数据报文通过用户面直接进行传输；二是在无数据传 输时，UE/eNodeB/ MM叶该用户的上下文挂起暂存，有数据传输时快速恢复。2.1 CP和UP方案传输路径对比见以上分析，不赘述2.2 CP和UP协议栈对比2.2.1 CP方案的控制面协议栈UE和eNodeB间不需要建立DRBt载，没有用户面处理精品文档CP方案在UE和eNodeB间不需要启动安全功能，空口数据传输的安全性由NAS层负责

7、。因此空口协议栈中没有PDCPB, RLCS与RRCB直接交互。上行数据 在上行RRQ肖息包含的NAS?肖息中携带，下行数据在下行 RRC?肖息包含的NAS 消息中携带。2.2.2UP方案的控制面协议栈上下行数据通过DRBm载携带，需要启用空口协议栈中PDCPB提供AS层安全模2.3 信令流程对比下图为LTE、 CP方案、UP方案的信令流程及空口信令条数对比（详细信令见下一章节），可见NB通过CP和UP方案确实能减少信令开销：说明：UP中关于挂起和恢复流程将在下一章节详细阐述2.4 CP/UW案综合 PK对比维度控制面CP方案用户面UP方案3GPP标准化必选方案可选方案信令开销传输数据时空口节

8、省约50%勺信令传输数据时空口节省约 50%言令，相对C P方案，增加了 PDN建立时用户面承载建 立信令业务多样性单一 QoS业务支持多QoS业务传输小包的 效率高,RRC1立时随路发送数据低，先恢复RRC连接，再从用户面发送数 据传输大包的 效率低，数据需分多个包，每个包 都需封装在NAS信令中随路传 输，效率低。（单个NAS PDU最大64kb）图，多个数据包从用户回直接传输，效率高移动场乐适合跨基站移动时，需通过 X2接口传递用户 上卜义，信令开销较大开发难度核心网改造人，基站改造小核心网改造小，基站改造大存储要求无额外存储要求挂起状态时，基站、核心网都需缓存用户 上卜文。单用户上卜文

9、信息约10KByte ,以eNB服务5万用户，MMES艮务100万用 户为例，核心网增加 10G、基站增加500 M存储要求。LTE基站目前支持1200连接 态用户，即存储 1200个用户，NB-IoT基 站存储要求将增长 40倍以上从某运营商来看，初期以控制面方案为主，后续按需支持用户面方案3 Non-IP数据传输方案?通过SCEF专输（路径1） : MME等用户的Non IP数据从NAS言令中剥离后， 通过T6a接口发往SCEF然后发给物联网平台。（注：SCE四能力开放网元， 和MM叱间采用T6a接口，该网元现网尚未部署）采用此方案的话，将存在两个数据出口点：所有的IP数据从PGM去，No

10、n-IP数据从SCEF出去。将存在如下问题：网络中存在两个计费点，计费规则需要重 复配置；PGM的DPI、防欺诈等功能需重复实现在 SCEW;两个节点功能相似， 硬件资源没法共享，资源浪费。?!过PG阳输（路径2&3） : NonIP类数据通过该PDN!接彳专至PGM,由PGW 通过专用隧道发往物联网平台。此方案的优点是只存在一个出口点，IP/Non-IP数据都从PGWB去，统一计费, 统一数据处理，节省资源 从某国内运营商策略来看，将同时支持IP传输和非IP传输，采用PG服输方案， 统一数据出口，SCEFR做能力开放。4 短消息传输方案对于NB-IoT来说，SMS©信服务是非常重要的业务。仅支持 NB-IoT的终端，由 于不支持联合附着（combined attach ）,所以不支持基于CSFB勺短信机制。以 下为通过SGs短信和PS短消息对比分析：? SGs短消息：终端非联合附着， MME代理终端联合附着至CS域，短信由终端 通过NAS信令彳专至MME然后通过SGs接口发往MSC由MS3往短消息中心。此方案优点