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NB-IOT網絡簡介
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1.1 初次相見NB寶寶

  • 大家都知道WiFi(能上網),藍牙(能傳圖連接鼠標耳機),ZigBee(工廠內聽說過),但是對時下比較火的低功耗廣域網絡(LPWAN)總是模模糊糊,今天我們來講講LPWAN家族里的大娃:NB-IoT寶寶的成長故事。
  • NB-IoT即窄帶物聯網(Narrow Band-Internet of Things),具有低成本、低功耗、廣覆蓋、海量連接等特點,定位于運營商級、基于授權頻譜的低速率物聯網市場,在位置跟蹤、環境監測、智能泊車、遠程抄表、農業和畜牧業等領域擁有廣闊的應用前景。
  • NB-IoT的誕生并非偶然,其寄托著電信行業對物聯網市場的憧憬。近10年來,由于傳統的2G/3G/4G網絡并不能滿足物聯網設備低功耗、低成本的要求,大部分物聯網設備在連接時主要使用WiFi、藍牙等免費技術,電信運營商很難從中獲利。說白了也就是經濟推動了技術的發展。

1.2 NB-IoT關鍵技術

  • NB-IoT系統的傳輸帶寬和LTE系統的一個物理資源塊的載波帶寬相同,都是 180kHz,這使得NB-IoT系統能夠與傳統LTE系統很好地兼容。
  • NB-IoT系統的系統帶寬和GSM系統的載波帶寬相同,都是200kHz,這使得NB-IoT系統可以在GSM系統的頻譜中實現無縫部署,對運營商重耕2G網絡頻譜提供了先天的便利性。
  • NB-IoT將系統帶寬收窄至200kHz,將有效降低NB-IoT用戶終端射頻芯片的復雜度,進一步降低芯片成本及開發復雜度。

1.3 NB-IoT網絡架構

這里寫圖片描述

華為提供NB-IoT端到端解決方案的支持,提供多種開放能力供合作伙伴快速集成應用。提供海思的NB-IoT芯片,基站網絡和Ocean Connect連接管理平臺。開發者可以根據芯片/模組開發手冊進行終端的開發,基于IoT平臺進行APP Server開發。 ●    Device:NB-IoT終端(如智能水表、智能氣表等)通過空口連接到eNodeB。 ●    eNodeB:主要承擔空口接入處理和小區管理等相關功能,通過S1-lite接口與IoT核心網進行連接,將非接入層數據轉發給高層網元處理。  ●    IoT Core:承擔與終端非接入層交互的功能,將IoT業務相關數據轉發到IoT平臺進行處理。  ●    IoT Platform:IoT聯接管理平臺匯聚從各種接入網得到的IoT數據,根據不同類型轉發給相應的業務應用進行處理。  ●    APP Server:是IoT數據的最終匯聚點,根據客戶的需求進行數據處理等操作。

第二章 NB模組實戰演練

2.1 NB模組開機流程

步驟 執行
step1 模組上電,初始化USIM卡
step2 搜索小區信號
step3 附著到NB網絡,進入connect狀態
step4 激活PDN,獲得IP地址,建立PDN承載
step5 建立用戶數據鏈接,收發用戶數據
step6 一段時間無數據交互后,依次進入Drx(Idle)、PSM狀態
step7 等待上發用戶數據,或TAU(跟蹤區域更新)再進入connect狀態

在模組進入PSM狀態后IP地址會保留,若PSM狀態時模組請求發送數據,模組會轉化為connect狀態,但模組不會重新獲取IP,還是以之前的IP發送數據。即:模組上電成功獲取IP后,任何時刻查詢其IP地址都是同樣的IP值。

2.2 NB模組UDP數據發送測試

  • 以下為NB模組(利爾達和移遠都可以)測試步驟,方框內為發送相應指令后,NB模組返回的數據;

第一步:開機/重啟,模塊已經正常啟動!

