HCIA-IOT学习过程（三）

本文是HCIA-IOT学习的第三章节，接着上一章的内容我们继续学习~

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通过上一章的学习我们了解了常见的物联网通信技术，在本章中，我们将会继续学习LPWA通信技术及解决方案

上一章我们已经介绍了什么是LPWA，时下针对部分无源、小包、偶发的通信需求，我们将这些需求， 统一归结为LPWA（Low-Power Wide-Area）场景，即低功耗广覆盖网络场景。

对于LPWA我们本章主要讲两个方面的技术：1是基于3GPP标准的NB-IOT，2是华为基于3GPP标准的eLTE-IOT

NB-IOT标准演进与产业发展

对于LPWA技术的应用主要在对成本、功耗、传输速率要求低，对覆盖面积要求广的产业，比如智能停车、智能路灯、指挥农业、智能抄表等，目前对于应用这些技术的设备连接数最多，有20亿，并且还有巨大的发展空间。

其次是对速率有一定的要求，并且需要低功耗的产品，比如我们的可穿戴设别、电子广告牌、健康检测设备等，对于这些设备，目前有8亿的连接数，同样还未饱和，拥有较大的发展潜力。

最后是对我们的传输速率、实时性有着高要求的产品，比如我们这几年炙手可热的自动驾驶、还有智能监控、车联网等等。目前有大概2亿的连接数，有很大的发展潜力。

 

 

 

NB-IOT标准演进

众~所~周~知~NB-IOT是3GPP推行的物联网标准之一，话说，作为LTE的缔造者，3GPP组织一直将物联网作为LTE的重要演进方向。

早在2008年，LTE的第一个版本R8（Release 8）中，除了有满足宽带多媒体应用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等终端等级外，也有上行峰值速率仅有5Mbit/s的终端等级Cat.1，可用于物联网等“低速率”应用。

注意！这里的Cat并不是猫的意思，是Category的缩写，“种类，分类”的意思。Cat.X说的就是UE-Category，UE是用户设备（User Equipment ）。Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的，说白了就是用来划分终端速率（等级）的。

3GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1，它的接收带宽仅180kHz。

这个Cat.NB-1，就是我们的NB-IoT。

回归正题，我们来看一下NB-IOT的演进史

2014年，华为与沃达丰共同提出 NB-M2M。

2015年5月，华为和高通共同宣布了一种融合的解决方案，即上行采用 FDMA （频分多址）多址方式，下行采用 OFDM （正交频分复用）多址方式，命名为 NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）。

2015年8月10日，在 GERAN SI阶段最后一次会议，爱立信联合几家公司提出了 NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。

2015年9月，3GPP在2015年9月的 RAN 全会达成一致，NB-CIoT 和 NB-LTE （基于窄带和LTE制式）两个技术方案进行融合形成了 NB-IoT WID。NB-CIoT 演进到了 NB-IoT（Narrow Band IoT），确立 NB-IoT 为窄带蜂窝物联网的唯一标准。

2016年4月，伦敦 M2M 大会上华为宣布与沃达丰成立 NB-IoT 开放实验室。

2016年4月，NB-IoT 物理层标准在 3GPP R13 冻结。

2016年6月，NB-IoT核心标准正式在3GPP R13冻结。

2017年一季度，根据《国家新一代信息技术产业规划》，把 NB-IoT 网络定为信息通信业“十三五”的重点工程之一。

2017年4月1日，海尔、中国电信、华为三方签署战略合作协议，共同研发基于新一代 NB-loT 技术的物联网智慧生活方案。

2017年4月25日，全球移动通信设备供应商协会发布数据，目前全球仅有4张 NB-IoT 商用网络。但同时又指出，至少有13个国家的18家运营商规划部署或正在测试40张 NB-IoT 网络。

2017年5月，软银与爱立信合作，将在日本全面部署 Cat－M1 和 NB－IoT 网络，以期率先在日本国内推出商用蜂窝物联网业务。

2017年5月，中国联通上海宣布5月底完成上海市 NB-IoT 商用部署。上海联通在2016年上半年，建设了全球首个 pre NB-IoT 大规模连续覆盖区域—上海国际旅游度假区，并携手华为共同发布 NB-IoT 技术的智能停车解决方案。

