IMT-2020(5G)推進(jìn)組 -Ambient IoT核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

AmbientIOT核心網(wǎng) IMT-2020(5G)推進(jìn)組 1 1 4 6 8 8 8 8 9 10 16 16 17 21 22 23 24 251 IMT-2020(5G)推進(jìn)組術(shù)，AmbientIoT終端能夠從環(huán)境采集能量、使用反向散射通信模式，再加上終端低成本的優(yōu)勢(shì)，使得AmbientIoT在如物流、倉儲(chǔ)、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智慧城市、智能家物流：AmbientIoT技術(shù)可以應(yīng)用在物流行業(yè)的全流程中，如貨物跟蹤與監(jiān)控，即在貨物運(yùn)輸過程中，使用AmbientIoT標(biāo)簽、GPS定位和傳感器等技術(shù)實(shí)時(shí)跟蹤貨物位適用于嚴(yán)苛環(huán)境等特點(diǎn)，且AmbientIoT標(biāo)簽功耗低、體積小、成本低，適用于物流貨倉儲(chǔ)：AmbientIoT技術(shù)應(yīng)用在倉儲(chǔ)行業(yè)的多個(gè)方面，包括智能庫存管理，在倉庫內(nèi)部署各種具有通信功能的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并上報(bào)庫存數(shù)量、貨品狀態(tài)(溫度、濕度等)，通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)庫存水平，降低庫存成本，及時(shí)發(fā)現(xiàn)庫存異常并快速做出響應(yīng)。AmbientIoT可以助力自動(dòng)化入庫出庫，自動(dòng)識(shí)別倉庫貨品，實(shí)現(xiàn)無AmbientIoT技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)智能倉儲(chǔ)貨架管理，在貨架上安裝重量傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)貨架載重情況，結(jié)合標(biāo)簽信息，優(yōu)化貨物擺放以提高倉儲(chǔ)空間利用率。AmbientIoT標(biāo)簽2 IMT-2020(5G)推進(jìn)組交通：對(duì)于交通行業(yè)，AmbientIoT技術(shù)可應(yīng)用于智能交通管理，如車載傳感器、信號(hào)燈控制等功能，提高城市道路的通行效率。AmbientIoT技術(shù)還可應(yīng)用于智能停車工業(yè)：AmbientIoT技術(shù)在工業(yè)制造中有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，可以幫助提升工廠的智部署各種有傳感器功能的AmbientIoT標(biāo)簽，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量、能源用于設(shè)備管理和維護(hù)，在關(guān)鍵設(shè)備上安裝AmbientIoT標(biāo)簽，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和通過AmbientIoT標(biāo)簽進(jìn)行信息采集和傳送實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作，提高作業(yè)靈活性和效率；利用無人駕駛小車、AGV等實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)、搬運(yùn)等無人作業(yè),降低人工成本，通過IoT標(biāo)簽監(jiān)傳感器節(jié)點(diǎn)，用于溫度、濕度、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)事件監(jiān)測(cè)等方面。同時(shí)，等特點(diǎn)，一般要求網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延為十毫秒至百毫秒級(jí)，AmbientIoT標(biāo)簽可支持多種傳感，且具備耐高/低溫、抗腐蝕能力；AmbientIoT標(biāo)簽因其免電源、免維護(hù)的特性，可部署在以上工廠特殊環(huán)境中，同時(shí)基于環(huán)境能量采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感農(nóng)業(yè)：AmbientIoT具有的低成本、低功耗、無需電源的特點(diǎn)，非常適合在農(nóng)業(yè)生適生長(zhǎng)的水準(zhǔn)。用于對(duì)農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控，AmbientIoT技術(shù)可以加強(qiáng)人們對(duì)農(nóng)畜3 IMT-2020(5G)推進(jìn)組后續(xù)這些動(dòng)物從農(nóng)場(chǎng)到加工廠的全過程都可以利用IoT標(biāo)簽來進(jìn)行追蹤管理，以判斷該智慧城市：AmbientIoT技術(shù)憑借其低成本、免維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，在智慧城市的各個(gè)領(lǐng)些傳感器無需外部電源供給，可以長(zhǎng)期工作。