移动通信核心网

第一部分 移动核心网综述
第1章　移动核心网概述 2
1．1 移动网络技术发展历程 2
1．2 移动网络标准化发展过程 5
1．2．1 UMTS网络标准化发展过程 5
1．2．2 LTE网络标准化发展过程 8
1．2．3 5G网络标准化发展过程 11
1．3 2G GSM网络 13
1．3．1 GSM网络历史和现状 13
1．3．2 GSM系统的网络结构 14
1．4 2．5G GPRS网络 17
1．4．1 GPRS网络概况 17
1．4．2 GPRS网络结构 18
1．4．3 GPRS演进到EGPRS 20
1．5 3G UMTS核心网CS＆PS＆IMS 20
1．5．1 UMTS概述 20
1．5．2 UMTS R99网络结构 20
1．5．3 UMTS R4网络结构 22
1．5．4 UMTS R5网络结构 24
1．5．5 UMTS R6＆R7网络结构 26
1．6 4G LTE核心网EPC＆IMS 27
1．6．1 LTE网络概述 27
1．6．2 LTE网络结构 27
1．7 5G网络架构 28
1．7．1 5G网络概述 28
1．7．2 5G网络架构 29
第二部分 UMTS核心网CS和PS
第2章　UMTS CS和PS核心网协议 32
2．1 UMTS R99接口协议体系 32
2．2 UMTS R4接口协议体系 34
2．3 UMTS核心网与无线接入网间接口协议 34
2．3．1 GSM A接口 34
2．3．2 GPRS Gb接口 36
2．3．3 3G Iu接口 37
2．4 UMTS核心网协议描述 42
2．4．1 基于No．7的信令协议 42
2．4．2 Sigtran协议栈 46
2．4．3 H．248协议 47
2．4．4 BICC 48
2．4．5 Nb接口 49
2．4．6 GTP协议 50
第3章　UMTS CS和PS核心网基础 51
3．1 网络编码 51
3．1．1 GSM网LAI和CGI 51
3．1．2 GPRS网RA和RAI 52
3．1．3 UMTS网中SA和SAI 52
3．1．4 CS核心网编码 52
3．1．5 PS核心网编码 54
3．1．6 E．164/E．212/E．214 55
3．2 移动台类型 57
3．3 网络操作模式 58
3．3．1 网络操作模式Ⅰ（NOM Ⅰ） 58
3．3．2 网络操作模式Ⅱ（NOM Ⅱ） 59
3．3．3 网络操作模式Ⅲ（NOM Ⅲ） 59
3．4 移动性管理状态 60
3．4．1 GSM移动台状态 60
3．4．2 GPRS移动性管理状态 60
3．4．3 3G PS域移动性管理状态 63
3．5 手机终端和用户卡 63
3．6 终端开机过程 64
3．7 GSM/GPRS/UMTS CS/UMTS PS 65
第4章　UMTS CS和PS核心网信令流程 66
4．1 CS和PS位置更新 66
4．1．1 CS域开关机时位置更新（IMSI附着） 66
4．1．2 CS域普通位置更新 67
4．1．3 PS域开关机时位置更新（GPRS附着／显式分离） 70
4．1．4 PS域路由区更新 74
4．1．5 周期性位置更新 75
4．2 2G与3G安全机制 76
4．2．1 2G安全机制 76
4．2．2 3G安全机制 80
4．2．3 2G/3G网络共存时双模手机鉴权加密机制 85
4．2．4 临时身份识别（TMSI/P-TMSI） 87
4．3 CS呼叫控制流程 87
4．3．1 局内3G用户呼叫3G用户 88
4．3．2 3G用户呼叫外网用户 91
4．3．3 外网用户呼叫3G用户 92
4．3．4 彩铃业务实现流程 93
4．4 PS会话管理流程 94
4．4．1 PDP Context激活 95
4．4．2 PDP Context去激活 98
4．4．3 PDP Context修改 99
4．4．4 PDP Context保留过程和RAB重建 99
4．4．5 3G PS QoS协商 100
4．5 CS和PS切换 103
4．5．1 3G CS域切换流程 103
4．5．2 3G PS域切换流程 107
4．5．3 3G RNC迁移 109