2017年5月，华为 NB-IoT 芯片 Boudica 120在6月底将大规模发货。

R14新增多项特性持续演进，NB-IOT被认可为5G一部分

华为为NB-IOT标准贡献了1008篇提案，其中通过208项，位居全球第一。

全球运营商对LPWA技术的分布，大多是选择都是首选NB-IOT+eMTC，这两种技术的组合可以覆盖大部分的低功耗物联网领域，例如中国的三大运营商都是以NB-IOT为主+eMTC技术进行部署（不过在国内eMTC技术没有那么火热）。

国外对于eMTC技术反而非常热衷，很多国外的运营商都是以eMTC为首+NB-IOT进行部署的~当然，还有少部分是以LoRa为首+eMTC进行部署的。

 

全球运营商对于NB-IOT频谱的选择也各不相同，频谱选择策略根据不同运营商的实际使用频段来进行部署适配。

全球大多数运营商使用900MHz频段来部署NB-IoT，中国联通和中国移动在900MHZ部署的，而中国电信分配的频段在850MHz，所以中国电信部署在850MHz。

 

 

 之前讲NB-IOT的标准演进时也讲到了华为 NB-IoT 芯片 Boudica（布迪卡） 120在2017年5月大规模发货的消息。华为率先发布了NB-IoT商用芯片与网络版本，2018年发布了商用的Boudica 150，含有R14特性。

Boudica芯片里面高度集成了SOC，SOC它里面包括了有这个基带、射频、电源监控单元、AP/SP/CP、eFlash、SRAM、SRAM。

 

 

Boudica：华为海思自研芯片

SOC：System+On+a+Chip 片上系统

BB：BaseBand 基带

RF：radio frequency 射频

PMU：电源管理单元

AP/SP/CP：应用核、安全核、控制核，芯片定义的三个核

eFlash：Embedded flash 嵌入式闪存

SRAM：静态随机存取存储器

FOAT：固件空中软件推送

LWM2M：基于Client-Server的DM设备管理协议，主要用于受限设备。

华为NB-IOT已支持40+行业领域，拥有1000+行业合作伙伴，已建成7个NB-IoT Open Labs，开发环境、测试工具等也已经全面成熟。

 

 

 其实从2018年开始，我国已经全面推进国家范围内的 NB-IoT 商用部署。其实在我们生活当中已经推行了很长一段时间了。试用商反馈也是一片良好.垂直使用场景也是数不胜数。

越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率，提升客户满意度并降低运营成本。

NB-IOT关键技术介绍

NB-IOT解决方案总体架构

话不多说，先上图~

 

这张图就是华为NB-IOT解决方案总体架构图，其实也就是一个端到端的解决方案，之前也讲过NB-IOT端到端的解决方案，这次我们来具体看一下华为NB-IOT端到端的解决方案

先列一下名词解释吧

Uu：UE和 UTRAN之间的接口,网络中终端与基站之间的无线接口

UART：通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。

URTAN：(evolved universal terrestrial radio access network),演进型通用陆地无线接入网,3GPP R8版本提出的一种新型的无线接入架构,具有高传输速率、低延迟和数据包最优化等特点。E-UTRAN包含了若干个E-NodeB，提供了终止于UE用户面(PHY/MAC)和控制面(RRC)协议。

UE：User Equipment,用户设备

NAS：non- -access stratum,非接入层,UE和核心网之间的一个功能层。非接入层支持核心网和UE之间业务和信令消息的传输。

EPC核心网：演进型分组核心网，一种演进型的3GPP系统框架。关注更高的数据速率、更低的延迟、分组优化、支持多重无线接入技术。

MME：( Mobility Management Entity)移动性管理实体，是3GPP协议LTE接入网络的关键控制节点,它负责空闲模式的UE(User Equipment)的定位,传呼过程,包括中继,简单的说MME是负责信令处理部分。它涉及到 bearer激活/关闭过程，并且当一个UE初始化并且连接到时为这个UE选择一个SGW(Serving GateWay)通过和HSS交互认证一个用户，为一个用户分配一个临时ID。MME同时支持在法律许可的范围内,进行拦截、监听。MME为2G/3G接入网络提供了控制函数接口,通过S3接口。为漫游UEs,面向HSS同样提供了S6a接口。主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴权认证、SGW和PGW的选择等功能

HSS： Home Subscriber Server，归属用户服务器，用户归属网络中存储用户信息的核心数据库。用于在归属网络中保存IMS(IMS (IP Multimedia Subsystem) )用户的签约信息，同时提供管理接口，由运营商及终端用户对签约数据进行定制和修改。HSS中保存的主要信息包括: IMS用户标识、IMS用户安全上下文、IMS用户的路由信息及业务签约信息。类似于GSM系统中的HLR。

