為了解決現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)傳輸方式功耗高、無(wú)法支持長(zhǎng)續(xù)航的缺點(diǎn)，NB-IoT通過(guò)簡(jiǎn)化系統(tǒng)流程、加快傳輸速度等方式來(lái)降低終端功耗，提高續(xù)航能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的長(zhǎng)續(xù)航需求。

　　從傳輸內(nèi)容看，可以傳輸三種數(shù)據(jù)類型，分別為IP、非IP（Non-IP）和短消息（SMS）。IP傳輸與LTE下傳輸?shù)牟町惒淮螅琒MS傳輸方式相比傳統(tǒng)有一定的改動(dòng)。

　　非IP類型的傳輸為NB-IoT新引入的數(shù)據(jù)類型，如果終端采用該類型的傳輸，在PDN連接過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)不為終端分配IP地址，該數(shù)據(jù)類型的傳輸有兩條路徑，一條為通過(guò)傳統(tǒng)的IP類型的傳輸路徑；另一條為通過(guò)新引入的SCEF進(jìn)行傳輸。非IP類型數(shù)據(jù)的路由有兩種方式，一種為在PDN連接建立過(guò)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(nèi)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(yīng)用的標(biāo)識(shí)進(jìn)行尋址。將UE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與SCEF及AS綁定。

　　NB-IoT傳輸方式可分為三類：控制面?zhèn)鬏敗⒂脩裘鎮(zhèn)鬏敽投滔艂鬏敗Ｏ旅鎸⑨槍?duì)這三類傳輸方式展開(kāi)介紹。

　　1、控制面?zhèn)鬏?/span>

　　由于CIoT終端大部分時(shí)候都是小包傳輸，并且發(fā)包間隔較長(zhǎng)，為了節(jié)省開(kāi)銷，提出了控制面數(shù)據(jù)傳輸方案。控制面數(shù)據(jù)傳輸方案針對(duì)小數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行優(yōu)化，支持將IP數(shù)據(jù)包、非IP數(shù)據(jù)包或SMS封裝到NAS協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）中傳輸，無(wú)須建立數(shù)據(jù)無(wú)線承載（DRB）和基站與S-GW之間的S1-U承載，節(jié)省了終端和系統(tǒng)的開(kāi)銷，簡(jiǎn)化了終端和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，節(jié)省了端到端各網(wǎng)元的成本。

　　控制面數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)RRC、S1-AP協(xié)議進(jìn)行NAS傳輸，并通過(guò)MME與S-GW之間，以及S-GW與P-GW之間的GTP-U隧道來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于非IP數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)MME與SCEF之間的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　當(dāng)采用控制面優(yōu)化時(shí)，MME應(yīng)支持封裝在NAS PDU中的小包數(shù)據(jù)傳輸；并通過(guò)與S-GW之間建立S11-U連接，完成小包數(shù)據(jù)在MME與S-GW之間的傳輸。

　　對(duì)于IP數(shù)據(jù)，UE和MME可基于RFC4995定義的ROHC框架執(zhí)行IP頭壓縮。對(duì)于上行數(shù)據(jù)，UE執(zhí)行ROHC壓縮器的功能，MME執(zhí)行ROHC解壓縮器的功能。對(duì)于下行數(shù)據(jù)，MME執(zhí)行ROHC壓縮器的功能，UE執(zhí)行ROHC解壓縮器的功能。通過(guò)IP頭壓縮功能，可以有效節(jié)省IP頭的開(kāi)銷，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

　　控制面?zhèn)鬏斨饕ㄟ^(guò)在信令消息中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，直接將數(shù)據(jù)包含在NAS（非接入層）信令消息中進(jìn)行傳輸，不需要進(jìn)行用戶面建立，控制面?zhèn)鬏斝帕盍鞒倘缦聢D。

　　1～2步：P-GW發(fā)送下行數(shù)據(jù)給S-GW，并通知MME。

　　3～4步：MME發(fā)起對(duì)UE的尋呼過(guò)程。

　　5～6步：UE進(jìn)行RRC連接過(guò)程，將UE從idle態(tài)變?yōu)閏onnect態(tài)，同時(shí)建立S1連接。

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

　　11～14步：S-GW將數(shù)據(jù)通過(guò)用戶面發(fā)送到MME，MME通過(guò)NAS消息將數(shù)據(jù)發(fā)送到UE。

　　15～18步：UE將上行數(shù)據(jù)通過(guò)NAS消息發(fā)送到MME，MME通過(guò)用戶面將數(shù)據(jù)發(fā)送到P-GW。