REBOOTING   REBOOT_CAUSE_APPLICATION_AT   Neul    OK

第二步:AT+NBAND? 查看當前頻段信息,確定是否和模塊型號對應,默認移動/聯通 8,電信模塊需要將NBAND設置為5,之后重啟模塊

第三步:AT+NBAND=5 電信模塊,設置頻段為850MHZ

第四步:AT+NRB 重啟模塊

REBOOTING   REBOOT_CAUSE_APPLICATION_AT   Neul    OK

第五步:AT+NBAND? 再次查詢模塊頻段信息,確認設置成功

+NBAND:5   OK

第六步:AT+NCONFIG? 查詢配置信息,主要包括自動連接使能配置信息,默認使能

+NCONFIG:AUTOCONNECT,TRUE             //   自動連接網絡 +NCONFIG:CR_0354_0338_SCRAMBLING,TRUE      開啟了擾碼功能 +NCONFIG:CR_0859_SI_AVOID,TRUE   +NCONFIG:COMBINE_ATTACH,FALSE   +NCONFIG:CELL_RESELECTION,FALSE   +NCONFIG:ENABLE_BIP,FALSE   OK

第七步:AT+CFUN? 模塊是否處于全工作模式,打開射頻電路,搜索信號,如果返回0,請確定AUTOCONNECT值是否為TRUE,以及是否安裝NBIOT專用SIM卡

+CFUN:1   OK

第八步:AT+CIMI 查詢IMSI信息,如果返回具體數值,說明已經正常識別SIM卡

460111176314533   OK

第九步:AT+CSQ 查詢信號強度,返回的第一個數值代表信號強度,0-31代表有信號,數值越大信號越強,99代表沒有NBIOT網絡信號,第二個參數還沒有實施,一直為99

+CSQ:21,99   OK

第十步:AT+NUESTATS 查詢模塊狀態

Signal power:-842   Total power:-718   TX power:-32768   TX time:0   RX time:2472   Cell ID:79044177   ECL:255   SNR:-16   EARFCN:2506   PCI:3   RSRQ:-148   OK

第十一步:AT+CGATT? 查詢是否模塊附著成功,返回1代表成功;網絡分為測試網絡和商用網,SIM也分為測試卡和商用卡,確保一一對應才能附著成功,具體網絡信息和SIM卡信息可跟運營商確認

+CGATT:1   OK

第十二步:AT+CEREG? 查詢網絡注冊狀態,第二個數值返回1代表:網絡注冊成功,返回2代表:正在注冊網絡,注冊時間和信號強度有關

+CEREG:0,1   OK

第十三步:AT+CSCON? 查看模塊工作的連接狀態,第二個返回數值代表模塊的工作狀態,1代表CONNECT連接狀態,0代表IDLE睡眠狀態,如果沒有數據交互,在CONNECT狀態持續20秒,之后進入IDLE狀態;如果仍然沒有數據交互,10秒之后從IDLE狀態進入PSM深度睡眠狀態,此時模塊不在接收任何下行數據,如果需要下行傳輸數據必須在CONNECT 和 IDLE狀態下進行

+CSCON:0,0   OK

第十四步:AT+NSOCR=DGRAM,17,5683,1 創建UDP SOCKET 傳輸信道,DGRAM和17固定,5683代表本地端口號,1代表使能接收下行數據;最多可創建7個SOCKET傳輸信道,返回數值代表信號ID號,在發送和接收數據時需要指定

0   OK

第十五步:AT+NSOST=0,...,####,3,303132 發送UDP數據,0代表UDP  SOCKET信道ID,...代表遠程服務器的IP地址(公網IP地址),####代表遠程服務器端口號,3代表發送的字符個數(發送了3個字符),303132代表“012”3個hex表示的字符;返回值代表成功從0信道發送了3個字節的數據(我這里測試發送了74個字節)

AT+NSOST=0,54.223.248.94,9502,74,FFAAD0D00000490F3836353335323033303030313031390000041F0000000000000000026B44F8FCF700F1000000020018020A6C002600004D380000000000000000000200000644628E   0,74   OK

1.如果遠程服務端接收模塊發送的數據,必須在30s = ( CONNECT狀態20s  +  IDLE狀態10s ) 之內發送下行數據,否則在沒有數據交互的情況下模塊會進入PSM深度睡眠狀態,將   無法再接收到任何下行數據,但是此時模塊仍然可以再次發送數據; 2.模塊可以在CONNECT + IDLE + PSM任何狀態下發送數據,只能CONNECT + IDLE 狀態下   接接收數據; 3.只需要執行一次AT+NSOCR命令創建UDP SOCKET信道,之后任何模式下直接執行 AT+NSOST發送數據

