2018版中国电信NB-IoT终端开发参考白皮书.pdf

中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 中国电信集团有限公司 发布 2018 版 本白皮书主要起草人： 陈正文、陈寿炎、刘奇峰、于翔、罗丹、魏民、王诚志、任永攀、叶青、陈平辉 前言 2017 年6月，中国电信率先在全球商用了NB- IoT网络，在产业链合作伙伴的共同推动下，NB-IoT 产品形态持续丰富，新兴应用不断涌现。伴随 NB-IoT 产品的快速发展，终端通信设计的重要性逐步显现，终 端通信行为特征与网络特性的良好适配能够使 NB-IoT 优势能力在产品中得到更优体现。 为使 NB-IoT 终端产品在设计开发阶段就与网络通 信特征紧密适配，中国电信编制本白皮书，作为合作伙 伴 NB-IoT 终端开发的技术参考，希望与合作伙伴共同 推动 NB-IoT 终端产品的成熟，促进 NB-IoT 市场应用 的繁荣。 本白皮书描述了 NB-IoT 终端开发所涉及的技术要 点，着重对 NB-IoT 终端硬件设计、软件设计、通信能 力、功耗优化和安全要求等提出了设计建议。 2 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 范围 4 规范性引用文件 4 缩略语 5 总则要求 6 硬件设计 7 5.1 模组选型 7 5.2 电源设计 7 5.3 串口设计 9 5.4 USIM 卡设计 9 5.5 模组扩展 MCU 设计 11 5.6 单板硬件设计 11 软件设计 13 6.1 下发控制 13 6.2 并发和重传 15 6.3 终端主动释放 RRC 连接 18 6.4 软件可靠性设计 19 6.5 支持 CoAP 协议接入 20 6.6 FOTA 升级 21 6.7 DTLS 特性使用说明 22 SIM卡选型参考 23 目录 CONTENT 1 2 3 4 5 6 7 3 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 通信相关功能 28 8.1 射频性能 28 8.1.1 发射机 28 8.1.2 接收机 28 8.2 APN 选择 28 8.3 终端接入 NB-IoT 业务接入网关 30 8.4 异频重选 30 8.5 避免断电 30 8.6 上报网络质量数据 30 8.7 定位功能 31 8.8 短消息功能 安全要求 31 9.1 物理安全 31 9.2 身份认证和访问控制 31 9.3 传输通道机密性 31 9.4 数据和用户隐私 32 9.5 应用和升级软件完整性 32 附件 33 10.1 消费级插拔卡物理特性参数 33 10.2 消费级贴片卡物理特性参数 34 10.3 工业级插拔卡物理特性参数 35 10.4 工业级贴片卡物理特性参数 36 8 10 9 4 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 1范围 本白皮书适用于在中国电信 NB-IoT 网络中使用的 NB-IoT 物联网终端。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 1 中国电信移动终端需求白皮书 - 机卡兼容功能分册 2 中国电信物联网模块需求白皮书 -NB-IoT 分册（2018.v1） 3 中国电信物联网模块需求白皮书 -NB-IoT 模块硬件规格分册 (2018.v1) 4 中国电信物联网专用卡需求白皮书（总册）（2018.v1） 5 中国电信物联网专用卡需求白皮书（插接式封装形式分册）（2017.v1） 6 中国电信物联网专用卡需求白皮书（贴片式封装形式分册）（2018.v1） 7 中国电信物联网专用卡需求白皮书（消费级）（2017.v1） 8 中国电信物联网专用卡需求白皮书（工业级）（2017.v1） 9 3GPP TS36.521-1 Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) conformance specification;Radio transmission and reception;Part 1: Conformance Testing 5 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 3缩略语 缩写 英文全称 中文名称 2FF second Form Factor 长 2.5 厘米，宽 1.5 厘米的 SIM 卡 