物联网网络技术介绍

物联网网络架构和关键技术IoT

E2E网络架构Page192G/3G/4G/eLTE/NB-IoT/5GAgile

IoT

gatewaySmart

home

gateway公用事业

工业4.0物联网管理平台智慧家庭

绿色能源物联网安全物联网防火墙APIs大数据安全防护联接管理大数据运营支持应用

平台网络

端点安全

Huawei

LiteOS

|

芯片

|

模组终端E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术移动蜂窝物联网（CIoT）E2E网络架构Page20M2M云平台芯片模组应用平台

EPC软件升级

eNodeB软件升级软件平台

可共用

终端行业定制E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术德电：“云+IoT”是T-System企业业务的核心Page21工业车辆能源医疗健康其它垂直行业垂直解决方案服务组合•

预防性维护•

环境监控•

…••••停车/收费车队管理售后市场…•

充电基础设施•

…•

紧急救助•

医疗远程信息处理•

智慧路灯•

…水平业务

云服务水平连接

多种IoT服务平台公有云/混合云、多IoT集成

(基础设施

&

平台)DATA

ANALYTICSAS

A

SERVICE

BIG

DATA

AS

A

SERVICE

NB-IoT

原型开发中心

终端德电利用多种IoT业务平台快速发展企业业务，包括OTC（德电开放电信云）、IoT平台等德电E2E

IoT战略依赖于T-System行业的深刻理解和强大的整合能力E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术

“1+2+1”

物联网解决方案

智慧家庭

交通运输

资产跟踪

智能停车

智能抄表1

平台2

接入方式

LiteOS

操作系统

/

模块1

物联网操作系统

Page22农业环境E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术Page23

目

录1.

物联网业界动态及产业链进展2.

物联网E2E网络和关键技术

2.1

IoT

E2E网络架构

2.2

物联网平台

2.3

CIoT

EPC

2.4

IoT

无线接入技术

2.6

物联网安全技术3.

物联网典型行业解决方案介绍物联网平台是物联网价值链的锚点Page24

物联网平台是管理平台：聚合和管理物联网终端、网络联接、应用服务物联网平台是使能平台：开放聚合行业应用和数据价值挖掘30%终端

40%应用与服务物联网平台

20%

平台无处不在的网络10101001010100101010100101222000112060MBB,

FBB,

NB-IoT

10%

管道价值链

应用使能联接管理，应用使能E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术从一个典型场景看物联网对IoT平台的诉求Page26智慧城市连接管理应用使能

缺乏实时的故障定位和诊断能力

网络联接复杂，协议众多，格式不一业务成本精细控制海量联接带来海量数据处理要求，包括

实时数据处理和离线数据分析

痛点

如何聚合更多的应用，快速集成安全形势严峻，包括接入安全，网络安

全，传输安全，数据安全，设备管理（DMP）应用使能（AEP）

IoT平台解决

方案连接管理（CMP）设备管理E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术IoT平台按服务层次分类

设备管理平台DeviceManagementPlatform

连接管理平台Connectivity

ManagementPlatform

BusinessAnalytics

Platform

应用使能平台ApplicationEnablementPlatform业务平台CellularLPWA……传感器模组终端

云计算

安全数据管理规则引擎

……企业解决方案

业务分析平台Page27E2E架构

业务

平台IoT平台

业务

平台核心网

无线接入……IoT终端安全技术各服务层次的IoT平台典型提供商整体解决方案应用使能平台连接管理平台设备管理平台Page28E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术

IT系统

OT系统垂直行业云物联网云平台加速行业数字化转型Page29ICT融合设备管理•

快速便捷终端设备集成•

终端设备和数据可视化•

网络感知和诊断开放联接管理

•

SIM

和

eSIM生命周期管理

•

在线和离线计费

•

与第三方联接管理平台互动灵活应用使能

•

丰富的API接口

•

多垂直行业使能

•

第三方云平台互通车联网智慧家庭

公用事业其它智慧城市

第三方人机交互平台APIAPIOceanConnect

IoT

云平台

应用使能

设备管理

联接管理

云

OSE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术…CIoT核心网简介Page31NB-IoTCat-M1eMTCLTE-V其他

