? ?（鴿王唐老師出差回來(lái)，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(lái)討論下很多老鐵們關(guān)心的NBIoT長(zhǎng)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(duì)于NBIoT網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，本身針對(duì)低頻次、小數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)連接模式并不友好；為了滿(mǎn)足社會(huì)主義建設(shè)的需求，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)連接。
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? ? 老田又說(shuō)了，研究問(wèn)題要先理解原理。So，在研究?jī)煞N方案之前，我們先來(lái)刨根問(wèn)底一下，究竟了哪些因素限制了NBIoT網(wǎng)絡(luò)下終端的長(zhǎng)連接。


? ? （*注意各位老鐵們，前方高能預(yù)警！干貨來(lái)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(guò)基站（eNodeB），經(jīng)過(guò)公網(wǎng)（Internet）連接到上層應(yīng)用服務(wù)器（Server）的簡(jiǎn)單邏輯結(jié)構(gòu)。
? ? 首先，從無(wú)線接入網(wǎng)的角度來(lái)看，因?yàn)镹BIoT引入了低功耗模式（PSM狀態(tài)）-（不要問(wèn)我什么是PSM狀態(tài)！請(qǐng)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(kāi)；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(zhǎng)連接的問(wèn)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(kāi)后，模組會(huì)一直處于IDLE狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，終端將會(huì)按照尋呼時(shí)間窗的間隔，周期性的監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)尋呼，從而實(shí)現(xiàn)終端與網(wǎng)絡(luò)保持長(zhǎng)連接。

? ? 解決了限制點(diǎn)1的問(wèn)題，再往上層看，終端數(shù)據(jù)最終經(jīng)過(guò)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(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖上來(lái)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(kāi)的；對(duì)于公網(wǎng)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)一定的時(shí)間限制后，該IP+Port沒(méi)有新的數(shù)據(jù)流進(jìn)行保活，P-GW就會(huì)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(chēng)為IPV4 NAT映射老化時(shí)間（各位老鐵，IPV6有多重要！有沒(méi)有體會(huì)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(zhǎng)連接的問(wèn)題，我們需要一些特別的方式來(lái)維持IPV4 NAT映射不被老化回收，一般來(lái)說(shuō)我們有如下兩種方式（分別為入門(mén)級(jí)和進(jìn)階級(jí)）：
? ? 1. Class 1 –?入門(mén)級(jí)（心跳**）
? ? 顧名思義，第一種方法就是使用心跳包來(lái)保持長(zhǎng)連接（遭了，是心動(dòng)的感覺(jué)）。

? ? 入門(mén)級(jí)方法，非常簡(jiǎn)單。僅僅通過(guò)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(guò)該NAT映射發(fā)送到P-GW，P-GW通過(guò)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(mén)級(jí)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(qǐng)注意下面這段話(huà)的描述！）
? ? 我們使用的2G網(wǎng)絡(luò)的帶寬為1M，在諸如火車(chē)站這種人多終端多的場(chǎng)景，如果使用2G網(wǎng)絡(luò)會(huì)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(huì)過(guò)！）；目前4G網(wǎng)絡(luò)的帶寬為6M，在類(lèi)似演唱會(huì)/大型運(yùn)動(dòng)會(huì)這樣的突發(fā)用戶(hù)密集地區(qū)，卻依然要通過(guò)通信保障車(chē)（臨時(shí)基站）來(lái)緩解因用戶(hù)過(guò)多而導(dǎo)致終端不能上網(wǎng)的問(wèn)題。


? ? 也就是說(shuō)，帶寬越窄，其容量就越小——搞通信的老鐵們，有沒(méi)有很熟悉的感覺(jué)？對(duì)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?jī)H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)送失敗！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(wèn)題。

? ??2. Class 2 –?進(jìn)階級(jí)（GRE隧道**）
? ? 上面一通分析猛如虎，那進(jìn)階級(jí)的方案如何規(guī)避這個(gè)問(wèn)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(lái)做解釋?zhuān)?/span>
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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(guò)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的方式解決資源受限的問(wèn)題，從而規(guī)避NAT映射這種機(jī)制帶來(lái)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(shuō)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(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)中，這里就要提到非常非常非常（說(shuō)三遍）重要的另一個(gè)概念，接入點(diǎn)名稱(chēng)——APN（Access Point Name）。
? ? APN是一個(gè)用戶(hù)通過(guò)P-GW可連接到公網(wǎng)的標(biāo)識(shí)，其通常作為用戶(hù)簽約數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在HSS（歸屬用戶(hù)服務(wù)器）中，分組業(yè)務(wù)中MME根據(jù)用戶(hù)簽約的APN，通過(guò)DNS進(jìn)行域名解析，從而獲取到P-GW的IP地址，將用戶(hù)接入到APN對(duì)應(yīng)的PDN中；從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)APN將不同的用戶(hù)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(wèn)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(guò)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(wú)需心跳維持NAT映射老化的長(zhǎng)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(wú)需心跳維持長(zhǎng)連接，不會(huì)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(wèn)題。

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


? ? 溜了溜了，下期再見(jiàn)老鐵們！（我才不會(huì)說(shuō)要等著老田催我更我才更！）

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