4．5．4 2G/3G互操作 111
4．6 短信业务 113
4．6．1 移动始发短信流程 114
4．6．2 移动终止短信流程 115
4．6．3 短信提醒流程 116
4．7 移动智能网 117
4．7．1 GSM移动智能网及结构 118
4．7．2 GPRS移动智能网 120
4．7．3 移动智能网的业务触发机制 121
4．7．4 主要CAP消息介绍 122
4．7．5 预付费业务处理流程 123
第三部分 LTE核心网EPC
第5章 LTE网络结构与协议 128
5．1 LTE网络架构 128
5．1．1 非漫游架构 128
5．1．2 漫游架构 129
5．2 EPC协议栈 131
5．3 EPC协议汇总 132
5．4 S1接口协议 133
5．5 X2接口协议 136
5．6 GTP协议 137
5．7 S6a接口消息 138
5．8 网元功能 138
5．8．1 E-UTRAN 138
5．8．2 MME 139
5．8．3 S-GW（Serving Gateway） 139
5．8．4 P-GW（PDN GW） 140
5．8．5 PCRF 140
5．8．6 HSS 141
5．8．7 SGSN 141
5．9 节点选择功能 141
5．9．1 P-GW选择 141
5．9．2 S-GW选择 142
5．9．3 MME选择 143
5．9．4 SGSN选择 143
5．9．5 PCRF选择 143
第6章 LTE核心网概念与特性 144
6．1 EPS系统中的标识 144
6．2 EPS系统的承载与QoS 145
6．2．1 EPS承载架构 145
6．2．2 QoS参数 146
6．2．3 标准QCI属性 147
6．2．4 EPS默认承载和专用承载 148
6．2．5 EPS承载建立 149
6．3 UE的IP地址分配 150
6．4 EPS状态管理 151
6．4．1 NAS协议 151
6．4．2 EMM 152
6．4．3 ECM 153
6．4．4 EMM和ECM状态转换 154
6．4．5 ESM 156
6．5 用户数据存储 157
6．6 EPS安全机制 159
6．7 策略控制与计费（PCC） 161
6．8 负载均衡与容灾功能 162
6．9 ISR功能 163
第7章 LTE核心网信令流程 165
7．1 附着（Attach） 165
7．1．1 附着流程，用户身份标识为IMSI 165
7．1．2 附着流程，MME可能改变 167
7．1．3 附着过程中的S1AP消息和NAS消息分析 170
7．2 去附着（Detach） 171
7．2．1 UE发起的去附着 171
7．2．2 MME发起的去附着 172
7．2．3 HSS发起的去附着 174
7．3 S1释放（S1 Release） 175
7．4 业务请求（Service Request） 176
7．4．1 UE发起的业务请求 176
7．4．2 网络发起的业务请求 177
7．5 跟踪区更新（Tracking Area Update） 178
7．5．1 跟踪区更新过程的触发 178
7．5．2 TAU过程，Serving GW不变，MME不变 179
7．5．3 TAU过程，Serving GW改变，MME改变 180
7．6 GUTI重分配 182
7．7 切换 182
7．7．1 E-UTRAN内基于X2的切换――MME和SGW不变 182
7．7．2 E-UTRAN内基于S1的切换――MME和SGW不变 185
7．7．3 E-UTRAN内基于S1的切换――MME和SGW改变 186
7．7．4 E-UTRAN到UTRAN Iu模式下的RAT间切换 188
7．8 会话管理 190
7．8．1 专用承载激活 190
7．8．2 专用承载去激活――在ECM-Connected状态下 192
7．8．3 专用承载去激活――其他情况 193
7．8．4 PGW发起的承载改变 193
7．8．5 UE请求的承载资源修改 195
7．9 多PDN的支持 196
7．9．1 概述 196
7．9．2 UE发起的PDN连接建立 196
