【NBIOT工作模式】
物联网发展的其中一个发展趋势就是以NB-IoT技术为代表的LPWAN（低功耗广域物联网），此应用场景中终端以电池供电为主，且往往产品生命周期内难以更换电池，因此要求设备具有超低功耗，甚至提出一块电池要能满足终端工作10年，为了达到节电的目的，便出现了DRX（Discontinuous Reception，即非连续接收）、eDRX（Extended DRX，即增强型非连续接收）和PSM（power saving mode，即节电模式）三种省电方式。
一般，终端需要与网络侧进行数据交互时就切换到激活态（RRC-connected态）；没有数据交互到一定时间就切换到空闲态（RRC-IDLE态），IDLE态时终端不会发送数据，但为了能快速响应网络侧，终端会侦听网络侧的信息，当①解析到网络侧召唤自己②模组有向网络侧传输数据的需求时，终端就从RRC-IDLE转为RRC-Connected态。不同的状态模组的功耗也是不一样的。
模组处于激活态时最耗电，对于一些数据实时性要求不高的物联网应用场景，可以通过间断收发送数据的方式达到节电的目的。
模组处于IDLE态时，主要以接收并解析网络侧各种信道发出的信息，不进行数据发送，相对于激活态功耗要低的多；在对响应速度不敏感的物联网应用场景中，可以通过降低响应速度，间断接收消息达到节电的目的。
Connected态下的间断接收业务数据和IDLE态下间断接收PDCCH上的寻呼消息的技术就是DRX和eDRX。
把模组除必要时钟以外的功能都关闭，可以最大限度的降低模组的功耗，这就是NB-IoT加入的新状态——PSM。
如图所示，DRX、eDRX和PSM三种方式，以牺牲对应用场景不重要的响应速度和传输数据时间来降低很关键的耗电量，很划算的买卖。
加入PSM状态后，终端状态的转换图将变成下图所示。
PSM模式
终端非业务期间深度休眠，不接收下行数据，只有 终端主动发送上行数据（MO Data）时可接收IoT平台缓存的下行数据 ，适合对下行数据无时延要求的业务；终端设备功耗低，采取电池供电方式，如抄表业务。
DRX模式
由于DRX周期短（ 1.28s，2.56s，5.12s 或者10.24s，由运营商网络侧设置决定），可认为下行业务随时可达，时延小。
适用于对时延有高要求的业务，但功耗相对较高，终端设备一般采用供电方式。
EDRX模式
终端设备兼顾低功耗和对时延有一定要求的业务，在每个eDRX周期内，只有在设置的寻呼时间窗口内，终端可接收下行数据，其余时间终端处于休眠状态，不接收下行数据，该模式可在下行业务时延和功耗之间取得平衡，如远程关闭煤气业务。
【运营商平台在NB通信中扮演的角色】
NB设备进行连接的时候都会先连接到移动或者电信的IOT平台，再转发到用户的云平台，这是什么原因呢？
最主要的原因是IP老化：
NAT IP老化是什么
IPV4的地址总共是32位，因此其最多能产生2的32次方个地址，即最多42.9亿多一点的IP数量，总量本就不多，有些IP段又是特殊用途不能开放，再加上前期分配时IP地址浪费严重，因此上世纪90年代前后开始意识到IP地址将要被分配完的问题，为了减缓IP地址不足的问题，NAT（NetworkAddress Translation，网络地址转换）应运而生，其基本思想是区分公网和局域网，预留三段公网不能使用的IP地址在局域网内使用，局域网网内终端收发数据采用预留的IP地址，局域网内的终端与公网通信时，在局域网的出口处将源IP更改为公网IP，并记录对应关系，当公网访问局域网内的终端时，根据对应关系将目的地址更改为对应终端的私网地址即可，此机制一个局域网仅需少量的IP甚至是一个IP就可以实现局域网内的终端与公网进行通信。
但这种机制的缺点也很明显，首先是公网地址设备不能主动与局域网内的终端进行数据交互，需要局域网内的用户先发起一次通信生成公网IP与私网IP对应关系后才能相互通信；其次由于互联网的数据交互非常频繁，因此IP对应关系记录表很容易积累的非常大导致无法存储，所以实际应用时，多使用动态NAT机制，当规定时长内公网设备与局域网设备没有再进行数据交互，此IP对应关系表将会被删除，导致公网不能主动发数据到终端。
对抗NAT IP对应关系表老化问题的方式就分为两种，①开通GRE隧道，使用专用APN；②终端在IP对应关系表老化前发一次数据到公网，即发送心跳包。使用GRE隧道卡的方式终端只需关闭PSM和eDRX即可，使用心跳包则有可能导致高并发，两种方式终端均无法进入PSM态，功耗会增加，尤其是心跳包的形式，功耗增加尤为明显。
