一. NB總體網路架構

NB-IoT端到端系統架構如下圖所示：

終端：UE（User Equipment），通過空口連線到基站（eNodeB（evolved Node B , E-UTRAN 基站））。
無線網側：包括兩種組網方式，一種是整體式無線接入網（Singel RAN），其中包括2G/3G/4G以及NB-IoT無線網，另一種是NB-IoT新建。主要承擔空口接入處理，小區管理等相關功能，並通過S1-lite介面與IoT核心網進行連線，將非接入層資料轉發給高層網元處理。
核心網：EPC（Evolved Packet Core），承擔與終端非接入層互動的功能，並將IoT業務相關資料轉發到IoT平臺進行處理。概括說明不全面，詳細見下文。

二. 網路結構細化

2.1 結構框圖

        將上圖EPC部分進行細化，如下：

MME：Mobility Management ，移動性管理實體（一個信令實體），接入網路的關鍵控制節點。負責空閒模式UE的跟蹤與尋呼控制。通過與 HSS（Home Subscribe Server，歸屬使用者伺服器） 的資訊交流，完成使用者驗證功能。
SCEF：Service Cability Exposure Function ，服務能力開放單元，為新增網元，支援對於新的PDN型別Non-IP的控制面數據傳輸。

2.2 部分介面解釋

X2介面
       X2介面用以再eNodeB和eNodeB之間實現信令和資料互動。在NB-IoT系統中，X2介面在基於R13的版本不支援eNodeB間的使用者面操作，主要在控制面引入了新的跨基站使用者上下文恢復處理。在使用者面優化傳輸方案下，掛起的終端移動到新基站發起RRC連線恢復過程，攜帶先前從舊基站獲得的恢復ID，新基站再X2介面向舊基站發起使用者上下文獲取流程，從舊基站獲取終端在舊基站掛起時儲存的使用者上下文資訊，以便在新基站上將該UE快速恢復。

三. 傳輸方式

       首先，從傳輸內容看，可以傳輸三種資料型別：IP，Non-IP，SMS（短訊息）。

       由於單小區內 NB-IoT 的終端數量遠大於 LTE 終端數，因此控制面的建立和釋放次數遠大於 LTE，例如 RCC 連線建立、釋放等；另一方面，為了傳送和接收很少位元組的資料，終端從空閒態進入連線態消耗的網路信令開銷遠大於資料載荷本身；此外，基於 LTE/EPC 複雜的信令流程，對終端的能耗也帶來了挑戰。
       因此，從系統架構這個層面上看，控制面和使用者面的效率都需要對 NB-IoT 做增強與優化。下面將 NB-IoT傳輸優化方案分為兩種，控制面傳輸優化方案與使用者面傳輸優化方案，分別進行說明。
        注：關於使用者面與控制面，簡單理解：控制面主要承載無線信令，負責 UE 接入、資源分配等；使用者面主要承載使用者資料。

3.1 控制面傳輸

       控制面數據傳輸方案針對小資料傳輸進行優化，支援將IP資料包、非IP資料包或SMS封裝到PDU中進行傳輸，無須建立DRB（無線承載）和基站與S-GW間的S1-U承載。
       當採用控制面傳輸方案時，小包資料通過NAS信令隨路傳輸到MME，並通過與S-GW間建立S11-U連線，完成小包資料在MME與S-GW間的傳輸。當SGW收到下行資料時，如果S11-U連線存在，SGW 將下行資料發給MME，否則觸發MME 執行尋呼。
        這裡得出在控制面傳輸方案下兩個傳輸路徑：
UE —— eNodeB —— MME —— S-GW —— P-GW 
UE —— eNodeB —— MME —— SCEF 

3.2 使用者面傳輸

       使用者面傳輸通過重新定義的掛起流程與恢復流程，使空閒態使用者快速恢復到連線態，減少相關空口資源和信令開銷。當終端從連線態進入空閒態時，eNodeB、核心網掛起暫存該終端的AS資訊，S1AP關聯資訊和承載上下文，終端儲存AS資訊，MME儲存終端的S1AP關聯資訊和承載上下文，有資料傳遞時快速恢復，不需要重新建立承載和安全資訊的重協商。
       另一方面，小資料報文通過使用者面直接進行傳輸時，需要建立S1-U和DRB。

3.3 流程框圖

        注1：MME——SCEF的控制面傳輸針對Non-IP模式，此種模式下資費規則需重新配置。Non-IP資料亦可通過PGW進行控制面或資料面傳輸，需建立SGi介面的PtP隧道。
        注2：圖中使用者面傳輸為資料傳輸流程示意，建立RRC連線以及掛起的信令通過 MME-SGW-PGW，具體信令流程後續寫。