面向物联网的蜂窝窄带接入（NB-IoT，Narrow Band Internet of Things）系统，也简称窄带物联网（NB-IoT），是蜂窝物联网（C- IoT，Cellular IoT）的一种。在我国，NB-IoT系统是利用第四代（4G）数字蜂窝移动通信技术（FDD-LTE）为物联网（IoT）提供网络服务的。NB-IoT利用数字蜂窝移动通信网络的广域覆盖性，为那些分布广泛、速率较低用户提供数据包较小、收发不频繁的数据包的传送业务，特别适用于低功耗广覆盖（LPWA）类物联网业务的开展与部署。关键是，LTE网络各运营商已经实现了规模组网，只需要将其功能按需简化，就可快速部署、规模实现NB-IoT。
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一、NB-IoT网络概述
窄带物联网（NB-IoT）网络是基于LTE网络构建的，它结合物联网传输的小数据包、数据包收发不频繁的业务特点，将LTE网络不用的许多功能给裁剪掉了。或者说，NB-IoT网络支持的功能是LTE网络功能的简化子集。因此，NB-IoT网络同样是由无线接入网和核心网构成，NB-IoT无线接入网络支持的功能应是E-UTRAN网络功能的简化子集，NB-IoT核心网络支持的功能应是EPC网络功能的简化子集。NB-IoT网络支持与LTE共同部署和独立部署的组网方式。
1、网络架构
NB-IoT无线接入网络的网络架构可用下图1-1-1表示，其实它与E-UTRAN网络架构是相同的。同样是一个以上的基站（e Node Base）组成，eNB通过S1接口连接到核心网（EPC），其中NB-IoT基站也可以连接到物联网专用EPC。NB-IoT基站之间可以通过X2接口连接。在S1-Flex配置中，每个基站在一个池区域内和所有的EPC节点连接。基站通过空中接口（Uu接口）与物联网终端（UE）通信。NB-IoT无线接入网络中包括两个设备实体：UE（包括移动设备ME和通用用户识别模块USIM）和基站eNB（为一个小区或多个小区服务的无线收发信设备）。
图 1-1-1：NB-IoT的网络架构（无线接入网络）
NB-IoT核心网的网络架构可用下图1-1-2表示，其实它与LTE的EPC网络架构基本一致。包括移动性管理设备（MME）、服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW）、业务能力开放单元（SCEF）、用于存储用户签约信息的HSS和应用服务器（AS），没包括用于计费和策略控制的单元（PCRF）。如果支持短消息，NB-IoT网络可能还包括短消息中心（MSC Server）设备。SCEF除了能力开放功能外，还可以支持Non-IP数据的传输。在实际NB-IoT网络部署时，为了减少物理网元的数量，可以将部分核心网网元（如MME、S-GW、P-GW等）合一部署，称为蜂窝物联网服务网关节点（C-SGN，C-IoT Serving Gateway Node）。注意：NB-IoT网络与2G、3G网络网元之间无接口，不具备网间互操作能力。
图 1-1-2：NB-IoT的网络架构（核心网网络）
2、业务要求
NB-IoT网络主要针对窄带蜂窝物联网市场，为用户提供数据包较小的、收发不频繁的IP数据包和非IP（Non-IP）数据包传送服务。
二、NB-IoT网络的无线接入网总体技术要求
我国通信行业标准YD/T 3331《面向物联网的蜂窝窄带接入（NB-IoT） 无线网总体技术要求》，规定了NB-IoT无线接入网的总体技术要求，包括物理层、高层和无线资源控制（RRC）层的技术要求，以及移动性管理、UE能力、S1和X2接口 的要求。由于内容较多，这里仅作简要介绍，若要详细了解该标准规定的具体内容的请查阅下附件2。需要指出的是，NB-IoT无线接入网不支持E-UTRAN的功能汇总于下表2-0中。
表 2-0：NB-IoT无线接入网不支持的E-UTRAN功能
附件 2：YD/T 3331-2018《面向物联网的蜂窝窄带接入（NB-IoT） 无线网总体技术要求》
1、物理层
