NB-IoT物联网平台技术方案课件

NB-IoT物联网平台技术方案2019NB-IoT物联网平台技术方案20191目目录录01LPWA物物联联网市网市场场需求和行需求和行业业洞察洞察2NB-IoT标标准准进进展展3NB-IoT解决方案解决方案04产业进产业进展和展和应应用探用探讨讨Page2目录01 LPWA物联网市场需求和行业洞察NB-IoT标准进物物联联网（网（IoT）是移）是移动动网网络络运运营营商确定的高商确定的高增增长业务长业务物物联联网技网技术术在行在行业应业应用比例逐年提高用比例逐年提高1251632052983720200400FY10/11FY11/12FY12/13FY13/14FY14/15Financial performanceM2M revenue 372m in FY 14/15，+25%YoYX35.37.81216.2222011201220132014201530 百万20100X4400%连接增长:372M物物联联网网业务业务比例比例虽虽然然还还小，但增小，但增长长迅速迅速:42,227MM2M收入收入总总收入收入25%同比收入增长1%收入占比但是但是能源 公共事业汽车零售消费 电子健康 医疗交通 物流生产 制造Page3物联网（IoT）是移动网络运营商确定的高增长业务物联网技术在蜂蜂窝窝物物联联网（网（CIoT）的）的发发展以海量展以海量LPWA连连接接为为主要主要驱动驱动力力2G:GPRS|CDMA2K1XMTC/eMTC3G:HSPA/EVDO/TDS4G:LTE/LTE-A WiFi 802.11技术中速率中速率(1Mbps)POS,Smart Home,M2M Backhaul低速率低速率(10Mbps)CCTV,eHealth30%60%车载导航娱乐系统空间大2020年全球年全球M2M/IoT连连接分布接分布网网络络接入技接入技术术细细分市分市场场机会机会Page4蜂窝物联网（CIoT）的发展以海量LPWA连接为主要驱动力22019年年LPWA物物联联网网连连接将超接将超过传统过传统2G/3G/4G连连接接0.005.0015.0025.0030.0020142015201620172018201920202021202220232024Wide AreaFixed Short Range20.00SatelliteMAN10.00LPWACellular广域网广域网技技术术物物联联网网连连接占比（接占比（%）Data source：machina M2M连接技术中，短距技术仍然在M2M通信中占主导地位,但：其中其中LPWA连连接数从接数从2016年起快速增年起快速增长长，并在，并在2019年超年超过传统过传统蜂蜂窝连窝连接，接，约为约为14亿连亿连接接 2G/3G/4G蜂蜂窝窝+LPWA连连接数将从接数将从2015年的年的3%上升到上升到2024年的年的17%左右左右 2024年年LPWA技技术术物物联联网网连连接数占比接数占比约约11%物物联联网网连连接数增接数增长预测长预测（十（十亿亿）LPWA传统传统蜂蜂窝窝2019年年2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 20243%17%Page52019年LPWA物联网连接将超过传统2G/3G/4G连接0海外主流运海外主流运营营商商IoT战战略和略和业务业务布局布局车联网消费电子货物能源金融服务健康工业制造公共服务安全运输物流战战略：略：驱驱动动：应应用：用：做大连接数做大业务面IoT行业渗透和破局端管云全方位发力支撑DigitalService战略Essential2020战略数字业务转型全球领先智慧城市连接控制点增加收入增加网络利用率未来收入和业务增长政府主导连接是核心控制点新的收入增长点支持企业客户数字化转型，核心网络和服务资产发挥协同效应收入增长点提升收入提升ARPU健康医疗智慧家庭教育农业监控货物跟踪车联网Page6车联网运输物流工业制造能源金融服务健康公共服务智慧家庭消费电子货物农业车联网健康保险工业制造运输公共服务能源健康医疗车联网零售家庭互联智慧城市运输工业制造车联网家庭互联能源健康智慧城市工业制造智慧城市能源物流车联网健康零售货物跟踪说明：红色表示最适合LPWA技术的物联网应用，蓝色表示其中部分物联网应用需要LPWA技术海外主流运营商IoT战略和业务布局车联网消费电子货物能源金融运运营营商商对对低功耗低功耗/低成本低成本/低速率低速率/广深覆盖广深覆盖CIoT技技术术诉诉求求强强烈烈预预期期2G将普遍退网将普遍退网考考虑虑未来未来3G/4G模模组贵组贵(2040美金美金)终终端端价格价格2G/3G/4G覆盖和覆盖和终终端功耗不如端功耗不如Sigfox/LoRa覆盖覆盖功耗功耗运运营营商需要商需要更具更具竞竞争争优优势势的技的技术术来来发发展物展物联联网网业务业务策略 