移動通信核心網(wǎng)

第一部分 移動核心網(wǎng)綜述
第1章　移動核心網(wǎng)概述 2
1．1 移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷程 2
1．2 移動網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展過程 5
1．2．1 UMTS網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展過程 5
1．2．2 LTE網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展過程 8
1．2．3 5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展過程 11
1．3 2G GSM網(wǎng)絡(luò) 13
1．3．1 GSM網(wǎng)絡(luò)歷史和現(xiàn)狀 13
1．3．2 GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 14
1．4 2．5G GPRS網(wǎng)絡(luò) 17
1．4．1 GPRS網(wǎng)絡(luò)概況 17
1．4．2 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 18
1．4．3 GPRS演進(jìn)到EGPRS 20
1．5 3G UMTS核心網(wǎng)CS＆PS＆IMS 20
1．5．1 UMTS概述 20
1．5．2 UMTS R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 20
1．5．3 UMTS R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 22
1．5．4 UMTS R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 24
1．5．5 UMTS R6＆R7網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 26
1．6 4G LTE核心網(wǎng)EPC＆IMS 27
1．6．1 LTE網(wǎng)絡(luò)概述 27
1．6．2 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 27
1．7 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 28
1．7．1 5G網(wǎng)絡(luò)概述 28
1．7．2 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 29
第二部分 UMTS核心網(wǎng)CS和PS
第2章　UMTS CS和PS核心網(wǎng)協(xié)議 32
2．1 UMTS R99接口協(xié)議體系 32
2．2 UMTS R4接口協(xié)議體系 34
2．3 UMTS核心網(wǎng)與無線接入網(wǎng)間接口協(xié)議 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核心網(wǎng)協(xié)議描述 42
2．4．1 基于No．7的信令協(xié)議 42
2．4．2 Sigtran協(xié)議棧 46
2．4．3 H．248協(xié)議 47
2．4．4 BICC 48
2．4．5 Nb接口 49
2．4．6 GTP協(xié)議 50
第3章　UMTS CS和PS核心網(wǎng)基礎(chǔ) 51
3．1 網(wǎng)絡(luò)編碼 51
3．1．1 GSM網(wǎng)LAI和CGI 51
3．1．2 GPRS網(wǎng)RA和RAI 52
3．1．3 UMTS網(wǎng)中SA和SAI 52
3．1．4 CS核心網(wǎng)編碼 52
3．1．5 PS核心網(wǎng)編碼 54
3．1．6 E．164/E．212/E．214 55
3．2 移動臺類型 57
3．3 網(wǎng)絡(luò)操作模式 58
3．3．1 網(wǎng)絡(luò)操作模式Ⅰ（NOM Ⅰ） 58
3．3．2 網(wǎng)絡(luò)操作模式Ⅱ（NOM Ⅱ） 59
3．3．3 網(wǎng)絡(luò)操作模式Ⅲ（NOM Ⅲ） 59
3．4 移動性管理狀態(tài) 60
3．4．1 GSM移動臺狀態(tài) 60
3．4．2 GPRS移動性管理狀態(tài) 60
3．4．3 3G PS域移動性管理狀態(tài) 63
3．5 手機(jī)終端和用戶卡 63
3．6 終端開機(jī)過程 64
3．7 GSM/GPRS/UMTS CS/UMTS PS 65
第4章　UMTS CS和PS核心網(wǎng)信令流程 66
4．1 CS和PS位置更新 66
4．1．1 CS域開關(guān)機(jī)時位置更新（IMSI附著） 66
4．1．2 CS域普通位置更新 67
4．1．3 PS域開關(guān)機(jī)時位置更新（GPRS附著／顯式分離） 70
4．1．4 PS域路由區(qū)更新 74
4．1．5 周期性位置更新 75
4．2 2G與3G安全機(jī)制 76
4．2．1 2G安全機(jī)制 76
4．2．2 3G安全機(jī)制 80
4．2．3 2G/3G網(wǎng)絡(luò)共存時雙模手機(jī)鑒權(quán)加密機(jī)制 85
4．2．4 臨時身份識別（TMSI/P-TMSI） 87
