2.5　网元实体

在NB-IoT架构和流程中，如下网元实体均有相应的功能增强：UE、eNodeB、MME、HSS、SGW、PGW和SCEF。

UE

在NB-IoT技术中，对UE引入了如下内容：和网络协商NB-IoT能力、支持控制面优化流程、支持用户面优化流程和执行上行速率控制等。

• 和网络协商NB-IoT能力：UE可以在附着（Attach）、跟踪区域更新（TAU）流程中，向网络上报自身所支持的NB-IoT能力，如：是否支持附着时不建立PDN连接；是否支持控制面优化传输方案；是否支持用户面优化传输方案和是否支持基于控制面优化方案的短信等。在响应消息中，MME将网络所支持的NB-IoT能力反馈给UE。后续UE发起上行数据传输时，可根据能力协商情况，自行选择是采用控制面优化传输方案还是用户面优化传输方案。

• 支持控制面优化流程：在NB-IoT技术中，控制面优化流程是UE和网络必须支持的。使用该流程，UE可以在RRC连接建立流程中，通过信令携带上行小数据包，即在无线信令承载SRB中携带NAS数据包，在NAS数据包中封装UE要发送的IP、非IP数据。同理，也可以在RRC连接建立流程中，从信令中获取网络下发的下行小数据包。

• 支持用户面优化流程：在NB-IoT技术中，用户面优化流程是可选支持的。若UE支持用户面优化流程，则UE需要支持RRC连接挂起、RRC连接恢复流程。

• 支持控制面优化流程向用户面优化流程的切换：即使UE和网络同时支持控制面优化和用户面优化两种模式，在任一时刻，UE只允许使用控制面优化或用户面优化一种模式。但是，当前UE使用控制面优化模式时，允许UE从控制面优化模式向用户面优化模式切换。

• 支持上行速率控制：MME可根据服务网络的情况，产生服务网络级别的速率控制信息。PGW可根据APN设置或本地策略，产生PDN连接级别的速率控制信息。速率控制信息分上行和下行两部分，MME、PGW将上行速率控制信息发送给UE后，UE必须按照该上行速率信息，控制上行小数据传输。

eNodeB

在NB-IoT技术中，对eNodeB引入了如下内容：NB-IoT能力协商、支持控制面优化方案和支持用户面优化方案。

• NB-IoT能力协商：为了支持NB-IoT流程，UE需要知道eNodeB的NB-IoT能力，而eNodeB也需要知道UE的NB-IoT能力。UE可从eNodeB的系统广播获取基本的NB-IoT能力。在RRC连接过程中，UE可以和eNodeB交互更详细的NB-IoT能力信息。eNodeB还可以在S1接口上，从MME获得UE的NB-IoT能力信息。

• 可通过RRC连接过程和eNodeB交换NB-IoT能力支持UE和eNodeB协商CIoT能力信息，以及向MME汇报UE当前接入的NB-IoT RAT信息。

• 支持控制面优化方案：eNodeB需要控制面优化的流程，比如，不为UE建立无线数据承载DRB、允许在RRC连接建立流程中通过NAS信元传输小数据包等。

• 支持用户面优化方案：eNodeB需要支持RRC连接挂起（RRC Suspend）和RRC连接恢复（RRC Resume）过程。在RRC连接挂起后，eNodeB需要在本地缓存AS安全上下文、无线承载信息、S1连接信息等UE上下文，以便在RRC连接恢复流程时快速恢复RRC连接和S1连接。

MME

在NB-IoT技术中，对MME引入了如下内容：NB-IoT能力协商、附着时不建立PDN连接、创建非IP的PDN连接、支持控制面优化方案、支持用户面优化方案和支持有限制性的移动性管理等。

• NB-IoT能力协商：UE可通过附着（Attach）、跟踪区域更新（TAU）流程和MME协商NB-IoT能力。另外，若需要IP头压缩时，UE和MME之间需要协商头压缩算法和参数。

• 附着时不建立PDN连接：UE附着时可请求不创建PDN连接，则MME不为UE创建默认PDN连接。如果UE接入NB-IoT仅为发送SMS短信，则UE在初始附着时可请求不创建PDN连接。

• 创建非IP的PDN连接：根据UE请求、或APN设置，MME可为UE创建非IP的PDN连接。NB-IoT实现了两种类型的非IP的PDN连接，一种是基于SGi的非IP的PDN连接（即基于PGW），一种是基于T6的非IP的PDN连接（即基于SCEF）。MME根据APN的配置，选择创建何种类型的非IP的PDN连接。

• 支持控制面优化方案：在NB-IoT技术中，控制面优化方案是必选的，MME必须支持。在基于SGi的非IP的PDN连接中，MME需要和SGW建立基于GTP-U的S11-U连接。在基于T6的非IP的PDN连接中，MME需要和SCEF建立基于Diameter的T6连接。对上行非IP小数据传输，MME从NAS数据包中提取上行非IP小数据包，封装在GTP-U数据包中发送给SGW，或封装在Diameter消息中发送给SCEF。对下行非IP小数据传输，MME从GTP-U数据包中提取下行非IP小数据包，或从Diameter消息中提取下行非IP小数据包，然后封装在NAS数据包中发送给UE。

