《窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）原理與技術(shù)》課件第2章

第2章網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2.1NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)元功能簡介2.2NB-IoT數(shù)據(jù)傳輸方案概述2.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念

2.1NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)元功能簡介

2.1.1NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本一致，在NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，包括以下部分：(1)?NB-IoT終端，即NB-IoTUE，例如智能水表、共享單車、帶有NB-IoT芯片的傳感器。(2)無線接入網(wǎng)，指E-UTRAN基站，即eNodeB。

(3)核心網(wǎng)，包含歸屬用戶簽約服務(wù)器(HSS)、移動性管理實體(MME)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)(SGW)和PDN網(wǎng)關(guān)(PGW)、服務(wù)能力開放單元(SCEF)。

(4)應(yīng)用平臺，包括各種CIoT服務(wù)，如第三方服務(wù)能力服務(wù)器(SCS)和第三方應(yīng)用服務(wù)器(AS)。

NB-IoT的端到端的網(wǎng)絡(luò)實體如圖2-1所示。圖2-1NB-IoT端到端網(wǎng)絡(luò)實體圖

NB-IoT的端到端網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2NB-IoT端到端網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)圖

基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特性，和LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有如下更新部分：

(1)增加S11-U接口支持控制面優(yōu)化傳輸方案(CP優(yōu)化方案)的IP數(shù)據(jù)傳輸，采用GTP-U協(xié)議。

(2)為支持MTC場景而引入的網(wǎng)元服務(wù)能力開放單元(SCEF)是可選配置，支持Non-IP數(shù)據(jù)傳輸，其中SCEF與MME間接口是T6a，SCEF與HSS間接口是S6t。

在實際部署網(wǎng)絡(luò)時，為減少物理網(wǎng)元的數(shù)量，可以采用CIoT服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(C-SGN)代替部分核心網(wǎng)網(wǎng)元，例如可把MME、SGW、PGW合一部署，合一部署后的網(wǎng)元稱為CIoT服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3NB-IoT采用C-SGN融合核心網(wǎng)部署的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

CIoT服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(C-SGN)的功能如下：

(1)支持用于小數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂泼鎯?yōu)化傳輸功能。

(2)支持用于小數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩裘鎯?yōu)化傳輸功能。

(3)對僅支持NB-IoT的終端，需支持短信SMS功能，采用短信SMS時，在終端初始附著時不需要聯(lián)合附著(CombinedAttach)。

(4)支持覆蓋優(yōu)化的尋呼增強。

(5)在SGi接口支持經(jīng)由PGW的非IP數(shù)據(jù)傳輸。

(6)提供基于T6接口的SCEF連接，支持經(jīng)由SCEF的非IP數(shù)據(jù)傳輸。

(7)支持附著時不創(chuàng)建PDN連接。

對于NB-IoT，SMS短信服務(wù)是非常重要的業(yè)務(wù)，通過短信網(wǎng)關(guān)SMS-GMSC/IWMSC/SMSRouter，可實現(xiàn)短信業(yè)務(wù)。NB-IoT的短信業(yè)務(wù)有如下幾個特征：

(1)僅支持NB-IoT的終端，由于不支持聯(lián)合附著，所以不支持基于CSFB的短信機制。

(2)對僅支持NB-IoT的終端，允許NB-IoT終端在Attach、TAU消息中和MME協(xié)商基于控制面優(yōu)化傳輸方案的SMS支持，即在CP傳輸模式中通過NAS信令攜帶SMS短信數(shù)據(jù)包。

(3)對于既支持NB-IoT，又支持聯(lián)合附著的終端，可繼續(xù)使用CSFB的短信機制來獲取SMS服務(wù)。

2.1.2NB-IoT網(wǎng)元功能簡介

1.終端(UE)

UE(UserEquipment)是無線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，包含手機、智能終端、嵌入NB-IoT通信模組的傳感器或RFID等，能在移動通信網(wǎng)絡(luò)中與無線基站進行通信。

終端要把用戶數(shù)據(jù)或感知數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)絡(luò)，需要與基站先建立起空口的無線信令連接，當(dāng)完成控制面的信令連接后，通過用戶面的傳輸通道把用戶數(shù)據(jù)或感知數(shù)據(jù)傳遞到無線基站。

