基于NFV虚拟化的NB—IOT发展和部署研究

帅晶

摘要：本文首先介绍了NB-IoT发展背景和关键特性，然后分析了虚拟化和云化新技术对在NB-IOT业务场景的影响， 提出了基于虚拟化和云化技术的NB-IOT核心网部署建议，最后基于NB-IoT的特点，阐述窄带物联网的业务场景，展望了NB-IoT的未来发展前景。

关键词：NB-IOT 网络虚拟化 物联网 网络部署

中图分类号：TP393.01 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0035-01

1 NB-IOT现状和特点

2016年6月，NB-IOT（Narrow Band Internet of Thing）标准核心协议冻结，标志着NB-IOT产业迎来重大进展，全球运营商能够根据标准提供产品和解决方案，服务于广阔的LPWA（Low Power Wide Area）市场，也标志着NB-IOT即将进入规模商用阶段。

早在标准冻结之前的2016年巴萨罗拉世界移动通信大会上，NB-IOT广受运营商青睐，VDF沃达丰、AT&T、Orange法国电信、DT德国电信等国家运营商巨头都纷纷纷纷展出IOT的应用场景，NB-IOT技术不仅得到运营商的认可，主流电信设备提供商如爱立信、诺基亚、华为、中兴也都表示支持NB-IOT技术。

由此可见，NB-IOT定位于运营商级别，基于授权频谱的低速率物联网，会逐步从标准化，到小规模商用，最后会开启新的广阔的应用前景。

基于3GPP工作组定义，NB-IoT具备五大特点：一是广覆盖，NB-IoT可以获得20dB的增益，覆盖面积扩大100倍；二是具备支撑海量连接能力，据估计可以比普通网络增加千倍级的连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年，极大的延长了终端的电池使用寿命；四是无线的带宽只需要200K；五是降低了终端模块的成本[1]。

2 基于虚拟化和云化的NB-IOT网络架构分析

基于3GPP协议，逻辑上NB-IOT的组网包括芯终端、基站、NB-IOT核心网以及IOT管理平台几部分组成[2]，如图1所示。

2.1 NB-IOT网络的部署接口和协议

终端部分需要支持NB-IOT的芯片以及模组，组合成各种不同类型的终端形态，例如智能水表、智能停车传感器、智能路灯等。协议方面，终端需要支持NB-IOT空口协议、PSM/eDRX模式以及简化的NAS协议等，通过和NB-IOT核心网配合，简化寻呼和信令流程，实现广覆盖低功耗的特性。

无线接入的基站部分，作为传输通道需要支持S1接口，基于NB-IOT的特点，数据流量较小，所以可以优化S1接口协议，使其满足小包传输的要求，可以进一步降低信令开销[3]。NB-IOT的核心网部分，主要是涉及MME（移动管理实体），SGW（服务网关），PGW（PDN网关），核心网部分不仅需要支持NB-IOT制式的接入，还需要支持PSM/eDRX等模式，控制终端的状态，实现减少信令，降低功耗如图1所示。

2.2 NB-IOT网络的部署关键因素分析和部署建议

由于NB-IOT标准2016年6月才冻结，作为一种新的接入制式，所以从网络部署上面需要考虑如下几个关键因素，然后基于这些因素重点考虑部署建议。

首先需要考虑网络兼容性。对大部分运营商来说，已经建设了LTE无线接入网络，所以从网络兼容和节省投资的角度考虑，在已有站点覆盖的地方，建议直接升级，尽量从软件侧来升级支持新的NB-IOT接入协议。

其次需要考虑业务敏捷性、网络弹性以及面向未来长期演进，NB-IOT核心网和IOT管理平台未来的发展趋势是虚拟化和云化[4]，由于虚拟化和云化可以实现网络能力的提升：首先软硬件解耦，实现资源共享，其次通过软件IT虚拟化和应用软件化可以实现网络新功能的快速引入，再者通过统一管理和运维自动化，降低长期维护成本[5]。

基于上面分析，此处重点分析基于虚拟化和云化的NB-IOT核心网部署建议，分如下两种部署建议：（1）已经建设核心网，但是未进行核心网虚拟化的运营商，建议开始通过NB-IOT的核心网和平台虚拟化开始启动虚拟化进程，并且和已有的EPC核心网形成混合pool资源池，可以实现在探索虚拟化中，实现NB-IOT新业务快速部署，同时混合POOL资源池增强了整个网络的可靠性，部署图如图2所示。（2）已经建设虚拟化EPC核心网的运营商，建议继续叠加NB-IOT的新功能，即对现网的虚拟化的EPC进行软件升级。同时也推荐建设独立的NB-IOT专有虚拟化网络，和已有的虚拟化EPC共部署在一朵云上，即实现业务上面的网元隔离，又可以动态共享资源，达到网络资源按需分配资源，如图3所示。

3 NB-IOT典型的应用场景

NB-IOT技术特性非常适合物联网细分业务的发展场景，典型的场景是智慧城市、工业应用，公共事业等。在智慧城市里面，应用场景如：智能停车、智能井盖、智能灯杆、智能垃圾桶等。在工业应用领域，例如：设备监控、能源安全、工业控制等。在公共事业领域，例如：智能水表、智能气表、供水监控等。

4 结语

随着NB-IOT标准的冻结，产业会逐步走向成熟并且走向规模化应用，随着NB-IOT的发展，也势必构建全球基于蜂窝物联网的生态系统，窄带物联网的巨大潜力将会激发巨大的新“蓝海”，并且在未来出现爆炸式增长。

参考文献

[1]戴国华，余骏华.NB-IoT的产生背景、标准发展以及特性和业务研究[J].移动通信，2016（7）.

[2]陈博，甘志辉.NB-IoT网络商业价值及组网方案研究[J].移动通信，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，符刚，朱斌，李勇辉.基于SDN/NFV的核心网演进关键技术研究[J].邮电设计技术，2014.

[5]陈炜，韩小勇，尼凌飞.移动核心网应用 NFV 的关键问题探讨及实践[J].中兴通讯技术，2014.