IoT

Packet

Core

CloudSCECloudEPC

CloudHSS

F

E-SMLC

CloudPCR

GMLC

F

CloudOS

COTS覆盖增强终端低功耗UDP/I

PUDP/I

P带IP报头的包

大小不带IP报头

的包大小PSData

based

on

SignalingTime

UEPower

省电模式

Paging

PSM

Idle

Up

to

310State

hrs

连接效率提升

Data

Over

NAS

RAN

传呼（paging）优

化

Coverage

level

0

Coverage

level

1

Coverage

level

2

IoT

Packet

Core协议栈简化

Non-IP

Dat

减少28/48

a

Dat

字节

a融合的蜂窝物联网接入（CIoT）

IoT

平台贡献的NB-IoT关键特性

(举例)E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术传统NFV50K~50M

VM

VMGWSPU建设CIoT分组核心网的三种选择Page32

C-SGN*vMME

+

vS/PGWvHSS轻量级CloudC-SGN

All

in

One

传统SingleEPC*C-SGN

–

轻量级

IoT核心网，融合的EPC节点，包括MME,

SGW

&

PGW功能,

定义与3GPP

R13

-

TS

23.401

在传统系统上进行升

级

新建CloudEPC网络，

与现网进行组网，向

NFV进行演进传统分组核心网

在CloudEPC网络基

础上以较低成本进

行升级，快速业务

发放

建设轻量级CloudC-

SGN

IoT核心专网NFV分组核心网业务上线时间:

3个月

MME

GW

业务上线时间:

4周

MME

SPU

至少2个机柜提供

超过1M用户业务扩展程度

VM

VM

VM

VM

VM

VM

VMvPCRF

vHSSvMME

vCGvSGWvPGW云化CloudEPC

基于NFV的网络CloudCSGNE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术CIoT核心网演进特点Page33云化构架

边缘DC切片

1本地DC

切片

2区域DC

切片

3

CloudSCEF*CloudEP

CloudP

CloudC

CRFCloudH

SS

CE-SMLC

GMLCSGN

…Cloud

Middleware

(CSDB/CSLB)

Cloud

OS

(FusionSphere-OpenStack,

VMWare)

基础设施

(F8000,

E9000

…)

业务处理工作负荷平衡

资源池网络能力开放

事物数据库

APIs•

连接APIIoT

Platform

•

数据API•

QoS

API

•

安全API

...IoT

核心网信令风暴异常终端控

制时钟拨后低优先级接入控制C-IoT

连接数:

1m

/

km2*Service

Capability

Exposure

Function

开放性IoT

第三方APP可靠性•

符合SCEF,

3GPP

R13标准•

快速集成及部署工具•

预防信令风暴•

跨层多供应商集成,

E///,

Cisco,

HP,

IBM,

…

•

消除对高优先级接入的影响•

保护周边的网络单元•

无状态设计:

冗余、能力扩缩、数据与业务解耦•

业务导向网络切片架构•

边缘计算E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术物联网（IoT）各无线接入技术应用场景Page35

3G/4G/CAT1/5G

C-V2X

WiFi

2G/3G

eMTC网络要求IoT应用场景

(>1

Mbps)

视频监控、车

联网、智慧医

疗等

中速率

(<1Mbps)智能家居，智能建筑，

POS机、电梯卫士等

低速率

(<100kbps)农林牧渔，传感，抄表，停车，

路灯、物流、追踪业务等

NB-IoT

SigFox

LoRa

短距技术，如ZigBee、RFID、红外、蓝牙等数据采集类（低速率）IoT无线接入技术•

高速率(>1Mbps)•

中速率(~10Mbps)•

低功耗••••低速率(<100Kbps)深度覆盖(20dB)低功耗(10年)低成本(<5$)监控控制类（高速率）交互协同类（中速率）E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术SigfoxLoRaEC-GSMCat-1Cat-0eMTCNB-IoT标准PrivateOpen3GPP3GPP3GPP3GPP3GPP频谱属性UnlicensedUnlicensedLicensedLicensedLicensedLicensedLicensed信道带宽100Hz7.8~500kHz200kHz1.4~20MHz1.4~20MHz1.4MHz200KHz系统带宽100Hz7.8~500kHz2.4MHz1.4~20MHz1.4~20MHz1.4MHz180KHz峰值数率UL:100bpsDL:600bps180bps~37.5kbpsDL:74kbpsUL:74kbpsDL:10MbpsUL:5MbpsDL:2MbpsUL:1MbpsDL:800kbpsUL:1MbpsDL:234.7kbpsUL:204.8kbps每天最大发送消息数量140(Device)50000(BTS)50000(BTS)unlimitedunlimitedunlimitedunlimitedunlimited终端最大发射功率14dBm14dBm26dBm23dBm23dBm23dBm23dBm最大路径损耗UL:156dBDL:147dBUL:156dBDL:168(SF12,BW7.8)132(SF6,BW125)164dB144dB144dB156dB164dB设备的功耗LowLow-MediumLowMediumMediumLow-MediumLow目前各物联网无线接入技术对比Page36

