随着通信技术的蓬勃发展,以万物互联为基础的物联网(Internet of Things,IoT)成为移动通信发展的必然趋势。窄带物联网(NarrowBand-IoT,NB-IoT)是以蜂窝通信为基础的新通信技术,具有广覆盖、低功耗和海量接入等特点,满足低速的物联网应用场景需求。NB-IoT系统协议栈架构根据其全新的功能需求进行了简化和优化,协议栈的实时调度控制层——媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)层同样也进行了改进以适应新的需求。本文依托于产业类重大主题专项研发项目“NB-IoT终端物联网SOC开发与应用”,以Release 14协议为基础,深入研究了NB-IoT终端系统MAC层的主要功能,并对其进行设计与实现。主要工作和创新点如下:1.从终端系统MAC实体架构入手,对MAC层的主要功能进行深入研究,其中包含随机接入过程、混合自动重传(Hybrid Automatic Repeat reQuest,HARQ)、资源调度、服务数据单元(Service Data Unit,SDU)的复用和协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)的解复用。2.为了提高MAC层的健壮性和稳定性,基于有限状态机和MAC层主要功能设计了MAC层状态机,使每个状态的工作任务尽量保持独立性。同时为使终端通信过程顺利进行,考虑MAC层与其它层的信息交互,并结合MAC层状态,设计了原语通信机制,便于协议栈各层间通信。在前两者的基础上,为每个功能过程设计了详细处理流程及相应的处理函数。3.根据项目的需求和目标,采用多核数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)作为开发平台,使用嵌入式C语言进行代码开发。基于DSP SYS/BIOS系统的硬件中断功能,设计了子帧中断调度机制,以实现MAC层的定时器和实时调度功能。4.为了验证MAC层实现的正确性和稳定性,基于测试协议编写多种测试例,对每个过程进行重复性测试。经过不断地测试和改进,各子过程的测试例均达到100%的通过率,验证了MAC层的功能实现符合协议一致性。