? ?（鴿王唐老師出差回來，難得補(bǔ)課，大家認(rèn)真做筆記喔）

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? ? But鴿不鴿的都不怪我，隔壁老田非要逼我閉關(guān)修煉，所以。。。
? ? 其實(shí)是我連續(xù)出差一個(gè)月了啊，我的內(nèi)心是崩潰的。。。算了，我畢竟是佛系工程師，不吐槽了，還是正事要緊。

? ? 進(jìn)入正題，那我們今天就來討論下很多老鐵們關(guān)心的NBIoT長連接實(shí)現(xiàn)方案。
? ? PS:今天的內(nèi)容有點(diǎn)多，大家準(zhǔn)備好小版本，迎接拖堂吧！

? ? 其實(shí)對于NBIoT網(wǎng)絡(luò)來說，本身針對低頻次、小數(shù)據(jù)，對長連接模式并不友好；為了滿足社會主義建設(shè)的需求，經(jīng)過充分的理論和實(shí)踐，也有如下兩種方案能夠?qū)崿F(xiàn)NB終端的長連接。
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? ? 老田又說了，研究問題要先理解原理。So，在研究兩種方案之前，我們先來刨根問底一下，究竟了哪些因素限制了NBIoT網(wǎng)絡(luò)下終端的長連接。


? ? （*注意各位老鐵們，前方高能預(yù)警！干貨來了！趕緊記筆記！！*）



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? ? 上圖是通常情況下，設(shè)備終端（UE）通過基站（eNodeB），經(jīng)過公網(wǎng)（Internet）連接到上層應(yīng)用服務(wù)器（Server）的簡單邏輯結(jié)構(gòu)。
? ? 首先，從無線接入網(wǎng)的角度來看，因?yàn)镹BIoT引入了低功耗模式（PSM狀態(tài)）-（不要問我什么是PSM狀態(tài)！請看本鴿王第一期科普貼！），終端進(jìn)入PSM狀態(tài)后，意味著終端與網(wǎng)絡(luò)之間的連接已經(jīng)斷開；此時(shí)，終端處于斷網(wǎng)的狀態(tài)，任何上層應(yīng)用服務(wù)器下發(fā)的數(shù)據(jù)終端都不可能收到。
? ? 上圖中限制點(diǎn)1 即為這種情況。
? ? 為了解決限制點(diǎn)1引起的不能保持終端與服務(wù)器長連接的問題，我們需要在終端模組上關(guān)閉PSM功能；終端關(guān)閉PSM功能后，當(dāng)數(shù)據(jù)交互完畢RRC連接斷開后，模組會一直處于IDLE狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，終端將會按照尋呼時(shí)間窗的間隔，周期性的監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)尋呼，從而實(shí)現(xiàn)終端與網(wǎng)絡(luò)保持長連接。

? ? 解決了限制點(diǎn)1的問題，再往上層看，終端數(shù)據(jù)最終經(jīng)過在PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）后匯入公網(wǎng)并傳輸?shù)缴蠈討?yīng)用服務(wù)器；由于IPV4資源限制，所有終端在通常情況下都不可能使用單獨(dú)的公網(wǎng)IP，也就是說，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖上來看，實(shí)際上設(shè)備終端（UE）到PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）是與公網(wǎng)隔離開的；對于公網(wǎng)來說，UE到P-GW之間的交互不可知，為了解決IP資源不夠的限制，P-GW通過資源池的方式，每次分配一個(gè)IP+Port給本次終端業(yè)務(wù)使用，如果在超過一定的時(shí)間限制后，該IP+Port沒有新的數(shù)據(jù)流進(jìn)行?；睿琍-GW就會將該IP資源回收，分配給其他業(yè)務(wù)使用。

? ? 上圖中限制點(diǎn)2即為這種情況，實(shí)際上這種資源使用邏輯也被稱為IPV4 NAT映射老化時(shí)間（各位老鐵，IPV6有多重要！有沒有體會到！）。
? ? 為了解決限制點(diǎn)2引起的不能保持終端與服務(wù)器長連接的問題，我們需要一些特別的方式來維持IPV4 NAT映射不被老化回收，一般來說我們有如下兩種方式（分別為入門級和進(jìn)階級）：
? ? 1. Class 1 –?入門級（心跳**）
? ? 顧名思義，第一種方法就是使用心跳包來保持長連接（遭了，是心動(dòng)的感覺）。

