基于NFV虛擬化的NB—IOT發(fā)展和部署研究

帥晶

摘要：本文首先介紹了NB-IoT發(fā)展背景和關(guān)鍵特性，然后分析了虛擬化和云化新技術(shù)對(duì)在NB-IOT業(yè)務(wù)場(chǎng)景的影響， 提出了基于虛擬化和云化技術(shù)的NB-IOT核心網(wǎng)部署建議，最后基于NB-IoT的特點(diǎn)，闡述窄帶物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，展望了NB-IoT的未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：NB-IOT 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 物聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)部署

中圖分類號(hào)：TP393.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）11-0035-01

1 NB-IOT現(xiàn)狀和特點(diǎn)

2016年6月，NB-IOT（Narrow Band Internet of Thing）標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議凍結(jié)，標(biāo)志著NB-IOT產(chǎn)業(yè)迎來重大進(jìn)展，全球運(yùn)營商能夠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供產(chǎn)品和解決方案，服務(wù)于廣闊的LPWA（Low Power Wide Area）市場(chǎng)，也標(biāo)志著NB-IOT即將進(jìn)入規(guī)模商用階段。

早在標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)之前的2016年巴薩羅拉世界移動(dòng)通信大會(huì)上，NB-IOT廣受運(yùn)營商青睞，VDF沃達(dá)豐、AT&T、Orange法國電信、DT德國電信等國家運(yùn)營商巨頭都紛紛紛紛展出IOT的應(yīng)用場(chǎng)景，NB-IOT技術(shù)不僅得到運(yùn)營商的認(rèn)可，主流電信設(shè)備提供商如愛立信、諾基亞、華為、中興也都表示支持NB-IOT技術(shù)。

由此可見，NB-IOT定位于運(yùn)營商級(jí)別，基于授權(quán)頻譜的低速率物聯(lián)網(wǎng)，會(huì)逐步從標(biāo)準(zhǔn)化，到小規(guī)模商用，最后會(huì)開啟新的廣闊的應(yīng)用前景。

基于3GPP工作組定義，NB-IoT具備五大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，NB-IoT可以獲得20dB的增益，覆蓋面積擴(kuò)大100倍；二是具備支撐海量連接能力，據(jù)估計(jì)可以比普通網(wǎng)絡(luò)增加千倍級(jí)的連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長達(dá)10年，極大的延長了終端的電池使用壽命；四是無線的帶寬只需要200K；五是降低了終端模塊的成本[1]。

2 基于虛擬化和云化的NB-IOT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

基于3GPP協(xié)議，邏輯上NB-IOT的組網(wǎng)包括芯終端、基站、NB-IOT核心網(wǎng)以及IOT管理平臺(tái)幾部分組成[2]，如圖1所示。

2.1 NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的部署接口和協(xié)議

終端部分需要支持NB-IOT的芯片以及模組，組合成各種不同類型的終端形態(tài)，例如智能水表、智能停車傳感器、智能路燈等。協(xié)議方面，終端需要支持NB-IOT空口協(xié)議、PSM/eDRX模式以及簡化的NAS協(xié)議等，通過和NB-IOT核心網(wǎng)配合，簡化尋呼和信令流程，實(shí)現(xiàn)廣覆蓋低功耗的特性。

無線接入的基站部分，作為傳輸通道需要支持S1接口，基于NB-IOT的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)流量較小，所以可以優(yōu)化S1接口協(xié)議，使其滿足小包傳輸?shù)囊?，可以進(jìn)一步降低信令開銷[3]。NB-IOT的核心網(wǎng)部分，主要是涉及MME（移動(dòng)管理實(shí)體），SGW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)），PGW（PDN網(wǎng)關(guān)），核心網(wǎng)部分不僅需要支持NB-IOT制式的接入，還需要支持PSM/eDRX等模式，控制終端的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)減少信令，降低功耗如圖1所示。

2.2 NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的部署關(guān)鍵因素分析和部署建議

由于NB-IOT標(biāo)準(zhǔn)2016年6月才凍結(jié)，作為一種新的接入制式，所以從網(wǎng)絡(luò)部署上面需要考慮如下幾個(gè)關(guān)鍵因素，然后基于這些因素重點(diǎn)考慮部署建議。

