移动物联网简介

1. 文档概述

现有物联网业务分为物联卡、行业应用卡两类，本手册适用于物联卡业务。

本手册针对物联网支撑的业务管理员、工程、维护人员编制，提供关于物联网专网业务组网方案的指导建议，用于指导物联网专网业务开通、维护工作。

1. 术语名词

1. 物联网业务概述

3.1 产品定义

物联网（IoT，Internet of things）即“万物相连的互联网”，是指在传统互联网基础上，将用户延伸和扩展到了物品，实现物与物、物与人之间进行信息交换和通信。

物联网业务以2G/3G/4G/5G、NB-IoT等移动通信网络为传输载体，为政企客户提供设备到设备、设备到人、人到设备的信息传递解决方案，满足客户对生产过程监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的行业应用信息化需求。为规范物联网业务的开通、维护、管理，合理、可靠、安全、高效地组织、有效支撑政企业务发展，提高物联网接入设备服务质量，提高维护队伍整体素质和水平。物联网业务由移动公司统筹规划、统一管理，包括业务管理、功能规划、资费管理、码号管理等。

物联卡是指基于物联网专用网络，采用物联网专属号段，通过物联网专用网元设备承载的移动通信接入业务，支持短信、数据通信、语音等通信方式，并提供自服务门户、API能力接口、专用APN、位置定位、静态IP服务等智能通道服务。基础通信服务包括无线数据通信、短信通信，部分号段支持语音。

物联网业务按照APN接入点可以分为两大类型：通用APN和专网APN。通用APN为CMMTM/CMIOT/CMNBIOT/CMIOT5GN等，主要用于用户访问互联网。专网APN为CMIOTXXX，主要用于用户访问企业内部的私有网络。用户可以根据实际业务应用需求自主选择通用APN或是专网APN。物联网业务还可以通过DPI深度报文检测技术和黑白名单列表，为政企行业用户提供物联卡数据定向访问个性化需求，适应多种灵活多变的行业应用场景。

物联卡在通过移动公司统一分配的APN名称进行无线网络接入时，在网络侧会对SIM卡和APN进行验证鉴权，只有签约该指定APN的SIM卡才允许访问网络。利用SIM卡的唯一性，划定用户可接入指定系统的范围，并且物联卡与物联网终端支持机卡分离检测，一旦发生机卡分离，即采取停机措施，有效避免非法用户接入，保障用户数据安全。

物联网终端通信IP地址的获取方式有动态分配和静态分配两种。动态分配就是指同一张物联卡每次PDP激活联网时，核心网设备为物联卡分配的IP地址不固定。静态分配就是指物联卡和IP地址是个一一绑定的关系，即同一张物联卡每次PDP激活联网时，核心网设备为物联卡分配的IP地址都是物联卡绑定的IP地址。

3.2 产品优势

高质量的网络：中国移动率先搭建了全球规模最大、覆盖范围最广的公众物联网，为物联网客户提供优质的、智能的网络服务。

一点接入全网使用：可实现一点业务受理、开通，为客户提供全网智能连接服务，满足客户全网“一站式服务”需求。

安全可靠的数据传输：通过VPN或者物理专线的方式在网络侧为用户提供专用的数据传输通道，满足用户的高安全性、可靠性、专用性需求。

用户自主管理：为客户提供物联网运营管理平台（OneLink平台）账号，可实现在线状态查询、开关机状态查询、故障诊断工具等服务。

漫游定位服务：提供LBS基站定位能力，满足客户在终端无流量、低功耗的业务场景下，及时快速获取物联网终端位置信息的需求。

空中写卡：在不更换物联卡的情况下，通过OTA方式实现数据动态切换，满足跨境、跨运营商客户实现“换卡不换号”的需求。

丰富码号资源：拥有13位和11位的物联网专用号段，总容量达12亿以上，满足行业客户大量的码号需求。

灵活计费方式：提供测试期、沉默期、长周期套餐、NB-IoT等套餐，满足客户生产测试、库存、运输等全业务流程需求。

工业级SIM卡：提供车规级、工业级等多类型物联卡，提供插拔式和贴片式等物联卡形态，满足客户对抗震动、抗腐蚀和耐高温等多方面的个性需求。

国际漫游：提供国际漫游功能，为客户的产品/货物在短期跨境迁移时提供连续的通信保障。

API开放能力：通过平台对接的方式向客户平台输出8大类、290多个API，满足客户使用情况查询、财务信息查询、物联卡状态查询的等业务运营管理需求。

1. 物联网业务关键技术

物联网业务在传统通道服务基础上，提供通信状态管理、流量查询、通信鉴权、质量监控等增值服务，物联网核心网元设置东西南北基地，按片区承载物联网业务。物联网端到端网络由设备侧—无线网—核心网—承载网—传送网及上层隧道—用户侧及业务平台组成专业的网络服务。