PGW：PDN Gateway (Packet Data Network) ，PDN网关，PGW终结和外面数据网络（如互联网、IMS等) 的SGi接口，是EPS锚点，即是3GPP与non-3GPP人网络间的用户面数据链路的锚点，负责管理3GPP和non-3GpPp间的数据路由，管理3GPP接入和non-3GPP接入(如WLAN、WiMAX等) 间的移动，还负责DHCP、策略执行、计费等功能;

SGW：（service Gateway）上服务网关，SGW终结和E-UTRAN的接口，主要负责用户面处理，负责数据包的路由和转发等功能，支持3GPP不同接入技术的切换，发生切换时作为用户面的锁点; 对每一个与EPS相关的UE，在一个时间点上，都有一个SGW为之服务。SGW和PGW可以在一个物理节点或不同物理节点实现。

eNodeB：（简称为eNB）是LTE网络中的无线基站，也是LTE无线接入网的唯一网元，负责空中接口相关的所有功能

这副图的流程呢就是~NB-IOT的终端到NB-IOT eNodeB基站，然后通过S1-lite接口与IOT核心网进行连接，核心网将IOT的业务数据转发到IOT平台进行处理。最左边是NB-IOT的终端，里面有MCU、传感器和芯片。设备中的MCU与芯片之间的交互，是MCU通过UART口将AT指令下发到芯片，从而和芯片进行交互。

eNodeB基站主要是承担空口接入处理和小区管理等相关功能，并且通过S1-lite接口与IOT核心网进行连接，将非接入层的数据转发给高层的网元去处理。

NB-IOT物理层介绍

老规矩~放图

 

还是老规矩~名词解释

OFDMA (正交频分多址 Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ：OFDMA是OFDM技术的演进，将OFDM和FDMA技术结合。再利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。

OFDMA是一种多址接入调制技术，用户通过OFDMA共享频带资源，接入系统。

OFDMA又分为子信道 (Subchannel) OFDMA和跳频OFDMA。

SC-FDMA ：(单载波频分多址，Single-carrier Frequency-Division Multiple Access) 是子载波连续的调制解调技术，是LTE的上行链路的主流多址。

上行传输技术有单载波与多载波两种传输技术。

单载波 single-tone：

3GPP标准中定义了NB-loT 上行支持Single-tone和Multi-tone传输，Single-tone作为UE的必备功能，Multi-tone为可选功能。应用于NB-loT的上行物理信道，表示UE上行发送仅占用一个子载波。

多载波 multi-tone：

Multi-tone包括3tone、6tone和12tone这3种场景，分别代表eNodeB可一次分配3、6和12个15KHz子载波用于UE上行数据传输。

三种下行物理信道分别如下 ：

NPBCH (窄带物理广播信道) ：NPBCH信道传递系统帧号、NB-SIB1的调度信息、接入限制和操作模式等信息，采用QPSK调制方式，NPBCH信道以640 ms为周期，经过编码后的符号首先映射在帧0的子帧0上，映射在帧0的子帧0上的内容在随后的7个帧的子帧0上重复映射；剩下的符号再重复映射在帧8~ 15的子帧0上，依次类推。

NPDCCH 〈窄带物理下行控制信道) ：NPDCCH信道用于指示NPDSCH、NPUSCH的传输格式、资源分配等信息，采用QPSK调制方式，NPDCCH信道由1个或2个NCCE (窄带控制信道单元) 组成，每个NCCE占用6个子载波，NCCE0占用子载波0~5，NCCE1占用子载波6~11。NPDCCH信道通过多次传输以便增加接收的可靠性，进而增加下行覆盖。

NPDSCH (窄带物理下行共享信道) ：NPDSCH用于传输DL-SCH和PCH的信息，采用QPSK调制方式，NPDSCH信道的TBS (传输块尺寸) 最大为680 bit. 与NPDCCH类似，NPDSCH通过多次传输来增加下行覆盖。

两种下行物理信号分别如下：

NRS (窄带参考信号) ：NRS信号用于下行信道质量测量和信道估计，用于NB-loT UE的相干检测和解调，NRS信号只支持单天线端口和两天线端口，不支持四天线端口，与传统的LTE参考信号一样，不同小区之间的NRS信号通过循环移位来避免频率上的干扰

NSS(窄带同步信号)：NSS信号用于时间同步，确定小区唯一的PCI(物理小区号)。所有的小区的NPSS信号（窄带主同步信号）都采用同一个序列，用于确定无线帧的位置，NSSS信号（窄带辅同步信号）通过504个序列来区分不同小区的PCI。

