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为什么NB-IoT一块电池可用10年?

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2018-09-04  来源:千家网  浏览次数:898
 [导读]在现网任何一个移动通信系统中,终端都不太可能无时无刻都在工作的。这就像人不能时时刻刻上班,需要间隔的休息一样……

NB-IoT有四大优势特征:

对于其中的低功耗优势,行内人都知道,可以工作10年。

这其中主要用到两大省电技术:

NB中的两大节电技术:eDRX、PSM

1.eDRX

在现网任何一个移动通信系统中,终端都不太可能无时无刻都在工作的。这就像人不能时时刻刻上班,需要间隔的休息一样,系统设计了一套叫做DRX的机制使得终端可以休息,在休息的过程中,因为关闭了收发信机(Tx/Rx),从而达到了节电的目的。

DRX(Discontinuous Reception),又称不连续接收,它的主要思想有两个:

◢通过设计一套定时器,使得终端和网络具有严格的时间同步,以防出现终端在睡觉,但网络不断的在call你;或者你在工作日睡觉不定闹钟,睡到自然醒,结果上班迟到,简直是作死的节奏。

◢网络侧与终端侧设计一套沟通机制,方便终端与网络商量终端是不是可以去睡觉了、什么时候去睡觉。

2. PSM(Power Saving Mode)

SM的技术原理非常简单,即在IDLE态下再新增加一个新的状态PSM(idle的子状态),在该状态下,终端射频关闭,相当于关机状态(但是核心网侧还保留用户上下文,用户进入空闲态/连接态时无需再附着/PDN建立)。此功能在3GPP的Release 12被引入,相关协议规范在24.301-5.3.11 Power saving mode and 23.682-4.5.4 UE Power Saving Mode.

在PSM状态时,下行不可达,DDN到达MME后,MME通知SGW缓存用户下行数据并延迟触发寻呼;上行有数据/信令需要发送时,触发终端进入连接状态。

进入省电模式后设备不再接收寻呼消息,看起来设备和网络失联,但设备仍然注册在网络中。UE进入PSM模式后,只有在UE需要发送MO数据,或者周期TAU/RAU定时器超时后需要执行周期TAU/RAU时,才会退出PSM模式,TAU最大周期为310小时。

可是NB-IoT电池现实中真的可以工作10年吗?什么条件下才可以工作10年呢?

其实在3GPP标准在制定低功耗广域网技术的低功耗性能指标时,已经定义了工作10年的条件。那么3GPP标准具体是怎么定义的?

3GPP TR45.820中完整介绍了可用10年的条件,具体来说主要有以下条件:

条件1:电池容量

标准中明确要求,电池容量为5Wh的情况下,使用时长要求可达10年。

对于手机、智能穿戴等普遍使用的锂聚合物电池,5Wh对应约1350mA。对于干电池,大约相当于3节7号电池或1节5号电池,这就是平时常说的一节AA电池可以使用10年的由来。

条件2:电池利用率

假设电池利用率为100%,即不考虑任何老化、能量转换损失等。

条件3:T3314和T3324时长(终端何时进入PSM状态)

从评估模型中可以看出,假设终端在收发完数据之后立即进入IDLE状态(T3314=0),再过20s(T3324)后进入PSM模式。对于NB-IoT,T3314和T3324是网络侧指定的,核心网可以配置。

条件4:数据量

数据量的多少直接影响收发时间,进而影响到工作时长。标准中规定,10年寿命按照只有终端主动上报数据、网络侧不下发数据的场景来衡量。

每天上报的频次:分2小时一次和24小时一次两种场景。

每次上报的数据量:

UL:分50B和200B两种场景。

DL:29B或65B。即只是ACK包,无数据传输。

条件5:终端架构

显然,虽然没有明说,3GPP标准定义的功耗模型中是一个只有NB-IoT数据收发基本功能的终端,没有GPS定位、sensor数据采集等功能(或者说没有包含这部分器件的功耗)。这是一个隐性条件。

条件6:带宽及部署方式

基于200KHz带宽,独立部署方式。

评估结果:基于上述条件,3GPP也给出了评估结果,如下表。可以看出,要确保在增强覆盖模式2下5Wh电池也满足10年寿命要求,数据收发频率要求是每天上报1次、数据量<=200B。

说明:

3GPP在定义10年寿命要求时,并没有限定必须是NB-IoT技术,实际上EC-GSM、NB-CIoT均属于3GPP定义的可工作10年(或者说是要求可工作10年)的技术。

但是,现实中受诸多因素的影响,一节AA电池其实并不可能工作10年,这些因素包括:

电池能量利用率不可能是100%,一般是50%~90%;

数据收发频率和数据量往往>200B/天;

终端设备带有传感器等耗电器件(往往比NB-IoT本身的电量消耗还要多);

基站和核心网参数往往不是以终端功耗最低这一个指标来配置的。

 

 
 
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