3FF Third form factor 长 1.5 厘米，宽 1.2 厘米的 SIM 卡 4FF fourth form factor 长 1.23 厘米，宽 0.88 厘米的 SIM 卡 APN Access Point Name 接入点名称 APP Application 计算机应用程序 AT Attention 终端设备与应用处理器之间的连接与通信的指令 B5 Band 5（824849MHZ,869894MHZ） 频段 5 CN Core Network 核心网 DCE Data Circuit terminating Equipment 数据通信设备，本文指通讯模组 DRX Discontinuous Reception 非连续接收 DTE Data Terminal Equipment 数据终端设备 eDRX Enhanced Discontinuous Reception 增强型非连续接收 FOTA Firmware Over-The-Air 固件空中下载升级 IP Internet Protocol 网络之间互连的协议 MCU Microcontroller Unit 微控制单元 NB-IoT Narrow Band Internet of Things 基于蜂窝的窄带物联网 PCB Printed Circuit Board 印制电路板 PIO Programming input output 可编程输入输出脚 PSM Power Saving Mode 低功耗模式 RSRP Reference Signal Receiving Power 参考信号接收功率 SIMID SIM Identity 基于 SIM 卡的身份认证 SINR Signal to Interference plus Noise Ratio 信号与干扰加噪声比 TAU Tracking Area Update 跟踪区域更新 USIM Universal Subscriber Identity Module 全球用户识别卡 表 3-1. 缩略语释义表 6 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 4总则要求 本白皮书从硬件、软件、SIM 卡、通信功能、安全能力等方面给出 NB-IoT 终端开发设计建议。 表 4-1. 设计建议表 分类 具体项目 作用 参考章节 硬件设计 电源设计 包括直接供电和电池供电两种方式， 需要满足上下电时序要求 5.2 串口设计 给出串口设计建议 5.3 USIM 卡设计 给出 USIM 卡电路设计准则， 避免烧卡和信号完整性问题 5.4 模组扩展 MCU 设计 对于复杂应用可扩展增加 MCU 5.5 单板硬件设计 给出终端硬件设计上的关注点，保证产品可靠性 5.6 软件设计 下发控制 给出 PSM 和非 PSM 两种模式下的下发控制建议， 以满足省电和实时控制要求 6.1 并发和重传 并发和重传机制需要重点关注，给出推荐设计。 6.2 终端主动释放 RRC 连接 由终端根据业务场景按需采用， 有助于快速离开连接态，节省功耗 6.3 软件可靠性设计 给出各种场景下的软件可靠性设计建议， 避免程序挂死 6.4 支持 CoAP 协议接入 终端需要支持 CoAP 通信协议， 方便接入中国电信 NB-IoT 业务接入网关 6.5 FOTA 升级 FOTA 升级是必选功能，给出软硬件设计建议 6.6 DTLS 特性使用 采用 DTLS 协议对应用 / 管理数据进行保护 6.7 SIM 卡选型 SIM 卡选型 介绍 SIM 卡的基本知识， 根据具体应用场景选择消费级卡、工业级卡和贴片卡 7 通信 相关功能 射频性能 列出主要的射频发射、接收的性能要求 8.1 APN 选择 介绍中国电信多种 APN 对应的节电参数， 满足各种应用场景 8.2 终端接入 NB-IoT 业务接入网关 终端接入中国电信 NB-IoT 业务接入网关的简介 8.3 异频重选 终端不锁定频点，支持异频重选， 伴随网络优化享受更优无线质量 8.4 避免断电 避免断电机制后重新附着网络引起的额外功耗 8.5 上报网络质量数据 建议终端向云端上报无线网络质量 8.6 定位功能 终端对 NB-IoT 定位功能支持 8.7 短消息功能 终端对短消息功能支持。 