4．3 CS呼叫控制流程 87
4．3．1 局內(nèi)3G用戶呼叫3G用戶 88
4．3．2 3G用戶呼叫外網(wǎng)用戶 91
4．3．3 外網(wǎng)用戶呼叫3G用戶 92
4．3．4 彩鈴業(yè)務(wù)實現(xiàn)流程 93
4．4 PS會話管理流程 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保留過程和RAB重建 99
4．4．5 3G PS QoS協(xié)商 100
4．5 CS和PS切換 103
4．5．1 3G CS域切換流程 103
4．5．2 3G PS域切換流程 107
4．5．3 3G RNC遷移 109
4．5．4 2G/3G互操作 111
4．6 短信業(yè)務(wù) 113
4．6．1 移動始發(fā)短信流程 114
4．6．2 移動終止短信流程 115
4．6．3 短信提醒流程 116
4．7 移動智能網(wǎng) 117
4．7．1 GSM移動智能網(wǎng)及結(jié)構(gòu) 118
4．7．2 GPRS移動智能網(wǎng) 120
4．7．3 移動智能網(wǎng)的業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制 121
4．7．4 主要CAP消息介紹 122
4．7．5 預(yù)付費業(yè)務(wù)處理流程 123
第三部分 LTE核心網(wǎng)EPC
第5章 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議 128
5．1 LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 128
5．1．1 非漫游架構(gòu) 128
5．1．2 漫游架構(gòu) 129
5．2 EPC協(xié)議棧 131
5．3 EPC協(xié)議匯總 132
5．4 S1接口協(xié)議 133
5．5 X2接口協(xié)議 136
5．6 GTP協(xié)議 137
5．7 S6a接口消息 138
5．8 網(wǎng)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 節(jié)點選擇功能 141
5．9．1 P-GW選擇 141
5．9．2 S-GW選擇 142
5．9．3 MME選擇 143
5．9．4 SGSN選擇 143
5．9．5 PCRF選擇 143
第6章 LTE核心網(wǎng)概念與特性 144
6．1 EPS系統(tǒng)中的標(biāo)識 144
6．2 EPS系統(tǒng)的承載與QoS 145
6．2．1 EPS承載架構(gòu) 145
6．2．2 QoS參數(shù) 146
6．2．3 標(biāo)準(zhǔn)QCI屬性 147
6．2．4 EPS默認(rèn)承載和專用承載 148
6．2．5 EPS承載建立 149
6．3 UE的IP地址分配 150
6．4 EPS狀態(tài)管理 151
6．4．1 NAS協(xié)議 151
6．4．2 EMM 152
6．4．3 ECM 153
6．4．4 EMM和ECM狀態(tài)轉(zhuǎn)換 154
6．4．5 ESM 156
6．5 用戶數(shù)據(jù)存儲 157
6．6 EPS安全機(jī)制 159
6．7 策略控制與計費（PCC） 161
6．8 負(fù)載均衡與容災(zāi)功能 162
6．9 ISR功能 163
第7章 LTE核心網(wǎng)信令流程 165
7．1 附著（Attach） 165
7．1．1 附著流程，用戶身份標(biāo)識為IMSI 165
7．1．2 附著流程，MME可能改變 167
7．1．3 附著過程中的S1AP消息和NAS消息分析 170
7．2 去附著（Detach） 171
7．2．1 UE發(fā)起的去附著 171
7．2．2 MME發(fā)起的去附著 172
7．2．3 HSS發(fā)起的去附著 174
7．3 S1釋放（S1 Release） 175
7．4 業(yè)務(wù)請求（Service Request） 176
7．4．1 UE發(fā)起的業(yè)務(wù)請求 176
7．4．2 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的業(yè)務(wù)請求 177
7．5 跟蹤區(qū)更新（Tracking Area Update） 178
7．5．1 跟蹤區(qū)更新過程的觸發(fā) 178
7．5．2 TAU過程，Serving GW不變，MME不變 179
7．5．3 TAU過程，Serving GW改變，MME改變 180
7．6 GUTI重分配 182
7．7 切換 182
7．7．1 E-UTRAN內(nèi)基于X2的切換――MME和SGW不變 182
7．7．2 E-UTRAN內(nèi)基于S1的切換――MME和SGW不變 185
7．7．3 E-UTRAN內(nèi)基于S1的切換――MME和SGW改變 186
7．7．4 E-UTRAN到UTRAN Iu模式下的RAT間切換 188
7．8 會話管理 190
7．8．1 專用承載激活 190
7．8．2 專用承載去激活――在ECM-Connected狀態(tài)下 192
7．8．3 專用承載去激活――其他情況 193
7．8．4 PGW發(fā)起的承載改變 193
7．8．5 UE請求的承載資源修改 195
7．9 多PDN的支持 196
7．9．1 概述 196
7．9．2 UE發(fā)起的PDN連接建立 196