7．9．3 UE发起的PDN去连接 198
第四部分 IMS网络技术
第8章　IMS网络体系和功能 202
8．1 IMS的分层体系 202
8．2 IMS的网络结构和网元功能 203
8．3 IMS接口协议体系 211
8．4 IMS漫游和GPRS漫游 213
8．5 地址与标识 215
8．5．1 私有用户标识（IMPI） 215
8．5．2 公有用户标识（IMPU） 216
8．5．3 UE端IMPI和IMPU的获得 216
8．5．4 私有用户标识、公有用户标识和业务签约信息的关系 217
8．5．5 全球可路由的用户代理统一资源标识符（GRUU） 219
8．5．6 IMS网元的标识 221
8．5．7 公共业务标识（PSI） 222
8．6 用户配置数据（User Profile） 222
8．7 IMS用户数据的组成 224
8．8 应用服务器（AS） 226
8．9 应用服务器的工作模式 228
8．10 IMS的业务触发机制 229
8．10．1 业务触发架构和业务触发点（SPT） 229
8．10．2 过滤规则（iFC）的定义 231
8．10．3 业务触发控制算法 233
8．10．4 业务触发举例 234
8．11 SIP信令压缩 236
8．12 IMS计费 238
第9章　IMS注册过程 241
9．1 P-CSCF的发现 241
9．2 Cx接口消息及应用场景 242
9．3 S-CSCF的指配 246
9．4 传输协议 248
9．5 注册与注销概述 248
9．6 用户初始注册 250
9．7 Path消息头和Service-Route消息头 256
9．8 用户重注册 257
9．9 注册保存信息 257
9．10 隐式注册 258
9．11 注册状态／事件的订阅和通知 260
9．12 网络发起的重认证 263
9．13 第三方注册 264
9．14 用户发起的注销 265
9．15 网络发起的注销 266
第10章　IMS会话过程 269
10．1 会话阶段划分 269
10．2 IMS会话初始呼叫处理过程 271
10．3 S-CSCF服务模式及会话情形的判定 271
10．4 IMS会话建立流程 272
10．5 IMS会话释放流程 276
10．6 主叫和被叫的身份 277
10．7 Tel URI与ENUM号码 279
10．8 主叫用户的位置信息 280
10．9 S-CSCF的原始对话标识 281
10．10 会话路由及Via、Route、Record-Route和Contact 282
10．11 IMS会话建立详细过程 283
10．11．1 主叫始发段过程 283
10．11．2 中间段路由过程 286
10．11．3 被叫接收段过程 288
10．12 PSI/AS会话的路由 290
10．13 IMS与PSTN/PLMN网络的互通 292
10．13．1 IMS与PSTN/PLMN网络互通模型和协议 292
10．13．2 IMS用户发起的会话 295
10．13．3 PSTN用户发起的会话 296
第11章　IMS的安全体系 298
11．1 IMS网络的安全体系概述 298
11．2 IMS网络的访问接入安全机制 300
11．2．1 用户和网络的认证和授权 300
11．2．2 鉴权向量的生成和ISIM 305
11．2．3 用户的重认证 306
11．2．4 完整性保护 306
11．2．5 网络拓扑隐藏 307
11．2．6 IMS网络中的私密性保护 307
11．3 安全联盟（SA）的建立 308
11．3．1 IPsec 原理简介 308
11．3．2 安全联盟（SA）的含义 309
11．3．3 安全联盟的建立过程 310
11．4 IMS网络域的安全 314
11．4．1 基于IP传输的网络域安全（NDS/IP） 314
11．4．2 IKE协议 316
第12章　IMS网络与SBC 317
12．1 扩展的IMS架构和SBC的定位 317
12．2 NAT穿越和SBC 318
12．2．1 IMS网络中NAT穿越问题 318
12．2．2 NAT穿越解决方案 320