先网络，后业务，快速跑马圈地建好网络再发展业务 大量融资，107M先圈地，27 countries 100Hz超窄带技术技术先天缺陷 可靠性低，无QOS 低容量可用，高容量则难以承载 覆盖差、时延高、速率低(12byte)部分运营商迫于市场压力，引入LoRa布局类类似运似运营营商运作，商运作，提提供管供管道道服服务务 类CDMA技术，容量低 安全性弱 公共频谱，干扰问题难以解决Page7运营商对低功耗/低成本/低速率/广深覆盖CIoT技术诉求强烈LPWA开启低功率广覆盖开启低功率广覆盖IoT市市场场，NB-IoT具具备备技技术优势术优势1m100m10kmBluetoothZigBee（短距低速）WiFi（短距宽带）UMTS/LTE（长距高速）GSMLPWA（长距低速）覆盖覆盖100bps100kbps100Mbps速率速率不同无不同无线线物物联联网接入技网接入技术对术对比比NBIoT相相对对短距通信短距通信/私有技私有技术优势术优势明明显显高安全性低时延高可靠性NBIOT低成本高速率短距通信短距通信（WiFi等）低功耗私有技私有技术术大覆盖高频谱效率（LoRa等）技技术术制式制式网网络络定位定位国国际标际标准准NB-IoT可与现蜂窝网融合演进的低成本电信级的高可靠性、高安全性广域物联网技术私有技私有技术术LoRa需独立建网、无执照波段的高风险局域网物联技术Sigfox不适配国内无执照波段、由Sigfox建网与运营商合作的高成本高风险物联网技术Page8LPWA开启低功率广覆盖IoT市场，NB-IoT具备技术优势NB-IoT产业链产业链快步完快步完备备，全球，全球产业联产业联盟加盟加速行速行业业成熟成熟NBIoT产业联产业联盟盟动态动态 华为华为：已推出样机芯片并在外场验证，16H2商用 高通：高通：已规划芯片MDM9206，预计17H1商用 英特英特尔尔：宣布支持NB-IoT，芯片规划待发布 MTK：跟随3GPP标准，芯片规划待发布 全球全球NBIoT论坛论坛成立成立 VDF、联通等21运营商 华为等3主流设备厂商 7芯片模组厂商 11垂直行业NBIoT正逐正逐渐渐形成完整的生形成完整的生态链态链其他各大主流芯片厂家其他各大主流芯片厂家动态动态智能灯水表智能停车宠物跟踪气表垃圾箱芯片芯片模模组组终终端端运运营营商商NBIoTPage9NB-IoT产业链快步完备，全球产业联盟加速行业成熟NB I目目录录01LPWA物物联联网市网市场场需求和行需求和行业业洞察洞察2NB-IoT标标准准进进展展3NB-IoT解决方案解决方案04产业进产业进展和展和应应用探用探讨讨Page10目录01 LPWA物联网市场需求和行业洞察NB-IoT标准进NB-IoT标标准即将准即将冻结冻结，16年年Q3/Q4开启商开启商用序幕用序幕3GPP R13NB-M2MNB-OFDMANB-LTENB-CIoTNB-IoT规规范范冻结冻结2016.6NB-IoTWork Item2015.092015.052014.052014.072015.07NB-IoT技技术术方案方案Page112015.12NB-IoT标准即将冻结，16年Q3/Q4开启商用序幕3GP15年年11月月RAN1#83会会议议明确了明确了NB-IoT部部署署场场景和空口技景和空口技术术200k200kGSM200kUMTS/LTE结论结论2：上行支持上行支持2种技种技术术200kLTE(2)Guard band200kPage12LTE(3)In-band技技术术1：Single-Tone技技术术 包含3.75kHz与15kHz两种子载波带宽 支持更好的覆盖、容量与终端功耗技技术术2：Multi-Tone技技术术选择15KHz子载波带宽支持更大的峰值速率注：终端需要上报支持的能力以便网络进行集中调度。结论结论1：NB-IoT支持三种部署支持三种部署场场景景(1)Standalone结论结论2：下行采用下行采用OFDMA 15kHz子子载载波波15年11月RAN1#83会议明确了NB-IoT部署场景和空NB-IoT两两类终类终端：端：Single-Tone vs.Multi-Tone3.75KHz36times/17dB180KHzLTENB-IoTw.FlexibleBWULPSDULBW15KHzNx15KHzSingle-ToneMultiple-TonePage13Single-Tone:Enables extreme low cost IoT terminals to compete with non-cellular devices and enable faster time to market.Not only cellular industry,low cost chip vendorsare interested in building ST only chips.Multi-Tone:Provides