為了解決現有蜂窩網傳輸方式功耗高、無法支持長續航的缺點，NB-IoT通過簡化系統流程、加快傳輸速度等方式來降低終端功耗，提高續航能力，滿足物聯網業務的長續航需求。

　　從傳輸內容看，可以傳輸三種數據類型，分別為IP、非IP（Non-IP）和短消息（SMS）。IP傳輸與LTE下傳輸的差異不大，SMS傳輸方式相比傳統有一定的改動。

　　非IP類型的傳輸為NB-IoT新引入的數據類型，如果終端采用該類型的傳輸，在PDN連接過程中網絡不為終端分配IP地址，該數據類型的傳輸有兩條路徑，一條為通過傳統的IP類型的傳輸路徑；另一條為通過新引入的SCEF進行傳輸。非IP類型數據的路由有兩種方式，一種為在PDN連接建立過程中P-GW為終端分配IP地址，但該地址不傳輸給UE，只保存在P-GW內部，P-GW后的選址與原LTE相同；另一種方式為采用綁定的方式，采用上層應用的標識進行尋址。將UE傳輸的數據與SCEF及AS綁定。

　　NB-IoT傳輸方式可分為三類：控制面傳輸、用戶面傳輸和短消信傳輸。下面將針對這三類傳輸方式展開介紹。

　　1、控制面傳輸

　　由于CIoT終端大部分時候都是小包傳輸，并且發包間隔較長，為了節省開銷，提出了控制面數據傳輸方案。控制面數據傳輸方案針對小數據傳輸進行優化，支持將IP數據包、非IP數據包或SMS封裝到NAS協議數據單元（PDU）中傳輸，無須建立數據無線承載（DRB）和基站與S-GW之間的S1-U承載，節省了終端和系統的開銷，簡化了終端和網絡的實現，節省了端到端各網元的成本。

　　控制面數據傳輸是通過RRC、S1-AP協議進行NAS傳輸，并通過MME與S-GW之間，以及S-GW與P-GW之間的GTP-U隧道來實現。對于非IP數據，也可以通過MME與SCEF之間的連接來實現。

　　當采用控制面優化時，MME應支持封裝在NAS PDU中的小包數據傳輸；并通過與S-GW之間建立S11-U連接，完成小包數據在MME與S-GW之間的傳輸。

　　對于IP數據，UE和MME可基于RFC4995定義的ROHC框架執行IP頭壓縮。對于上行數據，UE執行ROHC壓縮器的功能，MME執行ROHC解壓縮器的功能。對于下行數據，MME執行ROHC壓縮器的功能，UE執行ROHC解壓縮器的功能。通過IP頭壓縮功能，可以有效節省IP頭的開銷，提高數據傳輸效率。

　　控制面傳輸主要通過在信令消息中進行數據傳輸，直接將數據包含在NAS（非接入層）信令消息中進行傳輸，不需要進行用戶面建立，控制面傳輸信令流程如下圖。

　　1～2步：P-GW發送下行數據給S-GW，并通知MME。

　　3～4步：MME發起對UE的尋呼過程。

　　5～6步：UE進行RRC連接過程，將UE從idle態變為connect態，同時建立S1連接。

　　7～10步：MME完成與S-GW的用戶面建立過程，S-GW完成與P-GW的用戶面建立過程。

　　11～14步：S-GW將數據通過用戶面發送到MME，MME通過NAS消息將數據發送到UE。

　　15～18步：UE將上行數據通過NAS消息發送到MME，MME通過用戶面將數據發送到P-GW。

　　19～20步：進行RRC連接及S1連接的釋放。

　　2、用戶面傳輸

　　為了使空閑態用戶快速恢復到連接態，并減少終端和網絡交互的信令，提出了用戶面數據優化傳輸方案。

　　終端從連接態進入空閑態時，eNodeB通過Connection Suspend流程掛起RRC連接，eNodeB存儲該終端的AS信息、SlAP關聯信息和承載上下文，終端存儲AS信息，MME存儲該終端的S1AP關聯信息和承載上下文。