　　19～20步：進(jìn)行RRC連接及S1連接的釋放。

　　2、用戶面?zhèn)鬏?/span>

　　為了使空閑態(tài)用戶快速恢復(fù)到連接態(tài)，并減少終端和網(wǎng)絡(luò)交互的信令，提出了用戶面數(shù)據(jù)優(yōu)化傳輸方案。

　　終端從連接態(tài)進(jìn)入空閑態(tài)時(shí)，eNodeB通過(guò)Connection Suspend流程掛起RRC連接，eNodeB存儲(chǔ)該終端的AS信息、SlAP關(guān)聯(lián)信息和承載上下文，終端存儲(chǔ)AS信息，MME存儲(chǔ)該終端的S1AP關(guān)聯(lián)信息和承載上下文。

　　當(dāng)終端處于空閑態(tài)時(shí)，如果終端有上行數(shù)據(jù)需要發(fā)送，或者收到網(wǎng)絡(luò)的尋呼信令，終端將發(fā)起Connection Resume流程，快速的恢復(fù)UE和eNodeB之間的RRC連接，以及eNodeB和MME之間的S1連接，而無(wú)須使用Service Request流程來(lái)建立eNodeB與UE間的接入層（AS）上下文。

　　為維護(hù)UE在不同eNodeB間移動(dòng)時(shí)用戶面優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方案，eNodeB上掛起的AS上下文信息應(yīng)通過(guò)X2接口在eNodeB間傳送。

　　用戶面?zhèn)鬏斶^(guò)程通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有傳輸方式，終端需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要分為兩個(gè)過(guò)程：一個(gè)是掛起流程，另一個(gè)是恢復(fù)流程。

　　（1）掛起流程

　　終端與網(wǎng)絡(luò)建立好接入層（Access Strautm，AS）信息后，基站發(fā)起掛起流程后，UE存儲(chǔ)相關(guān)的AS層信息，如：承載信息及安全信息，基站存儲(chǔ)相關(guān)的AS信息及S1AP的關(guān)聯(lián)信息。UE進(jìn)入Idle狀態(tài)相關(guān)存儲(chǔ)的信息不刪除，進(jìn)行恢復(fù)時(shí)不需要重新進(jìn)行這些相關(guān)信息的建立，直接進(jìn)行恢復(fù)。用戶面?zhèn)鬏敀炱鹆鞒倘缦聢D。

　　具體流程解釋為：

　　1步：基站eNodeB向MME發(fā)送S1 UE去激活背景請(qǐng)求。

　　2-3步：MME與S-GW之間進(jìn)行釋放接入承載，釋放S1-U承載信息。

　　4步：MME向基站回復(fù)S1 UE去激活背景響應(yīng)。

　　5步：MME向UE發(fā)送RRC連接掛起消息，UE進(jìn)入空閑態(tài)。

　　（2）恢復(fù)流程

　　終端與網(wǎng)絡(luò)掛起后，終端需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，直接發(fā)起恢復(fù)流程，終端和基站直接進(jìn)行相關(guān)信息的恢復(fù)，不再需要重新進(jìn)行承載建立及安全信息的重協(xié)商。直接進(jìn)行恢復(fù)加快了恢復(fù)速度同時(shí)節(jié)省了信令。用戶面?zhèn)鬏敾謴?fù)流程如下圖。

　　具體流程解釋為：

　　1-2步：UE發(fā)送隨機(jī)接入，發(fā)起RRC連接恢復(fù)。

　　3-4步：基站與MME間進(jìn)行S1 -AP UE上下文激活。

　　5步：RRC連接重配置。

　　6步：上行數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　3、控制面與用戶面?zhèn)鬏敳⒋?/span>

　　控制面板方案適合傳輸小包數(shù)據(jù)，而用戶面方案適合傳輸大包數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶采用控制面方案?jìng)鬏敂?shù)據(jù)時(shí)，如果有大包數(shù)據(jù)傳輸需求，則可由終端或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)起由控制面方案到用戶面方案的轉(zhuǎn)換，此處的用戶面方案包括普通用戶面方案和優(yōu)化的用戶面方案。空閑態(tài)用戶通過(guò)Service Request流程發(fā)起控制面到用戶面方案的轉(zhuǎn)換，MME收到終端的Service Request后，需刪除和控制面方案相關(guān)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(tài)用戶的控制面到用戶面方案的轉(zhuǎn)換可以由終端通過(guò)Control Service Request流程發(fā)起，也可以通過(guò)MME直接發(fā)起。MME收到終端Control Service Request消息，或者檢測(cè)到下行數(shù)據(jù)包較大時(shí)，刪除和控制面方案相關(guān)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(shù)據(jù)傳輸