higher data rate and can target to replace most of the original CDMA/GPRS IoT applicationsChipset and module has higher cost and powerconsumption15kHz:Within ST Flexible bandwidth of 3.75kHz and 15kHz adaptive to different scenarios75.kHz:provides better coverage with relaxed timingrequirements due to longer CP lengthbetter capacity for large cell PRACH and PUSCH linkslower power consumptionbetter forward compatibility to TDDbetter coexist with legacy LTE linksNB-IoT两类终端：Single-Tone vs.MulNB-IoT三种部署三种部署场场景：景：Standalone/Guard-band/In-bandNB-IoT Guardband No occupation of LTE PRBsNB-IoT In-band Occupy one LTE PRBeMTC Occupy six LTE PRBsNB-IoT In-band&eMTC PSD boostingImpact legacy LTE network planning&optimizationLTE carrier10MHz/20MHzeMTC1.4MHzLTE carrier10MHz/20MHzNB-IoTIn-band200kHzNB-IoTGuardbandLTE carrier10MHz/20MHz200kHzGSM carriersNB-IoT StandaloneLTE carrier1.4MHz/3MHz/5MHz/10MHz/20MHz200kHz3G(UTRA/)Carrier5MHz/1.25MHz/1.6MHz200kHz200kHz200kHzGSM carriers EC-GSMFreq.reuse 2.4MHz200kHzHz900MHz or other scattered spectrum:LTE bands:Share same PA with LTENB-IoT standalone deployment:Integrated to LTECommon high-layer procedure and CN with LTECommon MSR or MCBTS RRU,sharing the same PAPage14EC-GSM:Integrated to GSMCommon BS&CN as GSM networkFrequency reuse:same as GSM,at least 2.4MHz system bandwidthNB-IoT三种部署场景：Standalone/GuardNB-IoT频段频段NB-IoT使用了授权频段，有三种部署方式：独立部署、保护带部署、带内部署。全球主流的频段是800MHz和900MHz。中国电信会把NB-IoT部署在800MHz频段上，而中国联通会选择900MHz来部署NB-IoT，中国移动则可能会重耕现有900MHz频段。NB-IoT频段NB-IoT使用了授权频段，有三种部署方式Page15NB-IoT vs.eMTC：成本低，覆盖好，容：成本低，覆盖好，容量大，量大，组组网灵活网灵活Page16Peak data rate UL/DL (bps)BandUEBandwidthSystemBandwidthCoverage(dB,MCL)Modulecost($)Battery life (Years)Capacity(Devices)eMTC(R13)1MLTE band1.4MHz1.4/5/10/20MHz157.7810?NB-IoT(R13)(Standalone)100kG/U/L MSR/dedicated200kHz200kHz164510+200k/cell/200k HzNB-IoT(R13)(in-band)100kLTE band180kHz180kHz164510+200k/cell/200kHzNB-IoT(R13)(Guardband)100kLTE band180kHz180kHz164510+200k/cell/200kHzeMTC can only be deployed within LTE system,while NB-IoT has more flexibility as it can be deployed