　　當終端處于空閑態時，如果終端有上行數據需要發送，或者收到網絡的尋呼信令，終端將發起Connection Resume流程，快速的恢復UE和eNodeB之間的RRC連接，以及eNodeB和MME之間的S1連接，而無須使用Service Request流程來建立eNodeB與UE間的接入層（AS）上下文。

　　為維護UE在不同eNodeB間移動時用戶面優化數據傳輸方案，eNodeB上掛起的AS上下文信息應通過X2接口在eNodeB間傳送。

　　用戶面傳輸過程通過優化現有傳輸方式，終端需要傳輸數據時，需要分為兩個過程：一個是掛起流程，另一個是恢復流程。

　　（1）掛起流程

　　終端與網絡建立好接入層（Access Strautm，AS）信息后，基站發起掛起流程后，UE存儲相關的AS層信息，如：承載信息及安全信息，基站存儲相關的AS信息及S1AP的關聯信息。UE進入Idle狀態相關存儲的信息不刪除，進行恢復時不需要重新進行這些相關信息的建立，直接進行恢復。用戶面傳輸掛起流程如下圖。

　　具體流程解釋為：

　　1步：基站eNodeB向MME發送S1 UE去激活背景請求。

　　2-3步：MME與S-GW之間進行釋放接入承載，釋放S1-U承載信息。

　　4步：MME向基站回復S1 UE去激活背景響應。

　　5步：MME向UE發送RRC連接掛起消息，UE進入空閑態。

　　（2）恢復流程

　　終端與網絡掛起后，終端需要發送數據時，直接發起恢復流程，終端和基站直接進行相關信息的恢復，不再需要重新進行承載建立及安全信息的重協商。直接進行恢復加快了恢復速度同時節省了信令。用戶面傳輸恢復流程如下圖。

　　具體流程解釋為：

　　1-2步：UE發送隨機接入，發起RRC連接恢復。

　　3-4步：基站與MME間進行S1 -AP UE上下文激活。

　　5步：RRC連接重配置。

　　6步：上行數據發送。

　　3、控制面與用戶面傳輸并存

　　控制面板方案適合傳輸小包數據，而用戶面方案適合傳輸大包數據。當用戶采用控制面方案傳輸數據時，如果有大包數據傳輸需求，則可由終端或者網絡發起由控制面方案到用戶面方案的轉換，此處的用戶面方案包括普通用戶面方案和優化的用戶面方案。空閑態用戶通過Service Request流程發起控制面到用戶面方案的轉換，MME收到終端的Service Request后，需刪除和控制面方案相關的S11-U信息和IP頭壓縮信息，并為用戶建立用戶面通道。

　　連接態用戶的控制面到用戶面方案的轉換可以由終端通過Control Service Request流程發起，也可以通過MME直接發起。MME收到終端Control Service Request消息，或者檢測到下行數據包較大時，刪除和控制面方案相關的S1-U信息和IP頭壓縮信息，并為用戶建立用戶面通道。

　　4、Non-IP數據傳輸

　　為了支持更多的物聯網應用，適配更多的數據傳輸格式，CIoT引入了對Non-IP數據傳輸的支持。Non-IP數據是非IP結構化的數據，數據包的格式可以由終端和應用服務器之間自定義，網絡為其提供傳輸的通道和路由。在核心網側，目前存在經過SCEF的Non-IP數據傳輸和經過P-GW的Non-IP數據傳輸兩大方案。

　　經過SCEF實現Non-IP數據傳輸方案，基于在MME和SCEF之間建立的指向SCEF的PDN連接，該連接實現于T6a接口，在UE附著時，UE請求創建PDN連接時被觸發建立。UE并不感知用于傳輸Non-IP數據的PDN連接是指向SCEF的還是指向-P-GW的，網絡僅向UE通知某Non-IP的PDN連接使用控制面優化方案。

