NBIOT的省電技術(shù)和工作狀態(tài)

1、概念

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT），NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180KHz的帶寬，使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存?？芍苯硬渴鹩贕SM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

2、NBIOT的特點(diǎn)和目標(biāo)

（1）超強(qiáng)覆蓋：相對(duì)GPRS來(lái)說(shuō)，增加20db的信號(hào)增益。

（2）超低功耗：對(duì)于終端功耗的目標(biāo)是：基于AA（5000mAh）電池，使用壽命可超過(guò)10年。

（3）超大連接：一個(gè)扇區(qū)能夠支持?jǐn)?shù)萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

（4）超低成本：NB-IoT無(wú)需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用的。

二、NBIOT的省電技術(shù)

1、DRX模式

DRX（DiscontinuousReception）即非連續(xù)接收，是指終端僅在必要的時(shí)間段打開(kāi)接收機(jī)進(jìn)入激活態(tài)，用以接收下行數(shù)據(jù)，而在剩余時(shí)間段關(guān)閉接收機(jī)進(jìn)入休眠態(tài)，停止接收下行數(shù)據(jù)的一種節(jié)省終端電力消耗的工作模式。

（1）在激活期，UE將打開(kāi)接收機(jī)，尋呼信道，判斷是否有有下行業(yè)務(wù)。

（2）NB-IoT的DRX周期取值范圍為：1.28s，2.56s，5.12s或者10.24s。

（3）DRX周期時(shí)長(zhǎng)確定后：

?激活期越長(zhǎng)，則業(yè)務(wù)處理越及時(shí)，但接收機(jī)在同一個(gè)周期內(nèi)工作時(shí)間長(zhǎng)，UE耗電量越大。

?激活期越短，則UE越省電，但接收機(jī)在同一個(gè)周期內(nèi)保持關(guān)閉的時(shí)間越長(zhǎng)，業(yè)務(wù)時(shí)延越長(zhǎng)。

2、eDRX模式

為了節(jié)省終端功耗，同時(shí)滿足一定下行業(yè)務(wù)時(shí)延的要求，3GPP引入了擴(kuò)展DRX的概念（extendedDRX，eDRX）。

（1）在每個(gè)eDRX周期內(nèi)，有一個(gè)尋呼時(shí)間窗口（PagingTimeWindow，PTW），UE只在PTW內(nèi)按DRX周期監(jiān)聽(tīng)尋呼信道，以便接收下行業(yè)務(wù)，PTW外的時(shí)間處于睡眠態(tài)，不監(jiān)聽(tīng)尋呼信道，不能接收下行業(yè)務(wù)。

（2）eDRX周期長(zhǎng)度、PTW窗口長(zhǎng)度可配置，UE和運(yùn)營(yíng)商之間進(jìn)行協(xié)商，以運(yùn)營(yíng)商下發(fā)給UE的值為準(zhǔn)。

（3）eDRX周期的具體配置可查看3GPPTS24.008：

（4）尋呼窗口時(shí)間表：

3、PSM模式

PSM（PowerSavingMode）的技術(shù)原理非常簡(jiǎn)單，在PSM該狀態(tài)下，終端射頻關(guān)閉，相當(dāng)于關(guān)機(jī)狀態(tài)，終端非業(yè)務(wù)期間深度休眠，不接收下行數(shù)據(jù)，只有終端主動(dòng)發(fā)送上行數(shù)據(jù)（MOData）時(shí)可接收IoT平臺(tái)緩存的下行數(shù)據(jù)。

（1）終端何時(shí)進(jìn)入PSM狀態(tài)，以及在PSM狀態(tài)駐留的時(shí)長(zhǎng)由核心網(wǎng)和終端協(xié)商。

（2）進(jìn)入PSM模式，雖然UE不再進(jìn)行接收尋呼消息，看起來(lái)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)，但設(shè)備仍然注冊(cè)在網(wǎng)絡(luò)中，這樣當(dāng)UE從休眠喚醒后就不需重新注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

（3）PSM想喚醒可通過(guò)外部喚醒或者周期自身喚醒，外部喚醒常用的是RTC中斷喚醒（如：MT2625采用外部RTC喚醒），周期喚醒的周期是核心網(wǎng)運(yùn)行商配置給NB物聯(lián)卡，周期性的喚醒。

