3GPP对物联网IoT中的MTC的标准化介绍

其他增强
3GPP版本12协议在2015年初完成。3GPP第12版中的MTC增强功能将重点放在以前版本中未解决的以下改进问题上。

为了解决针对MTC设备的集群的优化，当网络能够向特定地理区域内的一组MTC设备广播消息时，考虑MTC组正在寻址，那么在MTC组上可以进行访问控制限制或QoS策略来设置数据速率的限制，并为该组的每个MTC设备设置数据传输的时间限制，直到该限制过期为止。

制定对漫游MTC设备的指导的增强，并且主要通过使用由UE提供的低访问优先级指示来执行。 eNodeB引导被配置用于对特定MME的低访问优先级的UE提供接入。

对小数据和触发的增强主要是为了实现少量数据的高效传输。对于处于RRC IDLE状态的普通LTE UE，服务请求过程将用于数据传输。对于来自MTC设备的小数据也可能会导致显著的开销。如果用于将IP分组作为NAS信令传输而不是在RRC IDLE状态下为UE建立RRC安全性，则预先建立的NAS安全性将导致用于传送少量数据的更优化的系统，这减少了信令开销，实现了对网络资源的有效利用，并减少了重新分配的延迟。

事件监控，事件的检测和事件的报告是M2M系统的一个重要方面。 MTC UE的监控事件的配置需要激活对事件的全部或一个子集的监视。监控增强功能可以检测向服务能力服务器或应用程序服务器报告的事件。

3GPP承认需要解决UE的功耗问题，特别是针对由电池供电的设备。3GPP正在研究设想的用于在空闲模式下延伸DRX并且在连接模式下配置长DRX周期的UE功耗优化的解决方案。

3GPP版本13以及预计未来版本将能够进一步支持M2M服务和M2M设备的大量部署的高效交付。

LTE Release 12的MTC增强功能
1，数据速率能力和UE类别0（UE CATEGORY 0）

为了实现MTC应用的低成本设备，3GPP LTE协议版本12引入了新的较低速率的UE类别。新的UE类别被标记为类别0（零），符合具有更广泛能力的较高数量的UE类别的典型关联。

2，TYPE-B半双工操作

为了进一步降低复杂性/降低成本，LTE 12版引入了一种新的半双工模式，即B类半双工，特别针对类别0的设备。参见图2，半双工类型B允许在下行链路接收和上行链路传输之间通过指定设备在上行链路子帧之前以及上行链路子帧之后的第一个下行链路子帧不预期接收最后一个下行链路子帧来实现更大的空闲时间。

图3、半双工操作

3，具有单个接收天线的设备的可能性

为了进一步降低针对大规模MTC应用的设备的复杂性，对于UE类别0，这一要求被放宽了。相反，0类设备的性能要求使得它们可以在设备端使用单个接收天线。

4，省电模式

为了实现网络始发的数据传输，使用PSM（power-saving mode：节电模式）的设备必须定期重新连接到网络，并保持一段时间的工作，以允许网络对UE进行寻呼尝试。这样的重新连接应该是不频繁的，以保持PSM的节能效益，这意味着PSM对于延迟不是至关重要的不频繁地发起数据业务的网络来说是主要的工作模式。

LTE Release 13的MTC增强功能：eMTC
作为LTE版本13的一部分，LTE采取了对进一步增强大规模MTC应用支持的附加步骤，这是一种被称为增强型MTC（eMTC： enhanced MTC）的活动。这项活动的主要目标是：

进一步降低设备成本，要求低于第12版UE类别0所实现的成本。

与Release 13之前的设备相比，扩展了具有目标的低速大量MTC设备的覆盖范围，使其能够在增加至少15 dB的耦合损耗情况下也能运行。

在高层次上，eMTC的主要新特征包括：

器件侧的RF带宽更窄，可进一步降低器件复杂性和相应的成本;

广泛的重复下行链路和上行链路收发，实现低速率服务的扩展覆盖;

扩展DRX。

1，NARROWeBAND操作

release-13 eMTC设备只需要通过与最小LTE载波带宽相对应的即时带宽（即大约1.4 MHz）来支持传输和接收。

2，通过重复方式进行覆盖增强

3GPP eMTC活动的第二个目标是为低速率MTC应用提供显著的覆盖扩展。 eMTC设计的明确目标是与Release 13之前的设备相比，能够实现与耦合损耗相差至少15 dB的操作。

图4、跳频操作

重要的是要明白，eMTC的目标不是扩大给定数据速率的覆盖范围。相反，通过降低数据速率来扩展覆盖范围。

3，下行链路传输：PDSCH和MPDCCH

4，UPLINK传输：PUSCH和PUCCH

5，同步信号和BCH

6，系统信息块

7，随机访问

8，扩展DRX

总结
在今天和昨天的文章中我们介绍了蜂窝行业面临的大量M2M应用所带来的挑战以及M2M标准化解决方案的基础。我们还提供了目前正在为有效支持M2M通信而被指定的解决方案的讲解。我们特别探讨了3GPP中M2M特定标准化活动的重要方面，以提供针对蜂窝使用优化的标准化解决方案。

对于未来，M2M标准将在短期内继续发展并继续给行业带来挑战，其中多个标准可能针对M2M通信的某些特定属性（例如，成本，覆盖率，移动性和安全性）来说可能是最佳的。从长远来看，M2M设备的长寿以及降低大规模部署成本的需求将推动行业制定统一的标准，这也将需要与目前的生态系统共存。 M2M设备的寿命将特别要求将来可能在可预见的将来保持的通信网络，并且在短期内不会过时。单一的无线电接入解决方案需要作为单一的标准化解决方案开发，该无线电接入解决方案应该具有高度适应性，但是针对具有低复杂性和低功耗利用率的M2M应用特别适用于特定的标准化解决方案。对于蜂窝运营商来说，非常重要的是也应该支持与当前通信基础架构的良好共存。

我们观察到一个有趣的转变是，如果蜂窝MTC解决方案将符合工业控制应用要求的条件，这将需要网络几乎零中断，并且还支持几毫秒的有保证的端到端延迟，而不是几百毫秒的延迟。与后者相关的要求的是需要访问过程进行根本转变，以确保适当地处理拥塞以及确保核心网络不会由于服务网关（S-GW）和分组网关（P-GW）的特殊的分层设计形式而引起额外的延迟。为此，参考文献（参考：http://www.ctr.kcl.ac.uk/seminars/slides/MASSIMO_CONDOLUCI.pdf）的作者提出了如图5所示的修正架构，它主张使用毫微微小区，即家庭eNB（HeNB）来降低拥塞，延迟和能量消耗，并以一个纯粹的宏单元部署来进行了说明。 HeNB-GW在回程中的强制使用确保不会在核心网中发生数据和信令拥塞，因为数据和控制流量可以捆绑和限制。此外，它还提供其他M2M技术（如低功耗Wi-Fi）的直接接入，而无需经由P-GW。