　　為了支持更多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，適配更多的數(shù)據(jù)傳輸格式，CIoT引入了對(duì)Non-IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹С帧on-IP數(shù)據(jù)是非IP結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包的格式可以由終端和應(yīng)用服務(wù)器之間自定義，網(wǎng)絡(luò)為其提供傳輸?shù)耐ǖ篮吐酚伞Ｔ诤诵木W(wǎng)側(cè)，目前存在經(jīng)過(guò)SCEF的Non-IP數(shù)據(jù)傳輸和經(jīng)過(guò)P-GW的Non-IP數(shù)據(jù)傳輸兩大方案。

　　經(jīng)過(guò)SCEF實(shí)現(xiàn)Non-IP數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)于T6a接口，在UE附著時(shí)，UE請(qǐng)求創(chuàng)建PDN連接時(shí)被觸發(fā)建立。UE并不感知用于傳輸Non-IP數(shù)據(jù)的PDN連接是指向SCEF的還是指向-P-GW的，網(wǎng)絡(luò)僅向UE通知某Non-IP的PDN連接使用控制面優(yōu)化方案。

　　在T6a接口上，使用IMSI來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)T6a連接/SCEF連接所歸屬的用戶，使用EPS承載ID來(lái)標(biāo)識(shí)SCEF承載。在SCEF和SCS/AS間，使用UE的External Identifer或MSISDN來(lái)標(biāo)識(shí)用戶。

　　經(jīng)過(guò)P-GW的Non-IP數(shù)據(jù)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(wú)論是用戶面優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸還是控制面數(shù)據(jù)傳輸，都可以使用SGi接口的non-IP數(shù)據(jù)傳輸方式。在PDN連接建立的時(shí)候，P-GW根據(jù)預(yù)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(yù)先配置AS的IP地址，如以APN為粒度進(jìn)行配置。

　　2）UE發(fā)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(huì)同時(shí)分配IPv4和IPv6地址，而是只會(huì)分配一個(gè)地址。

　　3）對(duì)于上行數(shù)據(jù)，P-GW收到UE側(cè)的Non-IP數(shù)據(jù)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(jīng)由IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)往AS。

　　4）對(duì)于下行數(shù)據(jù)，AS收到Non-IP地方數(shù)據(jù)，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(duì)進(jìn)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(shí)現(xiàn)機(jī)制如下：

　　1）在P-GW和AS之間建立點(diǎn)到點(diǎn)的隧道，根據(jù)PtP隧道類型的不同，可能建立的時(shí)間不同：可以在附著的時(shí)候建立，或者等到第一次發(fā)起MO數(shù)據(jù)的時(shí)候建立。P-GW根據(jù)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(duì)于上行non-IP數(shù)據(jù)，P-GW在PtP隧道上將non-IP數(shù)據(jù)發(fā)送給AS。

　　3）對(duì)于下行non-IP數(shù)據(jù)，AS需要根據(jù)一個(gè)索引來(lái)定位對(duì)應(yīng)的SGi PtP隧道（可以是UE的標(biāo)識(shí)），并將下行數(shù)據(jù)發(fā)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(wǎng)為CIoT終端提供短消息業(yè)務(wù)存在以下兩種技術(shù)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(wǎng)提供短消息業(yè)務(wù)的技術(shù)方案對(duì)UE來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的。不管采用哪種方案，CIoT終端在請(qǐng)求短消息業(yè)務(wù)可以僅使用EPS域附著或TAU流程，而無(wú)須使用傳統(tǒng)CSFB方案中的聯(lián)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(tǒng)CSFB網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，MME通過(guò)與MSC間的SGs接口，將短消息業(yè)務(wù)交由MSC進(jìn)行控制，而MSC到HSS/HLR和SMS-SC的接口及信令流程與傳統(tǒng)CSFB短消息業(yè)務(wù)處理機(jī)制相同。

　　2）基于SGd接口的短消息方案，MME直接執(zhí)行短消息業(yè)務(wù)的控制和處理，通過(guò)MME與HSS間的S6a接口，MME接收到用戶短消息簽約信息：通過(guò)MME與SMS-SC間的SGd接口，MME直接與SMS-SC進(jìn)行短消息的收發(fā)操作；通過(guò)HSS與SMS-SC間的S6c接口，SMS-SC獲取處理被叫短消息業(yè)務(wù)所需路由信息。

　　NB-IoT對(duì)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(cè)短消息功能，需要在attach過(guò)程中發(fā)起聯(lián)合附著過(guò)程（combined EPS/IMSI attach）；而在NB-IoT下只需要進(jìn)行EPS attach過(guò)程，降低終端實(shí)現(xiàn)復(fù)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(jīng)過(guò)MSC中轉(zhuǎn)。