两种上行物理信道和一种上行参考信号分别如下：

NPUSCH (窄带物理上行共享信道) ：NPUSCH信道用于承载上行数据和信令，采用BPSK或者QPSK调制方式。NPUSCH有两种格式，NPUSCH格式1用于传输上行数据信息，TBS最大为1000 bit，在Single-tone模式下，上行NPUSCH只能分配1个子载波，在Multitone模式下，上行可以分配1、3、6、12个子载波;NPUSCH格式2用于传输上行控制信息，只能分配1个子载波。 与NPDSCH一样，NPUSCH通过多次传输来增加上行覆盖。

NPRACH (窄带物理随机接入信道) : NPRACH信道用于NB-IoT UE的随机接入，采用BPSK调制方式。NPRACH信道由4个随机接入符号组构成，每个随机接入符号组由1个CP和5个内容一样的符号组成，子载波的宽度为3.75KHz。在频域上，NPRACH信道可以分成多组，每组12个子载波，NB-IoT UE每次只能使用单个子载波在一组(12个) 子载波内跳频传输。

NDMRS (窄带解调参考信和号) : NDMRS用于上行信道估计、NPUSCH信道的相干检测和解调。

我们来看一下它的物理层的设计，它使用的系统带宽是180KHz，它的下行技术使用的是OFDMA（正交频分多址），它的子载波间隔达15KHZ，共12个子载波。上行的技术采用的SC-FDMA。

这张图片写的很详细啊~~~~~就不碎碎念了~

NB-IOT 的关键特性

重复讲的东西就是四点： 低功耗、低成本、广覆盖、大连接

NB-IoT部署方式

NB-IOT构建于蜂窝网络，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存，支持SingleRAN的平滑演进。

独立部署：可以利用单独的频带，适合用于GSM频段的重耕。

　　保护带部署：可以利用LTE系统中边缘无用频带。

带内部署：可以利用LTE载波中间的任何资源块。

NB-IoT直接部署于GSM、UMTS或LTE网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180KHz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。

相关部署特性：
RF带宽180KHz (上行/下行) (考虑两边保护带，也被描述为200KHz) 。
下行：OFDMA，子载波间隔15KHz。
上行：SC-FDMA，Single-tone: 3.75KHz/15KHz，Multi-tone: 15KHz。
仅需支持半双工。
终端支持对Single-tone和Mukti-tone能力的指示。
MAC/RLC/PDCP/VRRC层处理基于已有的LTE流程和协议，物理层进行相关优化。
设计单独的同步信号。

超低成本：通信芯片专为物联网设计

终端侧RF进行了裁剪，主流NB芯片支持一根天线，天线本身复杂度及天线算法都有效降低。FDD全双工裁剪为FDD半双工,收发器从FDD-LTE的两套减少到只需要一套。

低采样率，低速率，可以使得Flash/RAM要求小。

低功耗，意味着RF设计要求低，小型PA就能实现。

通过简化协议栈上的物理层、MAC层等，降低芯片运算能力，减少对芯片的要求。

终端的芯片可以低至1$（感觉这才是主要的呐）

超低功耗：DRX与eDRX

设备消耗的能量与数据量跟速率有关，单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小，解码寻呼信道的消息会耗费大量的能量。

PTW: Paging Time Window，寻呼时间窗口。在PTW时间内UE进行paging寻呼消息的检测。

DRX: Discontinuous Reception，非连续接收技术，指的是不连续接收寻呼消息。DRX是无线通信终端节省电量的重要方法，对下行业务时延要求较高的业务适用DRX模式。DRX有周期短，可为1.28s、2.56s、5.12s或者10.24s，其周期由运营商网络侧设置决定。

eDRX: Extended DRX，扩展非连续性接收，是在DRX基础上进行扩展，需要NB-loT终端与核心网之间进行能力协商， eDRX省电技术进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动。eDRX周期最长可设置为2.92h。

超低功耗：PSM省电模式

基于NB-IOT技术，物联网终端在发送数据包后，立刻进入一种休眠状态，不在进行任何通信活动，等到它有上报数据的请求的时刻，它会唤醒自己，随后发送数据，然后又进入休眠状态。按照物联网终端的行为习惯，将会达到99%的时间在休眠状态，使得功耗非常的低。它的休眠态最长可以达到310小时。