第十六步:+NSONMI:0,67 信息代表模塊接收到新的數據,需要讀取,如果不及時讀取,接收到下一條數據,將不會主動上報該信息;但可以連續讀??;0代表 UDP SOKECT信道,67代表有67個字節數據需要讀取。

+NSONMI:0,67

第十七步:AT+NSORF=0,3 讀取數據;0代表UDP  SOCKET 信道,3代表需要讀取數據字節長度;需要從返回值中提取出有效數據303132,代表字符“012”

0,54.223.248.94,9502,67,FFAAD1D10000430F3836353335323033303030313031390000015E8569078F03C000000002000801C1000000030012000000140000003C000003C20000000400080198,0   OK

1.+NSONMI主動上報信息說明,如果模塊接收到多包數據,但是沒有使用AT+NSORF 命令讀取數據,那么只會在第一次接收到數據時上報 +NSONMI 信息,此后不在主動上報,直到執行 AT+NSORF 讀取數據之后才會上報。

第十八步:AT+NSOCL=0 關閉UDP SOCKET 傳輸信道

OK

2.3 NB-IoT COAP通信

2.3.1 名詞解釋

  • 南向設備:開發者自行開發的終端硬件設備(包含多個傳感器和MCU)。
  • 北向應用:開發者自行開發的服務端應用(基于華為OceanConnect物聯網平臺提供的RESTful接口)。
  • NB-IoT:窄帶物聯網,華為等公司主推的物聯網通訊用蜂巢網絡。
  • NB芯片/模組:類似于3G/4G通信模組,將設備端數據打包發送到指定平臺的硬件模塊。
  • SoftRadio:用于模擬NB模組、基站、核心網的PC端軟件,可用于在缺乏NB模組和NB實網環境時的設備對接調試。
  • OceanConnect:華為物聯網全聯接平臺,南向設備和北向應用通過該平臺交換數據和信令。
  • 設備Profile文件:描述設備“是什么”、“能干什么”的json格式文件,上傳到OceanConnect平臺(上傳時是zip包格式),設備綁定平臺和提供服務的關鍵配置文件。
  • 編解碼插件:用來對NB設備上報的數據進行解碼,同時對下發給NB設備的信令進行編碼的插件,對接前需上傳到OceanConnect平臺。

2.3.2 數據上報

概念:信令下發是另一個物聯網的基本業務。應用服務器通過物聯網平臺,發送信令到南向設備,而設備也將做出一些對應的響應。 這里寫圖片描述   流程: 1. 應用創建信令(命令的相關項需要和設備Profile中的描述一致),發送到平臺; 2. 如果平臺判斷設備在線,則立即下發信令;如果平臺判斷設備離線,則     信令將緩存于平臺的數據庫中; 3. 南向設備在某時刻上報數據,平臺收到數據后,將檢索對應設備在數據庫中是否存在有效未下發的信令,如有,則下發該信令; 4. 信令通過編解碼插件進行編碼(json到16進制碼流),并被發送到設備端; 5. 設備收到信令,執行完畢,返回信令執行結果; 6. 平臺收到上述執行結果,通過編解碼插件的解析,獲取信令執行的結果,修改對應的信令狀態。

2.3.3 信令下發

概念:信令下發是另一個物聯網的基本業務。應用服務器通過物聯網平臺,發送信令到南向設備,而設備也將做出一些對應的響應。 這里寫圖片描述    流程: 1. 應用創建信令(命令的相關項需要和設備Profile中的描述一致),發送到平臺; 2. 如果平臺判斷設備在線,則立即下發信令;如果平臺判斷設備離線,則信令將緩存于平臺的數據庫中; 3. 南向設備在某時刻上報數據,平臺收到數據后,將檢索對應設備在數據庫中是否存在有效未下發的信令,如有,則下發該信令; 4. 信令通過編解碼插件進行編碼(json到16進制碼流),并被發送到設備端; 5. 設備收到信令,執行完畢,返回信令執行結果; 6. 平臺收到上述執行結果,通過編解碼插件的解析,獲取信令執行的結果,修改對應的信令狀態。

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