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解读LPWAN技术,窄带LPWA的低功耗如何实现?

2017-08-07 [责任编辑:susan]
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【导读】下一代 物联网技术的毋容置疑是低功耗广域网(LPWAN)的天下,NB-IoT与eMTC同属低功耗广域网(LPWAN)技术,两者在技术上互有优劣。NB-IoT的主要优势是成本更低、覆盖更广、小区容量预计也更大,eMTC的主要优势则是速率更高、可移动性更好、可支持语音。
 
两者的共同点和核心可以从LPWAN这个单词即可得出,那就是低功耗,因为以下的LPWAN各类应用场景的功耗要求都非常苛刻。
 
NB-IOT应用场景
 
当然我们只知道低功耗是NB-IoT、eMTC这两种窄带LPWA技术的核心特点之一,那么他们是怎么做到低功耗的呢?
 
PSM、eDRX可以说是NB-IoT和eMTC低功耗的左膀右臂。
 
1. 什么是PSM(Power Saving Mode)
 
PSM即低功耗模式,是3GPP R12引入的技术,其原理是允许UE在进入空闲态一段时间后,关闭信号的收发和AS(接入层)相关功能,相当于部分关机,从而减少天线、射频、信令处理等的功耗消耗。借图:
 
PSM即低功耗模式
 
UE在PSM期间,不接收任何网络寻呼,对于网络侧来说,UE此时是不可达的,数据、短信、电话均进不来。只有当TAU周期请求定时器(T3412)超时,或者UE有MO业务要处理而主动退出时,UE才会退出PSM模式、进入空闲态,进而进入连接态处理上下行业务。
 
TAU周期请求定时器(T3412)由网络侧在ATTCH和TAU消息中指定,3GPP协议规定默认为54min,最大可达310H。那么UE处理完数据之后,什么时候进入PSM模式呢?这是由另一个定时器Activer Timer(T3324,0-255秒)决定的。UE处理完成数据之后,RRC连接会被释放、进入空闲态,与此同时启动Active Timer,此Timer超时后,UE即进入上述PSM模式。转换状态如下(借图):
 
模式切换状态机
 
2. eDRX(Extended DiscontinuousReception)
 
eDRX即非连续接收,是3GPP R13引入的新技术。R13之前已经有DRX技术,从字面上即可看出,eDRX是对原DRX技术的增强:支持的寻呼周期可以更长,从而达到节电目的。继续借图:
 
eDRX
 
eDRX的寻呼周期由网络侧在ATTACH和TAU消息中指定(UE可以指定建议值),可为20s,40s,80s,…最大可达40min。相比以往1.28s/2.56s等DRX寻呼周期配置,eDRX耗电量显然低很多。
 
PSM和eDRX虽然让终端耗电量大大降低,但都是通过长时间的“罢工”来换取的,付出了实时性的代价。对于有远程不定期监控(如远程定位,电话呼入,配置管理等)需求且实时性要求很高的场景,不适合开启PSM功能;如果允许一定的时延,最好采用eDRX技术、并将eDRX寻呼周期设的尽量短些(根据可接受的时延要求,最短为20s,…)。UE可在ATTACH和TAU中请求开启PSM或(和)eDRX,但最终开启哪一种或两种均开启、以及周期是多少均由网络侧决定。
 
附上NB-IOT几个关键特征
 
1、海量连接
 
指能实现比GSM高20db的覆盖增益,放大了倍数,信号参透力强。
 
2、设备不需要持续连接,功耗低
 
从这个角度来说,NB-IOT确实是为设备联网而设计的,设备联网的特点:
 
①小包数据,或低频或高频;
 
②对时延不敏感;
 
③网络可靠性要求高;
 
④非长连接。
 
如果采用以往蜂窝网比如GPRS方式,沿用到物联网的领域,从主网或安全性来说,也是比较差的。
 
所以说, NB-IOT来了,才叫物联网时代来临了。
关键字:LPWAN技术 窄带LPWA 
本文链接:http://www.cntronics.com/rf-art/80032798
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