$30CAT4

$15CAT1

$15CAT0…

$10CAT-M…

$9Sigfox

$8GPRS

$8LoRa

$5NB-IoTE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术(一)NB-IoT，窄带蜂窝物联网简介Page37

支持SingleRAN平滑演进GSM/CDMA/UMTS/LTE/NB-IoTStandaloneGuardBand

In

BandLTEG/U/L支持灵活的部署基于LTE的一个演进模式

200KHz

窄带空中接口GSM

200KHz200KHz

200KHzLTE

180KHz•<100kbps•低频、小包、时延不敏感•低成本终端（模块<5$)•覆盖地下管网，深度室内…•电池供电，要求长的电池寿命E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术NB-IoT方案四大优势

运营商级别

高可靠性

高安全性Page38

超强覆盖Super

Cove~

超低功耗Low

Power

超低成本Low

Cost

超大连接Massive

Conn~E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术LTE

CAT

1

智能电梯，广告牌中高速kbps,

模组

<静态与半静态,仅数据(二)eMTC，增强型机器类通信简介Page39

模块成本/性能

<25$＞1Mbps

<10$1Mbps

<5$100Kbps语音、移动、定位NB

IoT芯片

宠物跟踪

智能停车

智能抄表低速小包超低成本、超远覆盖、超长电池

低端车联健康监测

儿童/VIP跟踪业务LTE特性演进

LTE-M(eMTC)

IoT关键要求

>

1–100

Mbps,模组

<

$15-30移动,

高清语音&

视频支持市场比例

典型应用

车载信息娱

10%

乐系统

视频监控

100

kbps

–

1Mbps,

模组

<$5-15移动,

基本语音&

视频

支持20%车辆远程信息处理/紧急呼叫等智能电梯/手表/手环车队管理POS支付新空口技术

100

bps

–

100

NB

IoT

$3-5

覆盖/电池寿命70%…智能抄表/停车/路灯/垃圾桶/农业/跟踪物流/楼宇坏境检测…

低成本物联网关LTE

CAT-M

中速

穿戴市场E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术eMTC深度覆盖技术，15dB增益Page40

重复技术：连续子帧相同资源块中调度相同的数据，接收端通过HARQ合并获得12dB左右合并增益

无重复

有重复跳频技术：可以获得频域的分集增益2~3dBE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术节电技术延长终端电池寿命Page41M2M终端DRX

CycleeDRX

CycleExtended

Long

DRX

eDRX协商，MME决策

MME

减少IDLE态寻呼侦听次数99%

的待机时间处于PSM，所消

耗的电量小于1%2节AA电池待机时间从13个月增

加到111个月

PSM（Power

Saving

Mode）

MBB终端节电模式

Paging(Monitor)

Voice/DataeMTC终端PSM节电模式

PSM

State

•Tx(23dBm):

500mW

•Rx:

80mW

•Idle:

3mWWake

Up

•PSM:

0.015mWE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术eMTC定位技术，无需GPS即可定位，支撑丰富业务应用Page42UEeNodeB

0eNodeB

2d0d1eNodeB

1

UTDOA

HyperbolaUTDOA

Hyperbolad2eNodeB

发送用于估算位

置的定位信号

UE•

测量所收到多个基站发送的PRS的时延•

向定位中心发送所测量到的时延信息

定位中心依据双曲线估计UE位置UE

位置

UTDOA（UpLink

Time

Difference

ofArrival，观察到达时间差）

UTDOA通过三个基站构成的不同圆的交点估算UE位置

测试基站越多定位精度越高无需UE侧新增定位芯片E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术eMTC支持无缝切换，保证客户体验平滑连续Page43

eMTC支持连接态移动性管理：

保证无线网络的覆盖连续性，给UE提供连续的业务体验。提供转移UE的方法，支撑灵活性的组网策略，满足运营商业务分层、负载平衡等需求eNodeB

0eNodeB

0eNodeB

1站内切换站间切换f=f1-2fd高铁用户高铁用户

非高铁用户f=f1+2fdf=f1高速场景

支持高速移动，业务场景丰富

eNodeB通过自动频率控制纠正UE的频率偏差，以降低多普勒频移对解调的影响，保障UE的业务正常并保持良好的性能E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术CIoT无线接入技术对比Page44