超强覆盖：功率谱密度提升与时域重传

MCL： Max Coupling Loss，最大耦合损耗，以此衡量覆盖范围 (穿透范围) ，数值越大，覆盖范围 (穿透范围) 越大。

针对物联网的部署特点，现有接入技术不足以满足深度覆盖的要求。3GPP在技术规范TS45.820中针对智能水表、智慧停车等物联网业务部署特点提出LPWA技术需要满足针对GSM/GPRS/LTE网络的MCL增强20dB的要求。

NB-loT比LTE和GPRS基站提升了20dB的增益，能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信和号难以到达的地方。

频率谱密度提升 :

通过上下行物理信道格式、调制规范的重新定义，使得上下行控制信息与业务信息可以在相对LTE更窄的带宽中发送，相同发射功率下的PSD(Power Spectrum Density)增益更大，降低接收方的解调要求。

重复发送: 引入重复发送的编码方式，通过重复提升信道条件恶劣时的传输可靠性。

超大连接：减小空口信令开销与降低资源使用

首先，NB-loT的基站是基于物联网的模式进行设计的。物联网的话务模型是和手机不同的，它的话务模型是终端很多，但是每个终端发送的包小，发送包对时延的要求不敏感。当前的2G/3G/4G基站是设计保障用户可以同时做业务并且保障时延，基于这样的方式，用户的联接数或者接入数目是控制在1K左右的。但是基于NB-loT，基于对业务时延不敏感，可以设计更多的用户接入，保存更多的用户上下文，这样可以让50k作用的终端同时在一个小区，大量终端处于休眼态，但是上下文信息由基站和核心网维持，一旦有数据发送，可以迅速进入激活态。

另外，2G/3G/4G的调度颗粒较大，NB-loT因为基于窄带，调度颗粒小很多，在同样的资源情况下，资源的利用率会更高。在同样覆盖增益要求下，重传次数少或者没有，频谱效率也更高。

eLTE-IoT通信技术及解决方案介绍

华为基于NB-IoT推出eLTE-IoT

众~所~周~知~华为是一家拥有强大科研能力的公司，它所推出的eLTE-IOT相比于NB-IOT有了以下的改进！👇

1、启用了ISM免授权频谱；

2、发射功率满足法规要求；

3、使用跳频技术，在开放频段提升抗干扰能力。

华为eLTE-IoT端到端解决方案

华为eLTE-IOT解决方案是专门为行业物联网市场开发的基于3GPP标准的窄带无线物联解决方案，eLTE-IOT基于1GHz以下的免授权ISM频谱，采用灵活已部署的轻量化设备，并支持标准物联网协议与企业现有物联网平台对接，目标市场为企业自建的窄带物联网市场，为包括智能抄表、智能停车、工业传感等业务提供网络支撑。

 

 

 

应用层是针对不同行业的多样化的一个物联应用，包括我们的温湿度检测、PM2.5的环境检测、智能水务、电力抄表及生产园区设备的数据采集。应用层由华为的众多行业合作伙伴来提供，华为的eLTE-loT业务引擎Service Engine提供了统一的接口与各应用平台或物联网管理平台进行对接。这个平台这里没有显示，有条件的企业可能自己搭建一个机房自己建立一个平台，没条件的可以用华为的IOT联接管理平台——OceanConnect平台。

网络层是物联网的数据承载层，eLTE-IoT提供端到端的网络设备，包括了业务引警、基站AirNode设备，可以实现海量的设备接入和数据管理，同时提供了数据安全加密以及完整性保护等功能，保障行业物联网络以及数据的安全性

终端层是华为提供一个终端设备，当然终端设备很多都是传感器厂商开发的，华为提供一个Lite OS操作系统，简化操作和开发。华为提供CPE终端设备，可以与现有的数据收集终端通过RJ45/FE接口连接，无需更改现有终端设备即可实现eLTE-loT的网络接入。

应用层

应用层是针对不同行业的多样化行业物联网应用，包括温度、湿度、PM2.5等环境监测，智能水务、电力抄表，生产园区设备数据收集、物料跟踪、智能装配等，以及智能停车、人员跟踪、智能井盖等智慧城市应用。应用层由华为的众多行业合作伙伴来提供，eLTE-loT业务引擎Service Engine提供了统一的接口与各应用平台或物联网管理平台进行对接。

网络层

网络层是物联网的数据承载层，eLTE-IoT提供端到端的网络设备，包括了业务引警、基站AirNode设备，可以实现海量的设备接入和数据管理，同时提供了数据安全加密以及完整性保护等功能，保障行业物联网络以及数据的安全性。

