這一講主要給大家詳細講解下 NB-IoT 的協(xié)議棧，在講協(xié)議棧之前先來了解下 NB 特有的數(shù)據(jù)傳輸方案，因為協(xié)議棧的有些知識點都是圍繞 CP 和 UP 來講解的。
一、數(shù)據(jù)傳輸方案
CIoT EPS 優(yōu)化的目的，是為了提升 NB-IoT 對小數(shù)據(jù)以及 SMS 的支持。CIoT EPS 優(yōu)化的內(nèi)容包括控制面 CIoT 優(yōu)化、用戶面 CIoT 優(yōu)化、無 PDN 連接的 EMM 注冊、S1-U 接口的數(shù)據(jù)傳輸以及頭壓縮等。
1）CP 方案
無需建立空口數(shù)據(jù)無線承載（DRB）和 S1-U 連接，直接通過 NAS 消息傳輸數(shù)據(jù)，支持 IP 數(shù)據(jù)和非 IP 數(shù)據(jù)的傳輸。核心網(wǎng)新增網(wǎng)元 SCEF（Service Capability Exposure Function），用來支撐非 IP 數(shù)據(jù)隨信令的傳輸。
3 GPP 已明確 CP 方案為必選方案 。
上行數(shù)據(jù)從基站發(fā)送到 MME 之后，有兩條路徑可選：一是發(fā)往 SGW 后再發(fā)往 PGW；二是發(fā)往 SCEF，再直接發(fā)給服務器。使用控制面的 CIoT 優(yōu)化可以不再建立 DRB，但是只適用于低頻率且低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸。
使用控制面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，主要是通過 RRC 信令中的 NAS 專有消息 dedicatedInfoNAS-r13 來攜帶用戶數(shù)據(jù)。
從上圖可以看出，如果是小于 100 字節(jié)的小包，終端只需要發(fā) RRC Conn Setup Complete 一條攜帶 NAS 消息的信令就可以完成數(shù)據(jù)上報，可以極大簡化終端的設計，降低信令開銷和降低功耗。
2） UP 方案
增加 RRC-Suspended 狀態(tài)，前一次傳輸數(shù)據(jù)的用戶面連接被掛起，下次傳輸可恢復掛起的用戶面連接，無需新建用戶面連接。（用戶面的 CIoT 優(yōu)化，主要目的是簡化從 RRC 空閑態(tài)到連接態(tài)變化的過程）
在支持用戶面 CIoT EPS 優(yōu)化時，RRC 連接釋放消息中會攜帶 ResumeIdentity-r13 信元，用來給 UE 分配 Resume ID：
在 UE 執(zhí)行 RRC 恢復時，需要攜帶該 Resume ID 給基站，重新激活保存的上下文：
與 CP 方案相比，UE 和基站需要保存用戶面連接相關(guān)上下文。
3 GPP 已明確 UP 方案為可選方案。
上圖是 3 個 RRC 狀態(tài)的關(guān)系，下圖從 RRC Connect 到 RRC Suspended 狀態(tài)轉(zhuǎn)換的信令流程，需要注意的是 RRC Connection Release 這條信令里面會攜帶釋放原因 Suspend。
Suspend 流程的預置條件：NB-IoT UE 附著到 MME 并建立 UP 承載，處于 ECM-Connected 狀態(tài)，至少建立了 1 個 DRB。
觸發(fā)：eNodeB 檢測到 Nbinactivitytimer 超時，發(fā)送 RRC connection release（suspended 指示）。
UE 動作：保存 UE AS 上下文，包括 RRC/PDCP/RLC/MAC 協(xié)議層配置、安全上下文、ROHC 狀態(tài)、CRNTI 和當前小區(qū)的 PCI；
保存 resume identity，用于 RRC 連接恢復; 掛起所有的 SRB 和 DRB。
二、NB-IOT 協(xié)議棧介紹（主要對比 LTE 來看）
1）RRC 功能
從 RRC 的功能跟看，相比 LTE
沒有變化的功能有：1）PLMN 及小區(qū)選擇，2）準入控制，3）NAS 消息轉(zhuǎn)發(fā)
取消的功能有：1）測量報告，2）切換及移動性管理
有變化的功能有 [括號內(nèi)是變化的內(nèi)容]：
1）系統(tǒng)消息廣播 [系統(tǒng)消息塊及內(nèi)容差異]
2）小區(qū)重選 [不支持異系統(tǒng)重選，不支持基于 RSRQ 重選，不支持基于優(yōu)先級重選]