2.無線接入網(wǎng)

NB-IoT的無線接入網(wǎng)通常指無線基站eNodeB，主要承擔(dān)空口(Uu口)接入處理，小區(qū)管理等相關(guān)功能。eNodeB功能有：

(1)無線資源管理：無線承載控制、無線接納控制、上/下行鏈路的動態(tài)資源分配(即調(diào)度)等功能。

(2)??IP頭壓縮和用戶數(shù)據(jù)流的加密。

(3)選擇UE附著的MME。

(4)調(diào)度和傳輸從MME發(fā)起的尋呼消息或廣播信息。

3.核心網(wǎng)EPC

NB-IoT核心網(wǎng)中網(wǎng)元實體功能與LTE類似，包括歸屬用戶簽約服務(wù)器(HSS)、移動性管理實體(MME)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)(SGW)、PDN網(wǎng)關(guān)(PGW)和應(yīng)用平臺(AS)，其網(wǎng)元功能簡介如下：

(1)移動性管理實體(MobilityManagementEntity，MME)：MME為控制面功能實體，是臨時存儲用戶數(shù)據(jù)的服務(wù)器，負責(zé)管理和存儲UE相關(guān)信息，比如UE用戶標(biāo)識、移動性管理狀態(tài)、用戶安全參數(shù)，為用戶分配臨時標(biāo)識。

(2)服務(wù)網(wǎng)關(guān)(ServingGateway，SGW)：SGW為用戶面實體，負責(zé)用戶面數(shù)據(jù)路由處理，終結(jié)處于空閑狀態(tài)的UE的下行數(shù)據(jù)，管理和存儲UE的承載信息，比如IP承載業(yè)務(wù)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由信息。

(3)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(PDNGateway，PGW)：PGW是負責(zé)UE接入PDN的網(wǎng)關(guān)，為用戶分配IP地址。

(4)歸屬用戶服務(wù)器(HomeSubscriberServer，HSS)：HSS存儲并管理用戶簽約數(shù)據(jù)，包括用戶鑒權(quán)信息、位置信息及路由信息。

(5)應(yīng)用平臺(ApplicationServer，AS)：應(yīng)用平臺通過開放平臺的對接開發(fā)，支撐運營商或第三方應(yīng)用企業(yè)對終端的精細化管理?；贜B-IoT連接管理平臺，完成設(shè)備連接管理、業(yè)務(wù)開放、數(shù)據(jù)功能、數(shù)據(jù)上報下發(fā)、按次計費，實現(xiàn)上/下游產(chǎn)品能力的無縫連接。

2.1.3EPC接口及其功能

目前現(xiàn)網(wǎng)中EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可采用控制面數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方案(CP傳輸方案)以及用戶面數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方案(即UP優(yōu)化方案)，兩種方案采用的系統(tǒng)組網(wǎng)與LTE的組網(wǎng)大體相同，部分網(wǎng)元接口功能發(fā)生改變，如圖2-4所示。圖2-4LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

部分網(wǎng)元功能發(fā)生改變，體現(xiàn)在：

(1)?MME-SGW間的S11接口分為S11-U與S11-C，S11-U傳送用戶數(shù)據(jù)，S11-C傳輸信令數(shù)據(jù)。在LTE中，S11接口只能傳送信令，但由于NB-IoT的小包業(yè)務(wù)特性，允許用戶數(shù)據(jù)通過NAS傳遞至MME，再經(jīng)S11-U接口傳給SGW。

(2)若采用控制面優(yōu)化傳輸方案(CP優(yōu)化方案)組網(wǎng)，則E-UTRAN與SGW的S1-U接口不再使用。因為用戶數(shù)據(jù)已經(jīng)通過NAS信令傳遞至核心網(wǎng)，無需再通過建立S1-U傳遞用戶數(shù)據(jù)。

