面向物聯網的蜂窩窄帶接入（NB-IoT，Narrow Band Internet of Things）系統，也簡稱窄帶物聯網（NB-IoT），是蜂窩物聯網（C- IoT，Cellular IoT）的一種。在我國，NB-IoT系統是利用第四代（4G）數字蜂窩移動通信技術（FDD-LTE）為物聯網（IoT）提供網絡服務的。NB-IoT利用數字蜂窩移動通信網絡的廣域覆蓋性，為那些分布廣泛、速率較低用戶提供數據包較小、收發不頻繁的數據包的傳送業務，特別適用于低功耗廣覆蓋（LPWA）類物聯網業務的開展與部署。關鍵是，LTE網絡各運營商已經實現了規模組網，只需要將其功能按需簡化，就可快速部署、規模實現NB-IoT。
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一、NB-IoT網絡概述
窄帶物聯網（NB-IoT）網絡是基于LTE網絡構建的，它結合物聯網傳輸的小數據包、數據包收發不頻繁的業務特點，將LTE網絡不用的許多功能給裁剪掉了。或者說，NB-IoT網絡支持的功能是LTE網絡功能的簡化子集。因此，NB-IoT網絡同樣是由無線接入網和核心網構成，NB-IoT無線接入網絡支持的功能應是E-UTRAN網絡功能的簡化子集，NB-IoT核心網絡支持的功能應是EPC網絡功能的簡化子集。NB-IoT網絡支持與LTE共同部署和獨立部署的組網方式。
1、網絡架構
NB-IoT無線接入網絡的網絡架構可用下圖1-1-1表示，其實它與E-UTRAN網絡架構是相同的。同樣是一個以上的基站（e Node Base）組成，eNB通過S1接口連接到核心網（EPC），其中NB-IoT基站也可以連接到物聯網專用EPC。NB-IoT基站之間可以通過X2接口連接。在S1-Flex配置中，每個基站在一個池區域內和所有的EPC節點連接。基站通過空中接口（Uu接口）與物聯網終端（UE）通信。NB-IoT無線接入網絡中包括兩個設備實體：UE（包括移動設備ME和通用用戶識別模塊USIM）和基站eNB（為一個小區或多個小區服務的無線收發信設備）。
圖 1-1-1：NB-IoT的網絡架構（無線接入網絡）
NB-IoT核心網的網絡架構可用下圖1-1-2表示，其實它與LTE的EPC網絡架構基本一致。包括移動性管理設備（MME）、服務網關（S-GW）、PDN網關（P-GW）、業務能力開放單元（SCEF）、用于存儲用戶簽約信息的HSS和應用服務器（AS），沒包括用于計費和策略控制的單元（PCRF）。如果支持短消息，NB-IoT網絡可能還包括短消息中心（MSC Server）設備。SCEF除了能力開放功能外，還可以支持Non-IP數據的傳輸。在實際NB-IoT網絡部署時，為了減少物理網元的數量，可以將部分核心網網元（如MME、S-GW、P-GW等）合一部署，稱為蜂窩物聯網服務網關節點（C-SGN，C-IoT Serving Gateway Node）。注意：NB-IoT網絡與2G、3G網絡網元之間無接口，不具備網間互操作能力。
圖 1-1-2：NB-IoT的網絡架構（核心網網絡）
2、業務要求
NB-IoT網絡主要針對窄帶蜂窩物聯網市場，為用戶提供數據包較小的、收發不頻繁的IP數據包和非IP（Non-IP）數據包傳送服務。
二、NB-IoT網絡的無線接入網總體技術要求
我國通信行業標準YD/T 3331《面向物聯網的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 無線網總體技術要求》，規定了NB-IoT無線接入網的總體技術要求，包括物理層、高層和無線資源控制（RRC）層的技術要求，以及移動性管理、UE能力、S1和X2接口 的要求。由于內容較多，這里僅作簡要介紹，若要詳細了解該標準規定的具體內容的請查閱下附件2。需要指出的是，NB-IoT無線接入網不支持E-UTRAN的功能匯總于下表2-0中。
表 2-0：NB-IoT無線接入網不支持的E-UTRAN功能
附件 2：YD/T 3331-2018《面向物聯網的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 無線網總體技術要求》
1、物理層