7．9．3 UE發(fā)起的PDN去連接 198
第四部分 IMS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
第8章　IMS網(wǎng)絡(luò)體系和功能 202
8．1 IMS的分層體系 202
8．2 IMS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)元功能 203
8．3 IMS接口協(xié)議體系 211
8．4 IMS漫游和GPRS漫游 213
8．5 地址與標(biāo)識 215
8．5．1 私有用戶標(biāo)識（IMPI） 215
8．5．2 公有用戶標(biāo)識（IMPU） 216
8．5．3 UE端IMPI和IMPU的獲得 216
8．5．4 私有用戶標(biāo)識、公有用戶標(biāo)識和業(yè)務(wù)簽約信息的關(guān)系 217
8．5．5 全球可路由的用戶代理統(tǒng)一資源標(biāo)識符（GRUU） 219
8．5．6 IMS網(wǎng)元的標(biāo)識 221
8．5．7 公共業(yè)務(wù)標(biāo)識（PSI） 222
8．6 用戶配置數(shù)據(jù)（User Profile） 222
8．7 IMS用戶數(shù)據(jù)的組成 224
8．8 應(yīng)用服務(wù)器（AS） 226
8．9 應(yīng)用服務(wù)器的工作模式 228
8．10 IMS的業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制 229
8．10．1 業(yè)務(wù)觸發(fā)架構(gòu)和業(yè)務(wù)觸發(fā)點（SPT） 229
8．10．2 過濾規(guī)則（iFC）的定義 231
8．10．3 業(yè)務(wù)觸發(fā)控制算法 233
8．10．4 業(yè)務(wù)觸發(fā)舉例 234
8．11 SIP信令壓縮 236
8．12 IMS計費 238
第9章　IMS注冊過程 241
9．1 P-CSCF的發(fā)現(xiàn) 241
9．2 Cx接口消息及應(yīng)用場景 242
9．3 S-CSCF的指配 246
9．4 傳輸協(xié)議 248
9．5 注冊與注銷概述 248
9．6 用戶初始注冊 250
9．7 Path消息頭和Service-Route消息頭 256
9．8 用戶重注冊 257
9．9 注冊保存信息 257
9．10 隱式注冊 258
9．11 注冊狀態(tài)／事件的訂閱和通知 260
9．12 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的重認(rèn)證 263
9．13 第三方注冊 264
9．14 用戶發(fā)起的注銷 265
9．15 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的注銷 266
第10章　IMS會話過程 269
10．1 會話階段劃分 269
10．2 IMS會話初始呼叫處理過程 271
10．3 S-CSCF服務(wù)模式及會話情形的判定 271
10．4 IMS會話建立流程 272
10．5 IMS會話釋放流程 276
10．6 主叫和被叫的身份 277
10．7 Tel URI與ENUM號碼 279
10．8 主叫用戶的位置信息 280
10．9 S-CSCF的原始對話標(biāo)識 281
10．10 會話路由及Via、Route、Record-Route和Contact 282
10．11 IMS會話建立詳細(xì)過程 283
10．11．1 主叫始發(fā)段過程 283
10．11．2 中間段路由過程 286
10．11．3 被叫接收段過程 288
10．12 PSI/AS會話的路由 290
10．13 IMS與PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)的互通 292
10．13．1 IMS與PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)互通模型和協(xié)議 292
10．13．2 IMS用戶發(fā)起的會話 295
10．13．3 PSTN用戶發(fā)起的會話 296
第11章　IMS的安全體系 298
11．1 IMS網(wǎng)絡(luò)的安全體系概述 298
11．2 IMS網(wǎng)絡(luò)的訪問接入安全機(jī)制 300
11．2．1 用戶和網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證和授權(quán) 300
11．2．2 鑒權(quán)向量的生成和ISIM 305
11．2．3 用戶的重認(rèn)證 306
11．2．4 完整性保護(hù) 306
11．2．5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆[藏 307
11．2．6 IMS網(wǎng)絡(luò)中的私密性保護(hù) 307
11．3 安全聯(lián)盟（SA）的建立 308
11．3．1 IPsec 原理簡介 308
11．3．2 安全聯(lián)盟（SA）的含義 309
11．3．3 安全聯(lián)盟的建立過程 310
11．4 IMS網(wǎng)絡(luò)域的安全 314
11．4．1 基于IP傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)域安全（NDS/IP） 314