(3)?NB-IoT不能與2G/3G系統(tǒng)互操作，所以MME與SGSN的S3接口不使用。

注意：若采用用戶面優(yōu)化傳輸方案(UP優(yōu)化方案)組網(wǎng)，則S1-U接口仍需使用。

NB-IoT中網(wǎng)絡(luò)接口及接口功能如表2-1所示。

2.1.4接口簡介

1.無線空口

NB-IoT無線空口分為空口控制面和空口用戶面。

1)空口控制面協(xié)議棧

NB-IoT空口控制面各協(xié)議層功能主要包括：

(1)?RRC子層功能：RRC子層執(zhí)行系統(tǒng)消息廣播、尋呼、RRC連接管理，其中NB-IoT新增RRC連接掛起和RRC連接恢復(fù)、無線資源承載控制、無線鏈路失敗恢復(fù)、空閑態(tài)移動性管理、與非接入層(NAS)間的交互、接入層(AS)安全以及對各層協(xié)議層進行參數(shù)配置等功能。

(2)?PDCP子層功能：PDCP子層主要是發(fā)送或接收對等PDCP實體的分組數(shù)據(jù)，主要完成IP報頭壓縮與解壓縮、數(shù)據(jù)與信令的加密以及信令的完整性保護。

(3)?RLC子層功能：RLC子層主要為用戶數(shù)據(jù)和控制信令提供分段和重傳業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝、ARQ過程、數(shù)據(jù)的重排序和重復(fù)檢測、協(xié)議錯誤檢測和恢復(fù)等。

(4)?MAC子層功能：MAC子層主要負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸及無線資源分配。

(5)?PHY子層功能：物理層(PHY)位于無線接口協(xié)議棧的最底層，提供物理介質(zhì)中數(shù)據(jù)傳輸所需要的所有功能，為MAC層和高層提供信息傳輸?shù)姆?wù)。

空口控制面協(xié)議棧如圖2-5所示。圖2-5空口控制面協(xié)議棧

2)空口用戶面協(xié)議棧

空口用戶面協(xié)議棧除不包括RRC層協(xié)議，其余均與控制面協(xié)議棧相同，如圖2-6所示。圖2-6空口用戶面協(xié)議棧

由于NB-IoT支持控制面優(yōu)化傳輸方案和用戶面優(yōu)化傳輸方案：

(1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)采用控制面優(yōu)化傳輸方案(CP優(yōu)化傳輸方案)時，用戶數(shù)據(jù)通過NAS層傳輸，無需通過空口用戶面?zhèn)鬏斢脩魯?shù)據(jù)。

(2)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)采用用戶面優(yōu)化傳輸方案(UP優(yōu)化傳輸方案)時，用戶數(shù)據(jù)通過用戶面?zhèn)鬏敗?/p>

2.?S1-MME接口

S1-MME作為eNodeB和MME之間的控制面的接口，主要功能包括尋呼、用戶上下文管理、承載管理及上層控制信令NAS的透明傳輸。其協(xié)議棧如圖2-7所示。圖2-7S1-MME接口協(xié)議

其中，S1-AP是S1-MME的信令控制協(xié)議，主要完成S1-MME接口的各種信令與控制的處理，如表2-2所示。

3.基于GTP的接口

EPC網(wǎng)絡(luò)采用了兩種不同版本的GPRS隧道協(xié)議(GPRSTunnelProtocol，GTP)，GTP協(xié)議的基本功能是提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的隧道建立，分為GTP-C(GTP控制面)和GTP-U(GTP用戶面)兩類。其中，GTP-C負責(zé)傳送路徑管理、隧道管理和位置管理等相關(guān)信令消息，用于對傳送用戶數(shù)據(jù)的隧道進行控制，控制面采用的是GTPv2協(xié)議。GTP-U用于對所有用戶數(shù)據(jù)進行封裝并進行隧道傳輸，用戶面采用的是GTPv1協(xié)議。

1)控制平面

在EPC網(wǎng)絡(luò)中使用GTP-C的接口包括S11、S3、S4、S10以及S5/S8。

(1)?MME-MME間的S10接口：S10接口定義了MME之間的控制面的通信。通過該接口，老MME可以將附著到EPC網(wǎng)絡(luò)的UE上下文信息傳送給為用戶提供服務(wù)的新MME。S10接口的協(xié)議棧如圖2-8所示。圖2-8S10接口的協(xié)議棧