（4）PSM自動(dòng)喚醒與RTC_ENIT外部喚醒區(qū)別：

A.在PSM狀態(tài)下，通過(guò)RTC_EINT喚醒后，如果系統(tǒng)沒(méi)有其他task，則會(huì)馬上重新進(jìn)行PSM狀態(tài)。如果有其他task要執(zhí)行，則會(huì)執(zhí)行task，在執(zhí)行完task之后，如果還未到周期自動(dòng)喚醒，則會(huì)繼續(xù)馬上重新進(jìn)入PSM模式。

B.如果是周期到了自動(dòng)喚醒，則會(huì)維持Activetime后再重新進(jìn)入PSM狀態(tài)。而ActiveTime可繼續(xù)業(yè)務(wù)的上行和下行。

（5）這里提一下MT2625，對(duì)于MT2625進(jìn)入PSM狀態(tài)時(shí)，NB可能處于deepsleep或者deepersleep，若PSM周期為幾十分鐘比較短的時(shí)間則進(jìn)入deepsleep，若PSM周期為十幾個(gè)小時(shí)比較長(zhǎng)的時(shí)間則進(jìn)入deepersleep。其他NB芯片還沒(méi)驗(yàn)證過(guò)。

三、NBIOT的工作狀態(tài)

1、Connected（連接態(tài)）：

模塊注冊(cè)入網(wǎng)后處于該狀態(tài)，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無(wú)數(shù)據(jù)交互超過(guò)一段時(shí)間后會(huì)進(jìn)入Idle模式，時(shí)間可配置。

2、Idle（空閑態(tài)）：

可收發(fā)數(shù)據(jù)，且接收下行數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)入Connected狀態(tài)，無(wú)數(shù)據(jù)交互超過(guò)一段時(shí)會(huì)進(jìn)入PSM模式，時(shí)間可配置。

3、PSM（節(jié)能模式）：

此模式下終端關(guān)閉收發(fā)信號(hào)機(jī)，不監(jiān)聽(tīng)無(wú)線側(cè)的尋呼，因此雖然依舊注冊(cè)在網(wǎng)絡(luò)，但信令不可達(dá)，無(wú)法收到下行數(shù)據(jù)，功率很小。持續(xù)時(shí)間由核心網(wǎng)配置（T3412），有上行數(shù)據(jù)需要傳輸或TAU周期結(jié)束時(shí)會(huì)進(jìn)入Connected態(tài)。

4、NB-IoT三種工作狀態(tài)一般情況的轉(zhuǎn)換過(guò)程可以總結(jié)如下：

（1）終端發(fā)送數(shù)據(jù)完畢處于Connected態(tài)，啟動(dòng)“不活動(dòng)計(jì)時(shí)器”，默認(rèn)20秒，可配置范圍為1s~3600s;

（2）“不活動(dòng)計(jì)時(shí)器”超時(shí)，終端進(jìn)入Idle態(tài)，啟動(dòng)及或定時(shí)器（Active-Timer【T3324】），超時(shí)時(shí)間配置范圍為2秒~186分鐘;

（3）Active-Timer超時(shí)，終端進(jìn)入PSM狀態(tài)，TAU周期結(jié)束時(shí)進(jìn)入Connected態(tài)，TAU周期【T3412】配置范圍為54分鐘~310小時(shí)。

（4）TAU周期指的是從Idle開(kāi)始到PSM模式結(jié)束。

NBIOT的應(yīng)用場(chǎng)景

1.公共事業(yè)：智能水表、智能水務(wù)、智能氣表、智能熱表。

2.智慧城市：智能停車(chē)、智能路燈、智能垃圾桶、智能窖井蓋。

3.消費(fèi)電子：獨(dú)立可穿戴設(shè)備、智能自行車(chē)、慢病管理系統(tǒng)、老人小孩管理。

4.設(shè)備管理：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、白色家電管理、大型公共基礎(chǔ)設(shè)施、管道管廊安全監(jiān)控。

5.智能建筑：環(huán)境報(bào)警系統(tǒng)、中央空調(diào)監(jiān)管、電梯物聯(lián)網(wǎng)、人防空間覆蓋。

6.指揮物流：冷鏈物流、集裝箱跟蹤、固定資產(chǎn)跟蹤、金融資產(chǎn)跟蹤。

7.農(nóng)業(yè)與環(huán)境：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、畜牧業(yè)養(yǎng)殖、空氣實(shí)時(shí)監(jiān)控、水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

8.其他應(yīng)用：移動(dòng)支付、智慧社區(qū)、智能家居、文物保護(hù)。
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