11．4．2 IKE協(xié)議 316
第12章　IMS網(wǎng)絡(luò)與SBC 317
12．1 擴(kuò)展的IMS架構(gòu)和SBC的定位 317
12．2 NAT穿越和SBC 318
12．2．1 IMS網(wǎng)絡(luò)中NAT穿越問題 318
12．2．2 NAT穿越解決方案 320
12．2．3 SBC解決方案 320
12．3 IMS網(wǎng)絡(luò)部署和SBC 321
第13章　IMS業(yè)務(wù) 323
13．1 IMS業(yè)務(wù)特點 323
13．2 補(bǔ)充業(yè)務(wù)――呼叫轉(zhuǎn)移 324
13．3 Centrex業(yè)務(wù) 325
13．4 多媒體彩鈴業(yè)務(wù) 327
13．5 多媒體會議業(yè)務(wù) 328
13．5．1 多媒體會議概述 328
13．5．2 Web會議建立流程示例 329
13．6 呈現(xiàn)業(yè)務(wù)（Presence Service，PS） 330
13．6．1 Presence業(yè)務(wù)概念 330
13．6．2 Presence業(yè)務(wù)功能實體 331
13．6．3 Presence業(yè)務(wù)實現(xiàn)流程 333
13．7 組管理 335
13．7．1 組管理概念 335
13．7．2 XDM功能和架構(gòu) 336
13．7．3 XDM客戶端操作流程示例 338
13．8 即時消息業(yè)務(wù)（Instant Message，IM） 339
13．8．1 即時消息概念 339
13．8．2 IM體系架構(gòu) 340
13．8．3 Page Mode IM流程 341
13．8．4 Session Mode IM流程 343
13．9 PoC業(yè)務(wù) 345
13．9．1 PoC概念 345
13．9．2 PoC業(yè)務(wù)架構(gòu)和功能實體 346
第五部分 業(yè)務(wù)融合
第14章　業(yè)務(wù)融合概述 352
14．1 3G/4G業(yè)務(wù)分類 352
14．2 LTE時代語音解決方案 353
第15章　CSFB 355
15．1 CSFB架構(gòu) 355
15．2 移動性管理 355
15．2．1 TAI列表和LAI分配 355
15．2．2 EPS/IMSI聯(lián)合附著過程 356
15．3 MO呼叫和MT呼叫過程 357
15．3．1 支持PS HO的MO呼叫過程 357
15．3．2 支持PS切換的激活模式下MT呼叫過程 360
15．4 SGs接口短消息流程 363
15．4．1 空閑模式下用戶發(fā)起的短消息（MO SMS）過程 363
15．4．2 激活模式下用戶發(fā)起的短消息（MO SMS）過程 364
15．4．3 空閑模式下終止于用戶的短消息（MT SMS）過程 364
15．4．4 激活模式下終止于用戶的短消息（MT-SMS）過程 366
第16章　VoLTE 367
16．1 VoLTE架構(gòu) 367
16．1．1 VoLTE系統(tǒng)架構(gòu)圖 367
16．1．2 新增設(shè)備功能 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 語音呼叫連續(xù)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相關(guān)流程 376
16．3．1 與SRVCC相關(guān)的E-UTRAN附著過程 376
16．3．2 與SRVCC相關(guān)的業(yè)務(wù)請求過程 376
16．3．3 與SRVCC相關(guān)的PS域切換流程 376
16．3．4 E-UTRAN發(fā)起的SRVCC過程 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注冊流程 382
16．4．3 IMS UE發(fā)送消息流程 382
16．4．4 IMS UE接收消息流程 383
第六部分 5G網(wǎng)絡(luò)展望
第17章　5G網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù) 386
17．1 5G需求和網(wǎng)絡(luò)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架構(gòu)下的移動核心網(wǎng) 390
17．3 5G組網(wǎng)設(shè)計 391
17．3．1 5G網(wǎng)絡(luò)平臺視圖 391
17．3．2 5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)視圖 392
17．4 5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 394
17．4．1 網(wǎng)關(guān)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離 394
17．4．2 按需定制的移動網(wǎng)絡(luò) 394
17．4．3 按需組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)切片 396
17．4．4 網(wǎng)絡(luò)能力開放 398
17．4．5 移動邊緣計算 401
17．4．6 以用戶為中心的無線接入網(wǎng) 403
附錄A 縮略語 405
參考文獻(xiàn) 413