物联网网络的总体网络组织架构如图所示：

图4-1物联网业务总体网络组织架构

4.1 无线网

目前移动公司为物联网业务提供四类无线网网络，分别为NB-IoT、2/3G、4G及5G。物联网终端模组必须与承载物联网业务的网络制式相匹配。

1. 1. 1. 2/3G模式

2G是第二代手机通信技术规格，以数字语音传输技术为核心物联网主要使用其数据业务以及短信+部分语音业务。2G系统具有广域覆盖能力强、网络容量大、稳定性强不易受干扰、信息灵敏等特点。物联网业务使用2G模式可以满足业务的连续广域覆盖+语音的业务类需求。由于5G的更新，通信能力的不断升级换代，2G网络已陆续进行减频。

3G是第三代移动通信技术，中国移动的3G技术为TD-SCDMA，能够同时传送声音及数据信息，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。现今已不再对TD-SCDMA网络进行新建及维护，物联网业务不建议选择此网络模式。

4.1.2 4G模式

4G即第四代移动电话行动通信标准，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G网络能快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。物联网业务选择4G网络有一定的优越性，但不完全适用所有的物联网应用业务场景，如智能抄表、汽车金融抵押类物联网业务，业务终端对象具有移动性要求，但对数据传输速率以及带宽要求没有特殊需求，NB-IoT、LTE Cat.1等网络即可满足客户基本需求，因此物联网业务应根据不同需求选择不同的的无线网模式。

4G无线网络的优势有通信速度快，系统传输速率可达到20Mbps，最高可以达到高达100Mbps。网络频谱宽，每个4G信道会占有100MHz的频谱。通信灵活，物联网业务终端可以是眼镜、手表等以方便和个性为前提，任何一件能看到的物品都有可能成为4G物联网终端。高质量通信，4G网络可以容纳通信业务以及物联网业务客户的多种业务需求、市场庞大的用户数、改善现有通信品质不良，以及达到高速数据传输的要求。

4.1.3 5G模式

第五代移动通信技术（英语：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸。5G网络的主要优势在于数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。由于数据传输更快，5G网络将不仅仅为手机提供服务。

5G网络可提供了eMBB（增强型移动宽带）、URLLC（低时延高可靠）、mMTC（大连接）等三种应用场景，使得其可以应对更为丰富的物联网场景。eMBB对应高清视频，VR/AR等；URLLC对应车联网、工业控制和智能电网等；mMTC对应环境监控、抄表，智能家居等。

4.1.4 NB-IoT模式

窄带物联网（NB-IoT，Narrow Band Internet of Things），构建于蜂窝网络，仅消耗180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络或LTE网络。NB-IoT源起于现阶段物联网的超强覆盖、超低功耗、超低成本、超大链接的四大需求。NB业务面向物联网领域中具有“小数据量、低速率、低功耗”特点的应用所提供的低功耗广域移动通信接入服务。

图4-2 NB-IoT六大技术特点

简化的NB-IoT网络组织架构如图所示：

图4-3 NB-IoT物联网网络结构示意图

4.2 核心网

物联网核心网的总体网络组织架构如图所示，主要核心网元及平台包括HLR/HSS（物联卡号码及用户数据存储）、PGW（用于疏通物联卡用户的数据业务）、CG（存储物联卡用户的计费话单）、短信中心（用于物联卡终端短信的转发）、PBOSS/CMIOT（业务受理开通、计费话单采集等）、物联网运营管理平台（OneLink平台，负责全网业务的运营支撑，实现物联网业务运营管理、通信管理、能力管理等）、业务网关（提供M-SMSC与业务平台间短信的转发）。

图4-4物联网核心网框架图

4.3 承载网

目前移动公司为物联网业务提供的承载网网络主要有IP承载网模式以及CMNET模式。CMNET模式优势为建设周期较短，可利用CMNET大网链路建设网络，但安全性及维护性不及IP承载网模式。IP承载网模式可以通过MPLS-VPN方式隔离，集团AR到用户侧设备之间采用SDH/PTN传送技术传输，可通过隧道技术降客户之间的业务进行隔离，IP承载网模式的优势为安全性较高，但建设周期稍长，适合大型集团公司使用。