(2)?MME-SGW間的S11-C接口：其用于為用戶創(chuàng)建會話(即為這些會話分配必要的資源)并且管理及維護(例如更新、刪除、修改等操作)這些會話。通常情況下，一次會話會關(guān)聯(lián)一個或多個EPS承載。例如，在用戶附著過程中，MME需要通過S11接口向SGW發(fā)起默認承載的創(chuàng)建過程。

S11-C接口的消息通常是由終端用戶發(fā)起的NAS信令流程。比如在設(shè)備附著到EPS網(wǎng)絡(luò)時，或在已有的會話中加入新的承載，MME會通過S11-C接口進行承載資源的建設(shè)。S11-C接口的協(xié)議棧如圖2-9所示。圖2-9S11-C接口的協(xié)議棧

(3)?SGW-PGW之間的S5/S8-C接口：其定義了SGW和PGW之間的通信，如圖2-10所示。

當(dāng)采用GTP-C接口作為S5/S8接口的控制面協(xié)議時，該接口用于為用戶創(chuàng)建、刪除、修改EPS承載，其接口協(xié)議棧如圖2-10所示。圖2-10S5/S8-C接口的協(xié)議棧

2)用戶平面

在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，用戶面的接口包括Uu、S1-U、S5/S8-U、S11-U。其中S1-U、S5/S8-U、S11-U接口都采用GTPv1協(xié)議，對所有用戶數(shù)據(jù)進行封裝并進行隧道傳輸。如圖2-11所示，給出了EPC網(wǎng)絡(luò)中的用戶面協(xié)議棧。圖2-11S1-U、S5/S8-U、S11-U用戶面接口的協(xié)議棧

4.?S6a接口

S6a接口定義了MME和HSS之間的通信，該接口可以在MME和HSS之間完成用戶位置信息交換和用戶簽約信息的管理。S6a接口的主要功能包括以下四個。

(1)鑒權(quán)功能：HSS為MME提供EPS鑒權(quán)參數(shù)，當(dāng)用戶接入時，對用戶的身份的合法性進行鑒權(quán)。

(2)授權(quán)：HSS中的簽約參數(shù)包含了用戶簽約數(shù)據(jù)如APN、業(yè)務(wù)類型、QoS等信息。通過這些簽約信息可以對用戶訪問EPS網(wǎng)絡(luò)進行授權(quán)。

(3)登記及管理位置信息：HSS中需要記錄為用戶提供服務(wù)的MME的信息，當(dāng)服務(wù)MME發(fā)生變更時，新MME需要向HSS發(fā)起位置更新。HSS也需要通知老的MME刪除用戶相關(guān)上下文。

(4)簽約信息的變更：當(dāng)用戶狀態(tài)變化、終端改變或者用戶當(dāng)前APN(接入點名)的PGW信息改變時，MME向HSS發(fā)送通知請求消息。

S6a接口協(xié)議棧如圖2-12所示。圖2-12S6a接口的協(xié)議棧

2.2NB-IoT數(shù)據(jù)傳輸方案概述

NB-IoT是從LTE系統(tǒng)演進而來，為提升小數(shù)據(jù)的傳輸效率，NB-IoT系統(tǒng)支持兩種優(yōu)化傳輸方案，包括控制面優(yōu)化傳輸方案(簡稱CP優(yōu)化傳輸方案)和用戶面優(yōu)化傳輸方案(簡稱UP優(yōu)化傳輸方案)，如圖2-13所示。圖2-13NB-IoT終端到應(yīng)用服務(wù)器間端到端數(shù)據(jù)傳輸路徑圖示

2.2.1控制面數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方案(CP優(yōu)化傳輸方案)

控制面數(shù)據(jù)傳輸方案(簡稱CP優(yōu)化傳輸方案)主要針對小數(shù)據(jù)傳輸進行優(yōu)化，支持將IP數(shù)據(jù)包、非IP數(shù)據(jù)包(Non-IP)或SMS(短信息)封裝到非接入層(NAS)的數(shù)據(jù)單元(PDU)中進行傳輸，無需像傳統(tǒng)LTE先建立用戶面承載(DRB)和S1-U承載后，才能傳輸用戶數(shù)據(jù)。