8.8 7 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 安全要求 物理安全 NB-IoT 终端的物理安全防护机制 9.1 身份认证和 访问控制 NB-IoT 终端设备加强访问控制， 以防范非授权用户的恶意访问 9.2 传输通道机密性 NB-IoT 终端在传输业务数据 时需要对传输通道进行必要的加密 9.3 数据和用户隐私 NB-IoT 终端需要一定的安全防护能力， 确保隐私数据在无授权的情况，被他人非法盗取 9.4 应用和升级软件 完整性 NB-IoT 终端应当具备一定的安全防护机制， 确保自身软件的完整性，以避免受到外部恶意代码 的侵入 9.5 分类 具体项目 作用 参考章节 5.1 模组选型 中国电信入库的 NB-IoT 模组可在中国电信天翼终端信息平台查询： int index = 0; for(index = 0; index 0) printf(data report success!n); return err; err = soft_reset();/ 软重启 if (err 0) printf(soft reset failed!n); return err; for(index = 0; index 0) printf(data report success!n); return err; err = hardware_reset();/ 硬重启 if (err 0) printf(hardware reset failed!n); return err; for(index = 0; index 0) printf(data report success!n); return err; return enter_psm();/ 进入 PSM 模式，等待下一个上报周期 18 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 6.3 终端主动释放 RRC连接 当 NB-IoT 终端希望节省耗电时，根据 3GPP 标准提供的释放辅助指示（Release Assistance Indication） 机制，终端可以在每次业务通信交互的最后一次通信时告知网络终端希望及早退出RRC(Radio Resource Control) 连接态，从而不必等待基站对终端的不活动检测超时（通常为 20 秒）再退出 RRC 连接态。 中国电信 NB-IoT 业务接入网关支持 NB-IoT 终端主动提出释放辅助指示，终端可以在每次业务通信交互 的最后一次数据上报时携带指示标识，向核心网表明希望释放 RRC 连接，避免因等待基站对终端的不活动检 测而在后续 20 秒内处于 RRC 连接态，从而以最短时间离开高功耗的连接态，从而达到进一步省电的目的。 （1）未使用释放辅助指示 终端在最后一次数据交互后等待 20 秒的连接态时长才可离开高功耗的连接态。 （2）使用释放辅助指示 采用携带释放辅助指示的AT指令，在数据上报时携带Release assistance Indication标识，分为两种情况： Release assistance Indication 取值为 01：不等待紧跟的下行数据 , MME 将上行数据发送后立即通知基 站释放该终端的 RRC 连接； Release assistance Indication 取值为 10：MME 收到并发送下行消息时通知基站当数据成功发送给终端 后释放 RRC 连接。 图 6 - 4. 未使用释放辅助指示终端数据交互图 终端不上报 Release Assistance Indication Data Transmission Wait UE Inactive Timer Timeout RRC Connected Idle Sleep 19 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 综上，采用了释放辅助指示的省电模式满足了部分场景发完数据或接收回应后立即离开高功耗的连接态， 从而实现了部分终端进一步省电的业务需求。 软件约束： 模组需要支持携带 Release assistance Indication 标识的数据发送 AT 命令。 6.4 软件可靠性设计 6.4.1 控制面防挂死设计 系统类的异常，包括：死循环挂死、空指针拷贝导致的指令跑飞、局部变量内存拷贝导致堆栈溢出、动 态内存不释放导致内存泄露无可用内存等。 （1）支持软件和硬件看门狗 软件看门狗监控系统内的重要任务，硬件看门狗监控软件看门狗。 （2）堆栈溢出 建议使用操作系统自带的堆栈溢出检测自愈功能，堆栈溢出后可自愈。 6.4.2 数据面防挂死设计 终端数据上传路径有 2 个风险：模组没有硬件看门狗，如果芯片软件彻底挂死之后没有自愈机制。