NB-IoT的网络架构和MAC协议是怎样的？

NB-IoT的诞生，主要是为了满足生产领域对低功耗远距离通信网络的需求，可以说是为了工业、农业等大面积生产活动量身打造的网络，下面我们具体了解一下NB-IoT的网络架构。

NB-IoT的网络架构

NB-IoT核心网基于演进分组系统(EPS)，定义了两种蜂窝物联网优化(CIoT)，用户平面CIoT EPS优化和控制平面CIoT EPS优化，如下图所示。对于上行链路和下行链路数据，两个平面都为控制和用户数据包选择最佳路径。所选平面的优化路径对于移动装置产生的数据包是灵活的。NB-IoT用户的小区接入过程类似于LTE的小区接入过程。在控制平面CIoT EPS优化上，演进的UMTS陆地无线电接入网络(E-UTRAN)处理UE与MME之间的无线电通信，并且由称为eNodeB或eNB的演进基站组成。然后，数据通过服务网关(SGW)发送到分组数据网络网关(PGW)。对于非IP数据，它将被转移到新定义的节点，服务能力暴露函数(SCEF)，它可以通过控制平面提供机器类型数据，并为服务提供抽象接口。利用用户平面CIoT EPS优化，IP和非IP数据都可以通过SGW和PGW通过无线承载传输到应用服务器。总之，对于NB-IoT，可以重用现有的E-UTRAN网络架构和骨干网。

NB-IoT的MAC协议

NB-IoT的协议栈是LTE的通用基础协议栈，其被减少到最小，并且被增强以用于重用和防止NB-IoT在没有使用LTE网络的时候计算资费。NB-IoT协议栈被认为是LTE的新空中接口。如图下图所示，NB-IoT协议结构分为控制平面和用户平面。分组数据会聚协议(PDCP)来自第2层，大小为1600字节。协议栈的非接入层(NAS)在UE和核心网络之间传送非无线电信号。NAS执行认证，安全控制，移动性管理和承载管理。接入层(AS)是NAS下面的层，并且在UE和无线电网络之间起作用。它用于管理NB-IoT中的无线电资源。无线电资源控制(RRC)层通过用户平面的暂停/恢复操作来最小化信令。L2安全性提供UE与核心网络之间的NAS信令和认证的加密。连接模式下用户的移动性管理属于此协议。对于NB-IoT,如果前导码传输失败，则UE将重传直到重传次数达到最大数量，这取决于CE级别仍然没有成功。然后，UE将进入下一个CE级别。如果eNB成功接收到前导码，则eNB将向UE发送相关联的随机接入响应。之后，发送调度消息msg3，以便开始争用解决过程。当相关联的争用解决消息被发送到UE时，完成RACH过程。

结论

NB-IoT可以通过重用和升级现有蜂窝网络来部署，但其部署仅限于蜂窝网络支持的区域，因此建立NB-IoT网络需要更多时间。