12．2．3 SBC解决方案 320
12．3 IMS网络部署和SBC 321
第13章　IMS业务 323
13．1 IMS业务特点 323
13．2 补充业务――呼叫转移 324
13．3 Centrex业务 325
13．4 多媒体彩铃业务 327
13．5 多媒体会议业务 328
13．5．1 多媒体会议概述 328
13．5．2 Web会议建立流程示例 329
13．6 呈现业务（Presence Service，PS） 330
13．6．1 Presence业务概念 330
13．6．2 Presence业务功能实体 331
13．6．3 Presence业务实现流程 333
13．7 组管理 335
13．7．1 组管理概念 335
13．7．2 XDM功能和架构 336
13．7．3 XDM客户端操作流程示例 338
13．8 即时消息业务（Instant Message，IM） 339
13．8．1 即时消息概念 339
13．8．2 IM体系架构 340
13．8．3 Page Mode IM流程 341
13．8．4 Session Mode IM流程 343
13．9 PoC业务 345
13．9．1 PoC概念 345
13．9．2 PoC业务架构和功能实体 346
第五部分 业务融合
第14章　业务融合概述 352
14．1 3G/4G业务分类 352
14．2 LTE时代语音解决方案 353
第15章　CSFB 355
15．1 CSFB架构 355
15．2 移动性管理 355
15．2．1 TAI列表和LAI分配 355
15．2．2 EPS/IMSI联合附着过程 356
15．3 MO呼叫和MT呼叫过程 357
15．3．1 支持PS HO的MO呼叫过程 357
15．3．2 支持PS切换的激活模式下MT呼叫过程 360
15．4 SGs接口短消息流程 363
15．4．1 空闲模式下用户发起的短消息（MO SMS）过程 363
15．4．2 激活模式下用户发起的短消息（MO SMS）过程 364
15．4．3 空闲模式下终止于用户的短消息（MT SMS）过程 364
15．4．4 激活模式下终止于用户的短消息（MT-SMS）过程 366
第16章　VoLTE 367
16．1 VoLTE架构 367
16．1．1 VoLTE系统架构图 367
16．1．2 新增设备功能 368
16．1．3 新增接口 370
16．1．4 VoLTE的QoS保障 370
16．1．5 IMS APN 371
16．2 语音呼叫连续性（VCC） 371
16．2．1 VCC概述 371
16．2．2 R8 SRVCC 372
16．2．3 R10 SRVCC 375
16．3 SRVCC相关流程 376
16．3．1 与SRVCC相关的E-UTRAN附着过程 376
16．3．2 与SRVCC相关的业务请求过程 376
16．3．3 与SRVCC相关的PS域切换流程 376
16．3．4 E-UTRAN发起的SRVCC过程 377
16．4 SMS和IM互通 381
16．4．1 SMS和IM互通概述 381
16．4．2 IMS UE注册流程 382
16．4．3 IMS UE发送消息流程 382
16．4．4 IMS UE接收消息流程 383
第六部分 5G网络展望
第17章　5G网络及其关键技术 386
17．1 5G需求和网络功能映射 386
17．2 NFV/SDN概述 387
17．2．1 NFV概述 387
17．2．2 SDN概述 389
17．2．3 NFV/SDN架构下的移动核心网 390
17．3 5G组网设计 391
17．3．1 5G网络平台视图 391
17．3．2 5G网络组网视图 392
17．4 5G网络关键技术 394
17．4．1 网关控制转发分离 394
17．4．2 按需定制的移动网络 394
17．4．3 按需组网和网络切片 396
17．4．4 网络能力开放 398
17．4．5 移动边缘计算 401
17．4．6 以用户为中心的无线接入网 403
附录A 缩略语 405
参考文献 413