MCU 到模组的路径上可能会出现软件原因导致数据发送失败问题。需要增加检测和自愈手段，防止终端数据长时 间无法上报。 图 6 - 5. 携带释放辅助指示的终端数据交互图 终端上报 Release Assistance Indication Data Transmission Idle Sleep 20 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 所以 MCU 和模组之间的消息发送必须等应答，MCU 每次给模组透传终端数据时必须等待模组的应答，只 有收到应答或等待超时之后才能发送下一条消息。 增加检测机制 （1）有 MCU 的场景：MCU 每次给模组透传终端数据后，如果连续 3 次无法收到应答或收到的失败应答， 认为模组异常；如果在重传周期之内收到其它 AT，暂停重传，暂停计数；如果在重传周期之内收到数据转发 命令，停止重传，计数清零。 （2）无 MCU 的场景：应用发送数据之后，如果连续 3 次都失败，认为系统异常；如果在重传周期之内 收到其它 AT，暂停重传，暂停计数；如果在重传周期之内收到数据转发命令，停止重传，计数清零。 增加自愈机制 （1）有 MCU 的场景：MCU 检测到模组异常之后，控制模组 RESET 管脚重启，之后再重启 MCU。 （2）无 MCU 的场景：软件检测到系统异常之后，重启系统。 6.5 支持 CoAP 协议接入 CoAP 协议是建立在 UDP 协议之上，以减少开销，适合受限网络和终端。 NB-IoT 终端通过 CoAP 通信协议与中国电信 NB-IoT 业务接入网关对接有以下优势： （1） NB-IoT 终端的下发控制免心跳消息 CoAP 协议传输层基于 UDP 协议，会话保持时间较短，为了保持会话需要频繁发送心跳消息。接入中国电 信 NB-IoT 业务接入网关后，终端无需发送心跳消息即可保持会话，实现云端应用主动发起的下发控制。 （2） 基于 LwM2M 的批量升级，提升终端的升级维护效率 中国电信 NB-IoT 业务接入网关集成了基于 LwM2M 协议的批量升级功能，只需在 NB-IoT 业务接入网关 建立升级任务即可。中国电信 NB-IoT 业务接入网关能够感知基站的拥塞情况，合理调度升级任务，保证升 级的成功率。 （3） 离线命令缓存 终端进入 PSM 模式后无法接收下行命令。针对进入 PSM 模式的终端，中国电信 NB-IoT 业务接入网关提 供命令缓存下发功能。NB-IoT 业务接入网关感知当前设备是否处于可接收下行命令的状态，决定何时下发 命令，保证命令下发的成功率。 21 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 （4）故障诊断功能，便于客户管理终端 中国电信 NB-IoT 业务接入网关能够为客户提供端到端的故障诊断，卡 - 终端 - 无线 - 核心网 -NB- IoT 业务接入网关，及时、准确地定位故障、解决问题。 6.6 FOTA 升级 NB-IoT 终端应支持 FOTA 升级，LwM2M 提供设备更新管理功能。FOTA 端到端系统架构如下所示： NB-IoT 终端需要管理 FOTA 升级流程，终端侧 LwM2M 系统状态机可参考下图实现： 图 6 - 6. FOTA 端到端系统架构示意 NB-IoT 业务接入网关 Module LwM2M CoAP DTLS UDP eNB CN OTA Package Server LwM2M CoAP DTLS UDP 图 6 - 7. 终端侧 LwM2M 系统状态机 推送下载包 或配置下载 URI 下载失败 Result=8 Execute Update State=0 Result=8 升级成功 Result=1 下载失败 (Result=9、7、6、2、3、4、5) 升级失败 Result=8 下载成功 Result=0 DOWNLOADING (state=1) DOWNLOADED (state=2) IDLE (state=0) UPDATING (state=3) Clear Package / Package URI 22 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 硬件约束 （1）当芯片内部空间不满足版本升级空间要求时，模组需要增加外挂 flash，且自身软件升级要求外挂 flash 大于模组版本升级空间要求。如果对 MCU 有升级诉求，模组的外挂 flash 资源需满足模组 +MCU 版本 升级空间要求。 （2）模组外需要设计芯片的复位按钮，以支持近端升级的场景。 软件约束 （1）FOTA 升级，模组应支持 LwM2M 所规定的 Object5、下载协议和状态机要求。在模组遵从中国电信 FOTA 流程前提下，当有需求与第三方差分服务商对接下载时，可在平台侧配置第三方服务器的访问地址。模 组应能识别平台下发的第三方服务器访问地址，采用相应的协议与其交互。 （2）在 FOTA 升级时禁止上传或下载业务。 （3）升级包建议采用差分包，升级包大小应该尽量小，如果太大，芯片内部存储空间不够，需要外置 存储 flash，硬件成本会增加。 （4）有节省耗电需求的终端不建议采用断电模式，推荐采用 PSM 模式。且在升级过程中终端不能断电， 避免出现不可预知的错误。推荐终端向 NB-IoT 业务接入网关上报电量，NB-IoT 业务接入网关检查是否有足 够的电量从而决定是否进行 FOTA 升级。 （5）MCU 和模组之间通过中断方式进行通讯。 6.7 DTLS 特性使用说明 在 NB-IoT 网络中，NB-IoT 终端和中国电信 NB-IoT 业务接入网关之间采用 DTLS 协议对应用 / 管理数据 进行保护，DTLS 特性使用时需要在模组和 NB-IoT 业务接入网关上进行相应的配置。模组上的配置包括： 其它注意事项： （1）使用 DTLS 特性时，与 NB-IoT 业务接入网关对接的端口建议使用 5684（安全端口）； （2）如使用无 DTLS 模式，则与 NB-IoT 业务接入网关对接的端口建议使用 5683（非安全端口）。 模组侧配置 NB-IoT 业务接入网关侧配置 备注 PSK 预置 使用指令（如：AT+NSETPSK）设 置模组内存储的 PSK 在向 NB-IoT 业务接入网关导入设备的 时候，同时导入 PSK 模组和 NB-IoT 业务接入网关的 PSK 一致，才能保证加解密正常 DTLS 特性开关 使用指令（如：AT+NSECSWT）设 置当前模组使用 DTLS 模式（无 DTLS/ 标准 DTLS） 在向 NB-IoT 业务接入网关导入设备的 时候，同时设置设备的”isSecure”属 性为 true，标识此设备为安全设备 模组和 NB-IoT 业务接入网关的 运行模式一致，DTLS 链路才能 协商成功 表 6-1. DTLS 使用说明表 23 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 常用的 2FF/3FF/4FF 插拔卡为 6 脚，管脚接口定义如下图。 7 SIM 卡选型参考 NB-IoT 卡承载着运营商的码号资源，是物联网设备接入 NB-IoT 无线网络的身份标识，根据应用场景分 为消费级 NB-IoT 卡与工业级 NB-IoT 卡，根据封装类型又分为插拔卡与贴片卡，卡分类可参考下表。 产品名称 封装类型 型 号 规 格 消费级 NB-IoT 卡 插拔卡 2FF(SIM 卡） 25mm15mm 3FF(Micro-SIM 卡） 15mm12mm 4FF(Nano-SIM 卡） 12.3mm8.8mm 贴片卡 MFF2（主流） 5mm6mm 22 贴片卡 2mm2mm 工业级 NB-IoT 卡 插拔卡 2FF(SIM 卡） 25mm15mm 3FF(Micro-SIM 卡） 15mm12mm 4FF(Nano-SIM 卡） 12.3mm8.8mm 贴片卡 MFF2（主流） 5mm6mm 22 贴片卡 2mm2mm 表 7-1. 卡分类参考 图 7 - 1. 插拔卡管脚接口定义图 1 2 3 4 5 6 Bottom view 1 VCC 2 RESET 3 CLOCK 4 GND 5 VPP 6 DATA 24 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 MFF2 贴片卡采用 VQFN8 封装，市面主流的 MFF2 底视图、尺寸参数、封装管脚及触点定义分别如下。 注：内部接头可以是矩形或圆形。 参数 描 述 尺寸 (mm) E 封装水平方向长度 6.00 0.15 D 封装垂直方向长度 5.00 0.15 L 封装外部管脚水平方向长度 0.60 0.15 B 封装外部金属管脚的最小垂直距离 0.40 0.10 E2 封装内部散热片水平长度 min 3.30 D2 封装内部散热片垂直长度 min 3.90 K 封装外部管脚与内部散热片最近的距离 min 0.20 e 封装外部金属管脚的中心线到相邻金属管脚中心线的距离 1.27 见 bbb 和 ddd 中描述 bbb 中心线公差 0.10 ddd 点间距离公差电 0.05 表 7-2. MFF2 尺寸参数 图 7 - 2. MFF2 底视图 Pin 8 Pin 1 e b C5 C6 C7 C8 C1 C2 C3 C4 E D D2 L K E2 25 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 2X2 贴片卡底视图、封装管脚及触点定义、详细参数示意图、尺寸参数分别如下。 