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NB-IoT技術(shù)架構(gòu)以及三種工作狀態(tài)切換
NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。其具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點。說到這里很多人就會對NB-IoT好奇了，那么到底NB-IoT到底是怎么回事呢?下面我們就一起來看看。
NB-IoT端到端系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：
終端：UE(User Equipment)，通過空口連接到基站(eNodeB(evolved Node B , E-UTRAN 基站))。
無線網(wǎng)側(cè)：包括兩種組網(wǎng)方式，一種是整體式無線接入網(wǎng)(Singel RAN)，其中包括2G/3G/4G以及NB-IoT無線網(wǎng)，另一種是NB-IoT新建。主要承擔(dān)空口接入處理，小區(qū)管理等相關(guān)功能，并通過S1-lite接口與IoT核心網(wǎng)進(jìn)行連接，將非接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給高層網(wǎng)元處理。
核心網(wǎng)：EPC(Evolved Packet Core)，承擔(dān)與終端非接入層交互的功能，并將IoT業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT平臺進(jìn)行處理。
平臺：目前以電信平臺為主。
應(yīng)用服務(wù)器：以電信平臺為例，應(yīng)用server通過http/https協(xié)議和平臺通訊，通過調(diào)用平臺的開放API來控制設(shè)備，平臺把設(shè)備上報的數(shù)據(jù)推送給應(yīng)用服務(wù)器。平臺支持對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的json格式數(shù)據(jù)。
NB-IoT的工作狀態(tài)：
NB-IoT在默認(rèn)狀態(tài)下，存在三種工作狀態(tài)，三種狀態(tài)會根據(jù)不同的配置參數(shù)進(jìn)行切換，筆者認(rèn)為這三種狀態(tài)較深刻地影響了NB-IoT的特性，如其對比傳統(tǒng)GPRS的低功耗特性，均可以從中獲得解釋，同時在后續(xù)對NB-IoT的使用和相關(guān)程序的設(shè)計時，也需要根據(jù)開發(fā)的需求與產(chǎn)品特性對這三種工作狀態(tài)進(jìn)行合適的定制。
三種工作狀態(tài)如下：
Connected(連接態(tài))：
模塊注冊入網(wǎng)后處于該狀態(tài)，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時間后會進(jìn)入Idle模式，時間可配置。
Idle(空閑態(tài))：
可收發(fā)數(shù)據(jù)，且接收下行數(shù)據(jù)會進(jìn)入Connected狀態(tài)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時會進(jìn)入PSM模式，時間可配置。
PSM(節(jié)能模式)：
此模式下終端關(guān)閉收發(fā)信號機，不監(jiān)聽無線側(cè)的尋呼，因此雖然依舊注冊在網(wǎng)絡(luò)，但信令不可達(dá)，無法收到下行數(shù)據(jù)，功率很小。
持續(xù)時間由核心網(wǎng)配置(T3412)，有上行數(shù)據(jù)需要傳輸或TAU周期結(jié)束時會進(jìn)入Connected態(tài)。
NB-IoT三種工作狀態(tài)一般情況的轉(zhuǎn)換過程可以總結(jié)如下：
① 終端發(fā)送數(shù)據(jù)完畢處于Connected態(tài)，啟動“不活動計時器”，默認(rèn)20秒，可配置范圍為1s~3600s;
② “不活動計時器”超時，終端進(jìn)入Idle態(tài)，啟動及或定時器，超時時間配置范圍為2秒~186分鐘;
③ Active-Timer超時，終端進(jìn)入PSM狀態(tài)，TAU周期結(jié)束時進(jìn)入Connected態(tài)，TAU周期配置范圍為54分鐘~310小時。
【PS：TAU周期指的是從Idle開始到PSM模式結(jié)束】
NB-IoT終端在不同工作狀態(tài)下的情況剖析：
1、NB-IoT發(fā)送數(shù)據(jù)時處于激活態(tài)，在超過“不活動計數(shù)器”配置的超時時間后，會進(jìn)入Idle空閑態(tài);
2、空閑態(tài)引入了eDRX機制，在一個完整的Idle過程中，包含了若干個eDRX周期，eDRX周期可以通過定時器配置，范圍為20.48秒~2.92小時，而每個eDRX周期中又包含了若干個DRX尋呼周期;
3、若干個DRX尋呼周期組成一個尋呼時間窗口(PTW)，尋呼時間窗口可由定時器設(shè)置，范圍為2.56s~40.96s，取值大小決定了窗口的大小和尋呼的次數(shù);
4、在Active Timer超時后，NB-IoT終端由空閑態(tài)進(jìn)入PSM態(tài)，在此狀態(tài)中，終端不進(jìn)行尋呼，不接受下行數(shù)據(jù)，處于休眠狀態(tài);
5、TAU Timer從終端進(jìn)入空閑態(tài)時便開始計時，當(dāng)計時器超時后終端會從PSM狀態(tài)退出，發(fā)起TAU操作，回到激活態(tài)(對應(yīng)圖中①);
6、當(dāng)終端處于PSM態(tài)時，也可以通過主動發(fā)送上行數(shù)據(jù)令終端回到激活態(tài)(對應(yīng)圖中②)。
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