基于NFV虛擬化的NB—IOT發展和部署研究

帥晶

摘要：本文首先介紹了NB-IoT發展背景和關鍵特性，然后分析了虛擬化和云化新技術對在NB-IOT業務場景的影響， 提出了基于虛擬化和云化技術的NB-IOT核心網部署建議，最后基于NB-IoT的特點，闡述窄帶物聯網的業務場景，展望了NB-IoT的未來發展前景。

關鍵詞：NB-IOT 網絡虛擬化 物聯網 網絡部署

中圖分類號：TP393.01 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0035-01

1 NB-IOT現狀和特點

2016年6月，NB-IOT（Narrow Band Internet of Thing）標準核心協議凍結，標志著NB-IOT產業迎來重大進展，全球運營商能夠根據標準提供產品和解決方案，服務于廣闊的LPWA（Low Power Wide Area）市場，也標志著NB-IOT即將進入規模商用階段。

早在標準凍結之前的2016年巴薩羅拉世界移動通信大會上，NB-IOT廣受運營商青睞，VDF沃達豐、AT&T、Orange法國電信、DT德國電信等國家運營商巨頭都紛紛紛紛展出IOT的應用場景，NB-IOT技術不僅得到運營商的認可，主流電信設備提供商如愛立信、諾基亞、華為、中興也都表示支持NB-IOT技術。

由此可見，NB-IOT定位于運營商級別，基于授權頻譜的低速率物聯網，會逐步從標準化，到小規模商用，最后會開啟新的廣闊的應用前景。

基于3GPP工作組定義，NB-IoT具備五大特點：一是廣覆蓋，NB-IoT可以獲得20dB的增益，覆蓋面積擴大100倍；二是具備支撐海量連接能力，據估計可以比普通網絡增加千倍級的連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗的網絡架構；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達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網絡架構分析

基于3GPP協議，邏輯上NB-IOT的組網包括芯終端、基站、NB-IOT核心網以及IOT管理平臺幾部分組成[2]，如圖1所示。

2.1 NB-IOT網絡的部署接口和協議

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，例如智能水表、智能停車傳感器、智能路燈等。協議方面，終端需要支持NB-IOT空口協議、PSM/eDRX模式以及簡化的NAS協議等，通過和NB-IOT核心網配合，簡化尋呼和信令流程，實現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，數據流量較小，所以可以優化S1接口協議，使其滿足小包傳輸的要求，可以進一步降低信令開銷[3]。NB-IOT的核心網部分，主要是涉及MME（移動管理實體），SGW（服務網關），PGW（PDN網關），核心網部分不僅需要支持NB-IOT制式的接入，還需要支持PSM/eDRX等模式，控制終端的狀態，實現減少信令，降低功耗如圖1所示。

2.2 NB-IOT網絡的部署關鍵因素分析和部署建議

由于NB-IOT標準2016年6月才凍結，作為一種新的接入制式，所以從網絡部署上面需要考慮如下幾個關鍵因素，然后基于這些因素重點考慮部署建議。

首先需要考慮網絡兼容性。對大部分運營商來說，已經建設了LTE無線接入網絡，所以從網絡兼容和節省投資的角度考慮，在已有站點覆蓋的地方，建議直接升級，盡量從軟件側來升級支持新的NB-IOT接入協議。

其次需要考慮業務敏捷性、網絡彈性以及面向未來長期演進，NB-IOT核心網和IOT管理平臺未來的發展趨勢是虛擬化和云化[4]，由于虛擬化和云化可以實現網絡能力的提升：首先軟硬件解耦，實現資源共享，其次通過軟件IT虛擬化和應用軟件化可以實現網絡新功能的快速引入，再者通過統一管理和運維自動化，降低長期維護成本[5]。

基于上面分析，此處重點分析基于虛擬化和云化的NB-IOT核心網部署建議，分如下兩種部署建議：（1）已經建設核心網，但是未進行核心網虛擬化的運營商，建議開始通過NB-IOT的核心網和平臺虛擬化開始啟動虛擬化進程，并且和已有的EPC核心網形成混合pool資源池，可以實現在探索虛擬化中，實現NB-IOT新業務快速部署，同時混合POOL資源池增強了整個網絡的可靠性，部署圖如圖2所示。（2）已經建設虛擬化EPC核心網的運營商，建議繼續疊加NB-IOT的新功能，即對現網的虛擬化的EPC進行軟件升級。同時也推薦建設獨立的NB-IOT專有虛擬化網絡，和已有的虛擬化EPC共部署在一朵云上，即實現業務上面的網元隔離，又可以動態共享資源，達到網絡資源按需分配資源，如圖3所示。

3 NB-IOT典型的應用場景

NB-IOT技術特性非常適合物聯網細分業務的發展場景，典型的場景是智慧城市、工業應用，公共事業等。在智慧城市里面，應用場景如：智能停車、智能井蓋、智能燈桿、智能垃圾桶等。在工業應用領域，例如：設備監控、能源安全、工業控制等。在公共事業領域，例如：智能水表、智能氣表、供水監控等。

4 結語

隨著NB-IOT標準的凍結，產業會逐步走向成熟并且走向規模化應用，隨著NB-IOT的發展，也勢必構建全球基于蜂窩物聯網的生態系統，窄帶物聯網的巨大潛力將會激發巨大的新“藍海”，并且在未來出現爆炸式增長。

參考文獻

[1]戴國華，余駿華.NB-IoT的產生背景、標準發展以及特性和業務研究[J].移動通信，2016（7）.

[2]陳博，甘志輝.NB-IoT網絡商業價值及組網方案研究[J].移動通信，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的核心網演進關鍵技術研究[J].郵電設計技術，2014.

[5]陳煒，韓小勇，尼凌飛.移動核心網應用 NFV 的關鍵問題探討及實踐[J].中興通訊技術，2014.