「分答」NB-IoT（二）

2017年通信界又掀起一股熱潮-NB-IOT，從字面上看：NB是牛逼？IOT是干擾指標？牛逼的干擾指標？錯！ NB-IOT（Narrow Band Internet Of Things）,窄帶物聯網，是面向低功耗、廣覆蓋的全球統一標準。那它到底在移動通信中扮演什麼樣的角色呢？「分答」 NB-IOT系列文章將針對NB-IoT網路技術及應用進行詳細闡述，通過循序漸進的問答方式為大家逐一展開相關知識點。

1. NB-IoT的控制面和用戶面優化？

為了將物聯網數據發送給應用，蜂窩物聯網（CIoT）在EPS定義了兩種優化方案：

•CIoT EPS控制面功能優化

•CIoT EPS用戶面功能優化

對於CIoT EPS控制面功能優化，上行數據從eNB（CIoT RAN）傳送至MME，在這裡傳輸路徑分為兩個分支：或者通過SGW傳送到PGW再傳送到應用伺服器，或者通過SCEF（非IP數據傳輸授權檢查、T6連接管理和上下行非IP數據投遞）連接到應用伺服器（CIoT Services），後者僅支持非IP數據傳送。下行數據傳送路徑一樣，只是方向相反。這一方案無需建立數據無線承載，數據包直接在信令無線承載上發送。因此，這一方案極適合非頻發的小數據包傳送。

對於Control Plane CIoT EPS Optimisation，終端和基站間的數據交換在RRC級上完成。對於下行，數據包附帶在RRCConnectionSetup消息里；對於上行，數據包附帶在RRCConnectionSetupComplete消息里。如果數據量過大，RRC不能完成全部傳輸，將使用DLInformationTransfer和ULInformationTransfer消息繼續傳送。這兩類消息中包含的是帶有NAS消息的byte數組，其對應NB-IoT數據包，因此，對於基站是透明的，UE的RRC也會將它直接轉發給上一層。

對於CIoT EPS用戶面功能優化，物聯網數據傳送方式和傳統數據流量一樣，在無線承載上發送數據，由SGW傳送到PGW再到應用伺服器。因此，這種方案在建立連接時會產生額外開銷，不過，它的優勢是數據包序列傳送更快,這一方案支持IP數據和非IP數據傳送。在User PlaneCIoT EPS optimisation模式下，數據通過傳統的用戶面傳送，為了降低物聯網終端的複雜性，只可以同時配置一個或兩個DRB。

2. NB-IoT接入網有何變化？

NB-IoT的接入網構架與LTE一樣。eNB通過S1介面連接到MME/S-GW，只是介面上傳送的是NB-IoT消息和數據。儘管NB-IoT沒有定義切換，但在兩個eNB之間依然有X2介面，X2介面使能UE在進入空閑狀態后，快速啟動resume流程，接入到其它eNB。

3. NB-IoT移動性有何特點？

由於NB-IoT主要為非頻發小數據包流量而設計，所以RRC_CONNECTED中的切換過程並不需要，所以被移除了（不同制式網路的切換同樣不支持）。如果需要改變服務小區，NB-IoT終端會進行RRC釋放，進入RRC_IDLE狀態，再重選至其他小區。在RRC_IDLE狀態，小區重選定義了intra frequency和inter frequency兩類小區。小區選擇與小區重選的機制，NB-IoT類似於傳統LTE。

NB-IoT的小區重選機制也做了適度的簡化，由於NB-IoT 終端不支持緊急撥號功能，所以，當終端重選時無法找到Suitable Cell的情況下，終端不會暫時駐紮(Camp)在Acceptable Cell，而是持續搜尋直到找到Suitable Cell為止。根據3GPP TS 36.304定義，所謂Suitable Cell為可以提供正常服務的小區，而Acceptable Cell為僅能提供緊急服務的小區。所以僅支持控制面優化方案的終端可以通過小區選擇或者重選進入某一個新小區后，通過RRC建立過程，通過SRB在新小區上進行數據傳輸。

與LTE不同的是，NB-IoT新增了Suspend-Resume流程（不適用於僅支持控制面優化方案的終端）。當基站釋放連接時，基站會下達指令讓NB-IoT終端進入Suspend模式，該Suspend指令帶有一組Resume ID，此時，終端進入Suspend模式並存儲當前的AS context。當終端需要再次進行數據傳輸時，只需要在RRC Connection Resume Request中攜帶Resume ID，基站即可通過此Resume ID來識別終端，並跳過相關配置信息交換，直接進入數據傳輸。簡而言之，在RRC_Connected至RRC_IDLE狀態時，NB-IoT終端會儘可能的保留RRC_Connected下所使用的無線資源分配和相關安全性配置，減少兩種狀態之間切換時所需的信息交換數量，以達到省電的目的。

•當RRC連接釋放時，RRC連接釋放會攜帶Resume ID，並啟動resume流程，如果resume成功，更新密匙安全建立后，保留了先前RRC_Connected的無線承載也隨之建立。

•當RRC連接釋放時，如果RRC連接釋放沒有攜帶Resume ID，或者resume請求失敗，則需要通過SecurityModeCommand和SecurityModeComplete建立AS級安全。在SecurityModeCommand消息中，基站使用SRB1和DRB提供加密演算法和對SRB1完整性保護。LTE中定義的所有演算法都包含在NB-IoT里。當安全激活后，進入RRC connection reconfiguration流程建立DRBs。

4. RRC連接重建適用於那種方案？

RRC連接重建過程不適用於僅支持控制面優化方案的終端，主要是因為RRC重建過程需要在接入層安全激活之後才能進行，而僅支持控制面優化傳輸方案的終端不支持接入層安全，因此無法進行RRC連接重建操作。支持用戶面優化傳輸方案的終端，可以進行RRC連接重建流程用於恢復已有RRC連接（無線鏈路失敗、完整性校驗失敗、RRC重配失敗）。

5. 無線鏈路失敗檢測及操作？

NB-IoT系統中支持對無線鏈路失敗的檢測。終端通過SIB2或通過專用無線資源配置（RRC連接建立、RRC連接恢復、RRC連接重建立、RRC連接重配等消息）獲取無線鏈路失敗檢測及空口無線鏈路恢復需要的參數，包括如下：

N310：物理層收到的連續失步指示的最大數量

N311：物理層收到的連續同步指示的最大數量

T301：終端發送RRC連接重建后啟動，收到RRC重建立、RRC重建拒絕、小區不可用時停止（超時終端進入空閑狀態）

T310：終端收到N310連續失步指示啟動，終端收到N311連續同步指示或者發起RRC連接重建立時停止（超時后如果接入層安全未激活，終端進入空閑態，否則發起RRC重建立）

T311：T310超時后，終端啟動T311，在這段時間內尋找合適小區。

當終端檢測到定時器T310超時或者在連接態接收到MAC層指示發生隨機接入問題時，終端認為發生了無線鏈路失敗；然後終端進行如下操作：

操作1：如果此時接入層安全還未激活，則終端會通知NAS層發生了RRC連接失敗，然後進入空閑態；

操作2：如果接入層安全已經激活，則終端發起RRC連接重建過程。

對於僅支持控制面優化傳輸方案的終端，不會激活接入層安全，適用於操作1。對於同時支持控制面優化傳輸方案和用戶面優化傳輸方案的終端，在接入層安全激活前，適用於操作1，在接入層安全激活后，適用於操作2