NB-IoT无线接入网的物理层，在E-UTRAN物理层的基础上做出了重大改动，其具体内容详见下表2-1-1中。此时，NB-IoT网络支持三种工作模式：独立工作模式、带内工作模式和保护带工作模式。同时，NB-IoT无线接入网的物理层新定义了如下表2-1-2所示的5种物理信道（窄带信道）。在上述改动的NB-IoT物理层基础上，YD/T 3331规定了详细的物理层技术要求，包括上/下行传输方案、传输信道的承载要求及E-UTRAN多载波操作等，具体内容详见本文的附件2。
表 2-1-1：NB-IoT无线接入网的物理层变动（相对于E-UTRAN物理层）
表 2-1-2：NB-IoT无线接入网的物理信道（包括其用途）
2、高层
在高层，NB-IoT定义了CP（控制面，Control Plane）方案和UP（用户面，User Plane）方案两种数据传输方案。CP方案（控制面C-IoT EPS优化）对UE和网络均为必选；UP方案（用户面C-IoT EPS优化）为可选。如果UE同时支持两种方案，具体使用哪种方案，通过非接入层（NAS）信令与核心网设备进行协商而确定。CP方案和UP方案的各自数据传输方案详见下表2-2中的简述。依此，YD/T 3331规定了详细的高层技术要求，包括MAC子层、RLC子层和PDCP子层的要求。
表 2-2：CP方案和UP方案的数据传输方案
3、无线资源控制（RRC）层
对于RRC层，蜂窝物联网（C-IoT）采用E-UTRAN之 RRC层的业务和功能，但区别详见下表2-3。当终端（UE）处于空闲状态（RRC_IDLE）时，如果UE支持UP方案，则该UE在收到网络侧指标的挂起指示后释放连接，并保存AS上下文，用于恢复RRC连接。依此YD/T 3331给出了C-IoT信令减少优化方案。
表 2-3：NB-IoT与LTE的RRC层在业务和功能方面的区别
4、移动性管理
NB-IoT所支持的移动性管理的功能详见下表2-4，其移动性管理的具体要求请查阅本文的附件2。
表 2-4：NB-IoT所支持的移动性管理功能
5、S1和X2接口
与LTE系统相同，S1接口定义为基站与EPC间的接口，包括用户平面的基站与S-GW间的接口（S1-U）和控制平面的基站与MME间的接口（S1-C）。X2定义为基站间的接口。NB-IoT的S1和X2接口应满足的3GPP规范详见下表2-5-1。下表 2-5-2给出了NB-IoT的S1和X2接口要求的概述，具体要求请详见本文的附件2。
表 2-5-1：NB-IoT的S1和X2接口应满足的3GPP规范编号
表 2-5-2：NB-IoT的S1和X2接口要求概述
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三、NB-IoT网络的核心网总体技术要求
我国通信行业标准YD/T 3332《面向物联网的蜂窝窄带接入（NB-IoT） 核心网总体技术要求》，规定了NB-IoT核心网的总体技术要求，包括控制面数据传输、用户面优化数据传输等功能要求，以及接口增强要求、关键流程要求和计费要求等，本文也对该标准的内容做概要介绍，若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件3。
附件 3：YD/T 3332-2018《面向物联网的蜂窝窄带接入（NB-IoT） 核心网总体技术要求》
1、NB-IoT核心网的功能要求
对于NB-IoT核心网，是对LTE EPC的相关功能或方案进行了优化，不仅能够处理小数据的IP数据包，同时应能传输Non-IP数据包，也可选支持短消息业务（SMS）。因此，NB-IoT核心网所具有功能详见下表3-1，具体功能要求请详见本文的附件3。
表 3-1：NB-IoT核心网所具有的功能名称
2、接口的增强要求
为了适应NB-IoT要求，需要对LTE EPC相关实体间接口（可参见图1-1-2）实施增强，涉及到的接口包括：S1接口、S10接口、S11接口、S5/S8接口、S6a接口、非接入层（NAS）接口（支持UE与MME间的信令交互）等，具体增强要求的内容请详见本文的附件3。
3、关键流程
对于NB-IoT核心网，在YD/T 3332标准中规定了下述的几个关键流程的要求：附着/去附着、跟踪区更新（TAU）、控制面数据传输流程、用户面优化数据传输流程、基于SCEF的Non-IP数据传输流程（可选）等。流程的具体要求内容请详见该标准原文，即本文的附件3。
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