终端层

华为提供CPE终端设备，可以与现有的数据收集终端通过RJ45/FE接口连接，无需更改现有终端设备即可实现eLTE-loT的网络接入。同时，华为提供了eLTE-loT模组，可以被众多合作伙伴的专业终端集成，可以替换现有终端或者新增内嵌eLTE-loT模组的终端来实现窄带物联接入。

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输) 是IBM开发的一个即时通讯协议，用于物联网通信。

IP Proxy不是一种协议，是上层应用在Service Engine上设置的一个代理，用于消息转发。

增强抗干扰机制，确保收发可靠性

 

 

在免授权频谱上建立可靠的连接利用了上下行跳频技术，增强了抗干扰机制，确保了收发可靠性。

上下行跳频

通过上行跳频技术，满足ISM频谱法规要求，同时提升系统抗干扰能力，并获得覆盖增益。终端在每个发送机会窗里，都根据伪随机的跳频机制，在系统所配置的信道范围内，选取一个信道来发送，从而实现上行跳频。

目前系统的上行信道带宽30KHz，跳频信道数为54，满足拉美区的法规要求 (当信道带宽<250KHZ时，跳频信道数> 50) 。中国区法规不涉及跳频要求，但为了提升抗干扰能力，建议打开该特性。

通过跳频，上行数据发送时使用的物理信道不断变化，避免受到持续干扰; 同时在不同的频率信道上发送，在接收端可以获得频率分集增益，利于提升覆盖。

强FEC+两级重传（HARQ+ARQ）

无线信道在传播过程中会受到系统内，系统外的各类干扰，所以FEC (前向纠错编码)技术具备超强的纠错能力，将受干扰影响的信号纠正过来，从而提供可靠的链接。本系统的FEC技术采用3GPP的Turbo编码技术，纠错能力强，抗干扰效果好。

对于超出FEC能力范围，发生输出错误时，系统将采用HARQ以及ARQ机制进行重传。

eLTE-IoT支持上行物理层快速反馈特性，可在一个上行传输时隙完成后对上行信道数据传输是否正确进行反馈。通过快速反馈可确保空口的丢包率满足可靠性要求。但由于重传会带来时延的增加，eLTE-IoT可通过配置上行信道是否支持HARQ来适配不同的业务可靠性诉求，达到时延与丢包率的权衡。该特性的配置可针对每个信道组 (上行虚拟信道组合) 进行单独配置。

 小包快传，提升容量

小包快传

为了保证终端发送的业务包在无线传输过程中的可靠性，一般都会进行纠错编码，并且针对传错的包都会进行重传; 如果无线链路中发送的包很长，即使其中只错了一两个比特，还是要重传整个包，从而使系统做了很多无效工作。

eLTE-loT采用小包快传机制，即将无线链路发送的包长控制在较小的范围，一般是几十字节，然后针对每个小包，基站快速反馈其是否成功接收(一般几毫秒内就可反馈) ，如果失败，则终端重传，否则继续发送。

小包快传机制，控制了发包长度，减少数据包发送过程中的被干扰的概率，同是快速反馈接收结果，从而提升了上行的传输效率，缩短了终端的发送时间，也进而降低了终端功耗。

对于每个上行信道，可以配置为Confirm信道或Unconfirm信道，对于前者，采用小包快传机制; 对于后者，仅控制发包长度，基站对每个数据包都不会反馈ACK/VNACK给终端，而是在整个业务包都发送完后才反馈错包编号，然后终端重传那些发错的数据包。Confirm信道比较适合业务包比较大 (典型1K字节) 的场景，Unconfirm信道比较适合业务包较小(典型100字节) 的场景。

Slot ALOHA

对于一个基站下的多个用户，且多个用户随机发起上行业务; 如果多个用户在同一个时频资源上发送数据时，就会冲突，导致基站无法正常解调数据，且导致系统资源浪费; 为了降低多个UE随机发送数据时的碰撞冲突概率，eLTE-loT引入了Slot ALOHA机制，即基于同步的竞争接入，可提升上行系统效率。

采用Slot ALOHA机制，终端所竞争的在时域上的发送机会窗，都是以一定的时间粒度为单位的，对于一个给定的上行信道，该时间粒度是固定的，不同的上行信道可以配置不同的时间粒度。当终端有很多数据要发，一次竞争最多只能占用一个时间粒度，后续数据还需继续竞争; 且每次竞争的时间窗的起始都是一个完整的时间粒度的起始;该起始的时间点由系统的同步信道提供。