? ? 入門級方法，非常簡單。僅僅通過周期性發(fā)送心跳數(shù)據(jù)到服務(wù)器，刷新NAT映射老化計(jì)時(shí)器時(shí)間，從而維持IPV4 NAT映射不被回收，此時(shí)上層應(yīng)用服務(wù)器下發(fā)的數(shù)據(jù)便能隨時(shí)通過該NAT映射發(fā)送到P-GW，P-GW通過尋呼即可將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端。
? ? 但但但但但但但但但但是！入門級方法一點(diǎn)都不Coooooooool！并且存在應(yīng)用缺陷，為什么？且看我給大家仔細(xì)分析。
? ? 3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義，NBIoT制式使用的載波帶寬為200kHz。
? ? 這是個(gè)什么概念呢？（請注意下面這段話的描述！）
? ? 我們使用的2G網(wǎng)絡(luò)的帶寬為1M，在諸如火車站這種人多終端多的場景，如果使用2G網(wǎng)絡(luò)會經(jīng)常出現(xiàn)連不上網(wǎng)的情況（大家可以試試，或者以前每年春運(yùn)應(yīng)該都體會過！）；目前4G網(wǎng)絡(luò)的帶寬為6M，在類似演唱會/大型運(yùn)動(dòng)會這樣的突發(fā)用戶密集地區(qū)，卻依然要通過通信保障車（臨時(shí)基站）來緩解因用戶過多而導(dǎo)致終端不能上網(wǎng)的問題。


? ? 也就是說，帶寬越窄，其容量就越小——搞通信的老鐵們，有沒有很熟悉的感覺？對的，香農(nóng)定理??！信道容量與信道帶寬成正比?。?！


? ? NBIoT制式僅僅只有200kHz的帶寬，并且目前部署的網(wǎng)絡(luò)子載波為15kHz，這就意味著，除去保護(hù)帶20kHz：

（200kHz – 20kHz）/15kHz = 12

? ? NBIoT的并發(fā)網(wǎng)絡(luò)容量僅僅只有12個(gè)！
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? ? 至此，心跳方案凸顯出了的巨大缺陷，那就是當(dāng)一個(gè)小區(qū)下很多終端都在同時(shí)發(fā)送心跳的時(shí)候，極有可能產(chǎn)生因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)并發(fā)容量不夠而引起的終端數(shù)據(jù)發(fā)送失??！在這種情況下，甚至可能引起終端掉網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重阻塞的問題。

? ??2. Class 2 –?進(jìn)階級（GRE隧道**）
? ? 上面一通分析猛如虎，那進(jìn)階級的方案如何規(guī)避這個(gè)問題呢？
? ? 首先，心跳方案已經(jīng)涼了，肯定是不能用了；那我們需要找到一種不使用心跳就能維持IPV4 NAT映射不被老化回收的手段。
? ? 此處干貨！本鴿王用如下這個(gè)圖來做解釋：
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? ? IPV4的NAT映射是由于公網(wǎng)資源有限而引入的，那么是否可以通過專用網(wǎng)絡(luò)的方式解決資源受限的問題，從而規(guī)避NAT映射這種機(jī)制帶來的影響（如上圖紅標(biāo)所示）。

? ? 答案是肯定的。
? ? 并且，這種方案就是傳說中的GRE隧道方案！
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? ? 至于如何分配不同的終端到不同的專用網(wǎng)絡(luò)中，這里就要提到非常非常非常（說三遍）重要的另一個(gè)概念，接入點(diǎn)名稱——APN（Access Point Name）。
? ? APN是一個(gè)用戶通過P-GW可連接到公網(wǎng)的標(biāo)識，其通常作為用戶簽約數(shù)據(jù)儲存在HSS（歸屬用戶服務(wù)器）中，分組業(yè)務(wù)中MME根據(jù)用戶簽約的APN，通過DNS進(jìn)行域名解析，從而獲取到P-GW的IP地址，將用戶接入到APN對應(yīng)的PDN中；從而實(shí)現(xiàn)通過APN將不同的用戶接入到不同的網(wǎng)絡(luò)中。





? ? 如此這般，我們已經(jīng)解決了公網(wǎng)資源限制的問題，將終端接入到了私網(wǎng)中進(jìn)行傳輸，由于私網(wǎng)資源寬裕，所以在P-GW中可以繞過NAT映射，將一個(gè)IP+Port資源固定給一個(gè)業(yè)務(wù)上下行使用；這樣就能規(guī)避心跳機(jī)制實(shí)現(xiàn)無需心跳維持NAT映射老化的長連接功能。
? ? 這就是本鴿王墻裂推薦大家使用的——傳輸GRE隧道**！
? ? 這種方式可以無需心跳維持長連接，不會因?yàn)轭l繁心跳導(dǎo)致多個(gè)終端出現(xiàn)并發(fā)受限，導(dǎo)致發(fā)送數(shù)據(jù)失敗或者引起網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題。

? ? 本期表演到此結(jié)束，額好像內(nèi)容有點(diǎn)多，不過想來各位老鐵老妹看完之后肯定都有對NBIoT的長連接有較深的了解。


? ? 溜了溜了，下期再見老鐵們！（我才不會說要等著老田催我更我才更?。?p>
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