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TechnicalFeature 技术特写

NB-IoT和eMTC让

物联网进入4G网络时代

NB-IoT and eMTC Make 4G Networks Ready for the Internet of Things

Jörg Köpp
罗德与施瓦茨公司，德国慕尼黑

当 前物联网（IoT）的大多数设备彼此之间， 为主流。由于LTE主要是针对移动带宽市场优化
的，因此，IoT对4G技术的需求很小。此外，相
以及这些设备与云端应用之间的通信通常
采用传统的机对机（M2M）无线通信技术。然 较于GSM数据卡，典型的LTE数据卡的成本仍
而要求全球覆盖及移动性的某些应用，将会采 偏高，且2G/3G网络的全球覆盖率仍遥遥领先。
用蜂窝技术。当前，主要采用2G和3G网络，但 然而，LTE的某些方面正在不断地增强该技术的
未来属于诸如增强型机器通信（eMTC）和窄带 吸引力。其中之一即全球覆盖：根据GSMA的数
IoT（NB-IoT）等新技术。借助这些技术，移动 据，4G LTE网络在2015年末覆盖了超过三分之
运营商可以获得更大的无线IoT市场份额。 一的全球人口；至2020年，发达国家预期达到
例如省电模式（PSM）、扩展不连续接收周 “完全”覆盖。
期（eDRX）和增强覆盖（CE）等功能，可根据 在频谱利用率、延迟和数据吞吐率等方
IoT应用的不同需求，对无线接口进行调整。为 面，LTE具备额外的技术优势。LTE的长期可用
了满足性能和可用性方面的全部要求，所有通信 性则是另一个考虑因素。第二代网络已经运营
层（物理层、信令层、IP层和应用层）必须相互 了25年以上，即使其技术规范中引入了某些未
协调地工作。因此，必须增强端到端的应用测试 来发展可能性，运营商还是有可能关闭这些网
功能，以优化电源消耗和反应时间等指标。 络。因此，该领域正在寻找在成本、功耗和性
高移动性和广覆盖的IoT应用利用了卫星技 能等方面比目前的2G解决方案更具竞争实力的
术或蜂窝移动无线电技术。目前，约86%的蜂窝 LTE解决方案。
1
IoT设备采用了第二或第三代移动网络 。典型应
用包括船队管理、集装箱跟踪、咖啡自动售卖 3GPP标准在IoT方面的进展
机、ATM银行业务和个人健康监控等。这些应 3GPP标准化委员会同样认识到IoT市场对优
用中的绝大多数应用产生的数据流量很小，通 化解决方案的需求，并对机器类通信做了特定
常只需要SMS短信服务来传输这些数据即可。 的强化处理。例如，该委员会在Rel.10/11中定义
图1给出了M2M蜂窝连接的年预期增长率。 了相关功能，以防止移动网络过载。网络运营
第四代移动通信目前尚未在物联网领域成 商必须应对数千个设备试图同时接入网络的可
能性。出现例如电网断电后电力恢复等突发性
事件时，可能出现这种情况。过载机制和信令
3.5
2G 3G 4G LPWA 流量减小等技术的引入正是为了处理这类事件
3.0 的发生。许多IoT应用（例如传感器网络）很少
Connections (Billions) 2.0 备可能通知网络它们可以接受连接建立期间的
2.5
发送数据，且更新速率无需精确到秒。这些设
较长延迟（延迟容忍接入）。
1.5
Rel.10包含一个流程。该流程允许网络先拒
1.0
0.5 绝这些设备的连接请求，并延迟到稍后的某个
时间再处理这些设备（延长等待时间）。随着
0
2015 2016 2017 2018 2019 2020 Rel.11的推出，可以采用接入等级机制，对蜂窝
网络的接入进行控制。采用这种技术时，当且
图1：M2M蜂窝连接的增长趋势。图片来源：Cisco 1 仅当网络为某个设备分配了当前容许的某个等

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