2.4　网络接口

为了支持NB-IoT，下列接口均需要进行相应的增强。

Uu接口

Uu接口用以在UE和eNodeB之间提供RRC连接管理。在NB-IoT技术中，Uu接口引入了NB-IoT能力协商、控制面优化流程支持和用户面优化流程支持等内容。

在Uu口上，一方面，NB-IoT终端需要和eNodeB之间交互终端的能力信息，终端需要将自身的NB-IoT详细能力报告给eNodeB；另一方面，NB-IoT终端从系统广播和RRC信令交互中，获取基站eNodeB对NB-IoT的支持能力。

对于控制面优化方案，在Uu接口上，eNodeB允许NB-IoT终端在请求RRC连接建立的过程中，在无线信令承载SRB中携带NAS数据包，在NAS数据包中封装上行小数据包。该小数据包可以是一个IP数据包，也可以是一个非IP数据包。同样地，在RRC连接过程中，下行小数据包也可以被封装在NAS数据包中，发送给UE。

对于用户面优化方案，在Uu接口上，NB-IoT终端可以发起RRC连接挂起（RRC Resume）、RRC连接恢复（RRC Resume）过程。不同于UE进入空闲态，在RRC连接被挂起后，在UE、eNodeB上，仍然会保存UE的接入层上下文的关键信息。在NB-IoT终端发起RRC连接恢复时，eNodeB可以利用先前保存的信息，快速重建RRC连接、恢复先前给UE分配的无线空口承载、恢复S1连接，从而快速恢复上行数据传输通道。

X2接口

X2接口用以在eNodeB和eNodeB之间实现信令和数据交互，比如支持UE在eNodeB之间的切换，以及基站间信息传输。在NB-IoT技术中，X2接口引入了如下内容：跨基站用户上下文恢复。

• 跨基站用户上下文恢复：在用户面优化方案下，UE在旧基站被挂起后，如果UE移动到新基站，UE向新基站发起RRC连接恢复过程，携带先前从旧基站获得的恢复ID（Resume ID）。新基站在X2接口向旧基站发起用户上下文获取流程（Retrieve UE Context），从旧基站获取UE在旧基站挂起时保存的用户上下文信息。利用这些信息，可以在新基站上将该UE快速恢复，该技术实现了NB-IoT用户的移动管理。

S1接口

S1接口的控制面用以实现eNodeB和MME之间的信令传递，S1接口的用户面用以实现eNodeB和SGW之间的用户面数据传输。在NB-IoT技术中，S1接口引入了如下内容：RAT类型上报、UE无线能力指示、控制面优化方案支持和用户面优化方案支持等。

• RAT类型上报：请求NB-IoT流程的UE，可能从NB-IoT RAT接入，也可能从E-UTRAN接入，为了让核心网能区分当前UE从哪个RAT接入。在S1接口上，eNodeB向MME上报当前UE所接入的RAT类型时，通过TAC来指示RAT类型，不同的RAT所分配的TAC应不一样。

• UE无线能力指示：在某些优化场景下，基站需要第一时间知道UE的无线能力信息。在S1接口上，控制面优化方案下，MME可以使用连接建立指示（Connection Establishment Indication）消息、或下行NAS传输（Downlink NAS Transport）消息向eNodeB发送UE的无线能力。而对于用户面优化方案，MME通过用户初始文本建立请求（Initial Context Setup Request）消息向eNodeB发送UE的无线能力，或者通过下行NAS传输（Downlink NAS Transport）消息向eNodeB发送UE的无线能力。

• 控制面优化方案支持：如果UE初始附着时，MME没有为UE建立PDN连接，则在S1接口上不会携带无线承载信息，eNodeB也不会为UE建立无线数据承载DRB。当eNodeB建立无线承载时，需要知道该承载是否是非IP类型（Non-IP），从而判断是否需要执行头压缩。因此在用户初始文本建立请求（Initial Context Setup Request）、E-RAN建立请求（E-RAB Setup Request）和S1/X2切换过程中的切换请求（Handover Request）消息中增加了承载类型（Bearer Type IE），指示该承载为IP或者非IP类型。在S1接口上，使用初始UE消息（Initial UE Message）或上行NAS传输消息（Uplink NAS Transport）来投递上行小数据包，使用下行NAS传输消息（Downlink NAS Transport）来投递下行小数据包。在S1接口上，还引入了连接建立指示消息（Connection Establishment Indication），在UE有多个上行数据包发送的场景下，通过该消息实现将MME为UE分配的S1-AP接口ID（MME UE S1AP ID）发送给基站，基站可利用上行NAS传输消息（Uplink NAS Transport）来实现后续上行数据的发送。