應(yīng)用于垃圾監(jiān)測(cè)和收運(yùn)優(yōu)化，IoT標(biāo)簽可可以優(yōu)化垃圾收運(yùn)路線和提高效率。應(yīng)用于城市停車場(chǎng)的停車位監(jiān)測(cè)，AmbientIoT傳幫助駕駛員快速找到空余車位。應(yīng)用于城市家庭的水電氣表遠(yuǎn)程抄表，AmbientIoT技準(zhǔn)確性。應(yīng)用于城市環(huán)境監(jiān)測(cè)，AmbientIoT傳感器標(biāo)簽可以被部署在城市各個(gè)角落，監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量、噪音水平等環(huán)境指標(biāo)，為城市智能家居：AmbientIoT技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用，能夠提高家居自動(dòng)化水平，同AmbientIoT標(biāo)簽附著在用戶需要定位的家庭物件上，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式快速自動(dòng)識(shí)別AmbientIoT技術(shù)除了在上述領(lǐng)域的應(yīng)用外，還可在如可穿戴設(shè)備、醫(yī)療健康、電4 IMT-2020(5G)推進(jìn)組力、鐵路運(yùn)行、公共安全等諸多領(lǐng)域或行業(yè)使用。AmbientIoT的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合行業(yè)根據(jù)AIoT設(shè)備與作為讀寫器的基站或者UE的連以下圖示中帶箭頭實(shí)線表示AIoT數(shù)據(jù)/信令的傳輸，箭頭方向(單向或雙向)表示傳與其進(jìn)行雙向通訊?；九cAIoT設(shè)備之間的通訊包括了數(shù)據(jù)傳輸和信令交互。在此拓5 IMT-2020(5G)推進(jìn)組拓?fù)湫螒B(tài)2如圖2所示。在拓?fù)湫螒B(tài)2中，基站與位于AIoT設(shè)備和基站之間的中融合接入與回傳(IAB)節(jié)點(diǎn)、UE、轉(zhuǎn)發(fā)器(Repeater)撲形態(tài)3-2中，AIoT設(shè)備從基站接收數(shù)據(jù)/信令，而傳送AIoT數(shù)據(jù)/信令到輔助節(jié)點(diǎn)，6IMT-2020(5G)推進(jìn)組其進(jìn)行雙向通訊。UE與AIoT設(shè)備之備之間距離足夠近并且沒有遮擋能夠?qū)崿F(xiàn)直接通訊。拓?fù)湫螒B(tài)2適用于基站節(jié)點(diǎn)是UE的情形以UE作為讀寫器，負(fù)責(zé)與AIoT設(shè)備的通訊。拓?fù)湫螒B(tài)3有兩種類站和AIoT設(shè)備間單向(下行或上行)需要由輔助節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的情形，輔助節(jié)點(diǎn)與基站之間7 IMT-2020(5G)推進(jìn)組在3GPPRAN工作組，首先在Release18對(duì)AmbientIoT進(jìn)行了初步研究，對(duì)AmbientIoT用例的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行了探討，相關(guān)輸出見TR38.848。在此基礎(chǔ)上，法滿足目標(biāo)用例的所有要求，建議3GPPRAN工作組開展新的AmbientIoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)的需求和用例進(jìn)行分析的工作，目前正在討論階段，相關(guān)輸出見[ITUSG20-TD1510AMbientPower（AMP）作為IEEE802.11工作組中的一種新的TIG國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)組織CCSA也在推進(jìn)AmbientIoT的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。前期已經(jīng)完成應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求。2024年4月，在CCSATC5WG12源物聯(lián)技術(shù)的5GC核心網(wǎng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，明確所需的架構(gòu)及網(wǎng)元增強(qiáng)功能，涉及無聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)景及需求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)進(jìn)入送審階段。此外，在2023年的TC10W8 