面向NB-IoT的核心网业务模型和组网方案

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2017083

Abstract

Abstract:

It is a huge market space for narrowband-ineternet of things (NB-IoT),and NB-IoT is the focus of future development direction.The global telecommunications operators have begun to distributed actively.In order to better determine the network deployment of the construction program and resource allocation,from the business scene of NB-IoT,the NB-IoT service characteristics were analyzed,and the NB-IoT core network business model parameters and networking solutions were given,which was of great significance to the follow-up NB-IoT core network resource allocation and planning scheme.

Key words: LPWA, NB-IoT, eMTC, service characteristic, service model, networking scheme

CLC Number:

TN915.81

Jiyan WANG,Xiaozhou WANG,Qian WU,Lili ZHU,Xiansu GAO,Yun LU,Mingming ZOU. Core network service model and networking scheme oriented NB-IoT[J]. Telecommunications Science, 2017, 33(4): 148-154.

技术指标	Sigfox	LoRa	Cat-1	eMTC（Cat-m）	NB-IoT
标准定义	私有	开放	3GPP	3GPP	3GPP
频谱	ISM免授权频谱	ISM免授权频谱	3GPP授权频谱	3GPP授权频谱	3GPP授权频谱
系统带宽	100 Hz	7.8～500 kHz	1.4～20 MHz	1.4 MHz	200 kHz
峰值速率	DL:600 bit/s	293 bit/s～37.5 kbit/s	DL:10 Mbit/s	DL:750 kbit/s	DL:320 kbit/s
	UL:100 bit/s		UL:5 Mbit/s	UL:1 Mbit/s	UL:288 kbit/s
终端发射功率	14 dBm	14 dBm	23 dBm	23 dBm	23 dBm
链路预算	MCL:156 dB	MCL:156 dB	MCL:144 dB	MCL:156 dB	MCL:164 dB

类型	典型应用	发展等级	市场规模（2020年）	网络覆盖	终端移动性	带宽需求
公共事业	智能监测（燃气、水表、消防设备）水务系统监控	AC	亿级别十万级别	深度室内野外	不具有移动性（在小区范围内静止）	低速＜100 kbit/s
	新能源电网管理（包含风能发电、太阳能光伏发电、水力发电、生物质热发电、太阳能发电、热泵发电等）	C	百万级别	野外
智慧城市	智能垃圾桶	B	十万级别	室外
	智能停车传感器	A	千万级别	深度室内
	智能照明	A	百万级别	室外
运输物流	工业资产跟踪、集装箱定位追踪、位置状态更新	A	千万级别	野外
消费医疗	可穿戴	B	亿级别	室内
	白色家电、电器	C	千万级别	室内
	VIP追踪（老人、儿童、宠物）	C	千万级别	室外
	智能自行车	C	百万级别	室外
	生活助手	D	十万级别	室内
	远程诊断检测	D	十万级别	室内
农业＆环境	农业应用（鱼塘土地检测、农作物监控、畜牧跟踪）	C	千万级别	野外
	环境监测（检测污染、噪声、雨水、风、水流速、健康危害、钻孔等），数据收集及实时监控	B	千万级别	野外
智能楼宇	报警系统、传感器监测	C	千万级别	深度室内
	HVAC（供热通风与空气调节）系统	D	百万级别	深度室内
	门禁系统	C	百万级别	室内
工业应用	设备状态、工厂控制、安全监控	E	十万级别	室内
	能源检测、油气检测	E	十万级别	野外
	产品销售跟踪	D	百万级别	室内

分类	应用场景举例	上行数据量/byte	下行数据量/byte	通信频率
终端自主上报异常报告	烟雾告警探测、智能电表停电通知等	20	0（假设ACK的净荷为0）	每隔几个月或每年
终端自主上报周期性报告	智能应用（天然气、水、电）抄表、智慧农业、智慧环境等	20～200	上行数据量的50%（假设ACK的净荷为0）	每天（40%）、每半小时（5%）、每一小时（15%）、每两小时（40%）
网络命令	打开/关闭、设备触发发送上行报告、主动发起抄表读数等	0～20（假设50%的场景需要发生上行响应）	20	每天（40%）、每半小时（5%）、每一小时（15%）、每两小时（40%）
软件升级/设备重配置	软件补丁及升级	200～2 000	200～2 000	每半年

关键参数	取值	说明
用户数据平均分组长度/byte	20～200	NB-IoT 业务为小分组数据传输，所以平均报长较小（不含 LTE/EPC协议开销）
忙时平均每数据业务用户最大流量/(kbit·s^-1)	0.000 1～0.001	NB-IoT为低频发业务，且均为小分组业务，因此单用户流量非常小
忙时平均每用户业务请求次数/次	约1	根据3GPP标准定义的行为模式，对通信频率和概率进行加权
忙时平均每用户鉴权消息数/条	约1	与业务请求次数比例为1:1
忙时平均每用户位置更新数	约0	考虑NB-IoT绝大多数为固定终端，可忽略移动性

比较因素	现网改造		新建C-SGN
标准化程度	EPC新增LPWA功能，标准参考TS23.401 R13		TS23.401 R13已冻结核心网C-SGN架构；R14版本
			（Stage2）正在进行架构增强及业务流程的优化
厂商支持程度	华为、爱立信、中兴通讯现网设备可以支持改造；诺基亚贝尔现网最新平台设备可以支持改造、老平台不支持；但都需要一定的开发周期		目前还没有成熟的 C-SGN 产品，大部分厂商正在研发，或有研发计划
建设工作量	改造省内部分 EPC网元	只需改造2～8套网元，但需调整S1接口传输电路	新建1～2套C-SGN网元及周边配套
	改造全省EPC网元	需改造全省网元，不需调整 S1接口传输电路
对现网业务的影响	改造省内部分 EPC网元	涉及部分EPC网元，对现网部分业务有影响	不影响现网业务
	改造全省EPC网元	涉及全省EPC网元，影响全网业务
部署速度	在现有网元基础上支持改造，业务部署快速上线		需要新建节点，部署速度相对较慢

Core network service model and networking scheme oriented NB-IoT

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