与LTE系统类似，NB-IoT使用随机接入过程来实现UE初始接入网络，并完成上行链路同步过程。在Re-13 版本中，UE只需支持基于竞争的随机接入，但是仍5旧保留NPDCCH触发的NPRACH,通过DCI格式N1来指示。任DCI中给出NPRACH的初始子载波位置和重复次数。
小区搜索取得频率和符号同步、获取SIB信息、启动随机接入过程建立RRC连接。当UE返回RRC Idle 空闲状态时，若需要发送数据或接收到寻呼，则也会再次启动随机接入过程。UE产生随机接入前导的方式和LTE系统不同，不再需要前导索引来生成随机接入前导序列，所有的都采用默认的全1序列。
UE通过Msg1传输随机接入前导，通过Msg2传输随机接入响应，通过Msg3传输MAC子层和RRC子层的消息，Msg3 包含1个IoT比特用于指示该UE是否支持Multi-tone,通过Msg4实现竞争解决。
对于NB-IoT UE,基于竞争的随机接入过程如下：
1)在锚点载波，执行随机接入过程。
2)在恢复RRC连接的过程中，携带恢复ID用于恢复RRC连接。
3)在建立RRC连接过程中，包含关于后续在SRB或DRB上传输的数据量大小的指示信息。
竞争随机接入过程如图1所示。
图1：竞争随机接入过程
竞争随机接入过程的4个步骤如下。
步骤1:上行链路中在RACH上的随机接入前导。有两个可能被定义的组，其中一个是可选的。如果两个组都已经被配置，则使用Msg3的大小和路径损耗来确定前导是选自哪一个组。前导所属的组提供了Msg3大小的指示及UE的无线条件。前导组信息连同必需的阈值在系统消息中进行广播。
步骤2:在DL-SCH上由MAC产生的随机接入响应。
1)与Msg1半同步(在弹性窗口之内， 该窗口的大小是一个或更 多的TTI)。
2)没有HARQ。
3)寻址到PDCCH上的RA-RNTI.
4)至少传输rA前导标识、对p-TAG的时间对准信息、初始上行授权和临时C-RNTI的分配(这些基于竞争决议可以是或者可以不是永久的)。
5)计划用于1个DL-SCH消息中可变的UE数量。
步骤3:在UL-SCH上的第1次上行调度传输。
1)使用HARQ。
2)传输块的大小取决于在步骤2中传输的上行授权。
对于初始接入:①传输RRC连接请求，该RRC连接请求由RRC子层产生并通过CCCH传输;②至少传输NaS用户终端身份标志，但没有NAS消息;③RLC TM没有划分。
对于RRC连接重建过程:①传输RRC连接重建请求，由rRC子层产生并通过CCCH传输;②RLC TM没有划分;③不包括任何NAS消息。
在切换之后，在目标小区:①传输被加密和完整保护的切换确认，该切换确认由层产生并通过DCCH传输:②传输UE的C-RNTI (通过切换命令被分配);③如果可能，则包括上行缓冲状态报告。
对于其他的事件，至少传输用户终端的C-RNTI。
对于NB-IoT,在恢复连接的过程中，传输恢复ID以便恢复连接;在建立连接的程中，可以指明在SRB或者DRB上后续传输的数据量的指示。
步骤4:在下行链路上的竞争决议。
1)使用早期竞争决议，也就是说，eNB基站在决定竞争之前不会等待NAS的回复。
2)与Msg3不同步。
3)支持HARQ。
4)为初始接入并在无线链路失败之后，临时C-RNTI承载在PDCCH上;5)对于在RRC Connected连接状态的UE，C-RNTI承载在PDCCH上。
正如在Msg3中提出的，HARQ反馈仅由UE进行传输，该UE探测它自己的身份标志，在竞争决议消息中回应。对于初始接入和连接重建过程，不使用RLC-TM。
当临时C-RNTI被升级为UE的C-RNTI时，若该UE探测RA成功并且还没有C-RNTI则被其他所降级。探测RA成功并且已经具有C-RNTI的UE恢复使用它的C-RNTI。
当配置有DC时，竞争随机接入过程的前3个步骤在MCG中的PCell上及在SCG的PSCell上发生。
物理层的随机接入突发由1个循环前缀、1 个前导符和1个保护时间组成，并且在是在此期间不发送信息。随机接入前导码由Zadoff-Chu序列和零相关区域生成。