本系统上行信道支持两种反馈 (Confirm模式) /退避 (Unconfirm模式) 两种方式

UL Confirm 模式

如果终端所选取的上行信道是Confirm信道，即基站针对物理层的每个数据包都会反馈ACK/NACK给终端时。如果前一个上行包反馈ACK (即当前没有用户与之竞争) ，则终端可以继续发送下一个包，反之，如果前一个包反馈NACK(即可能发生了冲突) ，则要退避一段时间后，再继续发送。

UL Unconfirm模式

如果终端所选取的上行信道是Unconfirm信道，即基站针对物理层的每个数据包都不会反馈ACK/NACK给终端时。因没有反馈，无法判断是否发送碰撞，所以终端在发送每个上行数据包之前，都要随机退避，以避免多个用户同时发起导致冲突

功率谱密度提升和时域重传技术增加覆盖

窄带功率谱密度提升Power Spectrum Density Boosting

eLTE-IoT通过提升功率谱密度来提升覆盖。

其中下行单个信道占用180KHz，下行OFDM子载波15KHz，支持多种调制编码方式，以及不同的时域重复次数，可实现0.1~10Km的覆盖能力。

上行信道30KHz; 上行OFDM子载波3.75KHz，支持灵活的子载波分配，多种调制编码方式，以及不同的时域重复次数，实现0.1~10Km的覆盖能力。

时域重传

将待发送的数据调制后在多个时域内进行重复发送，在接收机侧会将重复的信号进行累积从而获得更高的信噪比，从而提升灵敏度和覆盖范围。

eLTE-IOT节能设计

eLTE-IOT沿用NB-IoT节能设计，采用DRX和PSM模式降低设备功耗。

开放被集成，构筑端到端的健康生态系统

 

eLTE-IOT的端到端生态系统其实就是我们的1+2+1 IOT架构，这个图将平台层放在了上面，支持MQTT、AMQP、IP Proxy等协议

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输) 是IBM开发的一个即时通讯协议，用于物联网通信。

IP Proxy不是一种协议，是上层应用在Service Engine上设置的一个代理，用于消息转发。

AMQT 是一个提供统一消息服务的应用层标准高级消息队列协议，是应用层协议的一个开放标准，

 轻量化设备，网络架构灵活易部署

AirNode就是eLTE-IoT的室外型基站，可外接高增益天线，支持抱杆安装，支持PoE。

业务引擎作为eLTE-IoT解决方案中的核心汇聚节点，主要提供终端设备管理、终端和AirNode接入认证鉴权、网络协议处理、终端设备数据转发以及产品自身的操作维护功能。

业务引擎主要有三个特点：1、轻量的网络协议。2、支持双向数据通信，既可以向上与应用层进行通信，也可以向下与终端设备进行通信。3、包括提供Air Node和终端设备的设备管理，包括一个安全开户一个鉴权加密。这是一个简单的eLTE-IOT在工业上的网络架构，简单易部署。

eLTE-IoT基站AirNode室外型设备eAN3710A采用轻量化设备，可外接高增益天线，支持抱杆安装，支持PoE。基站AirNode支持有线传输 (光纤/网线) 与业务引擎直连，也可通过外置3G/4G无线回传模块 〈譬如1.4G专网的DAU) ，通过无线网络回传，实现与业务引擎的数据回传。

业务引擎eSE6201作为eLTE-IoT解决方案中的核心汇聚节点，主要提供终端设备管理、终端和AirNode接入认证鉴权、网络协议处理、终端设备数据转发以及产品自身的操作维护功能。

为了便于与多种行业应用或平台对接，业务引擎eSE6201提供了包括IP转发、MQTT等物联网行业常用的协议标准，可以方便的和遵循上述协议的第三方应用或平台直接对接。同时业务引擎还开放了基础设施接口、管理接口、数据接口，客户、集成商或软件开发商也可基于开放的接口简单定制后与第三方应用或平台对接。