IMT-2020(5G)推進(jìn)組AmbientIoT關(guān)鍵技術(shù)涉及核心網(wǎng)主要包括幾個(gè)方面：適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備標(biāo)識(shí)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括在核心網(wǎng)需要增加或改造的網(wǎng)元，對(duì)基站(支持AIoTReader能力的在AmbientIoT安全方面，包括對(duì)設(shè)備和讀寫器的認(rèn)證和授權(quán)，業(yè)務(wù)流程中的數(shù)據(jù)安全運(yùn)營商或第三方企業(yè)為AIoT設(shè)備設(shè)置永久AIoT設(shè)備標(biāo)識(shí)（AIoTDeviceID用于識(shí)別AIoT設(shè)備并定位相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理服務(wù)器（例如新數(shù)據(jù)管理功能、5G核心網(wǎng)已永久AIoT設(shè)備標(biāo)識(shí)包括兩部分信息（以下分別稱為Part1信息和Part2信息其-網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符（即MCC+MNC和/或NID當(dāng)ID包括網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符-用于標(biāo)識(shí)第三方的信息，當(dāng)ID包括用于標(biāo)識(shí)第三方的信息時(shí)。9 IMT-2020(5G)推進(jìn)組對(duì)于運(yùn)營商分配的AIoT設(shè)備標(biāo)識(shí)符，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符是必需的，該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符或該網(wǎng)提供第三方相關(guān)上下文，包括用于選擇數(shù)據(jù)管理服務(wù)器的信息。第三方分配的AIo備標(biāo)識(shí)符如圖7所示。標(biāo)識(shí)的長(zhǎng)度是固定的或動(dòng)態(tài)的在標(biāo)準(zhǔn)上還沒有確定，但需要確保AIoT設(shè)備標(biāo)識(shí)是AmbientIoTDevice的永久標(biāo)識(shí)如果由運(yùn)營商分配，則由運(yùn)營商保存AmbientIoT隔離AmbientIoTDevicAmbientIoTDevice的永久標(biāo)識(shí)如果由第三方企業(yè)分配，可以由第三方企業(yè)管理 IMT-2020(5G)推進(jìn)組的簽約數(shù)據(jù)，根據(jù)簽約數(shù)據(jù)對(duì)AmbientIoTDevice上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校據(jù)由第三方企業(yè)保管，AmbientIoTDevice在1.2節(jié)所述的幾種拓?fù)湫螒B(tài)中，3GPP首先對(duì)拓?fù)?和拓?fù)?進(jìn)行研究；并分別照AIoT功能與RAN讀寫器的連接分為直連和非直連（通過AMF）兩種方式，拓?fù)?隨著未來AmbientIoT應(yīng)用場(chǎng)景的豐富，一方面需進(jìn)一步研究1.2節(jié)新所述的其它1)AIOTF是新定義的核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能，它負(fù)責(zé)管理AmbientIoTDevice和執(zhí)行 IMT-2020(5G)推進(jìn)組-根據(jù)AF請(qǐng)求的業(yè)務(wù)區(qū)域選擇AIOTRAN/BSreader-AIOTF-AmbientIoTDevice：接口協(xié)議是AIoTNAS，AIoTNAS協(xié)議用于-AIOTF-AIOTRAN：AIOTF負(fù)責(zé)AIOTRAN/BSreader的選擇，向AIOT-AIOTF與其他核心網(wǎng)網(wǎng)元（比如UD2)AIOTRAN可以包含一個(gè)或者多個(gè)BSreader，它的-接收BSreader或者核心網(wǎng)下發(fā)的盤存或讀寫指令 IMT-2020(5G)推進(jìn)組AIOTRAN和AMF之間采用N2接口，支持NG-AP協(xié)議。AIOTF和AMF之間采 IMT-2020(5G)推進(jìn)組-在UE注冊(cè)過程中，AMF負(fù)責(zé)對(duì)UEreader進(jìn)行授權(quán)-UEreader選擇支持基于給定的目標(biāo)區(qū)域和給定的目標(biāo)UEreader?；谟脩裘募軜?gòu)如圖12所示，UEreader使用UE和UPF之間的IPPDU會(huì)話作AP協(xié)議支持AIoT業(yè)務(wù)所需的交互過程 IMT-2020(5G)推進(jìn)組-使用專用DNN和/或基于URSP的S-NSSAI建立PDU會(huì)話。 IMT-2020(5G)推進(jìn)組候選reader列表，RAN可以從候選reader IMT-2020(5G)推進(jìn)組2.4AmbientIoT業(yè)務(wù)與流程本章介紹根據(jù)業(yè)界需求所要支持的AmbientIoT業(yè)務(wù)，及其對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能要求；并給出AmbientIoT典型業(yè)務(wù)的相關(guān)流程。該過程中，網(wǎng)絡(luò)發(fā)起區(qū)域盤存請(qǐng)求，附著在物品上的AIoT設(shè)備響應(yīng)，上報(bào)與該物品關(guān)-資產(chǎn)跟蹤：通過資產(chǎn)跟蹤，可確定物品的位置。