2.1.2 总体框架概述

NB-IoT的网络架构和4G网络架构基本一致，但NB-IoT的优化流程有针对性的增强，如图2-1所示。

在NB-IoT的网络架构中，包括NB-IoT终端、E-UTRAN基站（即eNodeB）、归属用户签约服务器（Home Subscriber Server，HSS）、移动性管理实体（Mobility Management Entity，MME）、服务网关（S-GW）和PDN网关（P-GW）。策略和计费规则功能（Policy and Charging Rules Function，PCRF）在NB-IoT架构中并不是必须的。以及为了支持MTC、NB-IoT而引入的网元也不是必须的，包括服务能力开放单元（Service Capability Exposure Function，SCEF）、第三方业务能力服务器（Service Capability Server，SCS）和第三方应用服务器（Application Server，AS）。其中，SCEF也经常被称为能力开放平台。

图2-1　NB-IoT网络的总体架构

和传统的4G网络相比，在架构上，NB-IoT网络主要增加了SCEF以支持控制面优化方案和非IP数据传输，对应地，引入了新的接口：MME和SCEF之间的T6接口、HSS和SCEF之间的S6t接口。

在实际部署网络时，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）合一部署，称之为CIoT服务网关节点（C-SGN），如图2-2所示。

图2-2　C-SGN集成架构

从总体上看，C-SGN的功能可以设计成EPS核心网功能的一个子集，必须支持的功能如下：

① 用于小数据传输的控制面CIoT优化功能；

② 用于小数据传输的用户面CIoT优化功能；

③ 用于小数据传输的必须安全控制流程；

④ 对仅支持NB-IoT的UE实现不需要联合附着（Combined Attach）的SMS支持；

⑤ 支持覆盖优化的寻呼增强；

⑥ 在SGi接口实现隧道，支持经由PGW的非IP数据传输；

⑦ 提供基于T6接口的SCEF连接，支持经由SCEF的非IP数据传输；

⑧ 支持附着时不创建PDN连接。

对于NB-IoT，短消息业务（Short Messaging Service，SMS）是非常重要的业务，仅支持NB-IoT的终端，由于不支持联合附着，所以不支持基于电路交换域回落（Circuit Switch Fall Back，CSFB）的短信机制。对仅支持NB-IoT的终端，NB-IoT技术允许NB-IoT终端在Attach、TAU消息中和MME协商基于控制面优化传输方案的SMS支持，即按照控制面传输优化方案在NAS信令包中携带SMS数据包。对于同时支持NB-IoT，又支持联合附着的终端，可继续使用CSFB的短信机制来获取SMS。

对网络而言，如果网络不支持CSFB的SGs接口短信机制，或对仅支持NB-IoT的终端无法使用CSFB机制来实现SMS，则可考虑在NB-IoT网络中引入基于MME的短信机制（SMS in MME），即MME实现SGd接口，通过该接口和短信网关、短信路由器实现SMS的传输，该架构如图2-3所示。

图2-3　MME直接实现SGd接口的SMS架构