• 用户面优化方案支持：在S1接口上，MME通过用户初始文本建立请求（Initial Context Setup Request）消息、S1切换过程中的切换请求（Handover Request）消息、X2切换过程中的路径切换请求确认（Path Switch Request Acknowledge）消息，向eNodeB指示UE是否支持用户面优化方案（UE User Plane CIoT Support Indicator）。另外，在S1接口上，引入了新的UE上下文挂起流程（UE Context Suspend）和UE上下文恢复流程（UE Context Resume）。eNodeB将UE状态设为RRC空闲态后，eNodeB发起UE上下文挂起流程请求MME在EPC挂起UE上下文以及相应承载上下文。成功完成UE上下文挂起流程后，UE相关的信令连接被设置为挂起。eNodeB和MME保存恢复UE信令连接必须的所有数据相关上下文，无需再交换信息。后续UE请求RRC连接恢复时，eNodeB向MME发起UE上下文恢复流程，指示UE已经恢复了RRC连接，请求MME在EPC恢复UE上下文和相关承载上下文。若UE上下文在核心网侧无法恢复，则MME向eNodeB发送用户文本恢复失败消息，eNodeB释放RRC连接以及清除本地资源。

S10接口

S10接口用以实现在MME之间的信令交换，以支持切换等操作，S10基于GTP-C接口。在NB-IoT技术中，S10接口引入了如下内容：NB-IoT信息传递、NB-IoT承载上下文传递等。

• NB-IoT信息传递：在MME重定位过程中，由于目标MME和源MME所支持的RAT类型、NB-IoT能力等均可能不一致，所以，在S10接口上，需要传递RAT类型、NB-IoT能力、IP头压缩配置信息等。

• NB-IoT承载上下文传递：在MME重定位过程中，需要在MME之间传递NB-IoT的PDN连接、EPS承载上下文。在传递PDN连接、EPS承载上下文时，源MME需要根据目标MME的能力来有取舍地传递。或者，目标MME根据自身能力，舍弃和自身NB-IoT能力不匹配的PDN连接、EPS承载。

S11接口

S11接口用以实现MME和SGW之间的信令交换，S11接口的控制面基于GTP-C协议。在NB-IoT技术中，S11接口引入了如下内容：S11用户面接口（即S11-U）、非IP的PDN连接建立、RAT类型汇报、速率控制信息传递和异常数据用量汇报等。

• S11用户面接口：根据控制面优化方案，当MME收到UE在NAS包中携带的小数据包时，需要将小数据包封装在GTP-U数据包中发送给SGW。为此，MME需要引入S11用户面接口，即增加S11-U接口，该接口基于GTP-U协议。在S11接口中，MME在指示信元（Indication）中增加S11-U模式指示，向SGW指明当前应使用S11-U而不是S1-U来传输数据。根据S11-U模式，MME需要分配S11-U用户面地址和S11-U TEID，SGW也需要分配S11-U用户面地址和S11-U TEID。

• 非IP的PDN连接建立：根据控制面优化方案，MME可向SGW/PGW发起非IP的PDN连接建立。在PDN连接类型中，增加非IP（Non-IP）的PDN连接类型，用于向SGW指明当前PDN连接用于非IP小数据传输。若MME将一个PDN标记为仅用于控制面（Control Plane Only），则用于向SGW/PGW指明当前PDN连接仅用于控制面CIoT优化。

• RAT类型汇报：在RAT接入类型中增加NB-IoT RAT，当UE当前接入类型为NB-IoT时，MME需向SGW指明当前RAT接入类型为NB-IoT。当SGW/PGW产生计费数据时，需要根据RAT类型正确产生计费数据。

• 速率控制信息传递：在控制面优化方案中，UE和MME之间，使用的是无线信令、NAS信令来承载用户面数据，出于保护信令资源的目的，为了避免该方式被滥用，MME会根据服务网络的策略，决定是否启用速率控制。当启用速率控制（Rate Control）后，MME将速率控制信息传递给SGW/PGW，由PGW来执行具体的上下行速率控制。