in-band,guard band and standalone.NB-IoT can support up to 200k devices per cell per 200kHzThe NB-IoT uplink transmission(3.75kHz,15kHz)is much more efficient than eMTC wideband uplink transmissionNB-IoT has about 6.3dB better coverage than eMTCNB-IoT vs.eMTC：成本低，覆盖好，容量大，组网GSMA LPUC项项目研究目研究结论结论：NB-IoT更适更适合合LPWA应应用用Page17Applicatio n familyApplicationsBattery LifeCoverageLatencyMobilityTechnology FitnessCan meet cost req.of eMTC EC-GSM Cat0NB-IoT=YeseMTC=NoCat0=NoType 2Industrial asset tracking,microgeneration;agricultural&/environmental near real-time monitoring510OutdoorsUnder 10 seconds in mostcases.Nomadic(assets or live stock)and stationaryNB-IoT eMTC EC-GSMNB-IoT=YeseMTC=NoType 3 aWater/gas metering,building automation,smart city parking,waste management;510Deep indoorcoverage10s for control use cases;60 sec for data collection.StationaryNB-IoT eMTC EC-GSMNB-IoT=YeseMTC=NoType 3-bIndustrial machinery control;agricultural/environmental stationary data collection.510Extended rural coverageStationaryNB-IoT eMTC EC-GSMNB-IoT=YeseMTC=NoType 4City lighting,consumer white goods,vending machines2Outdoors and indoors30 seconds for most use cases except Vending machine privacy/data verification(eMTC EC-GSM Cat0NB-IoT=YeseMTC=NoCat0=NoSummaryThe M2M LTE based technologies(NB-IoT,eMTC,Cat0)can support the identified applications but with different costs,different battery life and different coverage requirements.NB-IoT can meet the target cost for all the application familieseMTC and NB-IoT overlap in meeting the same requirements for LTE in-band but NB-IoT is 50%more cost efficient than eMTCUL PA efficiency is an important factor in reducing the NB-IoT module costAnalysis is taking into consideration the EU cost and power consumption requirementsGSMA LPUC项目研究结论：NB-IoT更适合LPWA应目目录录01LPWA物物联联网市网市场场需求和行需求和行业业洞察洞察2NB-IoT标标准准进进展展3NB-IoT解决方案解决方案04产业进产业进展和展和应应用探用探讨讨Page18目录01 LPWA物联网市场需求和行业洞察NB-IoT标准进NB-IoT解决方案亮点和价解决方案亮点和价值值20dB(7倍覆盖倍覆盖)可靠可靠安全安全广广/深覆盖深覆盖SuperCoverage低功耗低功耗LowPower低成本低成本LowCost大大连连接接MassiveConnections10年年电电池寿命池寿命$1终终端芯片端芯片50k终终端端/200kHz小区小区漫游漫游Page19NB-IoT解决方案亮点和价值20dB(7倍覆盖)可靠安全广广/深覆盖：深覆盖：比比GPRS覆盖增覆盖增强强20dB+180 