而运营商的IOT平台搭建在对应运营商的内网中，不存在IP老化问题，所以可以实现一个非常重要的功能：
PSM使用RAI（Release auxiliary indication快速释放RRC连接）可以达到数据发完立即进入PSM，唤醒后需要发送数据配合核心网对设备上下文的保存，可以立即进入RRC连接模式的效果，此种方式更加省电
【开发误区】
误区一：海量接入
NB-IoT 所特有的“非持续连接”的工作机制，是NB-IoT 拥有“海量终端、超低功耗”等优点的根本原因。但是海量终端一旦同时处于连接状态，反而造成了对网络的高并发访问，导致大量的终端无法接入网络。
误区二：数据并发
首先看一下NB-IoT这个痛点的原因是什么？主要是带宽太小，就像公路太窄能同时通行的车就特别少，下图可见：
终端与基站之间为无线传输，单小区总带宽为180KHz，上行采用3.75KHz子载波时最大支持48个终端同时上传数据，采用15KHz子载波时最大支持12个终端同时上传数据，支持最多600个左右的终端处于激活态（不进行数据交互），支持10万个终端在网络中注册（终端处于PSM态）。并不是说设备使用DRX或者设备常在线的时候可以支持上万个设备！对于一个NB-IoT小区，同一时间只允许1个下行，因为只有一个下行通道！
Multiple Tone：（多频）模式下能充分利用频谱资源，提升用户传输速率，能为用户提供上行62kbps左右的传输速率；NB-IoT上行支持3.75kHz和15kHz两种子载波空间，其中MT模式下必须为15kHz；
误区三：DRX模式适用场景
在考虑使用DRX模式的时候需要考虑以下因素：
1、如果设备数量比较大，同时比较密集，需要慎重使用DRX模式
2、使用DRX模式的时候，尽量不要给设备断电
3、使用DRX模式且设备数量较大，安装比较密集，建议到安装现场测试基站信号与容量或者咨询当地运营商
4、尽量避免设备同时启动或者同时下发数据
NBIOT设备并发错峰及优化方法：
①加快单设备入网及数据交互速度、提高成功率（提升NB-IoT网络信号质量）
②降低单设备交互频次及重试次数（合理程序优化）
③降低单设备无效占用信道时间（模组功能优化）
④增加物理基站数量（增大总的信道容量，成本高）
⑤提高设备天线性能，增益及灵敏度等（设备射频优化）
⑥上下行离散错峰算法优化，平台依据PCI智能算法（智能算法优化）
上行数据错峰处理
下行数据错峰处理
最容易被忽略的一个因素，公共的NB-IoT基站不一定只有一个厂家在用，万一同一个地方还有甲乙丙丁几个厂家都布置了NB-IoT设备，那更是雪上加霜了，实际上随着NB-IoT物联设备的普及这种情况很常见，比如周边小区可能有几百个NB-IoT水表街上有几十个NB-IoT井盖等设备。
误区四：NBIOT设备PSM与断电
PSM模式最直观的优势就是恢复速度快，终端从PSM模式下唤醒到完成网络部署只需几百ms。而断电关机方式，每次收发数据前都要经历完整的开机初始化、驻网、建立业务连接等全过程，短则一二十秒，长则几分钟，耗时又耗电。
相比于断电关机方式，使用PSM模式主要有以优势：
程序复杂性低，可省去开机流程直接发数据
目前NB-IoT模组、网络基站、运营商业务成熟度高，稳定性好
PSM使用RAI（Release auxiliary indication快速释放RRC连接）可以达到数据发完立即进入PSM，需要发送数据立即进入连接模式的效果，此种方式更加省电
PSM模式下，表计等设备高密度场景并发压力更小
PSM模式下从唤醒到数据发送，流程少，速度快，上线率及数据成功率更高
能避免开机驻网过程中的高功率高密度数据发送对PCB器件的干扰
使用PSM省电模式的众多优势是基于数据上传流程更快、随醒随发、占用信道资源时间少、减轻基站并发压力来实现的。当外部NB-IoT网络信号较差时（RSRP<-100dbm），使用PSM省电的优势会更加明显，从实际应用场景中测试结果来看，同等条件下，PSM模式在弱网络信号场景时，相比断电关机方式上线成功率更高、电池耗电量更低。因为信号差，每次开机初始化驻网所需时间及耗费电量都会成倍增加，单个设备驻网业务时间拖长又会增加基站并发压力，形成恶性循环，造成大量设备驻网时间拖长甚至失败。
综合考虑：
在超低频次业务场景，比如一周发送一次数据，则使用断电关机方式更加省电。因此省电方式采用PSM还是断电关机方式，主要考虑数据业务发送频次和网络状态。