• 异常数据用量汇报：NB-IoT终端除了发送正常的小数据包外，还可能在检测到紧急情况时发送异常报告（Exception Report），该异常报告被网络视作异常数据（Exception Data），在优先级调度上要优先于正常小数据包，且可能采取远低于正常小数据包的计费策略。

S5/S8接口

S5/S8接口用以实现SGW和PGW之间的信令和数据交换。S5/S8接口的控制面基于GTP-C协议，用户面基于GTP-U协议。在NB-IoT技术下，对S5/S8接口的改进和S11接口基本相同，包括：支持NB-IoT RAT类型、支持非IP的PDN连接、支持异常数据用量报告、S11-U和S1-U模式切换汇报等。

• 非IP的PDN连接建立：SGW接收在S11接口上MME发送给SGW的非IP的PDN连接建立请求，并将该PDN连接请求发送给PGW，具体细节同S11接口。

• RAT类型汇报：SGW收到MME报告的RAT类型，在S5/S8接口上向PGW报告该RAT类型，具体细节同S11接口。

• 速率控制信息传递：SGW收到MME发送的速率控制信息，在S5/S8接口上向PGW发送速率控制信息，具体细节同S11接口。

• 异常数据用量汇报：SGW收到MME所报告的异常数据用量，在S5/S8接口上向PGW发送异常数据用量，具体细节同S11接口。S11-U和S1-U模式切换汇报：在计费系统中，对使用控制面传输模式（即S11-U模式）还是使用用户面传输模式（即基于S1-U模式）的计费策略可能是有差别的。对PGW而言，需要明确当前PDN连接基于S11-U模式还是基于S1-U模式，因此，在S5/S8接口上，SGW需要将该模式信息传递给PGW。

S6a接口

S6a接口用以实现MME和HSS之间的信令交互，如获取用户签约数据等。S6a接口基于Diameter协议。在NB-IoT技术中，S6a接口引入了如下内容：针对NB-IoT的接入限制、针对非IP的APN配置和指定用于SCEF连接（T6连接）的APN配置等。

• NB-IoT接入限制：在用户签约数据中，对接入限制，增加NB-IoT是否准入的限制。对NB-IoT终端，允许通过NB-IoT的RAT接入。对普通用户终端，可设置不允许通过NB-IoT的RAT接入。

• 非IP的APN配置：针对非IP的PDN连接，在用户签约数据中，增加用于非IP（Non-IP）的PDN连接的默认APN配置。即增加一个专用于非IP连接的APN配置，该APN配置被标记了Non-IP指示。

• 指定用于SCEF连接的APN配置：如果一个非IP的PDN连接是由SCEF来实现，而不是由PGW来实现，则在用户签约数据中，对相应的APN配置，需要设置SCEF连接指示，并配置SCEF标识或地址。

S6t接口

S6t接口用以实现SCEF和HSS之间的信令交互，如配置MTC相关业务配置信息、验证非IP数据传输（Non-IP Data Delivery，NIDD）授权等。S6t接口基于Diameter协议。

在NB-IoT技术中，S6t接口引入了如下内容：NIDD授权验证。

• NIDD授权验证：当SCEF收到MME投递的上行小数据包后，SCEF需要检查是否有对应的SCS/AS向SCEF请求过NIDD配置，即检查是否有已授权的SCS/AS作为接收端。当SCS/AS向SCEF请求NIDD配置时，SCEF需要向HSS执行NIDD授权验证。只有NIDD授权验证成功，SCS/AS才可以向UE发送下行小数据包，或从UE接收上行小数据包。

T6接口

T6接口用以实现MME/SGSN和SCEF之间的信令交互，其中，MME和SCEF接口为T6a，SGSN和SCEF之间接口为T6b。T6接口基于Diameter协议。在NB-IoT技术中，T6接口是新引入的接口，实现如下内容：T6连接管理、上下行非IP数据投递等。

• T6连接管理：为了在T6接口上投递上下行NIDD数据，需要首先建立T6连接。T6连接的建立，由MME向SCEF发起。T6连接的更新和释放，可由MME或SCEF发起。

• 上下行非IP数据投递：通过T6接口，允许MME向SCEF投递上行非IP数据，允许SCEF向MME投递下行非IP数据。 15Ru20e9Vn5pk2lV/1oJjKL5HsqEcwbL25iN2jWYCBcwPAGK5zZFlgcdzK46T/GH