物理层随机访问传输使用1个3.75kHz的子载波间隔，由符号组和符号组之间的跳频组成。每个符号组都有1个循环前缀和1个前导码。在频率上每个符号组的跳由1个或6个子载波组成，并且通过伪随机数进行重复。为适应不同大小的小区尺寸，有两个可能的循环前缀长度被用于随机接入传输符号组。
和LTE系统中随机接入序列使用ZC序列不同，NB-IoT中的随机接入序列是单频传输(3.75kHz子载波空间)，并且使用的符号(Symbol) 为一定值。次的随机接入序列传输包含4个符号组，1个符号组由1个CP和5个符号组成，
每个符号组之间会有跳频(frequency Hopping)选择传输的随机接入序列就是选择起始的子载波。
NB-IoT UE 一律需要从主载波上进行随机接入，eNB基站会在随机接入的第4道信息传递非主载波的信息中将NB-IoT UE卸载到非主载波上进行后续的数据传输，避免主载波的无线资源吃紧。每个符号组之间会有跳频。选择传输的随机接入前导即是选择起始的子载波。
与LTE系统相同的是，NB-IoT 的随机接入过程采用4步随机接入过程。与LTE系统不同的是，NB-IoT的NPRACH采用不同的载波位置来区分用户，因此，RAR接收时采用的RA-RNTI不是根据时频资源来计算的，其计算公式如下：RA-RNTI=1+「SFN ID+4」
式中，SFN ID -NPRACH资源的第1个系统帧号。
NB-IoT的Msg2重传、Msg3重传、Msg4的传输均依赖DCI的调度，采用Type2-Css。Msg3初传的上行授权(UL Grant)在RAR中通过15bit指示。因为Msg3的大小被固定为8bit所以MCS/TBS仅占用3bit中的3个状态来指示8biti的3种情况，其余5个状态留作后续使用。
此外，在Msg3中， UE还会再-次 上报支持 Multi-tone 和非锚点载波的能力。 由于不同覆盖等级的NPRACH资源针对不同的信道状态，因此仅在最低覆盖等级支持功率调整(Power Ramping),而对于非最低覆盖等级的UE均采用最高功率进行发送。此时，eNB基站可以利用NPRACH估计上行信道情况。
在Rel-13版本中，NB-IoT采用E-UTRAN随机接入过程，其主要区别在于：
●不支持切换触发的随机接入过程。
●不支持RRC_ Connected连接状态，以定位为目的的随机接入过程。
●不支持基于非竞争的随机接入过程。
小区搜索取得频率和符号同步、获取SIB信息、启动随机接入过程建立RRC连接。当UE返回RRC Idle 空闲状态时，若需要发送数据或接收到寻呼，则也会再次启动随机接入过程。UE产生随机接入前导的方式和LTE系统不同，不再需要前导索引来生成随机接入前导序列，所有的都采用默认的全1序列。
UE通过Msg1传输随机接入前导，通过Msg2传输随机接入响应，通过Msg3传输MAC子层和RRC子层的消息，Msg3 包含1个IoT比特用于指示该UE是否支持Multi-tone,通过Msg4实现竞争解决。
对于NB-IoT UE,基于竞争的随机接入过程如下：
1)在锚点载波，执行随机接入过程。
2)在恢复RRC连接的过程中，携带恢复ID用于恢复RRC连接。
3)在建立RRC连接过程中，包含关于后续在SRB或DRB上传输的数据量大小的指示信息。
竞争随机接入过程如图1所示。
图1：竞争随机接入过程
竞争随机接入过程的4个步骤如下。
步骤1:上行链路中在RACH上的随机接入前导。有两个可能被定义的组，其中一个是可选的。如果两个组都已经被配置，则使用Msg3的大小和路径损耗来确定前导是选自哪一个组。前导所属的组提供了Msg3大小的指示及UE的无线条件。前导组信息连同必需的阈值在系统消息中进行广播。
步骤2:在DL-SCH上由MAC产生的随机接入响应。
1)与Msg1半同步(在弹性窗口之内， 该窗口的大小是一个或更 多的TTI)。
2)没有HARQ。
3)寻址到PDCCH上的RA-RNTI.
