第2篇 NB-IoT关键技术

第2章 NB-IoT体系架构

NB-IoT网络系统架构如图2.1所示，由无线网、核心网、业务平台（如物联网平台）、应用服务器（AS）、基础通信套件以及终端和用户卡等组成。

图2.1 NB-IoT网络的基本系统结构

1.核心网

核心网由分组域核心网、电路域核心网和用户数据库（HSS）组成，其中分组域核心网由MME、S-GW、P-GW等功能单元组成，主要提供分组域数据传输及能力开放等功能；电路域核心网由MSC/VLR、短信中心（SMSC）等功能单元组成，主要提供短信传输功能；用户数据库由HSS等功能单元组成，主要提供用户签约数据功能。

2.业务平台

业务平台包括面向用户的物联网能力开放使能平台、连接管理平台、空中写卡平台、业务网关等多个平台。

为了向用户开放网络能力，物联网能力开放使能平台为终端设备提供设备接入、数据存储、数据路由和转发功能，为上层应用提供数据推送、设备管理、数据查询、命令下发等功能。

连接管理平台是面向客户的运营支撑平台，为客户提供用户卡信息查询、通信管理、数据统计分析等服务。

空中写卡平台可实现用户码号之间的动态切换，即换号不换物理卡。平台具有制卡密钥生成、单张写卡、批量写卡，以及卡数据管理、码号管理、写卡日志管理等功能。

业务网关是物联网业务体系中为终端、业务平台、能力系统提供通信接入、业务鉴权、消息路由、协议转换等功能的业务层接入设备。

3.无线网

NB-IoT无线接入网（E-UTRAN）由eNodeB组成，向下通过空中接口让用户接入到网络中，向上通过S1-MME接口将信令面接入到MME，通过S1-U接口将用户面接入到S-GW。

4.终端和用户卡

NB-IoT终端需满足基本功能、通信功能、业务功能、射频性能、卡接口能力、电磁兼容性等技术要求，具备NB-IoT网络接入能力。

用户卡作为用户身份标识，主要提供存储安全数据、动态加载更新应用、安全运算、标识用户身份、鉴权接入等功能。

5.基础通信套件

面向NB-IoT终端的通信中间件，实现物联网终端与业务平台的通信、应用数据传输及设备管理等功能，是提升数据服务能力的重要组成部分。

6.应用服务器

完成垂直行业相关数据的存储、转发、管理等功能。

以上NB-IoT端到端架构总体可以划分成管、云、端三大部分，针对每一部分，本书将选取NB-IoT技术与传统移动通信技术存在较大不同的方面进行重点介绍。

1.管

（1）空中接口关键技术

第3章从子载波间隔、工作模式、物理信道、信令承载方式以及演进技术等方面，重点介绍NB-IoT空中接口（简称空口）关键技术，分析其与LTE系统的异同。

（2）关键信令流程

第4章从接入控制、移动性管理、数据传输、Non-IP、短消息及后续演进等几方面，介绍NB-IoT的关键流程，通过与LTE系统的对比，深入分析其为适配物联网特性所做的各种调整。

（3）物联网安全

NB-IoT沿用了LTE的安全架构，其中网络域安全、用户域安全、应用域安全、安全可视性和可配置性等4个方面的安全特性沿用了LTE系统的安全机制，本书将不再赘述。考虑到NB-IoT在无线接入网安全方面进行了协议精简，第5章将对NB-IoT网络接入安全特性进行重点介绍。

2.云

（1）能力开放平台

移动互联网时代，能力开放是运营商渠道拓展、聚合合作伙伴的抓手。运营商独有的网络运营资源，可以向上游提供内容与服务的聚合，向下游提供特定业务功能与分销的支撑，便于运营商在新型市场探索新的应用场景，进一步拓展收入来源。第6章将面向物联网行业，围绕产业期望运营商提供的能力（如网络数据配置、终端监控、Non-IP数据传输等）进行详细介绍。

（2）通信套件

针对物联网终端形态、传感器类型以及系统软硬件环境千差万别、不一而足的特性，基础通信套件可最大化获得物联网运营的数据服务能力，降低物联网设备的开发和接入难度，减少产品发布周期，推动相关产业发展。16.3节将详细介绍基础通信套件，实现一套标准SDK和终端设备管理接口规范，统一终端侧应用连接与通信协议以及与移动物联网数据平台对接。

3.端

通用模组：物联网终端形态千差万别，模组市场存在碎片化严重、兼容性低、缺乏规模效应等问题，16.1节将围绕通用模组行业标准、参考设计以及产业情况，阐述通用模组的设计理念。

参考文献

[1] 3GPP TS 36.211.Physical Channels and Modulation.

[2] 3GPP TS 36.321.Medium Access Control（MAC）protocol specification.