KHzIOT Device:200mwData Package(e.g100 byte)功率谱密度=200mW/5kHzNB-IoT Solution技技术术点点1：上行功率：上行功率谱谱密度增密度增强强17dBTypical Case2G/3G/LTE Solution技技术术点点2：重复重复+编码编码616dB3.75 KHz注：注：GSM终终端端发发射功率最大可以到射功率最大可以到33dBm，NB-IoT发发射功率最大射功率最大23dBm，所以，所以实实际际NB-IoT终终端比端比GSM终终端功率端功率谱谱密度高密度高7dB216重复重复:312dB编编译码译码增增益：益：34dB重复D1D1D1D2D2D2D2D 1D2功率谱密度=200mW/180kHzPage20广/深覆盖：比GPRS覆盖增强20dB+180 KHzIO低功耗：基于低功耗：基于AA电电池，使用寿命可超池，使用寿命可超过过10年年（与具体应用和话务模型相关）Voice/DataPSMStateDataWakeupNB-IoTTx(23dBm):200mWRx:80mWIdle:3mWPSM:0.015mWPage21终终端端99%时间时间在在PSM状状态态，只占用，只占用1%功耗功耗没有没有PowerSavingMode的情况的情况Paging终终端芯片低功耗关端芯片低功耗关键键技技术术：关键技术1：芯片复杂度降低，工作电流小关键技术2：空口信令简化,减小单次数传功耗关键技术3：基于覆盖等级的控制和接入，减少单次数传时间关键技术4：PSM（节能模式），终端功耗仅15uW 关键技术5：eDRX（扩展周期不连续接收），减少终端监听网络的频度关键技术6：长周期TAR/RAU，减少终端发送位置更新的次数关键技术7：只支持小区选择和重选的移动性管理，减少测量开销低功耗：基于AA电池，使用寿命可超过10年（与具体应用和话低成本：低成本：终终端芯片低至端芯片低至$1PMU:电源管理单元PA:Power Amplifier SOC:System on Chip低成本芯片关低成本芯片关键键技技术术：关键技术1：180kHz窄带系统，基带复杂度低关键技术2：低采样率，缓存Flash/RAM要求小（28 kByte）关键技术3：单天线，半双工，RF成本低关键技术4：峰均比低，功放效率高，23dBm发射功率可支持单片SoC内置功放PA，进一步降低成本关键技术5：协议栈简化（500kByte），减少片内FLASH/RAMBB2RX1TXRFMMMBPAPMUBB1RX1TXRFMBPAPMUFlash/RAMFlash/RAMBB1RX1TXRFPAPMUFlash/RAMCat-4Cat-0NB-IoTSOCPage22MMMB:多模多频段PA MB:多频段BB:基带低成本：终端芯片低至$1PMU:电源管理单元 PA:大大连连接：接：50k+用用户户容量容量*/200kHz小区小区话务话务模型模型海量海量连连接的特有系接的特有系统设计统设计15分分钟钟1天天xxbyte50k设备设备/小区小区对时对时延不敏感延不敏感蜂窝物联核心网业务平台DL Data关关键键技技术术4：核心网核心网优优化化 终端上下文存储 下行数据缓存Page23关关键键技技术术3：基站基站优优化化 独立的准入拥塞控制 终端上下文信息存储关关键键技技术术1：窄窄带带技技术术 上行等效功率（36信道*23dBm）提升，大大提升信道容量关关键键技技术术2：减小空口信令开减小空口信令开销销，提升，提升频谱频谱效率效率NB-IoT基站*典型值，与应用类型和话务模型相关大连接：50k+用户容量*/200kHz小区话务模型海NB-IoT解决方案解决方案总总体架构体架构SingleRANG/U/L/NB-IoTNB-IoT 模块 M2M PlatformSingleEPCHLR/PCRFNB-IoT独立部署Third Party Apps行业Device 应用层协议栈适配终端SIM OTA 终端设备、事件订阅管理 API能力开放（行业，开发者）OSS/BSS（自助开户，计费）大数据分析 移动性/安全/连接管理 无SIM卡终端安全接入 终端节能特性 时延不敏感终端适配 拥塞控制和流量调度 计费使能 低成本站点解决 方案 新空口支持Massive IoT连接 无线连接软SIM 传感器接口 应用驻留 传感器接口 应用驻留MI Gb/IuPS/S1/MI12233重用站点基础设施，降低部署成本支持接口优化，优化30%以上信令开销，支持终端节电和降成本。