附著在物品上的AIoT設(shè)備上報(bào)-控制指令：AIoT設(shè)備與控制器關(guān)聯(lián)，傳輸控制指-信息收集和能力開放：基于用戶許可、運(yùn)營商策略和第三方請(qǐng)求，5G系統(tǒng)需支持獲取AIoT設(shè)備（組）的數(shù)據(jù)信息，通過5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)或設(shè)備（組）信息向可信第三方提供；支持授權(quán)的第三方激勵(lì)特定區(qū)域的設(shè)備執(zhí)行操作，如發(fā)送ID、接收信息或 IMT-2020(5G)推進(jìn)組統(tǒng)的安全；5G系統(tǒng)需提供隱私信息（如位置和ID）在交互過程中的保護(hù)機(jī)制；基于簽在標(biāo)準(zhǔn)上，3GPP首先規(guī)定的AmbientIoT業(yè)務(wù)操作包括：盤點(diǎn)(Inventory)、命令第三方企業(yè)可以和運(yùn)營商協(xié)商確定AmbientIoT業(yè)務(wù)的服務(wù)范圍。服務(wù)范圍可以包2)允許請(qǐng)求的AmbientIoT業(yè)務(wù)類型（例如：盤存，讀數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)，去激活設(shè) IMT-2020(5G)推進(jìn)組息中包含設(shè)備信息；該步驟由RAN定義。 IMT-2020(5G)推進(jìn)組Commandonly業(yè)務(wù)流程在Inventoryonly基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步考慮安全和NAS消息InventoryandCommand業(yè)務(wù)20 IMT-2020(5G)推進(jìn)組息中包含設(shè)備信息；該步驟由RAN定義。對(duì)于拓?fù)?的基于用戶面選項(xiàng)，AIoTF與UEreader之間的消息通過UE建立的與21 IMT-2020(5G)推進(jìn)組例如，攻擊者仿冒受害者AmbientIoT設(shè)備，上報(bào)虛假結(jié)果，影響盤存結(jié)果。擊者修改寫指令中待寫入AmbientIoT設(shè)備的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致AmbientIoT設(shè)備存儲(chǔ)被篡改的數(shù)據(jù)。本章針對(duì)這些安全風(fēng)險(xiǎn)，從運(yùn)營商角度給出解決方案，包括對(duì)Ambient備的認(rèn)證，AmbientIoT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全傳輸?shù)?；這些方案需要在標(biāo)準(zhǔn)化組織進(jìn)一步研究和討論，成為AmbientIoTIoT業(yè)務(wù)由核心網(wǎng)網(wǎng)元作為安全端點(diǎn)，核心網(wǎng)網(wǎng)元對(duì)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，并建立設(shè)備和核心網(wǎng)網(wǎng)元之間的安全傳輸通道，用于傳輸命令數(shù)據(jù)。在這種模式下，設(shè)備和AmbientIoT由于5G-AKA算法復(fù)雜度高（如需要管理和維護(hù)SQN無法直接應(yīng)用于AmbientIoT設(shè)備發(fā)送挑戰(zhàn)值，AmbientIoT設(shè)備基于長(zhǎng)期密鑰和挑戰(zhàn)值計(jì)算認(rèn)證響應(yīng)，并通過上行在對(duì)AmbientIoT設(shè)備認(rèn)證成功的情況下，在盤存業(yè)務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備向服發(fā)送AmbientIoT設(shè)備信息；在命令業(yè)務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于長(zhǎng)期密鑰計(jì)算會(huì)話密鑰，并對(duì)命令數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)密性和/或完整性保護(hù)，并將安全保護(hù)后的數(shù)據(jù)通過下行消息發(fā)送給AmbientIoT設(shè)備。對(duì)應(yīng)的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于長(zhǎng)期密鑰計(jì)算會(huì)話密鑰，并對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)性和/或完整性保護(hù)，并發(fā)送給AmbientIoT設(shè)備。AmbientIoT設(shè)備進(jìn)行解密或完整性對(duì)應(yīng)的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密或完整性校驗(yàn)，獲得最終的業(yè)務(wù)22 IMT-2020(5G)推進(jìn)組本研究報(bào)告首先介紹了AmbientI的讀、寫等操作和相關(guān)的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行介紹；最后對(duì)AmbientIoT安全方面的需求和方案進(jìn)行分析，包括對(duì)設(shè)備和讀寫器的認(rèn)證和授權(quán)，業(yè)務(wù)流程AmbientIoT依托產(chǎn)業(yè)的廣泛需求，在技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)展迅速并仍在進(jìn)一步完善中。AmbientIoT涉及的核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程已經(jīng)完成初步研究，后續(xù)將對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的工