NB-IoT無線接入網的物理層，在E-UTRAN物理層的基礎上做出了重大改動，其具體內容詳見下表2-1-1中。此時，NB-IoT網絡支持三種工作模式：獨立工作模式、帶內工作模式和保護帶工作模式。同時，NB-IoT無線接入網的物理層新定義了如下表2-1-2所示的5種物理信道（窄帶信道）。在上述改動的NB-IoT物理層基礎上，YD/T 3331規定了詳細的物理層技術要求，包括上/下行傳輸方案、傳輸信道的承載要求及E-UTRAN多載波操作等，具體內容詳見本文的附件2。
表 2-1-1：NB-IoT無線接入網的物理層變動（相對于E-UTRAN物理層）
表 2-1-2：NB-IoT無線接入網的物理信道（包括其用途）
2、高層
在高層，NB-IoT定義了CP（控制面，Control Plane）方案和UP（用戶面，User Plane）方案兩種數據傳輸方案。CP方案（控制面C-IoT EPS優化）對UE和網絡均為必選；UP方案（用戶面C-IoT EPS優化）為可選。如果UE同時支持兩種方案，具體使用哪種方案，通過非接入層（NAS）信令與核心網設備進行協商而確定。CP方案和UP方案的各自數據傳輸方案詳見下表2-2中的簡述。依此，YD/T 3331規定了詳細的高層技術要求，包括MAC子層、RLC子層和PDCP子層的要求。
表 2-2：CP方案和UP方案的數據傳輸方案
3、無線資源控制（RRC）層
對于RRC層，蜂窩物聯網（C-IoT）采用E-UTRAN之 RRC層的業務和功能，但區別詳見下表2-3。當終端（UE）處于空閑狀態（RRC_IDLE）時，如果UE支持UP方案，則該UE在收到網絡側指標的掛起指示后釋放連接，并保存AS上下文，用于恢復RRC連接。依此YD/T 3331給出了C-IoT信令減少優化方案。
表 2-3：NB-IoT與LTE的RRC層在業務和功能方面的區別
4、移動性管理
NB-IoT所支持的移動性管理的功能詳見下表2-4，其移動性管理的具體要求請查閱本文的附件2。
表 2-4：NB-IoT所支持的移動性管理功能
5、S1和X2接口
與LTE系統相同，S1接口定義為基站與EPC間的接口，包括用戶平面的基站與S-GW間的接口（S1-U）和控制平面的基站與MME間的接口（S1-C）。X2定義為基站間的接口。NB-IoT的S1和X2接口應滿足的3GPP規范詳見下表2-5-1。下表 2-5-2給出了NB-IoT的S1和X2接口要求的概述，具體要求請詳見本文的附件2。
表 2-5-1：NB-IoT的S1和X2接口應滿足的3GPP規范編號
表 2-5-2：NB-IoT的S1和X2接口要求概述
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三、NB-IoT網絡的核心網總體技術要求
我國通信行業標準YD/T 3332《面向物聯網的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 核心網總體技術要求》，規定了NB-IoT核心網的總體技術要求，包括控制面數據傳輸、用戶面優化數據傳輸等功能要求，以及接口增強要求、關鍵流程要求和計費要求等，本文也對該標準的內容做概要介紹，若要詳細了解該標準具體內容的請查閱下附件3。
附件 3：YD/T 3332-2018《面向物聯網的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 核心網總體技術要求》
1、NB-IoT核心網的功能要求
對于NB-IoT核心網，是對LTE EPC的相關功能或方案進行了優化，不僅能夠處理小數據的IP數據包，同時應能傳輸Non-IP數據包，也可選支持短消息業務（SMS）。因此，NB-IoT核心網所具有功能詳見下表3-1，具體功能要求請詳見本文的附件3。
表 3-1：NB-IoT核心網所具有的功能名稱
2、接口的增強要求
為了適應NB-IoT要求，需要對LTE EPC相關實體間接口（可參見圖1-1-2）實施增強，涉及到的接口包括：S1接口、S10接口、S11接口、S5/S8接口、S6a接口、非接入層（NAS）接口（支持UE與MME間的信令交互）等，具體增強要求的內容請詳見本文的附件3。
3、關鍵流程
對于NB-IoT核心網，在YD/T 3332標準中規定了下述的幾個關鍵流程的要求：附著/去附著、跟蹤區更新（TAU）、控制面數據傳輸流程、用戶面優化數據傳輸流程、基于SCEF的Non-IP數據傳輸流程（可選）等。流程的具體要求內容請詳見該標準原文，即本文的附件3。
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