基于CloudEdge平台优化的CIoT专用核心网，可与现网组pool，降低每连接成本1CIoT核心网Page24NB-IoT解决方案总体架构SingleRANNB-IoT BBU（GUL）BBU（LTE-M）基站MBB UserMBB Machine（GUL/eMTC）NB CIoT Machine低成本，低功耗MMEGWPCRFHLR现有核心网vGWvHLR专有网络（部分）CloudEdge平台vMMEvGWCloudEdge平台专有网络M2M管理平台（Neul）基于虚拟化平台灵活定制M2M EPC，接管M2M管理平台，匹配不同市场需求16A：vEPC支持简化NAS协议，支持终端低功耗/低成本要求和窄带空口要求，联合RAN形成E2E解决方案16A：CloudEdge接管NeulM2M连接管理平台，形成all in one box形式的MiniDC方案，降低部署成本16B：叠加网络能力开放（终端管理/位置等），使能M2M业务极简NAS基于虚拟化平台灵活定制M2M EPC，接管M2M管理平台，匹配两类市场需求InternetM2M管理平台集 成 服 务 平台FusionSphere(Cloud OS)Huawei COTS3rd Party COTSVMware3rd Party Cloud OSM2M EPCMANOvHLR管理平台Page25vU2000vUIC（IWF/SCEF）基于基于CloudEdge的的CIoT EPC，加快，加快NB-IoT业务业务部署和升部署和升级级BBU（GUL）BBU（LTE-M）基站MBB UserMB目目录录01LPWA物物联联网市网市场场需求和行需求和行业业洞察洞察2NB-IoT标标准准进进展展3NB-IoT解决方案解决方案04产业进产业进展和展和应应用探用探讨讨Page26目录01 LPWA物联网市场需求和行业洞察NB-IoT标准进芯片/模组终端NB-IoT网络大数据业务管理运营商集成方案芯片模组终端厂商APIAPIAPIAPI业务运营垂直行业及业务 解决方案提供商华为积华为积极推极推动动NB-IoT生生态链态链快速构建，初快速构建，初见见成效成效Page27芯片/模组终端NB-IoT大数据业务管理运营商集成方案芯片模依托依托产业产业峰会峰会/论坛论坛和开放和开放实验实验室促室促进进生生态态链发链发展展NB-IoT峰会峰会香港香港11月月5号号,2015 21运营商 3主流设备厂商 7芯片模组厂商 11垂直行业7+1个个NB-IoT开放开放实验实验室室 中国移动、中国联通、德国电信、阿联酋Etisalat、韩国LGU+、意大利电信、沃达丰以及华为上海研究所 NB-IoT端到端的验证环境 与不同API、SDK和平台集成 加速业务创新和商业模式创新Page28依托产业峰会/论坛和开放实验室促进生态链发展NB-IoT 峰NB-IoT终终端芯片，支撑端芯片，支撑NB-IoT快速商用和快速商用和产业链发产业链发展展ROMUE privatekeyPrivateUE publickeyPublicNEUL publickeyPublicRX LOTXPMUAnalog blocksARM M0 core,DSP core,I$,D$SRAM&Embedded FlashSecure ElementOTP(eFuse)blocksSecure FlashTamper-resistant ARM core第一代芯片：ICENI第二代芯片：BODICA（2016Q2预商用）90nm SoC698-960MhzBuild inF/MCU/PMUFLASH memorySecurity element90nm169-960MhzSeparateMCUFLASH memoryPMUUICC支撑了前期运营商的PoC测试支撑MWC演示，以及深圳和上海展厅基于BODICA芯片的模块尺寸，相比基于ICENI的减半Page29NB-IoT终端芯片，支撑NB-IoT快速商用和产业链发展U华为华为NB-IoT解决方案整合芯片到解决方案整合芯片到网网络络端端到到端端优优势势，16Q3商用商用芯片芯片模模组组终终端端垂直行垂直行业业终终端操作系端操作系统统开源开源LiteOSNB-IoT智能停智能停车车：一个街区部署一个基站，每个车位一个ParkingSensor，通过手机APP寻找停车位、付款、查找车辆等应用智能抄表智能抄表：水表（Kamstrup合作）、气表（Pietro合作）。实现高密度大容量，深度地下覆盖，低成本低功耗、端到端集成、大数据应用物品追踪物品追踪：宠物跟踪（狗链，终端40*40*17mm，集成GPS/NBIoT）；Dahon自行车跟踪，集成NBIoT，APP里程记录、档位调整记录其他应用：智能水箱智能水箱、智能垃圾桶智能垃圾桶、智能路灯智能路灯Page30已已经经在外在外场场Trial，联联合合产业产业伙伴伙伴验证验证了多个了多个M2M应应用用华为NB-IoT解决方案整合芯片到网络端到端优势，16Q3商智慧楼宇智慧安防一体化管控平台建设方案谢谢你的观看谢谢你的观看31