4.4 传送网

物联网业务目前使用到的传送网技术主要有两类，即PTN以及PON。原则上按照客户的业务保障等级来进行单双路由的分级保障。

4.4.1 PTN

PTN分组传送网，是当前业界为了能够在传送层更加有效地传递分组业务，并提供电信级的OAM和保护而提出的一种分组传送技术。

PTN技术主要定位于高可靠性、小颗粒的业务接入及承载场景，目前主要应用于城域网各个层面的业务及网络层面，提供E1、FE、GE、10GE的带宽颗粒，但由于其处理内核为分组方式，因此对于分组业务的承载优势较大，承载TDM业务的能力有限。

4.4.2 PON

PON技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，是实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。

PON网络的突出优点是消除了接入网络户外的有源设备，所有的信号处理功能均在局端和客户侧设备完成，前期投资小，大部分资金要推迟到客户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无须另设机房，维护容易。

4.5 隧道类型

隧道技术是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。目前物联网专网用到的隧道技术为三类，GRE隧道、L2TP隧道和IPSec隧道。

4.5.1 GRE隧道

GRE隧道由两端的源IP地址和目的IP地址来定义，支持全部的路由协议。通过GRE隧道，用户可以利用公共IP网络连接网络，或者对公网隐藏企业网的IP地址。GRE隧道通常是点到点的，即隧道只有一个源地址和一个终地址。GRE建立起来的隧道只是在隧道源点和隧道终点可见，中间经过的设备仍按照外层IP在网络上进行普通的路由转发。

4.5.2 L2TP隧道

L2TP从客户端或访问服务器端发起VPN连接，结合了 PPTP 协议以及第二层转发 L2F 协议的优点，能以隧道方式使PPP包通过各种网络协议，包括ATM 、SONET和帧中继。L2TP隧道协议对用户的便利性较好，用户可对IP地址进行分配和鉴权，适合金融类物联网业务使用，但L2TP没有任何加密措施，更多是和IPSec协议结合使用，提供隧道验证。

4.5.3 IPSec隧道

IPSec协议是范围广泛、开放的VPN安全协议，工作在OSI模型中的第三层(网络层)。IPSec提供在网络层上的数据保护和透明的安全通信。IP通信免遭窃听和篡改，可以有效抵御网络攻击，同时保持易用性。IPSec规定了如何在对等层之间选择安全协议、确定安全算法和密钥交换，向上提供了访问控制、数据源认证、数据加密等网络安全服务。

1. 物联网专网标准化组网

根据物联网各业务域定位和功能，为客户提供了多种物联网专网组网标准化建设方案，如下图所示：

图5-1物联网组网技术构成简易示意图

5.1 用户接入类型

用户侧接入物联网网络的形式分为三大类，即公网NAT、移动云IDC或其他运营商、物联网专线-IP承载网模式或CMNET模式。

5.1.1 公网NAT

物联网公网NAT模式无专线、无隧道，客户业务平台直连互联网，通过互联网与物联网核心网元PGW连接，再通过无线侧与物联网终端进行互通。公网NAT组网模式适合在互联网上提供业务服务的客户应用场景，其优点是建设周期短，客户侧无需进行配置，无需增加额外投资成本。因客户业务平台部署在互联网上，建议客户做好内部业务平台的网络信息安全加固。

图5-2 物联网公网NAT组网模式示意图

5.1.2 移动云IDC或其他运营商

（一）移动云/IDC

移动云/IDC平台通过CMNET与物联网核心网元PGW建立VPN虚拟专用网络隧道，再通过无线侧与物联网终端进行互通。移动云/IDC组网模式的优点是建设周期相对较短，客户设备可以完全托管至移动云/IDC，对数据安全性以及服务等级有要求的客户可以采用此方案。

图5-3 物联网移动云/IDC组网示意图

移动云/IDC物联网终端的访问流程：物联网终端—移动基站—移动核心网SGSN/MME+SGW—专网GGSN/PGW，通过VPN虚拟专用网络隧道连接移动云/IDC。