统一网管，易维护

eLTE-IoT解决方案采用eSight网管来管理业务引擎、基站等网元设备。eSight是新一代网络整体运维管理解决方案，具备B/S架构、支持多种数据库、大规模管理能力等特点。eSight的服务端运行在专用服务路上，提供网元数据的处理和存储功能。客户端浏览器运行在工作站上，作为操作员与eSight之间的接口，它提供图形化的界面，操作员可通过它对接入的网元进行操作和维护。

eSight网管的主要功能包括：

设备管理功能

其eLTE设备管理功能主要包括：终端设备管理、基站设备管理、核心网设备管理和业务通道诊断管理。

eLTE基站设备管理功能：管理功能包括: 设备接入、告警管理、性能管理、拓扑管理、网元管理器、设备软件升级、MML客户端和配置数据同步。

eLTE核心网设备管理功能：设备接入、告警管理、拓扑管理、网元管理器、MMIL客户端和配置数据同步。

北向接口能力

北向接口能力: 性能管理、告警管理、资源管理、安全管理。

网管容灾备份

对可靠性要求高的场景，eSight提供高可用性部署模式。高可用性系统由一主一备两台服务器组成，两台服务器上分别安装一套eSight，主、备服务器之间的数据通过复制专线同步，主服务器故障时，系统自动切换到备服务器，保证eSight系统运行正常。高可用性系统分为本地高可用性系统和异地高可用性系统，异地高可用性系统的主备服务器可以部署在远近不同的地点。

智能制造：生产状态可视化及能效管理

生产信息可视化：MES系统是面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，需要企业全面的掌握产线的生产信息状态。受限于传统的有线方式，诸多产线数据难以收集。解决方案能提供海量的低功耗物联方案，对产线不计其数的传感器数据进行收集，不论是机械管的位移、还是物料状态，甚至是车间的温度，都能尽在掌握，让管理者看到生产的每一个细节，提高生产组织的科学性和效率。

AGV自动出入库:：智能化立体仓库的核心是AGV智能小车，当产线班组需要物料时，目前的方法是物料从货架上通过人工指令取出，再由AGV操作员发出指令将物料运送至指定工位，整个过程至少需要仓储人员和AGV操作员的两次人工操作。解决方案提供精准定位功能，使仓储系统自动定位物料箱位置，实现自动取货，并与AGV配合实现全自动的物料转运和出入库。

现场故障远程诊断：当生产过程遇到现场难以解决的问题时，需要求助远程专家到现场协助，效率低下。解决方能提供稳定、高带宽的无线覆盖，使现场生产人员通过便携摄像头能将故障场景实时回传至控制中心，实现远程诊断，提高故障解决效率，减少停产损失。

智慧电网：故障快速响应

华为eLTE-loT物联解决方案在电力行业主要应用于用电，即AMI抄表业务，以及部分传感类业务 (如故障指示) 上述方案的相比传统的AMI方案，架构简单，无需集中器接口部署。eLTE-loT作为管道，直接将电表的信息送达头端系统，省去中间环节，从而降低系统复杂度和投资成本。eLTE-loT用于电力AMI1，主要有如下优势：

广域覆盖：单小区3~5Km覆盖半径，有效降低站点数量，从而降低建网和维护成本。

海量联接：提供比传统网络更大的容量，单小区最大支持1k+电表接入。

ISM频谱：无需申请专用授权频谱，快速部署同时降低建网成本。

易部署：小型化设备易部署，星型拓扑结构，适配更多应用场景，快熟部署降低建网

易扩展：物联网覆盖下扩容其他新增传感需求无需新增网络建设。

解决方案：

部署ISM频段eLTE-IOT Air Node小型基站

有线或者无线回传

传感器和故障指示器集成eLTE-IOT模组状态上报

亮点：

大容量 5-10km广覆盖。

低功耗

100%在线，实时监控，上报成功率>99%，快速相应。

智慧城市：低功耗灵活组网

智慧城市：基于窄带物联的市政服务、城市管理等业务。

华为eLTE-loT解决方案服务智慧城市主要是通过融合无线物联接入网络实现多场景人员监测和设备数据收集，通过统一锚点打造城市综合大数据平台，使能市政、民生、环保、城市服务等多项智慧城市应用，提升城市综合管理水平。

eLTE-IoT智慧城市总体方案包括如下几个方面：

丰富应用试点：包括智慧老人关爱、智慧交通、智能井盖等丰富应用试点，为各项城市管理和服务打造样板。

统一数据平台：响应智慧城市融合、共享的目标，打造城市统一大数据平台，规范运行模式，满足长期可持续发展要求。

海量终端适配：匹配多样化业务下的多类型设备的联接管理和数据收集，实现更好、更全的全联接城市。

 

本章的内容到这里也就结束了~本文是我对HCIA-IOT第三章的一个总结和归纳。

 本文是对HCIA-IOT的学习，资料请自行到华为人才交流中心查看下载

 

 

 

 

 

 

2020-08-10          10:02:41