图 7 - 3. 22 贴片卡底视图 Pin 8 Pin 1 e b C5 C6 C7 C8 C1 C2 C3 C4 E D D2 L K E2 封装管脚 触点 1 C5 GND 2 C6 NC 3 C7 I/O(DATA) 4 C8 NC 表 7-3. 封装管脚及触点定义 封装管脚 触点 8 C1 VCC 7 C2 RESET 6 C3 CL0CK 5 C4 NC 封装管脚 触点 1 C5 GND 2 C6 NC 3 C7 I/O(DATA) 4 C8 NC 表 7-4. 封装管脚及触点定义 封装管脚 触点 8 C1 VCC 7 C2 RESET 6 C3 CL0CK 5 C4 NC 26 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 注：图 7-4 为参数示意图，目的是为了标明各个参数的含义，2X2 贴片卡为 8 管脚，ND 取值应为 4，详 细的尺寸参数见表 7-5。 图 7 - 4. 22 贴片卡详细参数示意图 27 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 封装底部的方向标：封装底部的方向标志需在 C5 拐角处清晰标示。 封装顶部的方向标：封装顶部方向标与封装底部方向标位于同一位置。 NB-IoT 非常适用于低功耗、低速率、广连接与深覆盖的场景，需根据具体的应用场景环境参数来选择 对应的 SIM 卡。若应用场景类似于像手机一样的类人体环境，建议采用消费级 NB-IoT 卡，若是应用场景在 室外、高温、高湿、高腐蚀等工业级环境，建议采用工业级 NB-IoT 卡，若是对体积、防水性及防震要求特 别高，建议采用相应的贴片卡，具体选型请参考各类型 SIM 卡物理特性参数，详见第 10 章附件。 参数 参数描述 尺寸最小值 （mm） 尺寸基准值 （mm） 尺寸最大值 （mm） E 封装体的水平方向尺寸 1.9 2.0 2.1 D 封装体的垂直方向尺寸 1.9 2.0 2.1 L 封装体边缘到接触焊盘的长度 0.2 0.3 0.45 b 暴露在封装体底部表面接触焊盘镀 有金属膜部分 ( 包括铅涂层 ) 的宽度 0.18 0.25 0.30 E2 暴露金属热特性 ( 暴露的焊盘 ) 的水平尺寸 Min 0.55 D2 暴露金属热特性 ( 暴露的焊盘 ) 的垂直尺寸 Min 1.15 k 任意触点与散热片的距离 Min 0.2 e 相邻触点中心线的距离 0.5 bbb 该误差控制触点格局与水平封装中心线 位置。每个触点误差区域的中心由 基础维度 e 与水平封装中心线定义。 0.1 ddd 触点之间位置的误差范围。 中心区域的值可见上述 e 的定义 0.05 A 卡片厚度，具体见图 7-4 所示 - 0.75 0.8 A1 具体见图 7-4 所示 0 0.02 0.05 A3 具体见图 7-4 所示 0.20 (ND-1)*e 具体见图 7-4 所示 1.5 aaa 具体见图 7-4 所示 0.15 ccc 具体见图 7-4 所示 0.1 eee 具体见图 7-4 所示 0.08 具体见图 7-4 所示 0 - 14 表 7-5 尺寸参数 28 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 8.1 射频性能 8.1.1 发射机 8.1.1.1 最大输出功率 需满足 3GPP TS36.521-1 中 6.2.2F 的要求。 8.1.1.2 频率误差 需满足 3GPP TS36.521-1 中 6.5.1F 的要求。 8.1.1.3 误差矢量幅度 (EVM) 需满足 3GPP TS36.521-1 中 6.5.2.1F.1 的要求。 8.1.2 接收机 8.1.2.1 参考灵敏度电平 需满足 3GPP TS36.521-1 中 7.3F.1 的要求。 8.2 APN 选择 NB-IoT 网络的省电参数（PSM、eDRX）通过 NB-IoT 用户卡开户时选择 APN 的方式实现。 