客户可选择两个专网PGW（作主备）与一个或者两个平台IP地址进行连接（IPSec隧道只能有一个平台地址）。客户数据中心需要接入公网，并使用公网固定IP地址。终端IP地址可由客户分配地址段，动态分配或静态绑定。

（二）其他运营商

物联网业务从核心网侧出口网元通过互联互通路由器连接其他运营商。其他运营商作为平台端或控制端，与中国移动大网互联互通后，再通过无线侧与物联网终端进行互通。

图5-4 物联网其他运营商组网示意图

5.1.3 物联网专线接入

（一）物联网专线-CMNET模式

物联网专线-CMNET模式是在客户侧机房新增一条移动公司的物理互联网专线接入中国移动CMNET城域网，该物理专线只能用于物联网核心网元PGW建立VPN虚拟专用网络隧道，客户业务平台通过VPN虚拟专用网络隧道与物联网终端进行通信。该组网方案是可以提供网络业务端到端维护保障，服务维护质量随专线等级的提升而提升。

图5-5 物联网专线-CMNET模式组网示意图

客户可选择两个专网P-GW（作主备）与一个或者两个平台IP进行连接（IPSec隧道只能有一个平台地址）。

（二）物联网专线-IP承载网模式

物联网专线-IP承载网模式是在客户侧机房新增一条移动公司的物理传输数据专线接入中国移动IP承载网，该物理专线只能用于物联网核心网元PGW建立VPN虚拟专用网络隧道，客户业务平台通过VPN虚拟专用网络隧道与物联网终端进行通信。IP承载网提供丰富的QoS保障服务，主要承载中国移动VoLTE语音等高价值重要业务，该组网方案是可以提供网络业务端到端维护保障，服务维护质量随专线等级的提升而提升。

图5-6 物联网专线-IP承载网模式组网示意图

5.1.4 专网承载模式对比

5.2 无线网选择

依据八大垂直行业的典型应用以及物联网业务主要应用场景、业务需求细分无线网络制式，归纳出“通用数据场景”+“特殊技术场景”（连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠）+“基础通信场景”（语音和短信）。

通用场景提供了物联网业务的普遍服务，是移动网络提供物联网承载服务的最低要求。

连续广域覆盖场景是移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。该场景的主要挑战在于随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供10Mbps以上的用户体验速率。

热点高容量场景主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。100Mbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km²的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。

低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备海量连接的支持能力，满足100万/km²连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。

低时延高可靠场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

5.3 核心网选择

物联网业务接入物联网专网核心网的方式（PGW的选择）根据客户需求选择本地异地容灾。

图5-7 物联网核心网架构图

• M-HLR/HSS采用分片区工作方式，南、北异地容灾备份，东、西异地容灾备份。
• M-SMSC采用南北分片区工作方式，异地容灾。
• M-GGSN/PGW分片区各自组POOL，负荷分担四大区物联网业务。
• M-PCRF/SPR采用分片区工作方式，分布式架构，负责本片区用户数据策略控制。

5.4 承载网络选择

从物联网核心网元PGW到用户中心之间的网络承载方式目前主要有IP承载网模式以及CMNET模式。CMNET模式就是用户端通过互联网专线接入移动CMNET城域网，再通过公网IP地址与核心网PGW建立VPN隧道。IP承载网模式就是用户端通过数据专线与当地集客AR互联，接入移动IP承载网，再通过IP承载网的MPLS-VPN与核心网PGW建立VPN隧道。CMNET模式实施比IP承载网模式方便，不涉及集团公司数据制作；IP承载网相比CMNET时延更低，更加轻载，QoS保障更为丰富。

5.5 传送网选择

根据传送网两种主要技术的各自的特点，使得其网络定位及应用场景也不相同，具体如下：

5.6 隧道类型选择

物联网专网与客户业务平台之间传递数据的隧道协议选择（GRE、L2TP、IPSec）。

GRE 隧道方式：客户侧与物联网核心网建立点对点隧道，物联网终端IP由核心网PGW分配，基本适用所有场景。

        L2TP隧道方式：客户侧的LNS与物联网核心网PGW（LAC）建立L2TP隧道，物联网终端IP由LNS分配，并且LNS可以支持物联网终端二次认证鉴权。

IPSec隧道方式：客户侧与物联网核心网建立点对点加密隧道，主要应用于公有云场景，VPN隧道不支持主备模式。

5.7 建设方案综合选择

备注：5G NSA由中国移动物联网大区基地核心网承载。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-689276.html

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