NB-IoT技术原理与应用开发 -课件 第2章 NB-IoT网络架构

第2章NB-IoT网络架构第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.1网络整体架构UE：UserEquipmentHSS：HomeSubscriberServerMME：MobileManagementEntitySGW：ServiceGateWayE-UTRAN：EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetworkPGW：PDNGateWay（PDN：PublicDataNetwork）SCEF：Service

CapabilityExposureFunctionSCS/AS：ServiceCapabilityServer/ApplicationServer2.1网络整体架构终端层网络层应用层谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.2网元功能一、NB-IoT基站（eNodeB）二、MME——移动管理实体三、SGW——服务网关四、PGW——公共数据网网关五、HSS——归属用户服务器六、SCEF——业务能力开放功能单元基站是蜂窝移动通信网络中组成蜂窝小区的基本单元，主要完成移动通信核心网和终端设备UE之间的通信和管理功能。基站不是孤立存在的，为了保证用户终端设备在基站信号有效覆盖范围之内，基站必须合理分布于整个NB-IoT网络的各个地方。因此，基站设备是整个NB-IoT网络中数量最多的，其投资建设成本也是最高的。全向天线定向天线一、NB-IoT基站（eNodeB）一、NB-IoT基站（eNodeB）基站一般由机房、信号处理设备、供电设备、室外的射频处理模块、收发信号的天线、GPS天线及各种传输线缆组成。一、NB-IoT基站（eNodeB）伪空调机伪灯杆伪烟囱伪大树伪垃圾桶伪太阳能伪墙体谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.2网元功能一、NB-IoT基站（eNodeB）二、MME——移动管理实体三、SGW——服务网关四、PGW——公共数据网网关五、HSS——归属用户服务器六、SCEF——业务能力开放功能单元二、MME——移动管理实体二、MME——移动管理实体MME是终端接入核心网的关键控制节点，同时负责空闲模式下终端的跟踪与寻呼控制，控制终端的切换或小区重选等。MME还通过与归属用户服务器HSS的信息交互，完成用户鉴权和验证功能。出于信息安全以及减小时延的考虑，有一些消息终端不希望通过基站处理、而是要与MME直接进行交互，终端会将这些消息以非接入层（Non-AccessStratum，简称NAS）协议的格式封装成NAS-PDU传递给eNodeB，eNodeB收到后不会也不能对NAS-PDU进行解封装，而是直接将该消息嵌入到S1-C协议中透明地传输给MME，由MME进行解封装，完成与终端的直接信息交互。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.2网元功能一、NB-IoT基站（eNodeB）二、MME——移动管理实体三、SGW——服务网关四、PGW——公共数据网网关五、HSS——归属用户服务器六、SCEF——业务能力开放功能单元三、SGW——服务网关三、SGW——服务网关SGW一方面汇聚来自不同eNodeB的用户面数据，对这些数据包进行路由转发和会话管理，并产生话单；另一方面，对于空闲状态的UE，SGW是下行数据路径的终点，在下行数据到达时触发对UE的寻呼。因此，SGW相当于是一个数据中转站。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.2网元功能一、NB-IoT基站（eNodeB）二、MME——移动管理实体三、SGW——服务网关四、PGW——公共数据网网关五、HSS——归属用户服务器六、SCEF——业务能力开放功能单元四、PGW——公共数据网网关PGW主要负责NB-IoT网络与外部公共分组数据网PDN（主要是Internet）的连接，也就是说，PGW是NB-IoT网络的最后一环，它为终端分配一条端到端通道，并对这条通道进行管理与QoS控制。终端做业务时的IP地址也是由PGW分配的。此外，PGW汇聚来自不同SGW的用户面数据包，并对这些数据包进行解封装，再封装成适合在外部网络中传输的格式后进行转发，并产生话单。由于PGW与SGW功能相似，因此二者既可以分开部署，也可以在物理网元上合二为一，合并以后的设备统称为SAE-GW。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.2网元功能一、NB-IoT基站（eNodeB）二、MME——移动管理实体三、SGW——服务网关四、PGW——公共数据网网关五、HSS——归属用户服务器六、SCEF——业务能力开放功能单元五、HSS——归属用户服务器HSS本质上是一个中央数据库，包含了用户个人相关信息和订阅业务的相关信息。

其功能包括：HSS可以说是用户数据百宝箱，存储用户的签约信息，用于鉴权确认可以使用网络的合法用户以及这些用户相关业务的QoS，生成加密使用的秘钥，并对用户的位置进行管理与存储。NB-IoT终端中的SIM卡在开卡时登记注册的信息就是要存储到网络的HSS中。移动性管理呼叫和会话建立的支持用户认证和访问授权。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.2网元功能一、NB-IoT基站（eNodeB）二、MME——移动管理实体三、SGW——服务网关四、PGW——公共数据网网关五、HSS——归属用户服务器六、SCEF——业务能力开放功能单元六、SCEF——业务能力开放功能单元SCEF可实现的主要功能为将核心网网元能力开放给各类业务应用，通过协议封装及转换实现与合作平台或自有平台的对接。SCEF通过各个平台协议的转换，使网络具备了多样化的运营服务能力，配合HSS实现不同的应用。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.3接口协议栈2.3接口协议栈1、S1接口协议栈SCTP：StreamControlTransmissionProtocolUDP：UserDatagramProtocolGTP-U：GPRSTunnelingProtocol-Userplane在实际部署时，NB-IoT可以与LTE共用同一个S1接口，连接到同一个MME；也可以通过不同的S1接口，连接到不同的MME。2.3接口协议栈1、X2接口协议栈在实际部署时，NB-IoT和LTE可以共用X2接口。但与LTE不同的是，NB-IoT不支持基于X2接口的切换，但是可以通过X2接口实现基站间的RRC连接恢复（RRCConnectionResume）流程。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.4数据传输传统的LTE网络：

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。NB-IoT：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）可能有非格式化的非IP（Non-IP）数据（无法直接传输）2.4数据传输一、控制面和用户面优化传输方案二、IP、Non-IP和短消息传输一、控制面和用户面优化传输方案用户面优化传输方案（简称UP方案）——3GPP可选方案

物联网数据传输方式和传统数据流量一样，在无线承载上发送数据，由SGW传送到PGW再到应用服务器。因此，这种方案在建立连接时会产生额外开销。不过，它的优势是数据包序列传输更快。这一方案也同时支持IP数据传输和非IP数据传输。一、控制面和用户面优化传输方案控制面优化传输方案（简称CP方案）——3GPP必选传输方案

CP方案无需建立空口数据无线承载（DRB）和S1-U连接，直接通过NAS消息传输数据，支持IP数据传输和非IP数据的传输。核心网新增网元SCEF，用来支撑非IP数据随信令的传输。CP方案只适用于低频率且低速率的数据传输业务。谢谢观看！第2章NB-IoT网络架构天津职业大学电子信息工程学院崔雁松第2章NB-IoT网络架构2.1网络整体架构2.2网元功能2.3接口协议栈2.4数据传输2.4数据传输传统的LTE网络：

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。NB-IoT：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）可能有非格式化的非IP（Non-IP）数据（无法直接传输）2.4数据传输一、控制面和用户面优化传输方案二、IP、Non-IP和短消息传输二、IP、Non-IP和短消息传输NB-IoT的三种数据类型：IP数据