1.?CP優(yōu)化傳輸方案數(shù)據(jù)傳輸路徑

CP優(yōu)化傳輸方案數(shù)據(jù)傳輸路徑是：小包數(shù)據(jù)通過NAS信令隨路傳輸?shù)組ME，再通過SGW(S11接口)或SCEF(T6接口)進行數(shù)據(jù)傳遞，最后到達應(yīng)用服務(wù)器，控制面優(yōu)化傳輸方案CP模式的傳輸邏輯路徑如圖2-14所示。圖2-14控制面優(yōu)化傳輸方案傳輸路徑示意(CP優(yōu)化傳輸方案)

1)?IP數(shù)據(jù)

需要核心網(wǎng)先建立SGW/PGW的PDN連接，獲得IP地址，然后通過IP地址來傳輸相關(guān)的IP數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)傳輸路徑如下。

(1)用戶手機先申請IP地址：終端→NBeNodeB→MME→SGW→PGW；

(2)申請IP地址后再傳輸IP數(shù)據(jù)：終端→NBeNodeB→SGW→PGW→CIoT服務(wù)。

2)?Non-IP數(shù)據(jù)

非IP數(shù)據(jù)傳輸有兩種路徑，數(shù)據(jù)包先通過空口NAS傳遞到MME，再由MME決定走T6接口還是SGi接口傳遞。

(1)路徑1：通過T6接口，UE→NBeNodeB→MME→SCEF→CIoT服務(wù)；

(2)路徑2：通過SGi接口，UE→NBeNodeB→MME→SGW→PGW→CIoT服務(wù)。

3)純文本業(yè)務(wù)

純文本業(yè)務(wù)(例如短信業(yè)務(wù))可采用通過短信網(wǎng)關(guān)的路徑，把用戶數(shù)據(jù)通過SGd接口傳遞到應(yīng)用服務(wù)器，傳輸路徑如圖2-15所示。圖2-15采用短信網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)穆窂椒桨福?/p>

2.基于T6接口的CP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧

基于T6接口控制面優(yōu)化傳輸方案的協(xié)議棧如圖2-16所示。圖2-16基于T6的控制面優(yōu)化傳輸方案的協(xié)議棧

從基于T6控制面優(yōu)化協(xié)議?？梢钥闯觯篣E的IP數(shù)據(jù)/非IP數(shù)據(jù)包，是封裝在NAS數(shù)據(jù)包中的。MME執(zhí)行了NAS數(shù)據(jù)包到Diameter數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。

(1)對于上行小數(shù)據(jù)傳輸，MME將UE封裝在NAS數(shù)據(jù)包中的IP數(shù)據(jù)或非IP數(shù)據(jù)包，提取并重新封裝在Diameter消息的AVP中，發(fā)送給SCEF；

(2)對于下行小數(shù)據(jù)傳輸，MME從Diameter消息的AVP中提取IP數(shù)據(jù)或非IP數(shù)據(jù)，封裝在NAS數(shù)據(jù)包中，發(fā)送給UE。

3.基于SGi接口的CP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧

基于SGi接口控制面優(yōu)化傳輸方案的協(xié)議棧如圖2-17所示。圖2-17基于SGI的控制面優(yōu)化傳輸方案協(xié)議棧

從基于SGi的控制面優(yōu)化協(xié)議?？梢钥闯觯篣E的IP數(shù)據(jù)/非IP數(shù)據(jù)包，是封裝在NAS數(shù)據(jù)包中的。MME執(zhí)行了NAS數(shù)據(jù)包到GTP-u數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。

(1)對于上行小數(shù)據(jù)傳輸，MME將UE封裝在NAS數(shù)據(jù)包中的IP數(shù)據(jù)/非IP數(shù)據(jù)包，提取并重新封裝在GTP-u數(shù)據(jù)包中，發(fā)送給SGW。

(2)對于下行小數(shù)據(jù)傳輸，MME從GTP-u數(shù)據(jù)包中提取IP數(shù)據(jù)/非IP數(shù)據(jù)，封裝在NAS數(shù)據(jù)包中，發(fā)送給UE。