结合目前 NB-IoT 业务的特点，可以将 NB-IoT 业务场景分为 3 类：监控上报类，下发控制类，综 合定制类。 8通信相关功能 场景分类 PSM 功能 eDRX 功能 监控上报类 开启 关闭 / 启用 下发控制类 关闭 关闭 / 启用 综合定制类 根据客户场景定制 根据客户场景定制 表 8-1. NB-IoT 典型业务场景 29 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 为了适应不同的业务场景，NB-IoT 用户卡开户时可在多种既定的 APN 中选择所需的 APN。终端可根据应 用场景自主上报所需 APN，也可以不设置 APN 而由网络自动下发开户时选择的默认 APN。不同的 APN 对应不 同的省电参数。NB-IoT 终端在进行软件开发前需确定所采用的省电参数，根据业务特点以及省电参数进行 软件的设计与开发。 NB-IoT 业务最常用的两种 APN 是 ctnb（默认）和 psm0.eDRX0.ctnb。其中，ctnb 是省电模式的 APN，开 启 PSM 功能；psm0.eDRX0.ctnb 是下发控制模式的 APN，同时关闭 PSM 和 eDRX 功能。 APN 名称 APN 描述 PSM eDRX 激活定时器 eDRX 周期 寻呼窗口 ctnb 监测上报类，立即 PSM （ 2 秒） ， 不启用 eDRX 开启 关闭 2秒 / / psmA.eDRX0. ctnb 监测上报类，稍后 PSM （15 秒），不启用 eDRX 开启 关闭 15 秒 / / psmB.eDRX0. ctnb 监测上报类，稍后 PSM （ 30 秒），不启用 eDRX 开启 关闭 30 秒 / / psmC.eDRX0. ctnb 监测上报类，稍后 PSM （60 秒），不启用 eDRX 开启 关闭 60 秒 / / psmF.eDRXC. ctnb 监测上报类，稍后 PSM （180 秒），启用 eDRX，寻呼周期 20 秒 开启 开启 180 秒 20.48s 10.48s psm0.eDRXH. ctnb 下发控制类，关闭 PSM，启用 eDRX，下发 时延（15 分钟） 关闭 开启 / 655.36s 10.24s psm0.eDRXD. ctnb 下发控制类，关闭 PSM，启用 eDRX，下发 时延（1 分钟） 关闭 开启 / 40.96s 10.24s psm0.eDRXC. ctnb 下发控制类，关闭 PSM，启用 eDRX，下发 时延（30 秒） 关闭 开启 / 20.48s 10.24s psm0.eDRX0. ctnb 下发控制类，关闭 PSM，启用 DRX，下发时 延（10 秒） 关闭 关闭（DRX） / 2.56s / ue.prefer.ctnb 终端上报为准， 使用终端上报的参数 终端上报 终端上报 终端上报 终端上报 终端上报 表 8-2. 不同场景 APN 配置表 30 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 8.3 终端接入 NB-IoT业务接入网关 目前 NB-IoT 业务接入网关支持 NB-IoT 终端通过 CoAP/LwM2M 标准协议进行通信，由于 NB-IoT 设备一般 对省电要求较高，应用层 payload 数据采用紧凑制二进制码流形式，编解码插件需要以字节为单位对设备上 传数据进行解析。 具体的对接流程可与中国电信政企客户经理联系，获取具体指引材料。 8.4 异频重选 随着 NB-IoT 网络扩容和优化，同一物理地点的网络频点会发生变化。为了保障终端尽量驻留在无线质 量好的频点，终端不能锁定某个频点，应支持异频重选功能。 8.5 避免断电 NB-IoT 网络出现之前，部分物联网终端为了节省耗电，曾采用通信完成后断电、下次通信时再上电的 设计方法。NB-IoT 网络支持 PSM 的省电模式，支持终端 IP 地址常在线，进入 PSM 模式也能保持终端 IP 地址 不变。 因此，建议尽量避免终端通信后直接断电，而是采用 PSM 和释放辅助指示（参见 6.3）降低功耗。若终 端每次数据上报完成后就立即断电，则每次数据上报前都需重新附着网络获取新的 IP 地址，反而增加终端 的功耗。并且可能影响终端的 FOTA 升级功能实现。 8.6 上报网络质量数据 业务的端到端时延和成功率与终端所处物理位置的无线网络覆盖情况密切相关。建议终端向 NB-IoT 业 务接入网关或应用上报无线网络质量数据（例如：RSRP、SINR、CellID 等），便于运营商在业务出现问题时 快速判断故障点，保障业务端到端平稳运行。 