• 支持用户面优化方案：在NB-IoT技术中，用户面优化方案是可选的。若MME支持用户面优化方案，MME需要支持新引入的S1接口流程：UE上下文挂起、UE上下文恢复。在收到UE上下文挂起消息后，MME将UE置入空闲态，保存UE上下文，并触发SGW释放S1-U连接。在收到UE上行文恢复消息后，MME将UE置入连接态，并向SGW发送eNodeB的下行S1-U接口上下文，触发SGW恢复S1-U连接。

• 支持有限制性的移动性管理：在切换MME时，根据不同MME对NB-IoT的支持能力，源MME有选择地交换PDN连接和EPS承载上下文，或目标MME有选择地接收PDN连接和EPS承载上下文。

HSS

在NB-IoT技术中，HSS引入了如下内容：对UE签约NB-IoT接入限制、为UE配置非IP的默认APN和验证NIDD授权等。

• NB-IoT接入限制：在UE的签约数据中，针对NB-IoT设置接入限制。NB-IoT应允许从NB-IoT的RAT接入，非NB-IoT终端可禁止从NB-IoT的RAT接入。

• 配置非IP的默认APN：在UE的签约数据中，配置用于非IP（Non-IP）连接的默认APN，指定该PDN连接是基于SGi（即基于PGW），还是基于T6（即基于SCEF）。对基于SCEF的PDN连接，配置SCEF标识或地址。

• 验证NIDD授权：接收SCEF的NIDD授权，验证请求NIDD的SCS/AS是否允许发起或接收NIDD。

SGW

在NB-IoT技术中，SGW引入了如下内容：支持NB-IoT的RAT类型、支持S11-U隧道、转发速率控制信息等。

• 支持NB-IoT的RAT类型：当MME向SGW发送NB-IoT的RAT类型，SGW需要将该RAT类型转发给PGW。SGW/PGW在产生计费数据时，需要记录NB-IoT的RAT。

• 支持S11-U隧道：在控制面优化方案中，MME在创建PDN连接请求中会指示SGW建立S11-U隧道。当SGW收到下行数据时，若S11-U连接存在，SGW将下行数据投递给MME，否则触发MME执行寻呼。

• 转发速率控制信息：当SGW收到MME发送的速率控制信息后，需要转发给PGW。当SGW收到PGW发送的扩展PCO时，需要转发给MME。MME可根据服务网络情况，产生服务网络级别的速率控制信息，发送给SGW/PGW。PGW可根据APN设置和本地策略，产生PDN连接级别的速率控制信息，并将该速率信息封装在扩展PCO中，经由MME发送给UE。

• 支持由MME触发的在控制面优化、用户面优化间的切换，即在S11-U、S1-U传输方式间的切换。

PGW

在NB-IoT技术中，PGW引入了如下内容：支持NB-IoT的RAT类型、创建非IP的PDN连接和执行速率控制等。

• 支持NB-IoT的RAT类型：SGW向PGW报告NB-IoT的RAT类型，PGW在产生计费数据时，需要记录NB-IoT的RAT。

• 创建非IP的PDN连接：对非IP的PDN连接，PGW不为UE分配IP地址，或者即使为UE分配IP地址但是该IP地址也不会发给UE。PGW和外部SCS/AS间使用隧道通信，如PPP隧道。通常，用于非IP的APN，将指使PGW和一个特定的SCS/AS建立隧道。

• 执行速率控制：MME可根据服务网络情况，产生服务网络级别的速率控制信息，发送给SGW/PGW、UE。PGW可根据APN设置和本地策略，产生PDN连接级别的速率控制信息，并将该速率信息封装在扩展PCO中，经由MME发送给UE。PGW在产生PDN级别的速率控制信息时，需要参考MME所设置的服务网络级别的速率控制信息。根据速率控制，PGW需要对下行数据传输执行速率控制，PGW还可能根据运营商要求，对上行数据传输执行速率控制。

• 有区别产生计费数据：根据计费系统的要求，需要记录当前PDN连接是使用控制面传输模式（即S11-U模式）、还是用户面传输模式（即S1-U模式），PGW需要从SGW获取该模式信息，从而产生有区别的计费CDR。

SCEF

在NB-IoT技术中，SCEF引入了如下内容：非IP数据传输授权检查、T6连接管理和上下行非IP数据投递等。

• 非IP数据传输授权检查：SCEF接收SCS/AS的非IP数据传输（NIDD）配置请求，对该SCS/AS的非IP数据传输配置请求，需要向HSS请求授权验证，确保该SCS/AS被允许执行非IP数据传输。

• T6连接管理：SCEF接收MME发起的T6连接建立请求，据此建立T6连接。根据MME的请求，SCEF还对T6连接执行更新、释放等操作。

• 上下行非IP数据投递：SCEF接收MME在T6连接上发起的上行数据投递，并将数据前转给SCS/AS。或者，SCEF接收SCS/AS发起的下行数据投递，并在T6连接上将数据前转给MME。 b3siD6oAo30Lf1dm8D4gyXVahPPbGmAphxRqfrFkYicOcQdLYOQSYXjSHrdL8X4m