2.2.2用戶面數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方案(UP優(yōu)化傳輸方案)

1.?UP優(yōu)化方案數(shù)據(jù)傳輸路徑

用戶面優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方案支持用戶面數(shù)據(jù)傳輸時使用業(yè)務(wù)請求流程來建立eNodeB與UE間的接入層(AS)上下文，其傳輸路徑如圖2-18所示。圖2-18UP優(yōu)化方案數(shù)據(jù)傳輸路徑示意圖

2.用戶面數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧與LTE大致相同，如圖2-19所示。圖2-19用戶面數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議棧

2.3NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念

2.3.1國際移動用戶標(biāo)識IMSI1.概念國際移動用戶標(biāo)識(InternationalMobileSubscriberIdentity，IMSI)是EPC網(wǎng)絡(luò)分配給移動用戶的唯一的識別號，采取E.212編碼方式。

2.結(jié)構(gòu)

IMSI由三部分組成，結(jié)構(gòu)為移動國家碼(MobileCountryCode，MCC)、移動網(wǎng)絡(luò)號(MobileNetworkCode，MNC)、移動臺識別號碼(MobileStationIdentificationNumber，MSIN)，格式如圖2-20所示。圖2-20IMSI號碼結(jié)構(gòu)

IMSI號碼結(jié)構(gòu)說明參見表2-3。

3.分配原則

IMSI只能包含數(shù)字字符0～9，最多不能超過15位。MCC由國際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationUnion，ITU)管理，在世界范圍內(nèi)統(tǒng)一分配。MNC和MSIN合起來，組成國家移動用戶識別碼NMSI。NMSI由各個運營商或國家政策部門負責(zé)。

2.3.2全球唯一臨時標(biāo)識GUTI

1.概念

和LTE網(wǎng)絡(luò)一樣，為了保護UE的永久身份標(biāo)識IMSI在空口傳輸時不被竊聽，NB-IoT也采用UE的全球唯一臨時標(biāo)識(GloballyUniqueTemporaryIdentity，GUTI)對IMSI進行保護。GUTI是EPS核心網(wǎng)交換系統(tǒng)分配給移動用戶的唯一的臨時識別號。

2.結(jié)構(gòu)

整體上看GUTI由兩個部分組成，GUMMEI?+?M-TMSI。其中GUMMEI(GloballyUniqueMMEIdentity)是標(biāo)識分配該GUTI的MME，M臨時移動用戶識別碼(M-TemporaryMobileSubscriberIdentity，M-TMSI)是標(biāo)識該MME下的UE。GUMMEI用于在全球范圍內(nèi)唯一標(biāo)識一臺MME，由MCC?+?MNC?+?MMEGroupID?+?MME編碼(MMECode，MMEC)構(gòu)成。

因此GUTI的結(jié)構(gòu)為MCC?+?MNC?+?MMEGroupID?+?MMEC?+?M-TMSI。GUTI號碼結(jié)構(gòu)說明參見表2-4。

3.分配原則

GUTI是由MME分配給用戶的唯一識別號。GUTI的功能類似于IP網(wǎng)絡(luò)中的IP地址，IP地址既是IP節(jié)點的標(biāo)識，同時又兼具路由尋址的功能。因此，GUTI在EPC網(wǎng)絡(luò)中同時具有標(biāo)識UE和尋址MME的功能。

2.3.3移動用戶國際號碼MSISDN

1.概念

移動用戶國際號碼(MobileSubscriberInternationalISDN/PSTNNumber，MSISDN)指主叫用戶在呼叫GSMPLMN中的一個移動用戶所需撥的號碼，作用同于固定網(wǎng)PSTN號碼，是在公共電話網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)編號計劃中，唯一能識別移動用戶的號碼。MSISDN采用E.164編碼方式存儲在HLR和VLR中，在MAP接口上傳送。

2.結(jié)構(gòu)

MSISDN由三部分組成，結(jié)構(gòu)為國家碼(CountryCode，CC)?+?國內(nèi)接入號(NationalDestinationCode，NDC)?+?用戶號碼(SubscriberNumber，SN)。