4)至少传输rA前导标识、对p-TAG的时间对准信息、初始上行授权和临时C-RNTI的分配(这些基于竞争决议可以是或者可以不是永久的)。
5)计划用于1个DL-SCH消息中可变的UE数量。
步骤3:在UL-SCH上的第1次上行调度传输。
1)使用HARQ。
2)传输块的大小取决于在步骤2中传输的上行授权。
对于初始接入:①传输RRC连接请求，该RRC连接请求由RRC子层产生并通过CCCH传输;②至少传输NaS用户终端身份标志，但没有NAS消息;③RLC TM没有划分。
对于RRC连接重建过程:①传输RRC连接重建请求，由rRC子层产生并通过CCCH传输;②RLC TM没有划分;③不包括任何NAS消息。
在切换之后，在目标小区:①传输被加密和完整保护的切换确认，该切换确认由层产生并通过DCCH传输:②传输UE的C-RNTI (通过切换命令被分配);③如果可能，则包括上行缓冲状态报告。
对于其他的事件，至少传输用户终端的C-RNTI。
对于NB-IoT,在恢复连接的过程中，传输恢复ID以便恢复连接;在建立连接的程中，可以指明在SRB或者DRB上后续传输的数据量的指示。
步骤4:在下行链路上的竞争决议。
1)使用早期竞争决议，也就是说，eNB基站在决定竞争之前不会等待NAS的回复。
2)与Msg3不同步。
3)支持HARQ。
4)为初始接入并在无线链路失败之后，临时C-RNTI承载在PDCCH上;5)对于在RRC Connected连接状态的UE，C-RNTI承载在PDCCH上。
正如在Msg3中提出的，HARQ反馈仅由UE进行传输，该UE探测它自己的身份标志，在竞争决议消息中回应。对于初始接入和连接重建过程，不使用RLC-TM。
当临时C-RNTI被升级为UE的C-RNTI时，若该UE探测RA成功并且还没有C-RNTI则被其他所降级。探测RA成功并且已经具有C-RNTI的UE恢复使用它的C-RNTI。
当配置有DC时，竞争随机接入过程的前3个步骤在MCG中的PCell上及在SCG的PSCell上发生。
物理层的随机接入突发由1个循环前缀、1 个前导符和1个保护时间组成，并且在是在此期间不发送信息。随机接入前导码由Zadoff-Chu序列和零相关区域生成。
物理层随机访问传输使用1个3.75kHz的子载波间隔，由符号组和符号组之间的跳频组成。每个符号组都有1个循环前缀和1个前导码。在频率上每个符号组的跳由1个或6个子载波组成，并且通过伪随机数进行重复。为适应不同大小的小区尺寸，有两个可能的循环前缀长度被用于随机接入传输符号组。
和LTE系统中随机接入序列使用ZC序列不同，NB-IoT中的随机接入序列是单频传输(3.75kHz子载波空间)，并且使用的符号(Symbol) 为一定值。次的随机接入序列传输包含4个符号组，1个符号组由1个CP和5个符号组成，
每个符号组之间会有跳频(frequency Hopping)选择传输的随机接入序列就是选择起始的子载波。
NB-IoT UE 一律需要从主载波上进行随机接入，eNB基站会在随机接入的第4道信息传递非主载波的信息中将NB-IoT UE卸载到非主载波上进行后续的数据传输，避免主载波的无线资源吃紧。每个符号组之间会有跳频。选择传输的随机接入前导即是选择起始的子载波。
与LTE系统相同的是，NB-IoT 的随机接入过程采用4步随机接入过程。与LTE系统不同的是，NB-IoT的NPRACH采用不同的载波位置来区分用户，因此，RAR接收时采用的RA-RNTI不是根据时频资源来计算的，其计算公式如下：RA-RNTI=1+「SFN ID+4」
式中，SFN ID -NPRACH资源的第1个系统帧号。
NB-IoT的Msg2重传、Msg3重传、Msg4的传输均依赖DCI的调度，采用Type2-Css。Msg3初传的上行授权(UL Grant)在RAR中通过15bit指示。因为Msg3的大小被固定为8bit所以MCS/TBS仅占用3bit中的3个状态来指示8biti的3种情况，其余5个状态留作后续使用。
此外，在Msg3中， UE还会再-次 上报支持 Multi-tone 和非锚点载波的能力。 由于不同覆盖等级的NPRACH资源针对不同的信道状态，因此仅在最低覆盖等级支持功率调整(Power Ramping),而对于非最低覆盖等级的UE均采用最高功率进行发送。此时，eNB基站可以利用NPRACH估计上行信道情况。
在Rel-13版本中，NB-IoT采用E-UTRAN随机接入过程，其主要区别在于：
●不支持切换触发的随机接入过程。
●不支持RRC_ Connected连接状态，以定位为目的的随机接入过程。
●不支持基于非竞争的随机接入过程。