首先需要考慮網(wǎng)絡(luò)兼容性。對(duì)大部分運(yùn)營商來說，已經(jīng)建設(shè)了LTE無線接入網(wǎng)絡(luò)，所以從網(wǎng)絡(luò)兼容和節(jié)省投資的角度考慮，在已有站點(diǎn)覆蓋的地方，建議直接升級(jí)，盡量從軟件側(cè)來升級(jí)支持新的NB-IOT接入?yún)f(xié)議。

其次需要考慮業(yè)務(wù)敏捷性、網(wǎng)絡(luò)彈性以及面向未來長期演進(jìn)，NB-IOT核心網(wǎng)和IOT管理平臺(tái)未來的發(fā)展趨勢(shì)是虛擬化和云化[4]，由于虛擬化和云化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的提升：首先軟硬件解耦，實(shí)現(xiàn)資源共享，其次通過軟件IT虛擬化和應(yīng)用軟件化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新功能的快速引入，再者通過統(tǒng)一管理和運(yùn)維自動(dòng)化，降低長期維護(hù)成本[5]。

基于上面分析，此處重點(diǎn)分析基于虛擬化和云化的NB-IOT核心網(wǎng)部署建議，分如下兩種部署建議：（1）已經(jīng)建設(shè)核心網(wǎng)，但是未進(jìn)行核心網(wǎng)虛擬化的運(yùn)營商，建議開始通過NB-IOT的核心網(wǎng)和平臺(tái)虛擬化開始啟動(dòng)虛擬化進(jìn)程，并且和已有的EPC核心網(wǎng)形成混合pool資源池，可以實(shí)現(xiàn)在探索虛擬化中，實(shí)現(xiàn)NB-IOT新業(yè)務(wù)快速部署，同時(shí)混合POOL資源池增強(qiáng)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，部署圖如圖2所示。（2）已經(jīng)建設(shè)虛擬化EPC核心網(wǎng)的運(yùn)營商，建議繼續(xù)疊加NB-IOT的新功能，即對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的虛擬化的EPC進(jìn)行軟件升級(jí)。同時(shí)也推薦建設(shè)獨(dú)立的NB-IOT專有虛擬化網(wǎng)絡(luò)，和已有的虛擬化EPC共部署在一朵云上，即實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)上面的網(wǎng)元隔離，又可以動(dòng)態(tài)共享資源，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源按需分配資源，如圖3所示。

3 NB-IOT典型的應(yīng)用場(chǎng)景

NB-IOT技術(shù)特性非常適合物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分業(yè)務(wù)的發(fā)展場(chǎng)景，典型的場(chǎng)景是智慧城市、工業(yè)應(yīng)用，公共事業(yè)等。在智慧城市里面，應(yīng)用場(chǎng)景如：智能停車、智能井蓋、智能燈桿、智能垃圾桶等。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如：設(shè)備監(jiān)控、能源安全、工業(yè)控制等。在公共事業(yè)領(lǐng)域，例如：智能水表、智能氣表、供水監(jiān)控等。

4 結(jié)語

隨著NB-IOT標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，產(chǎn)業(yè)會(huì)逐步走向成熟并且走向規(guī)?；瘧?yīng)用，隨著NB-IOT的發(fā)展，也勢(shì)必構(gòu)建全球基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的巨大潛力將會(huì)激發(fā)巨大的新“藍(lán)海”，并且在未來出現(xiàn)爆炸式增長。

參考文獻(xiàn)

[1]戴國華，余駿華.NB-IoT的產(chǎn)生背景、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展以及特性和業(yè)務(wù)研究[J].移動(dòng)通信，2016（7）.

[2]陳博，甘志輝.NB-IoT網(wǎng)絡(luò)商業(yè)價(jià)值及組網(wǎng)方案研究[J].移動(dòng)通信，2016（13）.

[3]3GPP TR 36.802. Narrowband Internet of Things （NB-IoT）；Technical Report for BS and UE radio transmission and reception （Release 13）[S].2016.

[4]薛淼，符剛，朱斌，李勇輝.基于SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2014.

[5]陳煒，韓小勇，尼凌飛.移動(dòng)核心網(wǎng)應(yīng)用 NFV 的關(guān)鍵問題探討及實(shí)踐[J].中興通訊技術(shù)，2014.