3.分配原則

MSISDN是國際電信聯(lián)盟－電信標(biāo)準(zhǔn)部(InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardizationSector，ITU-T)分配給移動用戶的唯一的識別號，采取E.164編碼方式。

2.3.4國家移動終端設(shè)備標(biāo)識IMEI

1.概念

國家移動終端設(shè)備標(biāo)識(InternationalMobileEquipmentIdentity，IMEI)用于標(biāo)識終端設(shè)備，可以用于驗證終端設(shè)備的合法性。

2.結(jié)構(gòu)

IMEI由三部分組成，結(jié)構(gòu)為設(shè)備型號核準(zhǔn)號碼(TypeApprovalCode，TAC)?+?出廠序號(SerialNumber，SNR)?+?Spare。IMEI號碼結(jié)構(gòu)說明參見表2-5。

3.分配原則

TAC是設(shè)備發(fā)行時定義的，SNR由各設(shè)備廠商自主分配。．

2.3.5接入點名稱APN

1.概念

接入點名稱(AccessPointName，APN)，通過運營商中的域名系統(tǒng)(DomainNameSystem，DNS)將APN轉(zhuǎn)換為PGW中配置的IP地址。

2.結(jié)構(gòu)

APN由兩部分組成，結(jié)構(gòu)為APN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識?+?APN運營者標(biāo)識。APN號碼結(jié)構(gòu)說明見表2-6。

3.分配原則

APN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識通常作為用戶簽約數(shù)據(jù)存儲在HSS中，用戶在發(fā)起分組業(yè)務(wù)時也可向MME提供APN。

2.3.6物理小區(qū)標(biāo)識PCI

物理小區(qū)標(biāo)識(PhysicalCellIdentifier，PCI)用于在物理層中區(qū)分不同小區(qū)的無線信號。NB-IoT中沿用LTE的PCI的數(shù)量，仍是504個，網(wǎng)管配置時，PCI的配置范圍是0～503之間的一個整數(shù)。

2.3.7頻譜介紹

NB-IoT與LTE使用相同的頻譜，在目前R13協(xié)議版本中，NB-IoT不支持TDD。NB-IoT有三種部署模式：獨立部署、保護帶部署以及帶內(nèi)部署。

在授權(quán)頻段列表中，NB-IoT使用FDD的頻點，目前全球主流的頻段是800?MHz和900MHz。國內(nèi)NB-IoT系統(tǒng)可部署于FDD-LTE頻段中，也可部署于GSM頻段中，目前主要使用800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz頻段：

(1)?800MHz和900MHz為重耕的GSM頻段；

(2)?1800MHz、2100MHz是與FDD-LTE共同部署。

2.3.8跟蹤區(qū)標(biāo)識TAI

1.概念

跟蹤區(qū)標(biāo)識(TrackingAreaIdentity，TAI)用于標(biāo)識跟蹤區(qū)(TrackingArea，TA)。TA是LTE系統(tǒng)為UE的位置管理設(shè)立的概念，NB-IoT中也保持沿用下來。TA是小區(qū)級的配置，TA由若干個小區(qū)組成，且一個小區(qū)只能屬于一個TA。LTE小區(qū)的覆蓋范圍從幾十米、幾百米到數(shù)千米不等，因此跟蹤區(qū)的大小可以覆蓋一個城市的部分區(qū)域甚至整個城市。

在EPS系統(tǒng)中，當(dāng)用戶的位置發(fā)生變化時，需要通知網(wǎng)絡(luò)，為減少UE與網(wǎng)絡(luò)之間位置更新信令流量，NB-IoT也沿用LTE系統(tǒng)中的TAList概念，TAList即TA列表，一個TAList包含1～16個TA。MME可以為每一個UE分配一個TAList，并發(fā)送給UE保存。如圖2-21所示，TAList1包含TA1和TA2，TAList2包含TA3、TA4和TA5。圖2-21TAList

2.結(jié)構(gòu)

TAI由三部分組成，格式為：跟蹤區(qū)代碼(TrackingAreaCode，TAC)?+?MNC?+?MCC。TAI號碼結(jié)構(gòu)說明參見表2-7。