3）無線資源管理 [支持 SRB1bis (CP-opt), 支持最多 2 個 DRB（UP-opt）, 支持 RRC suspend-resume 流程（UP-opt）]
4）尋呼/通知 [支持尋呼擴展流程，不支持 ETWS/CMAS]
NB/LTE RRC 層差異綜合來看：
空閑態(tài)：
可以發(fā)起 RRC 連接恢復過程（僅 UP 模式)
終端/基站保持接入層的上下文（僅 UP 模式)
連接態(tài):
不支持網(wǎng)絡控制的移動性（測量報告、切換）
不監(jiān)測尋呼和系統(tǒng)消息
不支持 RRC 連接重建和重配置（僅 CP 模式）
無線承載管理：
信令無線承載：引入 SRB1bis；不支持 SRB2
數(shù)據(jù)無線承載：CP 模式不支持 DRB, UP 模式最多支持 2 個 DRB
2）PDCP 功能
這里就需要進行區(qū)分：
CP 模式整個 PDCP 層的功能全部砍掉；
UP 模式 PDCP 層的功能與 LTE 基本一致；
3） RLC 功能
沒有變化的功能有：1）TM（透傳模式），2）AM（確認模式），3）分段和重組，4）級聯(lián)，5）糾錯，6）重復檢測
取消的功能有：UM（非確認模式）
有變化的功能有：UP 模式 RLC 重建，CP 模式?jīng)]有 RLC 重建
可以看出 RLC 這次相對于 LTE 變化不是那么大
4） MAC 功能
沒有變化的功能有：復用解復用
有變化的功能有:
1) 信道映射, 上下行信道簡化
2) HARQ: 單 HARQ 進程，只支持異步自適應重傳
3) 調(diào)度: 調(diào)度周期和資源，MCS 和 TBS，覆蓋等級和重復次數(shù)
4) DRX: 只支持長周期 DRX, 空閑態(tài)和連接態(tài) eDRX,
5) 隨機接入：NPRACH 資源，覆蓋等級
三、協(xié)議棧接口
1）S1 協(xié)議棧接口
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NB-IoT 與 LTE 可以共用同一個 S1 接口，連接到同一個 MME；也可以通過不同的 S1 接口，連接到不同的 MME
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在配置 S1 接口時，需要配置對應 MME 支持 NB-IoT 的能力
根據(jù) 23.401 協(xié)議描述，MME 支持以下類型：
協(xié)議認可使用以下兩種方式選擇 MME：
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MME 重定向（DECOR）功能：如果 MME 不支持 NB，或者支持的類型不對，MME 會把消息返還給 eNB 并提供重新路由。
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eNB 配置 MME 能力：eNB 上配置哪些 MME 支持 NB，以及支持的類型。
2）X2 協(xié)議棧接口
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NB-IoT 和 LTE 可以共用 X2 接口。
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NB-IoT 不支持基于 X2 接口的切換，但是通過 X2 接口可以實現(xiàn)，支持基站間 RRC Connection Resume 流程；
3）支持 Non-IP data 傳輸
物聯(lián)網(wǎng)場景之下，終端大多數(shù)都是 100 字節(jié)內(nèi)小包為主，如果繼續(xù)使用 IP 包的方式，IP 包頭的開銷會很大，例如：傳輸層是 UDP 就是 28 字節(jié)的話，28/100，光 IP 包頭的開銷就有 28%。
于是引入了 Non-IP 數(shù)據(jù)傳輸（Non-IP Data Delivery）, 即在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候剝離掉 IP 層的封裝，可以減小數(shù)據(jù)包的 payload，非常適用于物聯(lián)網(wǎng)使用。
協(xié)議定義兩種傳輸機制，建議使用單獨 APN 支持 Non-IP 傳輸。
如果使用 Non-IP 傳輸，則需要在核心網(wǎng)新增網(wǎng)元 SCEF，MME 在終端接入的時候就可以從 HSS 獲取過來的開戶數(shù)據(jù)判斷是否 Non-IP 的包，如果是 則走 SCEF，如果是普通的終端就接入 SGW。