物联网关键需求

LTE-V/

MBB

eMTC

NB-IoT覆盖增强

LTE正

常

15dB＋

20dB+

低功耗

不敏感5~10

年

10年

速率

>1Mbps

<1Mbps<200Kbp

s

语音

支持

支持不支持

低成本

不敏感

<10$

/模组<$5

/

模组

大连接

不敏感

50k/小区（1.4MHz）

100k/小区

(200KHz)

实时交互

100ms级别100ms级别

秒级别可定位

支持

支持

支持E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术（三）LoRa,远程物联网简介Page45LoRa（Long

Range

Wireless

Solution）是由SEMTECH公司提出的一种基于unlicensed频谱，采用扩频技术，主要面向物联网应用的低成本、

低功耗、

低速率、

大容量、

广覆盖、

窄带通信物理层技术。频谱主要应用在ISM（Industrial

Scientific&Medical

）频谱,包括：

欧洲EU

863-870MHz

(

7MHz)

北美US

902-928MHz

(26MHz)

中国CN

779-787MHz

(

8MHz)

欧洲EU

433MHz

(1.74MHz)成本：

$2~5/

芯片容量：

10~50K功耗发送电流：

120mA@20dBm接收电流：

10mA睡眠电流：

100nA>10年待机速率：

0.018kbps

~

37.5Kbps覆盖：

城区2-5Km，

郊区15Km带宽：

7.8

~

500K可编程E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术LoRa联盟介绍Page46LoRa

Alliance是一个开放非盈利组织，旨在通过标准化一个低功耗广域网络（LPWAN）标准，使能IoT的应用。联盟成员共同合作完成LoRa协议（LoRaWAN）的标准化，保证全球不同运营商之间的网络互通。

LoRaTM

protocol

architectureE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术LoRa拥有完善的产业链，覆盖各个行业Page47传感器模组基站网络服务系统集成

Telemetry,

metering,universal

(I2C/Analog)LoRaWAN™

Master

TrackerLoRa®

Demonstrator

temperature

&

PIRsensors

door/windowmonitoring

sensor

environment,intelligent

buildings,

metering,

security,M2M

environment,intelligent

buildings,

metering,

security,M2M

smart

cities,

transporation,industrial

production,mining,

security

industrial,transportation,

energy,

medical

smart

agriculture

&

cities,sensor

networks,

industrialautomoation,

smart

meters,asset

tracking,

street

lighting,M2M

environment,intelligent

buildings,

metering,

security,M2MIndoor

and

outdoor

base

stations

for

public

and

privatenetworks

Base

station

for

industrial,transporation,

energy,medicalBase

station

for

wide

area

M2M/IoT

networks

LoRa®

IoT

base

station

for

wide

areasmart

city

applications

LoRaWAN™

networkserver,

cloud

server,

store

marketplace

engineLong

range

signaling

and

control

(LRSC)

network

serverLoRaWAN™

network

serveraeronautic,

telecom,

energy,

medical,

industrial

IoT

platform

provider

for

collecting

andaggregating

data

from

millions

of

assetsLoRaWAN™

solution

provider

for

wireless

product

designLoRaWAN™

solutionprovider

for

personal

security

and

site

patrolling

LoRaWAN™

solution

provider

for

building

automation,

industrialcontrol,

asset

conditionmonitoring143101337数据来源：

/lora/ecosystemE2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术LoRa联盟全球拓展版图Page48E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术（四）Sigfox简介Page49Sigfox

是一家成立于2009年的法国公司，是第一家也是唯一家提供低吞吐量的覆盖全球的移动物联网运营商，为用户提供端到端的基于IMS频谱的超窄带（UNB，Ultra

Narrow

Band）无线接入解决方案和产品，掌握UNB核心技术。用户不用部署网络设备，只需要定制终端和部署应用服务器，即可以使用Sigfox的网络。

Sigfox的UNB技术具有低成本、低功耗、广覆盖、大容量的特点。E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术Sigfox网络架构

LAP（基站）

接收和转发

LTN无线数据LTN

Server（LTN服务器）

存储和转发应用

层数据管理网络CRA（注册鉴权中心）

管理LEP和LAP

的身份标示OSS/BSS

网络管理

Page50收集传感器信息提供无线传输ApplicationServer

用户管理

通过API与

LTN

Server对

接用户购买Sigfox提供参考：

ETSI

GS

LTN

002《Low

Throughput

Networks(LTN);FunctionalArchitecture》

E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术Sigfox

产业链...E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术Page62Sigfox

应用领域Page52E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术Sigfox网络部署情况Page53E2E架构IoT平台核心网无线接入IoT终端安全技术LoRa,Sigfox与NB-IOT对比Page54*:三种技