拓展资料 接入容量
NB-IoT网络单扇区容量达到5万接入用户的能力，是基于NB-IoT小数据的特征，通过减少终端工作的频次和强度、拉长终端休眠的时间等机制实现的。3GPP NB-IoT业务模型假定平均每小时每用户接入次数仅0.467次，也就是平均每用户每小时接入网络1次都不到，大部分时间都在休眠。由此可见，NB网络海量接入容量，是建立在大量用户上报周期长，绝大部分终端长时间处于休眠的特定业务场景下达到。
并发接入终端容量：NB上行资源包含12个子载波。理论上，一次PRACH周期允许12个用户同时接入，一次接入需花费约1秒钟（准确的讲640ms），理想情况下，1分钟最多接入720个用户、1小时最多接入43200用户。开展NB业务时，应该尽量考虑用户终端分散接入，错开接入时间。如果大量终端同时接入，会有部分终端无法接入，网络可告知终端等待一段时间再次接入。
并发传输数据容量：对于一个NB扇区，同一时间点同时做业务的用户数随发包大小而略有变化，可同时容纳15-30个用户并发开展业务。
在话务模型为每个终端每小时只上报一次数据，数据大小为100字节的情况下，一个NB基站的扇区，理论最大可以实现在1小时内进行7.2万次数据上报。
接入延时
首次入网时延：NB终端开机后，终端和网络有较多消息交互（认证，建立通道，分配IP地址等），花费时间较长，需要6-8s才完成网络接入，才能获得IP地址，用于后期数据传输使用。
数据上报和接收时延：NB终端接入成功后，当终端有数据传输时，终端会主动和基站建立无线连接（此时不再需要认证、IP地址分配等过程），无线链路建立成功后，立即发送数据。终端进行数据上报的时延与终端所处的状态、无线网络覆盖密切相关。NB终端业务状态包括PSM状态、DRX/eDRX状态、连接状态。
PSM状态
终端处于PSM状态，上报数据100字节，不同覆盖情况时延测试结果如表1-3。覆盖好的情况下，传输时延短，覆盖差时延长。
*无线路损代表无线信号传输损耗，指基站发送功率到终端接收功率的最大差值，无线环境越差损耗越大。
当终端处于PSM状态，此时平台有命令下发给终端，由于终端已经处于休眠状态，下发任何数据终端均无法接收，必须等待终端再次进行数据上传时，才能接收平台下发的数据，因此，平台下发命令时延取决于数据上报周期。
DRX/eDRX状态
终端处于DRX/eDRX空闲状态时，会监控网络寻呼，接收平台下发数据。对于时延敏感类业务可以使用DRX，对于有一定时延容忍度和功耗要求的业务，可以使用eDRX模式。
在DRX/eDRX状态下，基站寻呼到终端时延主要取决于寻呼周期，DRX寻呼周期最短可设置为1.28秒，当前默认为2.56秒，最大10.24秒；eDRX寻呼周期最大为2.92小时，最小为5.12秒。当终端处于DRX空闲状态时，接收平台控制命令（50字节），最佳的时延测试结果如表1-5。
DRX/eDRX空闲状态下，终端接收平台下发数据的时延，主要取决于寻呼周期设置，平均时延为寻呼周期的一半。参考数据如表1-6。
峰值速率
单用户测试按照目前的参数配置上行理论峰值速率15.6Kbps（15KHz single-tone），下行理论峰值速率21.25Kbps；单小区测试按照目前参数配置上行理论峰值速率250Kbps，下行理论峰值速率117.8Kbps。
覆盖情况
NB-IoT技术空口最大耦合损耗（MCL）相比GPRS有20dB的提升，室外单站覆盖距离可达2300米，是C网1X覆盖的2倍、LTE 1.8G/GPRS覆盖距离的4倍。室内覆盖情况，离基站1公里内的楼宇高、中、底层均有信号覆盖，对于电梯、地下室具备一定的覆盖能力，相比GPRS可多穿透一堵墙，具体覆盖程度与楼宇墙面、具体测试点深度有关。
参考文档
中国电信官方文档：
https://www.ctwing.cn/NBywwgsbgl/256#see
中国移动onenet官方：
NB-IoT协议和蜂窝模组介绍 http://onemo10086.com/#/school/article/19
NB-IoT产品省电方式到底选哪个？PSM与断电关机 http://onemo10086.com/#/school/article/291
NB-IoT设备并发错峰及优化方法 http://onemo10086.com/#/school/article/274
模组无法驻网及CSQ异常排查-思维导图版 http://onemo10086.com/#/school/article/426
满满的收获。