3.分配原則

TAI由E-UTRAN分配。TA列表重分配可能在Attach、TrackingAreaUpdate及GUTI過程中由MME分配給UE。

2.3.9PDN連接

1.概念

PDN(PacketDataNetwork)是所有基于分組交換網(wǎng)絡(luò)的總稱，通?？梢苑譃镮nternet公網(wǎng)和internet企業(yè)私網(wǎng)。PDN網(wǎng)絡(luò)在分組域網(wǎng)絡(luò)中用APN來區(qū)分，運營商通過設(shè)置不同的APN來提供不同的服務(wù)，比如中國移動的cmnet用于提供Internet服務(wù)，cmwap提供運營商的自由服務(wù)，如手機郵箱、移動夢網(wǎng)、手機報等增值服務(wù)。

2.?PDN與QoS

在PDN網(wǎng)絡(luò)中存在不同類別的應(yīng)用服務(wù)，比如用戶在連接到Internet時，可以進行網(wǎng)頁瀏覽、在線視頻、FTP下載等不同的應(yīng)用服務(wù)，這些不同的業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)QoS的要求顯然是不一樣的，為了保障不同服務(wù)都有良好的使用體驗，需要針對不同業(yè)務(wù)使用不同的QoS控制策略。

EPS網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)QoS的一個基本機制就是EPS承載(EPSBear)。一個PDN連接由一個或多個EPS承載組成。每個EPS承載都與一組QoS參數(shù)關(guān)聯(lián)，用于描述該EPS承載所需要的QoS，比如承諾的上下行比特率、延時等。相同類別的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流可以由同一種EPS承載來傳送，不同類別的業(yè)務(wù)流在需要傳送時，可以創(chuàng)建多個不同的EPS承載，這些承載都關(guān)聯(lián)到相同的PDN，即APN是相同的，UE的IP地址是相同的，不同的是各個承載的QoS，如圖2-22所示。圖2-22單用戶的PDN與QoS的關(guān)系

2.3.10默認承載和專用承載

一個PDN連接由至少一個EPS承載組成，根據(jù)不同業(yè)務(wù)對QoS的需求可以建立更多的EPS承載。在一個PDN連接中，只有一個默認承載，但可以有多個專用承載，NB-IoT由于不承載語音業(yè)務(wù)，所以只采用默認承載。

如圖2-23所示給出了默認承載、專用承載及PDN連接之間的關(guān)系，當(dāng)UE建立一個PDN連接時，PDN網(wǎng)絡(luò)用APN1標(biāo)識。該PDN連接包含1條默認承載和兩條專用承載。其中，默認承載是在附著過程中創(chuàng)建完成的，后續(xù)兩條專用承載是按需創(chuàng)建的，需要UE發(fā)起針對特定業(yè)務(wù)的訪問來動態(tài)觸發(fā)建立。圖2-23默認承載、專用承載及PDN連接之間的關(guān)系

2.3.11服務(wù)質(zhì)量QoS

1.?QoS特征

EPS系統(tǒng)提供一套端到端的QoS控制機制，由終端、eNodeB、EPC設(shè)備共同實現(xiàn)，其特征如下：

(1)基于網(wǎng)絡(luò)的QoS接納控制：相比2G/3G，QoS控制由UE側(cè)發(fā)起，EPS承載的QoS控制策略的決策和下發(fā)由網(wǎng)絡(luò)側(cè)決定，減少Q(mào)oS協(xié)商步驟，避免網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，有效提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

(2)簡化QoS控制參數(shù)：將QoS控制參數(shù)簡化為四個參數(shù)，有利于業(yè)務(wù)QoS策略的制定和下發(fā)。

(3)提高資源復(fù)用能力：引入聚合最大帶寬的概念，對資源進行統(tǒng)籌管理，避免承載空閑態(tài)的預(yù)留資源浪費，提高承載的統(tǒng)計復(fù)用能力，提高無線資源的使用效率。

(4)多級QoS控制粒度：給出基于承載級、APN級、用戶級三種粒度的QoS控制機制，指定更靈活的業(yè)務(wù)策略提高QoS保證。

2.?QoS參數(shù)

EPS定義了承載級、APN級、UE級三個粒度的Q