　　在T6a接口上，使用IMSI來標識一個T6a連接/SCEF連接所歸屬的用戶，使用EPS承載ID來標識SCEF承載。在SCEF和SCS/AS間，使用UE的External Identifer或MSISDN來標識用戶。

　　經過P-GW的Non-IP數據傳輸，目前存在兩類傳輸方案：一種是基于UDP/IP的PtP隧道方案，另一種是其他類型的PtP隧道方案。無論是用戶面優化的數據傳輸還是控制面數據傳輸，都可以使用SGi接口的non-IP數據傳輸方式。在PDN連接建立的時候，P-GW根據預配置的信息決定使用什么傳輸方案。

　　（1）基于UDP/IP的PtP隧道方案

　　1）在P-GW上，預先配置AS的IP地址，如以APN為粒度進行配置。

　　2）UE發起附著并建立PDN連接后，P-GW為UE分配IP地址（該IP不返回給UE），并建立（GTP隧道ID，UEIP）映射表。P-GW不會同時分配IPv4和IPv6地址，而是只會分配一個地址。

　　3）對于上行數據，P-GW收到UE側的Non-IP數據后，將其從GTP隧道中剝離，并加上IP頭（源IP為P-GW為UE分配的IP，目的IP為AS的IP），然后經由IP網絡發往AS。

　　4）對于下行數據，AS收到Non-IP地方數據，使用P-GW為終端分配的IP和3GPP定義的為non-IP傳輸定義的UDP端口對進行UDP/IP封裝。P-GW解封裝（刪除UDP/IP頭）之后在3GPP的GTP隧道中傳輸。

　　（2）基于其他類型的PtP隧道方案

　　SGi的PtP隧道還支持例如PMIPV6/GRE、L2TP、GTP-C/U等。基本的實現機制如下：

　　1）在P-GW和AS之間建立點到點的隧道，根據PtP隧道類型的不同，可能建立的時間不同：可以在附著的時候建立，或者等到第一次發起MO數據的時候建立。P-GW根據本地配置選擇合適的AS，可以基于APN粒度，或者基于AS支持的PtP隧道類型。P-GW不需要為UE分配地址。

　　2）對于上行non-IP數據，P-GW在PtP隧道上將non-IP數據發送給AS。

　　3）對于下行non-IP數據，AS需要根據一個索引來定位對應的SGi PtP隧道（可以是UE的標識），并將下行數據發送給P-GW，P-GW收到后在3GPP的GTP隧道中傳輸。

　　5、短消息傳輸

　　核心網為CIoT終端提供短消息業務存在以下兩種技術方案：即基于SGs接口的短消息方案或基于SGd接口的短消息方案，而核心網提供短消息業務的技術方案對UE來說是不可見的。不管采用哪種方案，CIoT終端在請求短消息業務可以僅使用EPS域附著或TAU流程，而無須使用傳統CSFB方案中的聯合EPS/IMSI附著或TAU流程。

　　1）基于SGs接口的短消息方案，采用傳統CSFB網絡架構，MME通過與MSC間的SGs接口，將短消息業務交由MSC進行控制，而MSC到HSS/HLR和SMS-SC的接口及信令流程與傳統CSFB短消息業務處理機制相同。

　　2）基于SGd接口的短消息方案，MME直接執行短消息業務的控制和處理，通過MME與HSS間的S6a接口，MME接收到用戶短消息簽約信息：通過MME與SMS-SC間的SGd接口，MME直接與SMS-SC進行短消息的收發操作；通過HSS與SMS-SC間的S6c接口，SMS-SC獲取處理被叫短消息業務所需路由信息。

　　NB-IoT對于短消息有一定的修改，主要包括兩部分：

　　1）在LTE下終端如果需要注冊短消息功能，需要在attach過程中發起聯合附著過程（combined EPS/IMSI attach）；而在NB-IoT下只需要進行EPS attach過程，降低終端實現復雜度。

　　2）增加MME與SMSC之間的直接接口SGd，MME與SMSC間直接傳送短信，不經過MSC中轉。