8.7 定位功能 E-CID 方案中，需要终端将参考信号接收功率 (Reference SignalReceivedPower，RSRP)、参考信号接收 质量 (ReferenceSignalReceived Quality，RSRQ) 等相关数据发送至定位平台，平台调用特征库算法实现定位 功能。 OTDOA 方案是 3GPP TS23.271 定义的 LCS 定位流程，采用 OTDOA 算法。OTDOA 是根据三个基站与移动终 端信号传播的时间差值进行定位的技术。通讯模组向网络发送 SFN-SFN Observed Time Difference 测量值。 它包含了它所测得的服务小区和邻近小区的定时差值。由于网络已知服务小区到通讯模组的传播迟延，因此 31 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 可以将通讯模组提供的 OTDOA 测量值转换为 OTOA(Observed Time of Arrival) 从而估算出该近基站到移动终 端的距离。 建议 NB-IoT 终端未来逐步支持定位功能。 8.8 短消息功能 NB-IoT终端需要具备SGs短信的能力。通过3GPP TS27.005定义的相关AT命令来实现短消息的业务功能。 终端完成附着后，通过 AT+CSMS 设置短消息类型、AT+CSCA 配置短消息服务中心地址、AT+CMGS 组包 PDU 格 式内容进行短消息收发，具体的指令使用说明建议参考模组厂家提供的 AT 指令手册。 NB-IoT 终端处于感知层的末端，是整个物联网的“安全前哨”，是物联网安全的重点防护对象。 物联网终端的安全防护主要包括物理防护安全、身份认证和访问控制、传输通道机密性、数据和用户 隐私、应用和升级软件完整性、服务可用性等多个方面。 9.1 物理安全 NB-IoT 终端需要具备足够的物理安全防护机制以确保工作期间自身接口和本地芯片不被损坏，为 终端设备的正常运转提供必要支撑；除此之外，也应做到在设备遭遇物理性攻击或破坏的情形下，即 使攻击者获得硬件设备也难以获取有效数据；户外部署的终端设备，需要具备足够的抗振动、防挤压、 防水等强物理特性，另外，对于需要特殊防护的设备，可以安装防护外壳、进行封装保护。 9.2 身份认证和访问控制 NB-IoT 终端设备必须加强访问控制，以防范非授权用户的恶意访问。比如必须对默认账号密码、 弱的密码策略进行定时修改，杜绝安全配置长期不更新、不核查；当其他业务类型的设备要与之进行 通信交互时，必须进行身份认证和访问管理，防止设备内数据被非授权恶意读取。 9.3 传输通道机密性 NB-IoT 终端在传输业务数据时需要对传输通道进行必要的加密，以防止被明文传输时遭受恶意窃 取，泄露用户机密。实际终端厂商在研制携带有加密机制的设备时，需要结合 NB-IoT 终端自身的能力 和实际业务需求考虑算法的使用、密钥的分发和存储机制等。 9安全要求 32 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 9.4 数据和用户隐私 NB-IoT 终端内部存有用户的隐私数据，例如身份信息、指纹信息、生物特征等个人信息，或健康信息、 联系人等隐私数据。终端设备需要一定的安全防护能力，来确保这些隐私数据在无用户本人授权的情况，被 他人非法盗取。终端通常可以采用一些 SE 安全模块、SIMID、eSIM 卡、TEE 等技术来保证隐私数据的安全性。 9.5 应用和升级软件完整性 NB-IoT 设备应当具备一定的安全防护机制，确保自身软件的完整性，以避免受到外部恶意代码的侵入。 对于支持应用部署的设备，必须在安装前执行合法性校验，对于来源不明的外来应用直接进行拦截丢弃；设 备在通过 OTA 技术进行远程系统升级时，必须对下载后的软件升级包进行完整性校验，防止软件升级包被恶 意篡改和恶意代码的注入；另外，设备在开机启动时，也需要同时进行自身文件系统及其数据的完整性和一 致性校验，如若不能通过，则启用回退机制，若是发现不完整就回退至原有备份状态；若原有备份数据丢失 , 就删除不完整数据。 33 中国电信 NB-IoT 终端 开发参考白皮书 2018 版 10.1 消费级插拔卡物理特性参数 10附件 表 10-1. 消费级插拔卡物理特性参数 技术参数描述 消费级插拔卡 工作和存储温度 T1 -25 to +85 C 湿度 H1 在 50 度温度，相对湿度范围 90%95%，1000 小时的条件下，可以保证卡 的操作和存储正常 数据保留时间 R1 1